铝的冶炼方法

冶炼铝可以用热还原法，但是成本太高。
工业上冶炼铝应用电解法，主要原理是霍尔-埃鲁铝电解法：以纯净的氧化铝为原料采用电解制铝 ，因纯净的氧化铝熔点高（约2045℃），很难熔化，所以工业上都用熔化的冰晶石(Na3AlF6)作熔剂,使氧化铝在1000℃左右溶解在液态的冰晶石中，成为冰晶石和氧化铝的熔融体，然后在电解槽中，用碳块作阴阳两极，进行电解。

全面介绍如下：
《铝的生产加工》
铝在生产过程中有四个环节构成一个完整的产业链：铝矿石开采－氧化铝制取－电解铝冶炼－铝加工生产。
一般而言，两吨铝矿石生产一吨氧化铝；两吨氧化铝生产一吨电解铝。
（一）氧化铝的生产方法
迄今为止，已经提出了很多从铝矿石或其它含铝原料中提取氧化铝的方法。由于技术和经济方面的原因，有些方法已被淘汰，有些还处于试验研究阶段。已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。目前用于大规模工业生产的只有碱法。

铝土矿是世界上最重要的铝矿资源，其次是明矾石、霞石、粘土等。目前世界氧化铝工业，除俄罗斯利用霞石生产部分氧化铝外，几乎世界上所有的氧化铝都是用铝土矿为原料生产的。

铝土矿是一种主要由三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石组成的矿石。到目前为止，我国可用于氧化铝生产的铝土矿资源全部为一水硬铝石型铝土矿。

铝土矿中氧化铝的含量变化很大，低的仅约30％，高的可达70％以上。铝土矿中所含的化学成分除氧化铝外，主要杂质是氧化硅、氧化铁和氧化钛。此外，还 含有少量或微量的钙和镁的碳酸盐、钾、钠、钒、铬、锌、磷、镓、钪、硫等元素的化合物及有机物等。其中镓在铝土矿中含量虽少，但在氧化铝生产过程中会逐渐 在循环母液中积累，从而可以有效地回收，成为生产镓的主要来源。

衡量铝土矿优劣的主要指标之一是铝土矿中氧化铝含量和氧化硅含量的比值，俗称铝硅比。

用碱法生产氧化铝时，是用碱（NaOH或Na2CO3）处理铝矿石，使矿石中的氧化铝转变成铝酸钠溶液。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶 解的化合物。将不溶解的残渣（赤泥）与溶液分离，经洗涤后弃去或进行综合处理，以回收其中的有用组分。纯净的铝酸钠溶液即可分解析出氢氧化铝，经分离、洗 涤后进行煅烧，便获得氧化铝产品。分解母液则循环使用来处理另一批矿石。碱法生产氧化铝有拜耳法、烧结法以及拜耳--烧结联合法等多种流程。 拜耳法是由奥地利化学家拜耳（K·J·Bayer）于1889～1892年发明的一种从铝土矿中提取氧化铝的方法。一百多年来在工艺技术方面已经有了 许多改进，但基本原理并未发生变化。为纪念拜耳这一伟大贡献，该方法一直沿用拜耳法这一名称。

拜耳法包括两个主要过程。首 先是在一定条件下氧化铝自铝土矿中的溶出（氧化铝工业习惯使用的术语，即浸出。以下同）过程，然后是氢氧化铝自过饱和的铝酸钠溶中水解析出的过程，这就是 拜耳提出的两项专利。拜耳法的实质就是以湿法冶金的方法，从铝土矿中提取氧化铝。在拜耳法氧化铝生产过程中，含硅矿物会引起Al2O3和Na2O的损失。

在拜耳法流程中，铝土矿经破碎后，和石灰、循环母液一起进入湿磨，制成合格矿浆。矿浆经预脱硅之后预热至溶出温度进行溶出。 溶出后的矿浆再经过自蒸发降温后进入稀释及赤泥（溶出后的固相残渣）的沉降分离工序。自蒸发过程产生的二次汽用于矿浆的前期预热。沉降分离后，赤泥经洗涤 进入赤泥堆场，而分离出的粗液（含有固体浮游物的铝酸钠溶液，以下同）送往叶滤。粗液通过叶滤除去绝大部分浮游物后称为精液。精液进入分解工序经晶种分解 得到氢氧化铝。分解出的氢氧化铝经分级和分离洗涤后，一部分作为晶种返回晶种分解工序，另一部分经焙烧得到氧化铝产品。晶种分解后分离出的分解母液经蒸发 返回溶出工序，形成闭路循环。氢氧化铝经焙烧后得到氧化铝。

不同类型的铝土矿所需要的溶出条件差别很大。三水铝石型铝土矿 在105℃的条件下就可以较好地溶出，一水软铝石型铝土矿在200℃的溶出温度下就可以有较快的溶出速度，而一水硬铝石型铝土矿必须在高于240℃的温度 下进行溶出，其典型的工业溶出温度为260℃。溶出时间不低于60分钟。

拜耳法用于处理高铝硅比的铝土矿，流程简单，产品 质量高，其经济效果远比其它方法为好。用于处理易溶出的三水铝石型铝土矿时，优点更是突出。目前，全世界生产的氧化铝和氢氧化铝，90%以上是用拜耳法生 产的。由于中国铝土矿资源的特殊性，目前中国大约50%的氧化铝是由拜耳法生产的。

将拜耳法和烧结法二者联合起来的流程称 之为联合法生产工艺流程。联合法又可分为并联联合法、串联联合法与混联联合法。采用什么方法生产氧化铝，主要是由铝土矿的品位（即矿石的铝硅比）来决定 的。从一般技术和经济的观点看，矿石铝硅比为3左右通常选用烧结法；铝硅比高于10的矿石可以采用拜耳法；当铝土矿的品位处于二者之间时，可采用联合法处 理，以充分发挥拜耳法和烧结法各自的优点，达到较好的技术经济指标。

目前全球氧化铝年产量在5500万吨左右，我国的氧化铝产量约为680万吨。

（二）原铝、铝合金及铝材的生产方法

目前工业生产原铝的唯一方法是霍尔－埃鲁铝电解法。由美国的霍尔和法国的埃鲁于1886年发明。霍尔－埃鲁铝电解法是以氧化铝为原料、冰晶石 （Na3AlF6）为熔剂组成的电解质，在950－970℃的条件下通过电解的方法使电解质熔体中的氧化铝分解为铝和氧，铝在碳阴极以液相形式析出，氧在 碳阳极上以二氧化碳气体的形式逸出。每生产一吨原铝，可产生1.5吨的二氧化碳，综合耗电在15000kwh左右。

工业铝电解槽大体上可以分为侧插阳极自焙槽、上插阳极自焙槽和预焙阳极槽三类。由于自焙槽技术在电解过程中电耗高、并且不利于对环境的保护，所以自焙槽技术正在被逐渐淘汰。目前全球原铝年产量约为2800万吨，我国的原铝年产量约为700万吨。

必要时可以对电解得到的原铝进行精炼得到高纯铝。目前的铝合金生产方法主要以熔配法为主。由于铝及其合金具有优良的可加工性能，所以通过锻、铸、轧、冲、压等方法生产板、带、箔、管、线等型材。

冶炼铝可以用热还原法，但是成本太高。
工业上冶炼铝应用电解法，主要原理是霍尔-埃鲁铝电解法：以纯净的氧化铝为原料采用电解制铝 ，因纯净的氧化铝熔点高（约2045℃），很难熔化，所以工业上都用熔化的冰晶石(Na3AlF6)作熔剂,使氧化铝在1000℃左右溶解在液态的冰晶石中，成为冰晶石和氧化铝的熔融体，然后在电解槽中，用碳块作阴阳两极，进行电解。
全面介绍如下：
《铝的生产加工》
铝在生产过程中有四个环节构成一个完整的产业链：铝矿石开采－氧化铝制取－电解铝冶炼－铝加工生产。
一般而言，两吨铝矿石生产一吨氧化铝；两吨氧化铝生产一吨电解铝。
（一）氧化铝的生产方法
迄今为止，已经提出了很多从铝矿石或其它含铝原料中提取氧化铝的方法。由于技术和经济方面的原因，有些方法已被淘汰，有些还处于试验研究阶段。已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。目前用于大规模工业生产的只有碱法。
铝土矿是世界上最重要的铝矿资源，其次是明矾石、霞石、粘土等。目前世界氧化铝工业，除俄罗斯利用霞石生产部分氧化铝外，几乎世界上所有的氧化铝都是用铝土矿为原料生产的。
铝土矿是一种主要由三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石组成的矿石。到目前为止，我国可用于氧化铝生产的铝土矿资源全部为一水硬铝石型铝土矿。
铝土矿中氧化铝的含量变化很大，低的仅约30％，高的可达70％以上。铝土矿中所含的化学成分除氧化铝外，主要杂质是氧化硅、氧化铁和氧化钛。此外，还 含有少量或微量的钙和镁的碳酸盐、钾、钠、钒、铬、锌、磷、镓、钪、硫等元素的化合物及有机物等。其中镓在铝土矿中含量虽少，但在氧化铝生产过程中会逐渐 在循环母液中积累，从而可以有效地回收，成为生产镓的主要来源。
衡量铝土矿优劣的主要指标之一是铝土矿中氧化铝含量和氧化硅含量的比值，俗称铝硅比。
用碱法生产氧化铝时，是用碱（NaOH或Na2CO3）处理铝矿石，使矿石中的氧化铝转变成铝酸钠溶液。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶 解的化合物。将不溶解的残渣（赤泥）与溶液分离，经洗涤后弃去或进行综合处理，以回收其中的有用组分。纯净的铝酸钠溶液即可分解析出氢氧化铝，经分离、洗 涤后进行煅烧，便获得氧化铝产品。分解母液则循环使用来处理另一批矿石。碱法生产氧化铝有拜耳法、烧结法以及拜耳--烧结联合法等多种流程。 拜耳法是由奥地利化学家拜耳（K·J·Bayer）于1889～1892年发明的一种从铝土矿中提取氧化铝的方法。一百多年来在工艺技术方面已经有了 许多改进，但基本原理并未发生变化。为纪念拜耳这一伟大贡献，该方法一直沿用拜耳法这一名称。
拜耳法包括两个主要过程。首 先是在一定条件下氧化铝自铝土矿中的溶出（氧化铝工业习惯使用的术语，即浸出。以下同）过程，然后是氢氧化铝自过饱和的铝酸钠溶中水解析出的过程，这就是 拜耳提出的两项专利。拜耳法的实质就是以湿法冶金的方法，从铝土矿中提取氧化铝。在拜耳法氧化铝生产过程中，含硅矿物会引起Al2O3和Na2O的损失。
在拜耳法流程中，铝土矿经破碎后，和石灰、循环母液一起进入湿磨，制成合格矿浆。矿浆经预脱硅之后预热至溶出温度进行溶出。 溶出后的矿浆再经过自蒸发降温后进入稀释及赤泥（溶出后的固相残渣）的沉降分离工序。自蒸发过程产生的二次汽用于矿浆的前期预热。沉降分离后，赤泥经洗涤 进入赤泥堆场，而分离出的粗液（含有固体浮游物的铝酸钠溶液，以下同）送往叶滤。粗液通过叶滤除去绝大部分浮游物后称为精液。精液进入分解工序经晶种分解 得到氢氧化铝。分解出的氢氧化铝经分级和分离洗涤后，一部分作为晶种返回晶种分解工序，另一部分经焙烧得到氧化铝产品。晶种分解后分离出的分解母液经蒸发 返回溶出工序，形成闭路循环。氢氧化铝经焙烧后得到氧化铝。
不同类型的铝土矿所需要的溶出条件差别很大。三水铝石型铝土矿 在105℃的条件下就可以较好地溶出，一水软铝石型铝土矿在200℃的溶出温度下就可以有较快的溶出速度，而一水硬铝石型铝土矿必须在高于240℃的温度 下进行溶出，其典型的工业溶出温度为260℃。溶出时间不低于60分钟。
拜耳法用于处理高铝硅比的铝土矿，流程简单，产品 质量高，其经济效果远比其它方法为好。用于处理易溶出的三水铝石型铝土矿时，优点更是突出。目前，全世界生产的氧化铝和氢氧化铝，90%以上是用拜耳法生 产的。由于中国铝土矿资源的特殊性，目前中国大约50%的氧化铝是由拜耳法生产的。
将拜耳法和烧结法二者联合起来的流程称 之为联合法生产工艺流程。联合法又可分为并联联合法、串联联合法与混联联合法。采用什么方法生产氧化铝，主要是由铝土矿的品位（即矿石的铝硅比）来决定 的。从一般技术和经济的观点看，矿石铝硅比为3左右通常选用烧结法；铝硅比高于10的矿石可以采用拜耳法；当铝土矿的品位处于二者之间时，可采用联合法处 理，以充分发挥拜耳法和烧结法各自的优点，达到较好的技术经济指标。
目前全球氧化铝年产量在5500万吨左右，我国的氧化铝产量约为680万吨。
（二）原铝、铝合金及铝材的生产方法
目前工业生产原铝的唯一方法是霍尔－埃鲁铝电解法。由美国的霍尔和法国的埃鲁于1886年发明。霍尔－埃鲁铝电解法是以氧化铝为原料、冰晶石 （Na3AlF6）为熔剂组成的电解质，在950－970℃的条件下通过电解的方法使电解质熔体中的氧化铝分解为铝和氧，铝在碳阴极以液相形式析出，氧在 碳阳极上以二氧化碳气体的形式逸出。每生产一吨原铝，可产生1.5吨的二氧化碳，综合耗电在15000kwh左右。
工业铝电解槽大体上可以分为侧插阳极自焙槽、上插阳极自焙槽和预焙阳极槽三类。由于自焙槽技术在电解过程中电耗高、并且不利于对环境的保护，所以自焙槽技术正在被逐渐淘汰。目前全球原铝年产量约为2800万吨，我国的原铝年产量约为700万吨。
必要时可以对电解得到的原铝进行精炼得到高纯铝。目前的铝合金生产方法主要以熔配法为主。由于铝及其合金具有优良的可加工性能，所以通过锻、铸、轧、冲、压等方法生产板、带、箔、管、线等型材。
参考资料：http://zhidao.baidu.com/question/44440938.html

一分钟了解铝的冶炼

传说拿破仑三世的刀叉具是用铝制造的。筵席上，他为多数客人提供金餐具，而只让少数客人使用铝餐具，是为了让用铝餐具的客人留下更深刻印象。1885年，在美国首都华盛顿特区落成的华盛顿纪念碑上的顶帽也是用金属铝制造的。因为在19世纪，铝是一种珍贵的金属。人们最初得到的铝粒如同珍宝，它的价格同黄金相当。因为从铝矿石中把铝提炼出来，是极其困难的。1825年，丹麦的奥斯特分离出少量的纯铝。1827年，德国化学家维勒用金属钾与无水氯化铝反应而制得了铝。但是钾太昂贵了，所以不允许大规模地生产。又过了27年，法国化学家德维尔用金属钠与无水氯化铝一起加热而获得闪耀金属光泽的小铝球。改用金属钠虽然极大地降低了铝的生产费用，但显然没有达到能使人们普遍应用铝的程度。1884年，在美国奥伯林学院化学系，有一位叫做查尔斯·马丁·霍尔的青年学生。当时他只有二十一岁。一次，他听一位教授（这位教授正是维勒的学生）说：“不管谁能发明一种低成本的炼铝法，都会出人头地。”这使霍尔意识到只有探索廉价的炼铝方法，才能使铝被普遍应用。霍尔决定在自己家里的柴房中办一个家庭实验室。他打算应用戴维早期的一项发明：把电流通到熔融的金属盐中，可以使金属的离子在阴极上沉积下来，从而使金属离子分离出来。因为氧化铝的熔点很高(2050℃)，他必须物色一种能够溶解氧化铝而又能降低其熔点的材料，偶然发现了冰晶石(Na3AlF6)。冰晶石一氧化铝熔盐的熔点仅在930℃～1000℃之间，冰晶石在电解温度下不被分解，并有足够的流动性。这样就有利于电解的进行。霍尔采用瓷坩埚，碳棒（阳极）和自制电池，对氧化铝，即精制的氧化铝矿进行电解。把氧化铝溶在10%～15%的熔融的冰晶石里，再通以电流，结果观察到有气泡出现，然而却没有金属铝析出。他推测，电流使坩埚中的二氧化硅分解了，因此游离出硅。于是他对电池进行改装，用碳作坩埚衬里，又将碳作为阴极，从而解决了这一难题。1886年2月的一天，他终于看到小球状的铝聚集在阴极上。霍尔此时异常激动，带着他第一次获得的一把金属铝球去见他的教授。后来，这些铝球竟成为“王冠宝石”，至今仍珍存在美国制铝公司的陈列厅中。廉价炼铝方法的发明，使铝这种在地壳中含量占8%的元素，从此成了为人类提供多方面重要用途的材料。而发明家霍尔，当时还不满23周岁，这年12月6日才是他的23岁生日。还有一件值得提及的事，非常巧合，一位与霍尔同龄的年轻的法国化学家埃鲁也在这年稍晚些时候发明了相同的炼铝法。
霍尔与埃鲁在遥远的两大洲，同年来到人世（1863年）又同年发明了电解炼铝法（1886年）。虽然他们之间曾一度发生了专利权的纠纷，但后来却成为莫逆之交。1911年，当美国化学工业协会授予霍尔著名的佩琴奖章时，埃鲁还特意远涉重洋到美国参加了授奖仪式，亲自向霍尔表示祝贺。或许是上天的旨意，1914年，这两位科学家又都相继去世。难怪当后人们一提起电解炼铝法的时候，便总把霍尔和埃鲁的名字联在一起。

参考资料：铝冶炼史