一、氧化鋁及電解鋁生產(chǎn)概況
鋁的電負性很強，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現(xiàn)。
在熔鹽電解時，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)鋁國只有39個，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5440萬t，實際生產(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346萬t，基本上滿足了國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。我國的電解鋁也相應(yīng)發(fā)展起來。建國以來，我國的鋁消費增長速度很快，鋁一直是國展經(jīng)濟的短缺產(chǎn)品，每年國家要花費大量外匯進口鋁，截止1997年累計進口了678.89萬t鋁。從20世紀80年代以來，我國鋁的產(chǎn)量發(fā)展很快，1988年排列世界第八，1989年超過德國，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（360萬t）、俄羅斯（340萬t）、加拿大（280萬t）3個產(chǎn)鋁大國。原鋁生產(chǎn)能力達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)能力已達到每年5465萬t。主要的氧化鋁生產(chǎn)國為澳大利亞、美國、俄羅斯、法國、德國等。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，世界各國都注重酸法、堿石灰燒結(jié)法、聯(lián)合法等的經(jīng)濟性研究。
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氧化鋁的要求為：
（一）
我國拜耳法（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。我國的一水硬鋁石礦比國外的三水鋁石和一水軟鋁石礦難溶出，強化拜耳法溶出技術(shù)在我國也越來越受重視，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氧化鋁的要求為：
（一）
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化學成分
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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?，F(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，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，需要即時補充。冰晶石在Greenland島有天然的，但儲量有限，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)。
對于純度要求高時，需要對原鋁進行精煉。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。
