工業(yè)冶鋁的方法

高衛(wèi)兵

（山西華圣鋁業(yè)有限公司，山西 永濟 014000）

在當(dāng)前經(jīng)濟市場形勢愈發(fā)嚴(yán)峻的狀態(tài),工業(yè)冶鋁行業(yè)只有不斷從自身冶煉方法以及冶煉內(nèi)容做出改變,積極引進新型的科學(xué)技術(shù)以及科學(xué)理念改變自身冶鋁手段,才能順應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟市場的發(fā)展形勢滿足當(dāng)前冶鋁行業(yè)的發(fā)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(chǎn)活動中對于鋁的需求量也越來越大,基于此冶鋁企業(yè)只有對自身不斷改變才能滿足當(dāng)前人們的使用需求，滿足社會的使用需求。

1 工業(yè)冶鋁的主要原理

當(dāng)前工業(yè)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(yè)行業(yè)中經(jīng)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(yīng)。

2 鋁的生產(chǎn)加工

在工業(yè)冶鋁過程中通常情況下總共由四個環(huán)節(jié)組成主要內(nèi)容包含了電解鋁冶煉鋁礦石生產(chǎn)以及氧化鋁制取加工生產(chǎn)。這四個環(huán)節(jié)相輔相成形成了一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈，通常情況下，在工業(yè)制鋁過程中鋁礦石與產(chǎn)生的氧化鋁比例為二比一，氧化鋁與生產(chǎn)的電解鋁比例同樣也為二比一。

2.1 氧化鋁的生產(chǎn)方法

結(jié)合我國當(dāng)前的氧化鋁生產(chǎn)活動來看，提出氧化鋁的生產(chǎn)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(xiàn)的技術(shù)寥寥無幾，由于經(jīng)濟原因以及技術(shù)原因?qū)е绿岢龅纳a(chǎn)技術(shù)無法一一實現(xiàn)，當(dāng)前對于氧化鋁的生產(chǎn)方式總體分為四類，熱法，堿法以及酸法，酸堿聯(lián)合法等等，當(dāng)前工業(yè)普遍使用的方法為堿法[1]。

2.1.1 鋁土礦

在全球范圍內(nèi)，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(jié)合當(dāng)前的氧化鋁工業(yè)來看世界上大范圍的工業(yè)制鋁選擇以鋁土礦為主俄羅斯國家生產(chǎn)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(jié)合我國當(dāng)前生產(chǎn)氧化鋁的工業(yè)活動來看主要使用的是硬鋁石鋁土礦。

在現(xiàn)開發(fā)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(zhì)，除此之外還有鉀、鈉、鋅等物以及相關(guān)有機物。在鋁土礦中，鎵元素的含量極少，但是在生產(chǎn)氧化鋁的過程中能夠不斷產(chǎn)生鎵元素，這也是生產(chǎn)鎵元素主要的生產(chǎn)來源之一。用來衡量鋁土礦優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)

上文中已經(jīng)提及到現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)氧化鋁的方式主要采用堿法生產(chǎn)，就是用堿來處理鋁礦石，進而使鋁土礦中的氧化鋁轉(zhuǎn)化為鋁酸鈉容量。此時礦石中的雜質(zhì)，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(jīng)過分解工作能夠生成氫氧化鋁，再經(jīng)過相關(guān)制作反應(yīng)之后能夠形成氧化鋁產(chǎn)品[2]。

運用堿法生產(chǎn)氧化鋁的主要方法有燒結(jié)法以及拜耳法，或者兩者相結(jié)合聯(lián)合法。拜耳法的來源主要是因為著名化學(xué)家拜耳發(fā)明了提取氧化鋁方法，隨著時間的遷移，此方法已經(jīng)有所改善，但是基本反應(yīng)原理沒有產(chǎn)生變化，人們?yōu)榱思o(jì)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(jīng)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(zhì)是以濕法進行冶金，在氧化鋁的生產(chǎn)過程中，礦石中的含硅物質(zhì)會損失氧化鈉等物質(zhì)。

在應(yīng)用拜耳法進行冶煉工作時，在破壞礦石以后與循環(huán)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(guān)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(jīng)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(jīng)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(jīng)焙燒得到氧化鋁產(chǎn)品。晶種分解后分離出的分解母液經(jīng)蒸發(fā)返回溶出工序，形成閉路循環(huán)。氫氧化鋁經(jīng)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(jīng)過培燒工作會得到有關(guān)氧化鋁的產(chǎn)品[4]。

在工業(yè)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(yè)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(yè)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(chǎn)品質(zhì)量還是經(jīng)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(yōu)勢更加明顯。結(jié)合當(dāng)前全世界的氧化鋁生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)的[5]。

在生產(chǎn)氧化鋁的過程中，通常還會采用聯(lián)合生產(chǎn)法，就是講燒結(jié)法與拜耳法兩者相互結(jié)合，在聯(lián)合法中通常包含有混聯(lián)聯(lián)合法等，在氧化鋁生產(chǎn)過程中，具體采用何種技術(shù)主要從生產(chǎn)環(huán)境以及生產(chǎn)技術(shù)來看，生產(chǎn)單位會針對此生產(chǎn)活動進行慎重選擇，結(jié)合當(dāng)前的生產(chǎn)情況來看當(dāng)鋁土礦中的鋁硅比高達3以上時會采用燒結(jié)法，如果高于10會采用拜耳法，當(dāng)數(shù)據(jù)處于兩者之間時，通常要采用聯(lián)合法對其進行處理，進而使每種方法都能夠得到充分的發(fā)揮，為得到最高的經(jīng)濟效益打下基礎(chǔ)。結(jié)合當(dāng)前我國的氧化鋁生產(chǎn)情況來看，全球的氧化鋁產(chǎn)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(chǎn)方法

當(dāng)前我國工業(yè)制鋁的唯一方式是應(yīng)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(xué)者埃魯與霍爾共同發(fā)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(zhì)，在高溫條件下通過采用電解的方式將電解質(zhì)中的氧化鋁通過反映分解為氧與鋁，鋁在此次反應(yīng)中以液體的形勢在炭陰極析出，氧在陽極以發(fā)應(yīng)后二氧化碳的形式溢出。在工業(yè)產(chǎn)鋁過程中，每生產(chǎn)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(yè)制鋁過程中運用電解法，電解槽主要分為三中類型，預(yù)焙陽極槽、上插陽極自焙槽側(cè)插陽極自焙槽。在這三種類型中自焙槽技術(shù)在反應(yīng)過程中耗電極高，因此環(huán)境問題會產(chǎn)生一系列不良影響，因此在工業(yè)制鋁過程中逐漸將此技術(shù)淘汰。

3 結(jié)語

綜上所述，在工業(yè)制鋁過程中所涉及到的環(huán)節(jié)十分復(fù)雜，上文中已經(jīng)提及到現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)氧化鋁的方式主要采用堿法生產(chǎn)，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(yè)制鋁。眾所周知，在人們?nèi)粘Ｉ钪校X制物品占據(jù)了十分重要的地位，基于此，我國相關(guān)金屬企業(yè)在工業(yè)制鋁過程中不由對自身技術(shù)不斷改善才能滿足當(dāng)前社會的發(fā)展要求，才能為推動社會進步貢獻自己的微薄之力。