铝土矿氧化铝开采工艺

Donoghue 博士和 Frisch 先生是澳大利亚铝业公司的全职雇员。

铝土矿是生产铝的主要原料，在世界各地都有大量矿藏。铝土矿经破碎并在烧碱溶液中煮熟后，再加入氢氧化铝种子（称为吉比特），使其沉淀为红泥废料，留下对环境有害的红色粘液残渣，这在许多国家造成了严重影响。

拜耳工艺

为生产铝而开采的铝土矿含有铝的氢氧化物和氧氢氧化物2 （吉布斯特、贝氏体和诺德斯特朗特）、铁的氧化物2 （铁素体和鹅卵石）和二氧化钛2 （金红石和透辉石）。拜耳法通过化学方法将铝土矿转化为氧化铝，这是通过霍尔-赫鲁特电解法生产纯铝金属的第一步。

拜耳工艺中的消化和澄清步骤都非常重要。消化过程中产生的任何不溶性残留物都被称为赤泥，出于环保考虑必须加以清理。此外，澄清后留下的铝酸盐溶液必须进行净化--使用不含氯化钠的苛性碱溶液、离子交换净化或高温烧结都有助于控制这两种流中的杂质含量。

铝酸盐溶液的澄清是通过重力沉淀和在浓缩器（也称为耙式浓缩器）中用水冲洗来完成的，从而产生适合沉淀成三水氧化铝的浓缩铝酸钠溶液。粗颗粒通过粗旋风分离器萃取，而较细的固体则通过过滤保留下来；然后进一步冷却溶液以提高过饱和度，再将其泵送至高硅沉淀器；这样就产生了沉淀的水合氧化铝，然后必须对其进行洗涤、过滤和干燥，才能分解成商业纯氧化铝2。

在霍尔-赫鲁特电解工艺中，含有少量铁素体杂质（次要杂质）的金属铝从熔盐（氯化钠和氯化钙的混合物）中分离出来，方法是通过阳极电极上的电流通过含碳的铝酸盐溶液，碳与其他杂质发生反应，形成白色结晶化合物，称为铝酸盐。

如何将拜耳工艺下吹流中的杂质含量保持在预定水平以下是一项重大挑战，同时生产出的废水无需额外处理即可直接排入自然受纳水体。要实现这一目标，必须将铝土矿矿物学变化管理、生产率优化、竞争反应控制、赤泥沉积损失最小化等因素协调起来，才能取得成功。

冶炼

铝土矿是一种氧化铝岩石，可以通过开采和提炼来生产铝。开采和提炼过程会产生大量废料，其中含有 TENORM（天然痕量元素）等有毒元素。然后，氧化铝被送入炼铝炉，通过电解转化为金属；为了最大限度地减少这一过程中产生的废物，最好能找到尽可能多的氧化铝再利用方法。

氧化铝被广泛用作玻璃、瓷器和汽车金属漆等工业产品的原材料。氧化铝还具有低导电性、抗化学侵蚀性、极高的强度和硬度（莫氏硬度 9 级），因此在许多其他领域也有应用。

在氧化铝的开采和提炼过程中，必须清除土地上可能妨碍作业的植被和树木。在将铝土矿装载到卡车、火车车厢或传送带上运往附近的精炼厂之前，会使用爆破、钻孔、撕裂和大型推土机将其破碎。

在氧化铝精炼工艺的开始阶段，氧化铝被打碎并浸入烧碱溶液中，形成铝酸钠过饱和溶液。然后，氧化铝被转移到一个浆料反应器中，在高温下加热，通过一种称为 "煅烧 "的工艺去除化学合成的水，产生凝固的氧化铝水合物，然后将其储存在铺有砖块的罐子中，再引入碳阳极，通过电流将氧化铝电解成纯铝，然后将其转移回罐子中，最后再转移回铸造室，通过手工铸造形成各种形状的铝坯。

坯料切割成钢锭后，再用来轧制称为螺纹钢的长条，然后可以切割成不同的长度，并进行相应的使用。最后，这些长棒被熔化，生产出钢锭用于进一步加工。

铸造

铝是当今世界的核心元素，从建筑、汽车到包装和运动器材，铝的应用无处不在。但是，铝并不是自然形成的纯金属，而是经过复杂的转化过程，从最初的铝矾土矿石变成今天我们所熟知和喜爱的轻质金属。

首先，使用钻探、爆破和大型推土机挖掘等技术从地下开采铝土矿。然后进行破碎和清洗，再运往附近的氧化铝精炼厂，该厂采用拜耳精炼工艺生产氧化铝。

热烧碱溶液用于溶解铝土矿中的含铝矿物（吉布斯特、勃姆特和透辉石），形成过饱和的铝酸钠溶液（称为孕液），然后送入氧化铝（Al2O3）炉中煅烧，再经过洗涤、干燥和再次加热，驱除剩余的结晶水，生产出高纯度的氧化铝，然后形成干燥的白色砂状物质（称为水合氧化铝）。

氧化铝可用于各种产品，包括耐火材料、化工产品以及石膏和二氧化硅等原材料；有些甚至还可回收用于精炼工艺本身。

每生产一吨氧化铝就会产生两到三吨废料；这些材料被称为赤泥，必须小心处理，以尽量减少对环境的影响。

精炼后的氧化铝被铸成铝锭，用于各种用途。它们可以轧制成板材、箔材和棒材；也可以拉制成线材，然后绞合成用于输电线路的电缆；还可以模压成复杂的形状或挤压型材（如窗框）；甚至还可以再次回收制成铝锭--使铝成为一种可无限循环利用的金属！此外，不同的合金具有不同的特性，可满足不同客户的要求。

回收利用

铝是最常见的金属之一，被广泛应用于从汽水罐到汽车部件等众多产品中，但它并不是天然存在的纯金属。相反，它必须从含有各种形式铝氧化物的铝土矿岩石中提取，然后提炼成氧化铝，最后才能成为铝，这一过程分为三个步骤，需要消耗能源和水资源。

作为开采工艺的一部分，氧化铝开采必须首先使用爆破或钻探方法清除覆盖在铝矾土上的覆盖层--岩石和粘土。这些材料一旦松动，就可以装上卡车运往氧化铝加工厂进行加工。

在铝土矿加工厂，矿石先被碾碎以减小体积，然后浸入热烧碱中溶解含铝矿物，如吉比特石和勃姆石，最后从二氧化硅中分离出来，成为铝酸钠过饱和溶液，即孕液。

部分孕液经处理后可生成氢氧化铝，也就是通常所说的熟石灰，而其余部分则被直接送往氧化铝精炼厂，在那里其成分将发生化学反应，变成金属铝。

氧化铝是一种不可或缺的工业材料，在从塑料制造到磨料磨具等多种行业中都有广泛应用。氧化铝在许多类型的阻燃剂中也发挥着重要作用。

虽然氧化铝的开采和提炼具有很高的可回收性，但其开采和提炼仍存在一些环境问题。这些问题包括噪音污染、人体工程学问题、外伤风险以及腐蚀性苏打溅到皮肤或眼睛上。此外，铝土矿粉尘和氧化铝粉末都与呼吸系统并发症有关，包括肺部刺激或炎症。

一些工人报告了因接触铝土矿粉尘和氧化铝粉尘以及各种污染物而导致的癌症、肾脏疾病和肝脏损伤等健康问题；然而，已进行的研究确定，采矿和精炼的现行最佳做法似乎不会增加这些问题的风险。