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第三章 铝冶金 3.2 铝的生产方法 工业上生产铝的唯一方法为冰晶石-氧化铝熔盐电解法。它 包括从中生产氧化铝以及氧化铝电解两个主要过程。 3.3 铝矿石 炼铝最主要的矿石资源为铝土矿。铝土矿主要含铝矿物为 三水铝石，一水硬铝石，一水软铝石。 其他矿石主要有霞石、红柱石、蓝晶石、明矾石 、高岭石。 3.3.1铝土矿 3.3.1.1 铝土矿类型 按其含有的铝矿物的类型可分为：三水铝石型、一水 软铝石型、一水硬铝石型和各种混合型。 （三水铝 石—一水软铝石型、一水软铝石—一水硬铝石型）。 3.1.5.2 铝土矿的化学成分 铝土矿的化学成分主要为Al2O3、 主要杂质为SiO2、Fe2O3、TiO2等，还含有大量结晶水。 微量杂质为：钙和镁的碳酸盐、钾、钠、钒、铬、锌、 磷、镓、钪、硫等元素的化合物及有机物等。 3.4 氧化铝生产方法 提出的氧化铝生产方法可归纳为四类，即碱法、酸 法、酸碱联合法与热法。 3.4.1 碱法生产氧化铝（主要工业生产方法） 使矿石中的氧化铝与碱在一定条件下生成铝酸钠， 进入溶液而与二氧化硅和氧化铁等杂质分离，然后 再使纯净的铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝，氢氧化 铝经高温锻烧制得成品氧化铝。 碱法生产氧化铝分为拜耳法、烧结法、联合法。 3.4.2 酸法生产氧化铝（小规模应用） 用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸处理含铝原料而得到 相应铝盐的酸性水溶液，然后使这些铝盐或水合物 晶体(通过蒸发结晶)或碱式铝盐(水解结晶)从溶液 中析出，也可用碱中和这些盐溶液，使铝成氢氧化 铝析出，焙烧氢氧化铝、各种铝盐的水合物或碱式 铝盐，便得到氧化铝。 优点：适合处理高硅低铁铝矿 缺点：需要昂贵的耐酸设备，酸的回收比较复杂， 从铝盐溶液中除铁也较困难等。 3.4.3 酸碱联合法生产氧化铝: （已淘汰） 先用酸法从高硅铝矿石中制取含铁、钛等杂质 的不纯氢氧化铝，然后再用碱法（拜耳法）处理 。这一流程的实质是用酸法除硅，碱法除铁。 缺点：流程复杂，未获工业应用。 3.4.4 热法生产氧化铝: （已淘汰） 热法实质是在电炉中熔炼铝矿石和碳的混合物， 使矿石中的氧化铁、氧化硅、氧化钛等杂质还 原，形成硅铁合金。而氧化铝则呈熔融状态的炉 渣而上浮，由于密度不同而分离，所得氧化铝渣 再用碱法处理从中提取氧化铝。 3.5 拜耳法生产工艺 直接以苛性钠溶液处理铝土矿，使 矿石中 氧化铝生成铝酸钠，而矿石中的二氧化硅 则成为赤泥与铝酸钠溶液分离，将净化后 的铝酸钠溶液进行分解，再经过滤得到氢 氧化铝，经洗涤后焙烧成氧化铝，分离所 得的大量苛性碱溶液称为母液，母液经蒸 发再用于处理下一批矿石。 赤泥： 溶出铝土矿得到的泥渣，由于其中常常合有大量 氧化铁，呈红色，习惯上称为赤泥。氧化铝生产 规模庞大，赤泥的产出量很大，它的分离、汲涤、 地放和利用很值得重视。 铝酸钠溶液： NaAlO2的水溶液，氢氧化铝溶于氢氧化钠溶液 生成 ，可写成Na2O-Al2O3-H2O系。 3.5.2 拜耳法基本过程 拜耳法的生产工艺主要 由溶出、分解和煅烧三 个主要阶段组成。全流 程主要加工工序为：矿 石的破碎及湿磨、高温 高压溶出、赤泥分离洗 涤、种子分解、母液蒸 发和氢氧化铝煅烧。 3.6 溶出过程 3.6.1 工艺目的 （1）获得高的氧化铝溶出率。 （2）得到苛性比值尽可能低的溶出液和具有良 好沉降性能的赤泥。 这样才能提高拜耳法的循环效率，为后续工序创 造良好的作业条件。 3.6.2 不同类型矿石的溶出条件 3.6.3 铝土矿中各组分在溶出过程中的行为： 3.6.3.1 铝矿物： Al2O3水合物与苛性钠发生的反应是溶出过程的主反应。 三水铝石型铝土矿中的Al(OH)3与NaOH在常压下即可反应， 反应方程式如下： Al(OH)3＋NaOH+aq＝NaAl(OH)4＋aq 一水软铝石型或一水硬铝石型铝土矿中的AlOOH在相应的高 温（高压）及高碱浓度下发生下列反应： γ(α)-A1OOH＋NaOH＋aq＝NaAl(OH)4＋aq 3.6.3.2 硅矿物： 含硅矿物主要为高岭石、伊利石、叶腊石等。铝土矿中最有害杂 质。与苛性碱反应，以硅酸钠的形式进入溶液： SiO2.nH2O+2NaOH+aq=Na2SiO3+aq 硅酸钠在溶液中与铝酸钠相互作用，生成铝硅酸钠（钠硅渣）： 2NaAlO2+2Na2SiO3+aq = 3 Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O +4NaOH 危害(1)引起A12O3和Na20的损失； (2)钠硅渣进入氢氧化铝后， 降低成品质量； (3)钠硅渣在生产设备和管道的换热表面结疤， 使传热系数严重降低，增加能耗和清理工作量， (4)大量钠硅渣 的生成增大赤泥量，并且可能成为极分散的