1、氧化铝的生产工艺流程从矿石提取氧化铝有多种方法，例如:拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法等。拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法，其产量约占全世界氧化铝总产量的 95左右。70 年代以来，对酸法的研究已有较大进展，但尚未在工业上应用。拜耳法系奥地利拜耳（K.J.Bayer）于 1888 年发明。其原理是用苛性钠（NaOH）溶液加温溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠溶液。溶液与残渣（赤泥）分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种,经长时间搅拌,铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净,并在 9501200温度下煅烧，便得氧化铝成品。析出氢氧化铝后的溶液称为母液，蒸发浓缩后循环使用。拜耳法的简要化学反应如下：由于三
2、水铝石、一水软铝石和一水硬铝石的结晶构造不同,它们在苛性钠溶液中的溶解性能有很大差异,所以要提供不同的溶出条件，主要是不同的溶出温度。三水铝石型铝土矿可在 125140下溶出，一水硬铝石型铝土矿则要在240260并添加石灰（37）的条件下溶出。现代拜耳法的主要进展在于：设备的大型化和连续操作；生产过程的自动化；节省能量，例如高压强化溶出和流态化焙烧；生产砂状氧化铝以满足铝电解和烟气干式净化的需要。拜耳法的工艺流程见图 1。拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较低，最低者每吨氧化铝的能耗仅 3106 千卡左右，碱耗一般为 100 公斤左右（以 Na2CO3 计）。拜耳法生产的经济效果决定于铝
3、土矿的质量，主要是矿石中的 SiO2 含量，通常以矿石的铝硅比，即矿石中的 Al2O3 与 SiO2 含量的重量比来表示。因为在拜耳法的溶出过程中，SiO2 转变成方钠石型的水合铝硅酸钠(Na2OAl2O31.7SiO2nH2O)，随同赤泥排出。矿石中每公斤 SiO2 大约要造成 1 公斤 Al2O3 和 0.8 公斤 NaOH 的损失。铝土矿的铝硅比越低，拜耳法的经济效果越差。直到 70 年代后期，拜耳法所处理的铝土矿的铝硅比均大于 78。由于高品位三水铝石型铝土矿资源逐渐减少，如何利用其他类型的低品位铝矿资源和节能新工艺等问题，已是研究、开发的重要方向。碱石灰烧结法适用于处理高硅的铝土矿，
4、将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料，在回转窑内烧结成由铝酸钠(Na2OAl2O3)、铁酸钠(Na2OFe2O3、原硅酸钙（2CaOSiO2）和钛酸钠（CaOTiO2 组成的熟料。然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠。此时铁酸钠水解得到的 NaOH 也进入溶液。如果溶出条件控制适当，原硅酸钙就不会大量地与铝酸钠溶液发生反应，而与钛酸钙、Fe2O3H2O 等组成赤泥排出。溶出熟料得到的铝酸钠溶液经过专门的脱硅过程，SiO2O 形成水合铝硅酸钠(称为钠硅渣)或水化石榴石 3CaOAl2O3xSiO2(62x)H2O 沉淀(其中 x0.1),而使溶液提纯。把 CO2 气体通入精制铝酸钠溶液，和加入晶
5、种搅拌，得到氢氧化铝沉淀物和主要成分是碳酸钠的母液。氢氧化铝经煅烧成为氧化铝成品。水化石榴石中的 Al2O3 可以再用含 Na2CO3 母液提取回收。碱石灰烧结法的主要化学反应如下：烧结：Al2O3+Na2CO3Na2OAl2O3+CO2Fe2O3+Na2CO3Na2OFe2O3+CO2SiO2+2CaCO32CaOSiO2+2CO2TiO2+CaCO3CaOTiO2+CO2熟料溶出：Na2OAl2O3+4H2O2NaAl(OH)4（溶解）Na2OFe2O3+2H2OFe2O3H2O+2NaOH（水解）脱硅：1.7 Na2SiO3+2NaAl(OH)4Na2OAl2O31.7SiO2nH2O+
6、3.4NaOH3 Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+x Na2SiO3 3CaOAl2O3x SiO2(6-2x)H2O+2(1+x)NaOH分解：2NaOH+CO2Na2CO3+H2ONaAl(OH)4Al(OH)3+NaOH中国碱石灰烧结法生产氧化铝的主要技术成就是：在熟料烧成中采用低碱比配方，在熟料溶出工艺中采用二段磨料和低分子比溶液，以抑制溶出时的副反应损失，使熟料中 Na2O 和 Al2O3 的溶出率分别达到 9496和9294。Al2O3 的总回收率约 90,每吨氧化铝的 Na2CO3 的消耗量约 95 公斤。碱石灰烧结法可以处理拜耳法不能经济地利用的低品位矿石，其铝硅比可低至
7、3.5,且原料的综合利用较好，有其特色。碱石灰烧结法的常用流程见图 2拜耳烧结联合法可充分发挥两法优点，取长补短,利用铝硅比较低的铝土矿,求得更好的经济效果。联合法有多种形式,均以拜耳法为主,而辅以烧结法。按联合法的目的和流程连接方式不同，又可分为串联法、并联法和混联法三种工艺流程。 串联法是用烧结法回收拜耳法赤泥中的 Na2O 和 Al2O3,用于处理拜耳法不能经济利用的三水铝石型铝土矿。扩大了原料资源，减少碱耗，用较廉价的纯碱代替烧碱，而且 Al2O3 的回收率也较高。 并联法是拜耳法与烧结法平行作业，分别处理铝土矿，但烧结法只占总生产能力的 1015，用烧结法流程转化产生的 NaOH 补
8、充拜耳法流程中 NaOH的消耗。 混联法是前两种联合法的综合。此法中的烧结法除了处理拜耳法赤泥外，还处理一部分低品位矿石。中国根据本国的铝矿资源特点，发展出多种氧化铝生产方法。50 年代初就已用碱石灰烧结法处理铝硅比只有 3.5 的纯一水硬铝石型铝土矿,开创了具有特色的氧化铝生产体系。用中国的烧结法,可使 Al2O3 的总回收率达到 90%；每吨氧化铝的碱耗(Na2CO3)约 90 公斤；氧化铝的 SiO2 含量下降到 0.020.04；而且在 50 年代已经从流程中综合回收金属镓和利用赤泥生产水泥。60 年代初建成了拜耳烧结混联法氧化铝厂,使 Al2O3 总回收率达到 91，每吨氧化铝的碱耗
9、下降到 60 公斤，为高效率地处理较高品位的一水硬铝石型铝土矿开创了一条新路。中国在用单纯拜耳法处理高品位一水硬铝石型铝土矿方面也积累了不少经验。根据物理特性的不同,电解用氧化铝可分为三类:砂状、粉状和中间状（表3）。目前铝工业正研制和采用砂状氧化铝，因为这种氧化铝具有较高的活性,容易在冰晶石溶液中溶解,并且能够较好地吸收电解槽烟气中的氟化氢，有利于烟气净化。炼铝用氧化铝的化学组成一般如下：Al2O3 98.35 Fe2O3 0.010.04SiO2 0.010.04 TiO2 0.005ZnO 0.0030.02 CaO 0.0070.07Na2O 0.30.65 V2O5 0.003P2O
10、5 0.003 Cr2O3 0.002灼减 0.21.5电解铝世界上所有的铝都是用电解法生产出来的。铝电解工业生产采用霍尔-埃鲁冰晶石-氧化铝融盐电解法，即以冰晶石为主的氟化盐作为熔剂，氧化铝为熔质组成多相电解质体系。其中 Na2AlF6-Al2O3 二元系和 Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系是工业电解质的基础。电解铝工业对环境影响较大，属于高耗能，高污染行业。电解铝生产中排出的废气主要是 CO2，以及以 HF 气体为主的气-固氟化物等。CO2 是一种温室气体，是造成全球气候变暖的主要原因。而 氟化物中的 CF4 和 C2F6 其温室作用效果是二氧化碳的 6500-10000 倍，并且会对臭氧层造成不同程度的影响。HF 则是一种剧毒气体，通过皮肤或呼吸道进入人体，仅需 1.5g 便可以致死。
