工業冶鋁的方法

高衛兵

（山西華圣鋁業有限公司，山西 永濟 014000）

在當前經濟市場形勢愈發嚴峻的狀態,工業冶鋁行業只有不斷從自身冶煉方法以及冶煉內容做出改變,積極引進新型的科學技術以及科學理念改變自身冶鋁手段,才能順應當前經濟市場的發展形勢滿足當前冶鋁行業的發展要求,除此之外,隨著人們生活水平的不斷身高在日常生活生產活動中對于鋁的需求量也越來越大,基于此冶鋁企業只有對自身不斷改變才能滿足當前人們的使用需求，滿足社會的使用需求。

1 工業冶鋁的主要原理

當前工業冶鋁的主要方法為霍爾-埃魯鋁電解法，主要原理是以單純的氧化鋁為主要原材料利用電解法對其處理，因為純凈的氧化鋁熔點極高，約為2450攝氏度左右，因此氧化鋁極難融化，因此在工業行業中經常以融化的冰晶石為原材料，是氧化鋁能夠在一千攝氏度左右融化在冰晶石的液體中，最終形成冰晶石語氧化鋁的混合物，最后采用電解法使其在電解作用下進行反應。

2 鋁的生產加工

在工業冶鋁過程中通常情況下總共由四個環節組成主要內容包含了電解鋁冶煉鋁礦石生產以及氧化鋁制取加工生產。這四個環節相輔相成形成了一個完整的產業鏈，通常情況下，在工業制鋁過程中鋁礦石與產生的氧化鋁比例為二比一，氧化鋁與生產的電解鋁比例同樣也為二比一。

2.1 氧化鋁的生產方法

結合我國當前的氧化鋁生產活動來看，提出氧化鋁的生產方式多種多樣無論是從鋁化石中提取還是從鋁原料中提取，但是真正實現的技術寥寥無幾，由于經濟原因以及技術原因導致提出的生產技術無法一一實現，當前對于氧化鋁的生產方式總體分為四類，熱法，堿法以及酸法，酸堿聯合法等等，當前工業普遍使用的方法為堿法[1]。

2.1.1 鋁土礦

在全球范圍內，鋁土礦是最重要的鋁礦資源，其次為霞石礦還有粘土礦等等，結合當前的氧化鋁工業來看世界上大范圍的工業制鋁選擇以鋁土礦為主俄羅斯國家生產鋁主要為霞石。鋁土礦的主要組成元素為軟鋁石，水鋁石以及硬鋁石，結合我國當前生產氧化鋁的工業活動來看主要使用的是硬鋁石鋁土礦。

在現開發的鋁土礦中氧化鋁的含量差異較大，含量較低的鋁土礦，氧化鋁的含量僅僅只有百分之三十，最高的擁有百分之七十。在鋁土礦中，除了含有氧化鋁之外，還有氧化鐵以及氧化鈦等物質，除此之外還有鉀、鈉、鋅等物以及相關有機物。在鋁土礦中，鎵元素的含量極少，但是在生產氧化鋁的過程中能夠不斷產生鎵元素，這也是生產鎵元素主要的生產來源之一。用來衡量鋁土礦優劣的主要標準是礦中的鋁硅比，通俗來說便是鋁土礦中的氧化硅含量以及氧化鋁含量。

2.2.2 堿法生產

上文中已經提及到現在工業生產氧化鋁的方式主要采用堿法生產，就是用堿來處理鋁礦石，進而使鋁土礦中的氧化鋁轉化為鋁酸鈉容量。此時礦石中的雜質，例如硅等元素會成為不溶解的化合物。將不溶解的化合物進行過濾處理，隨后將處理過后的殘渣進行綜合處理以便能夠利用其中的有用物。生成的鋁酸鈉溶液經過分解工作能夠生成氫氧化鋁，再經過相關制作反應之后能夠形成氧化鋁產品[2]。

運用堿法生產氧化鋁的主要方法有燒結法以及拜耳法，或者兩者相結合聯合法。拜耳法的來源主要是因為著名化學家拜耳發明了提取氧化鋁方法，隨著時間的遷移，此方法已經有所改善，但是基本反應原理沒有產生變化，人們為了紀念拜耳的功績兩次名稱沿用至今。

使用拜耳法提取氧化鋁會經過兩個主要過程，首先是在氧化條件下，氧化鋁會在鋁土礦中析出，隨后是在鋁酸鈉溶液中析出氫氧化鋁，這也是拜耳提出的兩種主要方法。使用拜耳法進行冶金最根本的實質是以濕法進行冶金，在氧化鋁的生產過程中，礦石中的含硅物質會損失氧化鈉等物質。

在應用拜耳法進行冶煉工作時，在破壞礦石以后與循環母液等物一起進入濕磨，最終成為較為合格的礦漿。隨后將礦漿進行脫硅處理，隨后對其進行稀釋工作以及沉降分離工作，對相關殘渣進行處理。在沉降工作之后，將分離出的粗液送往葉濾，在除去粗液的漂浮物后的精液在經過多種程序進行分離，最終得到氫氧化鋁[3]。

分解出的氫氧化鋁經分級和分離洗滌后，一部分作為晶種返回晶種分解工序，另一部分經焙燒得到氧化鋁產品。晶種分解后分離出的分解母液經蒸發返回溶出工序，形成閉路循環。氫氧化鋁經焙燒后得到氧化鋁。將在精液中析出的氫氧化鋁進行洗滌工作后，其中一部分將作為晶種進行分解，另外一部分經過培燒工作會得到有關氧化鋁的產品[4]。

在工業制鋁過程中，硅鋁礦的類型眾多，并且不同類型的鋁土礦溶出條件不同，例如三水的鋁石英鋁土礦通常在105攝氏度下能夠很好的溶出，一水的通常在200攝氏度能夠很好的溶出，典型的工業鋁土礦溶出溫度在260攝氏度，并且溶出的時間不少于1小時。

在工業制鋁過程中使用拜耳法能夠有效處理鋁土礦，并且處理流程十分簡單，針對于鋁硅比較高的鋁土礦具有良好的處理效果，而無論是從產品質量還是經濟效果看，拜耳法都有其他方法無法比擬的好處，尤其是針對三水鋁礦進行處理時，拜耳法自身優勢更加明顯。結合當前全世界的氧化鋁生產情況來看，超過百分之九十的氧化鋁都是通過拜耳法進行生產的。在我國，由于鋁土礦的特殊性，目前只有超過一半的氧化鋁是由拜耳法進行生產的[5]。

在生產氧化鋁的過程中，通常還會采用聯合生產法，就是講燒結法與拜耳法兩者相互結合，在聯合法中通常包含有混聯聯合法等，在氧化鋁生產過程中，具體采用何種技術主要從生產環境以及生產技術來看，生產單位會針對此生產活動進行慎重選擇，結合當前的生產情況來看當鋁土礦中的鋁硅比高達3以上時會采用燒結法，如果高于10會采用拜耳法，當數據處于兩者之間時，通常要采用聯合法對其進行處理，進而使每種方法都能夠得到充分的發揮，為得到最高的經濟效益打下基礎。結合當前我國的氧化鋁生產情況來看，全球的氧化鋁產量每年在五千萬噸左右，我國占有其中的七百萬噸。

2.2 原鋁、鋁合金及鋁材的生產方法

當前我國工業制鋁的唯一方式是應用霍爾－埃魯鋁電解法，此電解法的來源是由法國與美國著名的研究學者埃魯與霍爾共同發明。

此電解法主要以氧化鋁為原材料，與冰晶石共同組成電解質，在高溫條件下通過采用電解的方式將電解質中的氧化鋁通過反映分解為氧與鋁，鋁在此次反應中以液體的形勢在炭陰極析出，氧在陽極以發應后二氧化碳的形式溢出。在工業產鋁過程中，每生產一噸鋁要生成1.5噸的二氧化碳，并且耗費電能達到15000kwh左右。

在工業制鋁過程中運用電解法，電解槽主要分為三中類型，預焙陽極槽、上插陽極自焙槽側插陽極自焙槽。在這三種類型中自焙槽技術在反應過程中耗電極高，因此環境問題會產生一系列不良影響，因此在工業制鋁過程中逐漸將此技術淘汰。

3 結語

綜上所述，在工業制鋁過程中所涉及到的環節十分復雜，上文中已經提及到現在工業生產氧化鋁的方式主要采用堿法生產，就是用堿來處理鋁礦石，除了俄羅斯采用霞石冶鋁之外，其余大部分國家均采用鋁土礦為原料進行工業制鋁。眾所周知，在人們日常生活中，鋁制物品占據了十分重要的地位，基于此，我國相關金屬企業在工業制鋁過程中不由對自身技術不斷改善才能滿足當前社會的發展要求，才能為推動社會進步貢獻自己的微薄之力。