Bauxite Mined and Refined Into Alumina

铝土矿是制造铝的主要原材料。这种粘土状矿物由铝氢氧化物组成，如吉贝特石、沸石和透辉石，它们是在强烈的红土风化过程中形成的。

在将铝土矿石溶解到被称为 "绿液 "的热烧碱溶液中之前，首先要对其进行破碎和洗涤。绿液被转移到高大的沉淀池后，加入氢氧化铝种子，以便在温度冷却时沉淀出固体水合氧化铝，沉淀池还可用于加速凝固。

拜耳工艺

在大型工业工厂，拜耳工艺是所有神奇之处。在这里，工业化学将原材料转化为造福社会的产品。这种多级工艺使用各种过滤和分离设备，还涉及环境问题；其副产品（如赤泥）在处置前需要小心处理。

铝土矿在加工过程中会使用烧碱溶液，并在高压和高温下进行消化，以提取其可溶性氧化铝价值，从而产生稀铝酸钠液和一种称为赤泥的不溶性烧碱残渣。这种耐火材料需要特殊处理，因为它可能含有重金属、碱化合物和酚类化合物，因此被当地监管机构列为危险废物。

然后，烧碱溶液通过一系列六层楼高的沉淀池，在沉淀池中加入水合氧化铝的种子晶体并让其生长，最终将溶液中的所有水分子都吸引过来，最终形成白色的氢氧化铝固体，这种固体随后将用于霍尔-赫鲁特冶炼工艺，以生产金属铝。

过滤和洗涤后的氧化铝在干燥前还需进一步加工，以去除残留的烧碱和其他杂质，然后再加热，通过煅烧去除结晶产生的多余水分，这是一个必不可少的步骤。

加工过程中产生的无水氧化铝可立即投入使用，然后通过干压、等静压、辊压成型、注塑成型和/或滑模铸造工艺等方法制成各种形状。成形后的无水氧化铝可制成板材和棒材铸件，也可制成等静压绝缘和密封材料，用于各行各业，其中大部分产品用于金属冶炼，而其余产品则用于特殊用途或用作衍生化学品。

冰晶石浴

查尔斯-马丁-霍尔于 1880 年开始研究铝的生产方法。霍尔随后发现，冰晶石溶液可以溶解这种材料，并释放出其珍贵的特性；因此，霍尔-赫鲁特电解工艺应运而生，并于 1908 年成为生产原铝的重要途径。

熔炼铝需要持续和大量的电能。冰晶石熔池必须保持在理想的工作温度下才能持续生产，阴极积聚的多余铝会被定期抽走并送往大型保温炉，在那里可以去除杂质、添加合金元素，然后铸成铝锭。

要使这一工艺在经济上可行，关键是要管理好氧化铝进入冰晶石槽的进料速度，以便在最佳范围内保持稳定的浓度。包括粒度和搅拌在内的许多因素都会对这一因素产生影响。

通过对冰晶石浴进行 X 射线衍射分析，可以很容易地控制钙和镁的含量。但遗憾的是，这种 X 射线技术存在几个限制其准确性的缺点：包括难以分析其粉末形态，以及半晶质冰晶石 NaCaAlF6 分析峰与千枚岩和网纹石分析峰重叠；仅用这种 X 射线方法很难区分新硼砂和新勃润土！

冶炼厂使用高压衍射系统实时准确地监控冰晶石熔池的温度，并预测冰晶石何时结冰--这两项都是其工艺的重要组成部分。此外，该系统还能检测碳杂质（对矿山、铸造厂和工厂中接触碳杂质的工人的健康造成危害）以及黄铁矿或方解石等矿物包裹体（表明氧化铝本身含有杂质）。

冶炼过程

铝可以从一些粘土中提取（成本不划算），但大部分铝的生产来自铝土矿的开采和将铝土矿提炼成氧化铝（氧化铝）。然后，氧化铝成为制造金属铝的原料；这一能源密集型工艺需要消耗大量电力。目前，全球氧化铝生产正在利用拜耳工艺技术的各种变体迅速扩大（不过，较难开采的高磷铝土矿可能需要其他变体）。

磨细的铝土矿在压力作用下与烧碱（NaOH）的热溶液在蒸煮器中混合，将铝土矿中的含铝矿物（吉比特石、勃姆石和透辉石）溶解到铝酸钠的过饱和溶液中，这种溶液被称为 "孕液"。溶液中的反应性二氧化硅还必须通过进一步加工去除，形成赤泥悬浮液，也称为 "氧化铝污泥"，然后泵入含有不透水材料的密封大坝，以防止泄漏和污染周围环境。

还原锅将氧化铝（和一些剩余的烧碱）与碳结合成熔融电解质，电流通过电解质，破坏氧化铝中铝和氧之间的化学键，从而释放出氧气，最终铝作为阳极金属沉积在底部，而二氧化碳气体作为阴极金属上升。

在高位沉淀器中，水合氧化铝溶液与烧碱进一步分离，方法是在液态溶液中加入少量细小的结晶氧化铝粉末，使其沉淀为坚硬的水合氧化铝硅酸盐固体，然后过滤、洗涤和干燥成白色粉末状，即 "煅烧氧化铝"。

这种氧化铝粉末可通过不同的技术（例如干压、等静压和热压、滑模铸造或带模铸造）制成各种产品，可添加或不添加其他材料（粘合剂或热塑性塑料），以方便制造和生产工艺，例如注塑成型或生产微电子电路的薄基板。此外，将其用作填料还有助于提高陶瓷的绝缘性能。

煅烧过程

铝土矿残渣可通过煅烧进行进一步加工，即把铝土矿残渣送入回转窑，使其暴露在高温下，以驱除残留的水分和化学结合元素，从而生产出氧化铝粉末产品，这种产品适合成型或用作陶瓷应用的原材料。

发热反应由热烧碱（NaOH）催化。为了控制温度曲线并生产出不同等级的氧化铝，还可以添加不同成分的反应物，例如将透辉石与吉比特石结合在一起。

虽然大部分氧化铝生产用于铝冶炼工业，但用作耐火材料和技术陶瓷的特种铝也有很大的市场。这些特种产品具有精细的结晶结构和极高的比表面积，可抵御腐蚀侵蚀；此外，它们还具有绝缘性能、高强度和热稳定性，是熔炉建设项目中不可或缺的组成部分。

氧化铝的其他应用还包括陶瓷制造，如耐火材料、磨料和催化剂载体。粉末中通常会加入粘合剂；例如，用于注塑成型部件的热塑性塑料在冷却过程中被加热并与氧化铝混合，然后被烧掉。胶带铸造的另一个用途是将其与有机液体混合，生产微电子电路的薄基板。

其他陶瓷材料往往又软又脆，因此在使用中无法承受冲击或拉伸应力，与之相反，氧化铝坚硬、耐用、膨胀系数低，是轴承和密封件的理想材料。遗憾的是，当受到冲击应力或过度拉伸应变时，氧化铝的精细结构可能会导致开裂和分解等削弱缺陷。

煅烧是一种工业加热方法，通过蒸发水分、挥发污染物和分解氧化部分质量来实现固体材料的化学分离。长期以来，煅烧一直是生产无水氧化铝、利用石膏废料生产墙板、从锐钛矿中提取高纯度金红石以生产高纯度金红石以及其他工业用途的有效方法。