一、氧化鋁及電解鋁生產(chǎn)概況
鋁的電負(fù)性很強(qiáng)，與氧、鹵族、硫和碳的化合物都非常穩(wěn)定。因此，用碳直接還原其氧化物成金屬的過程很困難，反應(yīng)的一次產(chǎn)物是碳氧化物Al4O4C，而從碳氧化物很難制得金屬鋁。也不能用電解鋁鹽的水溶液來制取鋁，電解鋁鹽的水溶液只能在陰極得到氫，在陽極得到氧。鋁的生產(chǎn)只能用電解含純鋁化合物的熔鹽的方法來實(shí)現(xiàn)。
在熔鹽電解時(shí)，電解質(zhì)中比鋁更正電電性的金屬雜質(zhì)必須低于技術(shù)要求，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量符合要求。鋁工業(yè)包括氧化鋁生產(chǎn)、氟化鹽生產(chǎn)、陽極炭素材料的生產(chǎn)及電解鋁4個(gè)過程。
世界鋁工業(yè)的發(fā)展速度很快。1980年全世界的產(chǎn)鋁國(guó)只有39個(gè)，原鋁生產(chǎn)能力1830萬t，年產(chǎn)原鋁1620萬t，氧化鋁產(chǎn)量為3440萬t，開采鋁土礦9150萬t。1985年世界氧化鋁總產(chǎn)能為3822萬t。1990年世界氧化鋁總產(chǎn)能達(dá)4079萬t。1995年世界開采鋁土礦1.2億t，產(chǎn)氧化鋁4800萬t。1997年世界氧化鋁的生產(chǎn)能力達(dá)5440萬t，實(shí)際生產(chǎn)5056萬t，原鋁產(chǎn)量為2161萬t。世界上原鋁產(chǎn)量超過450kt/a的5個(gè)超大型企業(yè)為：俄羅斯的Bratsk與Krasnoyarsk廠、Aluminium Bahranin、南非的Alusaf Hillside、澳大利亞的 ComAlcoBoyne Island廠。
我國(guó)的鋁工業(yè)是在解放以后建立起來的。氧化鋁的生產(chǎn)于1950年建山東鋁廠開始，隨后1965年建鄭州鋁廠，1978年建貴州鋁廠，1987年建山西鋁廠，1993年建中州鋁廠，1995年建平果鋁廠。經(jīng)過40年的努力，我國(guó)已形成包括礦山在內(nèi)的完整的氧化鋁體系。1995年氧化鋁生產(chǎn)能力達(dá)346萬t，基本上滿足了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國(guó)的電解鋁也相應(yīng)發(fā)展起來。建國(guó)以來，我國(guó)的鋁消費(fèi)增長(zhǎng)速度很快，鋁一直是國(guó)展經(jīng)濟(jì)的短缺產(chǎn)品，每年國(guó)家要花費(fèi)大量外匯進(jìn)口鋁，截止1997年累計(jì)進(jìn)口了678.89萬t鋁。從20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)鋁的產(chǎn)量發(fā)展很快，1988年排列世界第八，1989年超過德國(guó)，1991年超過挪威，1993年超過巴西，1994年超過澳大利亞。1997年已躍居世界第四，僅次于美國(guó)（360萬t）、俄羅斯（340萬t）、加拿大（280萬t）3個(gè)產(chǎn)鋁大國(guó)。原鋁生產(chǎn)能力達(dá)244萬t，1997年生產(chǎn)鋁錠204萬t，基本上能滿足自給。
二、氧化鋁及電解鋁生產(chǎn)的現(xiàn)行方法
氧化鋁的生產(chǎn)方法有酸法、拜耳法、堿石灰燒結(jié)法、聯(lián)合法。目前，世界上90%的氧化鋁是以優(yōu)質(zhì)三水鋁石型鋁土礦為原料，采用流程簡(jiǎn)單、能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好的拜耳法生產(chǎn)的。有部分氧化鋁硅比鋁土礦采用堿石灰燒結(jié)法或聯(lián)合法生產(chǎn)而得，有少量氧化鋁從霞石制取。1998年世界氧化鋁生產(chǎn)能力已達(dá)到每年5465萬t。主要的氧化鋁生產(chǎn)國(guó)為澳大利亞、美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、德國(guó)等。世界上最大的氧化鋁廠是澳大利亞的格拉德斯通（Gladstone）廠，年產(chǎn)330多萬噸。隨著優(yōu)質(zhì)三水鋁石鋁土礦的耗盡，世界各國(guó)都注重酸法、堿石灰燒結(jié)法、聯(lián)合法等的經(jīng)濟(jì)性研究。
自從1886年HAll-Heroult發(fā)明了冰晶石溶鹽電解法生產(chǎn)電解鋁以來，現(xiàn)在全世界的鋁都是電解法生產(chǎn)的。直流電通入電解槽，在陰極和陽極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。陰極上產(chǎn)出液體鋁，陽極上產(chǎn)出CO2和CO混合氣體。在工業(yè)電解槽內(nèi)，電解質(zhì)通常為95%的冰晶石和5%的氧化鋁組成，電解溫度為950～970℃。電解液的密度為2.1g/cm3，鋁液密度為2.3g/cm3，兩者因密度差而上下分層。鋁液用真空抬包抽出，經(jīng)過凈化和過濾，澆鑄成商品鋁錠（純度99.5%～99.8%，稱為原鋁）。陽極氣體中有少量氟化物、瀝青煙氣、二氧化硫等有害物，經(jīng)凈化后排入大氣，同時(shí)回收氟化物返回電解槽。
氧化鋁是煉鋁的原料。冰晶石熔鹽電解法對(duì)氧化鋁的要求為：
（一）
我國(guó)拜耳法（包括混聯(lián)法中的拜耳法）生產(chǎn)的氧化鋁占總產(chǎn)量的比率由1990年的40.4%，逐步提高到1997年的51.29%。拜耳法在甸氧化鋁生產(chǎn)中也越來越應(yīng)受重視。我國(guó)的一水硬鋁石礦比國(guó)外的三水鋁石和一水軟鋁石礦難溶出，強(qiáng)化拜耳法溶出技術(shù)在我國(guó)也越來越受重視，研究出管道一停留罐溶出的特有技術(shù)。
自從1886年HAll-Heroult發(fā)明了冰晶石溶鹽電解法生產(chǎn)電解鋁以來，現(xiàn)在全世界的鋁都是電解法生產(chǎn)的。直流電通入電解槽，在陰極和陽極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。陰極上產(chǎn)出液體鋁，陽極上產(chǎn)出CO2和CO混合氣體。在工業(yè)電解槽內(nèi)，電解質(zhì)通常為95%的冰晶石和5%的氧化鋁組成，電解溫度為950～970℃。電解液的密度為2.1g/cm3，鋁液密度為2.3g/cm3，兩者因密度差而上下分層。鋁液用真空抬包抽出，經(jīng)過凈化和過濾，澆鑄成商品鋁錠（純度99.5%～99.8%，稱為原鋁）。陽極氣體中有少量氟化物、瀝青煙氣、二氧化硫等有害物，經(jīng)凈化后排入大氣，同時(shí)回收氟化物返回電解槽。
氧化鋁是煉鋁的原料。冰晶石熔鹽電解法對(duì)氧化鋁的要求為：
（一）
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化學(xué)成分
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Na2O
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TiO2
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ZnO
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SiO2
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V2O5
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CaO
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Fe2O3
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P2O5
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含量/%
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小于0.30
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小于0.002
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小于0.001
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小于0.02
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小于0.0005
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小于0.005
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小于0.03
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小于0.003
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（二）氧化鋁的物理性能力：氧化鋁能夠較快溶入冰晶石，并能夠在氣體凈化裝置里有效地吸附HF氣體。現(xiàn)代工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)槽多用砂狀氧化鋁。砂狀氧化鋁較粗，安息角小（30°～35°），γ-Al2O3含量高（65%～70%）。另外還有面粉狀氧化鋁，它呈片狀或羽毛狀，顆粒較細(xì)，安息角較大，α- Al2O3含量高（80%～95%），在電解槽上易結(jié)殼，保溫性能較好，適合于自焙電解槽。
理論上講，生產(chǎn)1t金屬鋁需要氧化鋁1.89t，實(shí)際生產(chǎn)因工業(yè)氧化鋁中Al2O3為99%及加工過程中的損失，實(shí)際需要1920～1970kg氧化鋁。
在電解過程中，冰晶石和添加劑氟化鹽不斷損耗，需要即時(shí)補(bǔ)充。冰晶石在Greenland島有天然的，但儲(chǔ)量有限，現(xiàn)代鋁工業(yè)采用合成冰晶石。以螢石、硫酸、氫氧化鋁為原料制成。另外還有磷酸副產(chǎn)品法、堿法和干法生產(chǎn)冰晶石。添加劑氟化鹽最常見的氟化鋁、氟化鎂也要人工合成。
電解鋁需要大量的炭素材料，特別是陽極，生產(chǎn)1t鋁需要530～600kg炭素。鋁電解用炭素主要包括陽極糊、預(yù)制陽極塊、側(cè)部炭塊和底部炭塊四種，需要專門的炭素車間生產(chǎn)。
對(duì)于純度要求高時(shí)，需要對(duì)原鋁進(jìn)行精煉。通常采用三層電解質(zhì)精煉電解槽，把原鋁和銅配成合金作陽極（在槽底），冰晶石-氯化鋇熔鹽作電解質(zhì)，最上一層即為析出的精鋁，用石墨電極把電傳給精鋁。
