铝的冶炼

铝的冶炼lu de yelian

代表性的铝原矿为铝土矿，其主要成分为不同晶形的三水铝石(ν-Al₂O₃·3H₂O)、一水铝石(ν-Al₂O₃· H₂O)和硬水铝石(α-Al₂O₃·H₂O)。它们以单独状态或混合状态存在。铝的冶炼首先要由铝土矿制得纯氧化铝，然后用电解法制得纯铝。
❶拜尔法制氧化铅 适于低品位铝土矿，方法简便易行。其氧化铝生产的主要过程： 在高压釜中用苛性碱浸取铝土矿，制得铝酸钠溶液，即

Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O

将铝酸钠溶液稀释后，在有氢氧化铝晶种存在的条件下进行搅拌，使铝酸钠水解生成俗称白泥的Al₂O₃·3H₂O白色沉淀，反应式为

2NaAlO₂+4H₂O=Al₂O₃·3H₂O+2NaOH

将白泥在1 400～1 500K煅烧脱水即得纯净的氧化铝，反应式如下：

Al₂O₃·3H₂O=Al₂O₃+3H₂O

❷ 烧结法或碱石灰烧结法制氧化铝 适用于处理氧化铝含量较高的铝土矿，此外，若铝土矿的主要成分为硬水铝石时则因不溶于NaOH溶液而只能用烧结法。其生产过程： 将碳酸钠与铝土矿一起烧结，通过高温固相反应转变为铝酸钠Na₂O·Al₂O₃，铁酸钠Na₂O·Fe₂O₃和硅酸二钙2CaO·SiO₂，再用稀碱液溶解。此时，Na₂O·Al₂O₃转入溶液与其他成分分离。将CO₂通入Na₂O·Al₂O₃溶液中，便可得到氢氧化铝，再经煅烧即得纯净的Al₂O₃。
霍尔-埃鲁法 由氧化铝制取金属铝的用熔盐电解法。即以冰晶石Na₃AlF₆作为熔剂，溶入大约5%的Al₂O₃，在电解槽中进行电解。电解槽底部由碳块构成，作为阴极，垂直插入电解槽熔融体中的碳块为阳极。电解时铝以熔融状态沉积于槽底的阴极板上，阳极板因产生CO₂和CO而消耗，因而需定期补充。由于对冰晶石和氧化铝的电离状态至今尚不明了，所以其电解机理也不明确。但总的结果是
在阴极 4Al³⁺+12e=4Al
在阳极6O^2--12e=3O₂这样制得的铝，其纯度约为99.8%。
如将铝中掺入30%～50%的铜，制成熔点较低、密度较大的Al-Cu合金，以此为阳极，用氟化物或氯化物类物质为电解液，以浮在电解液上层的精铝为阴极，进行电解，可得含量为99.998%的高纯铝。

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