第一节 氧化铝和铝矿
国外生产氧化铝绝大多数采用拜耳法生产氧化铝，中国结合自己的资源情况，首创了拜耳-烧结混联法，极大地提高了氧化铝的总回收率。随着生产技术的不断提高，石灰拜耳法、选矿拜耳法等一些新的生产方法不断被应用到生产中来。
一、、氧化铝的特性
存在于自然界中的氧化铝称为刚玉（α-Al2O3），是在火山爆发过程中形成的。它在岩石中呈无的结晶，也可与其他氧化物杂质（氧化铬和氧化铁等）染（形）成带的结晶，红的叫红宝石，蓝的叫蓝宝石。
工业氧化铝是各种氧化铝水合物经加热分解的脱水产物，按照它们的生成温度可以分为低温氧化铝和高温氧化铝两类。
通常电解炼铝用的氧化铝是α-Al2O3和γ-Al2O3的混合物。α-Al2O3它属六角晶系，由于有完整坚固的晶格，所以它是所有氧化铝同质异晶体中化学性最稳定的一种，在酸或碱液中不溶解。γ-Al2钢结构运输O3属于立方晶系，具有很大的分散性，化学性质较为活泼，易与酸或碱溶液作用。
氧化铝的化学纯度
成品氧化铝除主要成分是Al2O3外，往往含有少量的SiO2、Fe2O3、Na2O和H2O等杂质。
氧化铝中残存的结晶水以灼减表示，它也是有害杂质。因为水与电解质中的AlF3作用而生成HF，造成了氟盐的损失，并且污染了环境。此外，当灼减高或吸湿后的氧化铝与高温熔融的电解质接触时，则会引起电解质暴溅，危及操作人员的安全。
氧化铝质量的分级根据标准YS/7274-1998分为4个等级，如表1-2所示。
级别 | 牌号 | Al2O3（%） | SiO2（%） | Fe2O3（%） | Na2O（%） | 灼减（%） |
一级 | Al2O3-1 | ≥98.6 | 弯曲弹簧≤0.02 | ≤0.02 | ≤0.50 | ≤1.0 |
二级 | Al2O3-2 | ≥98.4 | 耳包≤0.04 | ≤0.03 | ≤0.60 | ≤1.0 |
三级 | Al2O3-3 | ≥98.3 | ≤0.06 | ≤0.04 | ≤0.65 | ≤1.0分级授权 |
四级 | Al2O3-4 | ≥98.2 | ≤0.08 | ≤0.05 | ≤0.70 | ≤1.0 |
| | | 微电解水杯 | | | |
表1-2氧化铝质量等级标准
氧化铝的物理性质用于表征氧化铝物理性质的指标有：安息角、α-Al2O3含量、容量、粒度和比表面积以及磨损指数等。
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地壳中铝的平均含量为8.7%左右，折合成氧化铝为16.4%，仅次于氧和硅，居于第三位，在金属元素中位于第一位。由于铝的化学性质活泼，它在自然界中以化合物状态存在。地壳中的含铝矿物约有250种左右，其中约40%是各种铝硅酸盐，最重要的含铝矿物只有14-15种，而铝土矿就是目前氧化铝生产的主要矿石资源，世界上生产的氧化铝95%左右是从铝土矿中提炼出来的。
评价铝土矿的质量不仅看它的化学成分、铝硅比的高低，而且还要看铝矿的类型。铝土矿中氧化铝的含量通常在45%-75%之间。铝土矿中的二氧化硅是碱法（尤其是拜耳法）生产氧化铝过程中最有害的杂质。我们通常把铝土矿中的氧化铝与二氧化硅的重量之比值称为铝土矿的铝硅比，以符号A/S表示。氧化铝生产要求铝土矿的铝硅比和氧化铝含量越高越
好，因为铝硅比氧化铝含量对氧化铝厂的技术经济指标影响很大。处理铝硅比低的铝土矿较处理铝硅比高的铝土矿在工艺上要复杂得多，并且单位产品的投资及生产成本要高。 铝土矿的外观和物理化学性质变化很大，因其矿物组成和化学成分不同而异，三水铝石型多呈松散碎屑状，而一水硬铝石主要为石质块状，矿石结构有土状、致密状与豆鲕状铝土矿可以具有从白到赭之间的很多颜。一般含铁高的呈红，含铁低的呈灰白、黄褐及褐，硬度变动于1-9之间。
我国铝土矿资源较为丰富，其特点是高铝、高硅、低铁，大部分为一水硬铝型铝土矿，铝硅比多数4.0-7.0之间，在10.0以上的优质铝土矿较少。
第二节氧化铝生产方法
一、氧化铝生产方面概述
氧化铝生产过程就是从铝矿石中提取氧化铝使之与杂质分离的过程。
自然界中的铝矿石及含铝原料的类型繁多，同一类型的铝土矿中各种杂质的含量又各有差
异。为了最经济地生产氧化铝，对不同的铝矿必须采用不同的生产方法，已经提出的生产氧化铝的方法大致可分为碱法、酸法联合法、电热法、高压水化学法等几种。
1、碱法生产氧化铝
碱法生产氧化铝就是用碱（NaOH或Na2CO3）处理铝土矿，使矿石中的氧化铝和碱反应制成铝酸钠溶液。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的二氧化硅则成为不溶性的化合物进入固体残渣中。因为这种残渣被氧化铝铁染成砖红，故称为赤泥。与赤泥分离后的铝酸钠溶液经净化处理后，可以分解析出氢氧化铝，即Al（OH）3，将Al(OH)3溶液分离并经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。分离Al(OH)3后的溶液称为母液，可以用来处理下一批矿石，因而也称为循环母液。
碱法生产氧化铝按生产过程的特点，又分为拜耳法、烧结法和拜耳-烧结联合法（包括并联、串联、混联联合法等），目前工业上普遍采用碱法生产氧化铝。
二、拜耳法生产氧化铝的原理和基本工艺流程
采用拜耳法生产氧化铝已有100多年的历史，100多年来随着科学的发展、新技术的应用，
这一方法已经有了很大的发展和改进。目前，它仍是世界上生产氧化铝的主要方法之一。拜耳法用在处理低硅铝土矿（一般要求A/S＞7.0），特别是用在处理三水铝石型铝土矿时有流程简单、作业方便、能量消耗低、产品质量好等优点。现在除了受原料条件限制的某些地区以外，大多数氧化铝厂都采用拜耳法生产氧化铝。拜耳法处理一水硬铝石型铝土矿时工艺条件要苛刻一些。拜耳法最主要的缺点是不能单独处理氧化硅含量太高的矿石，此外，拜耳法对赤泥的处理也很困难。
1、拜耳法生产氧化铝的原理
拜耳法生产氧化铝的原理简述如下：
用苛性碱溶液在一定温度、一定压力条件下溶出铝土矿，氧化铝被溶出制得铝酸钠溶液，铝酸钠溶液净化后经过降温、添加晶种、搅拌分解析出氢氧化铝，析出的氢氧化铝经分离、洗涤、焙烧后得到氧化铝。分解后的母液（主要成分NaOH）经蒸发再重新溶出新的一批铝土矿，进入下一循环。氧化硅等杂质成为赤泥，经洗涤后外排或用于烧结法配料。
拜耳法生产氧化铝的基本流程
由于各地铝土矿的矿物成分和结构的不同以及采用的技术条件各有特点，各个工厂的具体工艺流程也常有差异。但作为拜耳法生产氧化铝其基本的流程主要由原矿浆制备、溶出、溶出矿浆稀释及赤泥分离和洗涤、晶种分解、氢
氧化铝分级和洗涤、氢氧化铝焙烧、母液蒸发及苏打苛化等工序组成。拜耳法处理一水硬铝石型铝土矿的基本流程如图1-1所示。
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