铝土矿开采和氧化铝精炼

全球铝土矿产量约为 85%，是生产氧化铝的原料。澳大利亚在昆士兰州、西澳大利亚州、北部地区和塔斯马尼亚州开采和提炼氧化铝，并采用不会对职业健康造成严重危害的最佳开采和提炼工艺。

美国的查尔斯-霍尔和法国的保罗-赫鲁特于 1886 年独立设计出了一种通过电解熔融冰晶石生产铝的经济型工艺；这种工艺后来被称为拜耳工艺。

采矿

铝是自然界中最丰富的元素之一，但无法以纯态提取。相反，它以各种化合物的形式存在于岩石和沉积物中，世界上的主要来源是铝土矿岩，在世界各地的采矿点生产铝之前，需要将铝土矿岩提取并提炼成氧化铝。

铝的开采和提炼过程会产生大量废物，大量有毒废物（如 TENORM）与多种健康问题有关，包括纤维化、间皮瘤和肺部疾病。此外，重金属从废料堆中渗入水源，对水源造成污染，其潜在的危险水平威胁着环境的完整性。

为了减少氧化铝生产对环境的影响，我们投入了大量资源用于矿山修复和自然栖息地的恢复。不幸的是，这种活动对采矿和精炼部门的员工带来了一定的风险，他们可能会感染呼吸道和皮肤疾病，包括间皮瘤、皮肤癌和肾癌、肺部退行性疾病或社区传染病，如疟疾或登革热（如果有蚊子的话）。

铝土矿开采通常采用露天开采技术，澳大利亚、几内亚和中国负责生产全球大部分铝土矿。由于大部分铝土矿产于热带地区，因此也必须在这里开采，大型矿业公司一般在港口设施附近经营矿山，附近有训练有素的工人。

在拜耳法工艺中，铝土矿经过破碎、清洗和研磨，然后在高压和高温下溶解在烧碱中，形成铝酸钠过饱和溶液（称为孕液），然后被泵送到称为沉淀池的高罐中，在其中加入氢氧化铝种子，以便在孕液冷却时析出固体氢氧化铝晶体，然后将沉淀的氧化铝过滤，并直接送往铝土矿残渣储存区。

准备工作

铝是地球上最丰富的元素之一，以重量轻、可塑性强、延展性好和无腐蚀性而闻名。但遗憾的是，铝并不是以金属形式自然形成的，因此必须通过开采才能生产。铝土矿必须首先加工成氧化铝（氧化铝）。这种物质生产出来后，可被制成各种形状，如铝块、铝棒、铝锭和铝块，直至最终生产出金属铝。

铝土矿是铝的主要来源，通常以风化毯的形式存在于各种火成岩上，被称为红土或硬壳岩，由氧化铝、氧化铁和二氧化硅组成。只有含有铝含量分别为 65% 和 85% 的辉长岩和沸长岩的矿床才能被经济地用于生产氧化铝；此类矿床主要分布在赤道两侧。

采用热烧碱溶液来溶解铝土矿中的含铝矿物（辉锑矿、沸石和透辉石）。这一过程称为消化或浸出，由此产生的铝酸钠过饱和溶液称为孕液。从母体氧化铝中分离出来后，铝土矿中的不溶性二氧化硅必须通过过滤与过滤后残留的红泥分离，过滤后的红泥最终将被丢弃。

消化需要大量的水。生产水性烧碱和其他化学品、清洗矿石、残渣、回收烧碱废料和废物以及减少粉尘也需要用水。不同工厂的用水量各不相同，这取决于铝土矿质量、工厂设计和所在地区的供水情况。

传统的工厂做法要求在煅烧过程中添加氟化钙，以降低氧化铝原料中的钠含量。由于这些要求，必须创造新的低钠氧化铝加工技术。通过这种方法生产的氧化铝在研磨机中使用醋酸进行研磨，以去除苏打并生产出低钠产品。沉淀氧化铝需要用盐酸气体喷淋，形成六水合氧化铝晶体，然后过滤、离心、用盐酸洗涤、再次过滤，最后溶解在热水中，形成适合进一步加工的氧化铝（ALO）浆料。

炼油

我们每天使用的铝是通过一系列复杂的化学反应生产出来的，首先要对铝土矿进行提炼。氧化铝（Al2O3）是通过电解法生产原铝的原料；然而，氧化铝的其他用途也远远超出了原铝生产；生产一吨原铝大约需要两吨氧化铝；事实上，氧化铝在许多其他化学品中也发挥着重要作用，如用于高温回转窑和熔炉的耐火材料、研磨材料、研磨物质，甚至水净化工艺。

铝土矿的开采大多采用露天开采法，澳大利亚、中国和几内亚三个国家的产量占全球总产量的 72%。铝土矿是用大型推土机通过爆破、钻探和开裂等方法从地下开采出来的，然后直接运往附近的氧化铝精炼厂进行进一步加工。

氧化铝精炼是一个复杂的四步流程。首先，必须对铝土矿进行清洗和过滤，以去除二氧化硅等杂质。接着，在窑炉中将绿液加热到高温，并加入烧碱进行混合，直到在沉淀器容器中结晶，沉淀器中的氢氧化铝溶液种子颗粒由播种机播种在上面；沉淀之后，氢氧化铝溶液进一步增长，然后进入后续的精炼步骤。

在氧化铝精炼厂和矿山车间经常进行焊接，导致接触烟雾和粉尘，从而引起呼吸道疾病和伤害。因此，应采取控制措施，最大限度地减少这种风险、振动暴露和有害物质暴露，因为在热带地区，室外工作是常态，可能会增加工人的热应力暴露，而全身振动疲劳则与铲运机、钻机、卡车或挖掘机等机械操作有关。

冶炼

氧化铝是制造铝所需的主要原材料。生产氧化铝的工艺分为四个阶段，即拜耳法（以其开发者卡尔-约瑟夫-拜耳的名字命名）。矾土矿石经过精细研磨后被送入蒸汽加热的消化器中，在压力作用下与烧碱溶液混合，形成铝酸钠溶液（绿液），而烧碱废料则作为原料被回收到消化过程中；然后通过蒸发和结晶提取氧化铝，生产出白色粉末，即吉布斯特。

将氧化铝还原成铝锭 >>在还原生产阶段，氧化铝溶解在所谓的还原罐中--内衬碳或石墨的深矩形钢壳，里面装有冰晶石电解液。电流通过这种混合物，碳阳极作为阴极；氧化铝中的铝和氧与碳阳极反应，产生二氧化碳气体，然后与作为阴极的金属铝阳极反应，产生二氧化碳气体，金属铝阳极剩余的气体在阴极只留下金属铝；然后进入保温炉，去除杂质，添加合金元素，浇铸成铝锭。

氧化铝锭可用于生产各种产品。铝锭可轧制成板材、箔材和棒材；挤压成用于线材生产的长棒；或通过干等静压或铸造生产出用于线材生产的长棒。铝锭还可通过热轧或冷轧、滑模铸造、注塑或注射成型技术制成各种形状。

采矿、提炼和冶炼业务通过使用节能设备和开发回收流程，努力将对环境的影响降至最低。采矿作业结束后，会立即努力恢复土地原貌。空气污染可以通过适当的通风系统以及洗涤器等空气污染控制设备来控制。水污染可以通过回收矿渣、废液和废气进行再利用来减轻。