铝的冶炼

生产金属铝（电解铝），第一步先生产氧化铝。上的氧化铝几乎都是用碱法生产的，分：拜尔法、烧结法、拜尔---烧结联合法，以拜尔法为主。生产一吨金属铝需要两吨氧化铝。据资料介绍，我国电解铝生产2002年需要氧化铝为852万吨，国内供应548万吨，进口304万吨，2003年需要氧化铝1100万吨，国内供应615万吨，进口485万吨。解决国内氧化铝缺口是个大问题。

一、氧化铝生产

（一）   拜尔法  

拜尔法适用于铝硅比高的铝土矿，优点是流程简单。投资省和能耗低。原理是用氢氧化纳溶液溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠溶液。溶液与赤泥分离，净化后降低温度，加入氧化铝做晶种，经长时间的搅拌，析出氢氧化铝，洗涤并在高温煅烧成氧化铝成品。拜尔法的简单化学反应如下：

溶出    Al₂O_3·3H₂O+2NaOH→2NaAl(OH)₄

分解    2NaAl(OH)₄→Al（OH）₃+NaOH

煅烧     2 Al（OH）₃→Al₂O₃+H₂O

由于三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石的矿物性质差别，在氧化钠溶液中的溶解性有很大的差异，所以，溶出的温度也不同。

（二）   碱石灰烧结法

碱石灰烧结法 适用于处理铝硅比低的铝土矿。将铝土矿、碳酸钠和石灰石按比例混合配料，在回转窑内烧结成由铝酸钠、铁酸钠原硅酸钙、钛酸钙组成的熟料。用稀碱溶液溶出熟料中的铝硅酸钠，经过专门的脱硅过程，使溶液提纯。把二氧化碳气体通入精制铝酸钠溶液，加入晶种搅拌，得到氢氧化铝沉淀物，经煅烧为氧化铝成品。

碱石灰烧结法的主要化学反应如下

Al₂O₃+Na₂CO₃→Na₂O·Al₂O₃+CO₂

熟料溶出     Na₂O·Al₂O₃+4H₂O→2NaAl（OH）₄

脱硅           1.7NaSiO₃  +2NaAl（OH）₄→Na₂O·Al₂O₃·1.7SiO_2·nH₂O↓

+3.4NaOH

3Ca(OH)₂+2NaAl（OH）₄+x NaSiO→3CaO·Al₂O₃·SiO_2·(6-2X)H₂O↓

分解          2 NaOH+CO₂→NaCO₃+H₂O

           NaAl（OH）₄ →Al（OH）₃↓+NaOH

（三）   拜尔-烧结联合法

拜尔-联合法以拜耳法为主，辅以燃结法，分为串联法、并联法和混联法，可充分发挥两法优点，适用于较低铝硅比的铝土矿。

二、电解铝（原铝）生产

铝电解生产的原理是直流电通过氧化铝为原料和冰晶石为溶剂的电解质，在950-970℃使电解质溶液中氧化铝分解为铝和氧。阴极析出的铝汇集于点解槽底，阳极析出二氧化碳和一氧化碳的气体。铝液从电解槽中析出，净化除去氢气、非金属和金属杂质并澄清后，铸成铝锭。冰晶石-氧化铝溶液具有离子结构，其中，其中阳离子有Na⁺和少量Al³⁺，阴离子有AlF₆^3-、AlF^-和AL-O-F络合离子以及少量O^2-、F^-。在1000℃下，钠的析出电位比铝大约负250mV。由于阴极上离子的放电不存在很大的过电压，所以     阴极反应是：Al³⁺（络合的）+3C-3e→Al

             阳极反应是：6O^6-(络合的)+3C+12e→3CO₂

铝电解的总反应是：2AL₂O₃+3C→4AL+CO₂

在冰晶石-氧化铝溶液中，AL₂O₃的含量一般保持3%-5%，为了改善电解质的性质，通常添加铝、铝、镁、钙和锂的氟化物。

在阴极上析出的铝液汇集到电解槽底部，而阳极上析出的一氧化碳和二氧化碳气体进入空气中。铝液从电解槽中抽出放进混合炉中，经过净化，铸成原铝锭。

电解铝锭（元铝锭）牌号及化学成分

①  重熔用铝锭（电解铝锭又称原铝锭）牌号和成分符合GB/T1996-1993规定。牌号及成分

重熔用铝锭牌号和成分

②  重熔用铝锭（电解铝锭又称原铝锭）牌号和成分符合GB/T1996-1993规定。牌号及成分

重熔用铝锭牌号和成分