鋁的冶煉方法

1樓：

傳說拿破崙三世的刀叉具是用鋁製造的。筵席上，他為多數客人提供金餐具，而只讓少數客人使用鋁餐具，是為了讓用鋁餐具的客人留下更深刻印象。2023年，在美國首都華盛頓特區落成的華盛頓紀念碑上的頂帽也是用金屬鋁製造的。

因為在19世紀，鋁是一種珍貴的金屬。人們最初得到的鋁粒如同珍寶，它的**同**相當。因為從鋁礦石中把鋁提煉出來，是極其困難的。

2023年，丹麥的奧斯特分離出少量的純鋁。2023年，德國化學家維勒用金屬鉀與無水氯化鋁反應而製得了鋁。但是鉀太昂貴了，所以不允許大規模地生產。

又過了27年，法國化學家德維爾用金屬鈉與無水氯化鋁一起加熱而獲得閃耀金屬光澤的小鋁球。改用金屬鈉雖然極大地降低了鋁的生產費用，但顯然沒有達到能使人們普遍應用鋁的程度。2023年，在美國奧伯林學院化學系，有一位叫做查爾斯·馬丁·霍爾的青年學生。

當時他只有二十一歲。一次，他聽一位教授（這位教授正是維勒的學生）說：“不管誰能發明一種低成本的鍊鋁法，都會出人頭地。

”這使霍爾意識到只有探索廉價的鍊鋁方法，才能使鋁被普遍應用。霍爾決定在自己家裡的柴房中辦一個家庭實驗室。他打算應用戴維早期的一項發明：

把電流通到熔融的金屬鹽中，可以使金屬的離子在陰極上沉積下來，從而使金屬離子分離出來。因為氧化鋁的熔點很高(2050℃)，他必須物色一種能夠溶解氧化鋁而又能降低其熔點的材料，偶然發現了冰晶石(na3alf6)。冰晶石一氧化鋁熔鹽的熔點僅在930℃～1000℃之間，冰晶石在電解溫度下不被分解，並有足夠的流動性。

這樣就有利於電解的進行。霍爾採用瓷坩堝，碳棒（陽極）和自制電池，對氧化鋁，即精製的氧化鋁礦進行電解。把氧化鋁溶在10%～15%的熔融的冰晶石裡，再通以電流，結果觀察到有氣泡出現，然而卻沒有金屬鋁析出。

他推測，電流使坩堝中的二氧化矽分解了，因此遊離出矽。於是他對電池進行改裝，用碳作坩堝襯裡，又將碳作為陰極，從而解決了這一難題。2023年2月的一天，他終於看到小球狀的鋁聚集在陰極上。

霍爾此時異常激動，帶著他第一次獲得的一把金屬鋁球去見他的教授。後來，這些鋁球竟成為“王冠寶石”，至今仍珍存在美國製鋁公司的陳列廳中。廉價鍊鋁方法的發明，使鋁這種在地殼中含量佔8%的元素，從此成了為人類提供多方面重要用途的材料。

而發明家霍爾，當時還不滿23週歲，這年12月6日才是他的23歲生日。還有一件值得提及的事，非常巧合，一位與霍爾同齡的年輕的法國化學家埃魯也在這年稍晚些時候發明了相同的鍊鋁法。

霍爾與埃魯在遙遠的兩大洲，同年來到人世（2023年）又同年發明了電解鍊鋁法（2023年）。雖然他們之間曾一度發生了專利權的糾紛，但後來卻成為莫逆之交。2023年，當美國化學工業協會授予霍爾著名的佩琴獎章時，埃魯還特意遠涉重洋到美國參加了授獎儀式，親自向霍爾表示祝賀。

或許是上天的旨意，2023年，這兩位科學家又都相繼去世。難怪當後人們一提起電解鍊鋁法的時候，便總把霍爾和埃魯的名字聯在一起。

參考資料：鋁冶煉史

2樓：匿名使用者

冶煉鋁可以用熱還原法，但是成本太高。

工業上冶煉鋁應用電解法，主要原理是霍爾-埃魯鋁電解法：以純淨的氧化鋁為原料採用電解制鋁，因純淨的氧化鋁熔點高（約2045℃），很難熔化，所以工業上都用熔化的冰晶石(na3alf6)作熔劑,使氧化鋁在1000℃左右溶解在液態的冰晶石中，成為冰晶石和氧化鋁的熔融體，然後在電解槽中，用碳塊作陰陽兩極，進行電解。

全面介紹如下：

《鋁的生產加工》

鋁在生產過程中有四個環節構成一個完整的產業鏈：鋁礦石開採－氧化鋁製取－電解鋁冶煉－鋁加工生產。

一般而言，兩噸鋁礦石生產一噸氧化鋁；兩噸氧化鋁生產一噸電解鋁。

（一）氧化鋁的生產方法

迄今為止，已經提出了很多從鋁礦石或其它含鋁原料中提取氧化鋁的方法。由於技術和經濟方面的原因，有些方法已被淘汰，有些還處於試驗研究階段。已提出的氧化鋁生產方法可歸納為四類，即鹼法、酸法、酸鹼聯合法與熱法。

目前用於大規模工業生產的只有鹼法。

鋁土礦是世界上最重要的鋁礦資源，其次是明礬石、霞石、粘土等。目前世界氧化鋁工業，除俄羅斯利用霞石生產部分氧化鋁外，幾乎世界上所有的氧化鋁都是用鋁土礦為原料生產的。

鋁土礦是一種主要由三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石組成的礦石。到目前為止，我國可用於氧化鋁生產的鋁土礦資源全部為一水硬鋁石型鋁土礦。

鋁土礦中氧化鋁的含量變化很大，低的僅約30％，高的可達70％以上。鋁土礦中所含的化學成分除氧化鋁外，主要雜質是氧化矽、氧化鐵和氧化鈦。此外，還含有少量或微量的鈣和鎂的碳酸鹽、鉀、鈉、釩、鉻、鋅、磷、鎵、鈧、硫等元素的化合物及有機物等。

其中鎵在鋁土礦中含量雖少，但在氧化鋁生產過程中會逐漸在迴圈母液中積累，從而可以有效地**，成為生產鎵的主要**。

衡量鋁土礦優劣的主要指標之一是鋁土礦中氧化鋁含量和氧化矽含量的比值，俗稱鋁矽比。

用鹼法生產氧化鋁時，是用鹼（naoh或na2co3）處理鋁礦石，使礦石中的氧化鋁轉變成鋁酸鈉溶液。礦石中的鐵、鈦等雜質和絕大部分的矽則成為不溶解的化合物。將不溶解的殘渣（赤泥）與溶液分離，經洗滌後棄去或進行綜合處理，以**其中的有用組分。

純淨的鋁酸鈉溶液即可分解析出氫氧化鋁，經分離、洗滌後進行煅燒，便獲得氧化鋁產品。分解母液則迴圈使用來處理另一批礦石。鹼法生產氧化鋁有拜耳法、燒結法以及拜耳--燒結聯合法等多種流程。

拜耳法是由奧地利化學家拜耳（k·j·bayer）於1889～2023年發明的一種從鋁土礦中提取氧化鋁的方法。一百多年來在工藝技術方面已經有了許多改進，但基本原理並未發生變化。為紀念拜耳這一偉大貢獻，該方法一直沿用拜耳法這一名稱。

拜耳法包括兩個主要過程。首先是在一定條件下氧化鋁自鋁土礦中的溶出（氧化鋁工業習慣使用的術語，即浸出。以下同）過程，然後是氫氧化鋁自過飽和的鋁酸鈉溶中水解析出的過程，這就是拜耳提出的兩項專利。

拜耳法的實質就是以溼法冶金的方法，從鋁土礦中提取氧化鋁。在拜耳法氧化鋁生產過程中，含矽礦物會引起al2o3和na2o的損失。

在拜耳法流程中，鋁土礦經破碎後，和石灰、迴圈母液一起進入溼磨，製成合格礦漿。礦漿經預脫矽之後預熱至溶出溫度進行溶出。溶出後的礦漿再經過自蒸發降溫後進入稀釋及赤泥（溶出後的固相殘渣）的沉降分離工序。

自蒸發過程產生的二次汽用於礦漿的前期預熱。沉降分離後，赤泥經洗滌進入赤泥堆場，而分離出的粗液（含有固體浮游物的鋁酸鈉溶液，以下同）送往葉濾。粗液通過葉濾除去絕大部分浮游物後稱為**。

**進入分解工序經晶種分解得到氫氧化鋁。分解出的氫氧化鋁經分級和分離洗滌後，一部分作為晶種返回晶種分解工序，另一部分經焙燒得到氧化鋁產品。晶種分解後分離出的分解母液經蒸發返回溶出工序，形成閉路迴圈。

氫氧化鋁經焙燒後得到氧化鋁。

不同型別的鋁土礦所需要的溶出條件差別很大。三水鋁石型鋁土礦在105℃的條件下就可以較好地溶出，一水軟鋁石型鋁土礦在200℃的溶出溫度下就可以有較快的溶出速度，而一水硬鋁石型鋁土礦必須在高於240℃的溫度下進行溶出，其典型的工業溶出溫度為260℃。溶出時間不低於60分鐘。

拜耳法用於處理高鋁矽比的鋁土礦，流程簡單，產品質量高，其經濟效果遠比其它方法為好。用於處理易溶出的三水鋁石型鋁土礦時，優點更是突出。目前，全世界生產的氧化鋁和氫氧化鋁，90%以上是用拜耳法生產的。

由於中國鋁土礦資源的特殊性，目前中國大約50%的氧化鋁是由拜耳法生產的。

將拜耳法和燒結法二者聯合起來的流程稱之為聯合法生產工藝流程。聯合法又可分為並聯聯合法、串聯聯合法與混聯聯合法。採用什麼方法生產氧化鋁，主要是由鋁土礦的品位（即礦石的鋁矽比）來決定的。

從一般技術和經濟的觀點看，礦石鋁矽比為3左右通常選用燒結法；鋁矽比高於10的礦石可以採用拜耳法；當鋁土礦的品位處於二者之間時，可採用聯合法處理，以充分發揮拜耳法和燒結法各自的優點，達到較好的技術經濟指標。

目前全球氧化鋁年產量在5500萬噸左右，我國的氧化鋁產量約為680萬噸。

（二）原鋁、鋁合金及鋁材的生產方法

目前工業生產原鋁的唯一方法是霍爾－埃魯鋁電解法。由美國的霍爾和法國的埃魯於2023年發明。霍爾－埃魯鋁電解法是以氧化鋁為原料、冰晶石（na3alf6）為熔劑組成的電解質，在950－970℃的條件下通過電解的方法使電解質熔體中的氧化鋁分解為鋁和氧，鋁在碳陰極以液相形式析出，氧在碳陽極上以二氧化碳氣體的形式逸出。

每生產一噸原鋁，可產生1.5噸的二氧化碳，綜合耗電在15000kwh左右。

工業鋁電解槽大體上可以分為側插陽極自焙槽、上插陽極自焙槽和預焙陽極槽三類。由於自焙槽技術在電解過程中電耗高、並且不利於對環境的保護，所以自焙槽技術正在被逐漸淘汰。目前全球原鋁年產量約為2800萬噸，我國的原鋁年產量約為700萬噸。

必要時可以對電解得到的原鋁進行精煉得到高純鋁。目前的鋁合金生產方法主要以熔配法為主。由於鋁及其合金具有優良的可加工效能，所以通過鍛、鑄、軋、衝、壓等方法生產板、帶、箔、管、線等型材。

參考資料：http://zhidao.baidu.com/question/44440938.html

工業上冶煉鋁的原理是什麼?

3樓：禾鳥

生產金屬鋁（電解鋁），第一步先生產氧化鋁。世界上的氧化鋁幾乎都是版用鹼法生產的，分拜爾權法、燒結法和拜爾-燒結聯合法，以拜耳法法為主。

拜耳法2023年由奧地利工程師卡爾·約瑟夫·拜耳發明，其基本原理是用濃氫氧化鈉溶液將氫氧化鋁轉化為鋁酸鈉，通過稀釋和新增氫氧化鋁晶種使氫氧化鋁重新析出，剩餘的氫氧化鈉溶液重新用於處理下一批鋁土礦，實現了連續化生產。

擴充套件資料拜耳法用在處理低矽鋁土礦，特別是用在處理三水鋁石型鋁土礦時，流程簡單，作業方便，產品質量高，其經濟效果遠非其它方法所能比美，目前全世界生產的氧化鋁和氫氧化鋁，有90%以上是用拜耳法生產的。

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