折光率、比重、硬度按三水铝石、一水软铝石、一水硬
铝石、刚玉的顺序递增。
化学性质
两性化合物，不溶于水，可溶于酸和碱，在酸碱中的溶 解度和溶解速度不同
1.3 铝土矿及其他炼铝资源
1.3.1 主要含铝矿物
铝在地壳中的平均含量为 8.7% （折成氧化铝为 16.4%），仅次于氧和硅，而居第三位，在金属元素中 则位居第一。由于铝的化学性质活泼，所以其在自然 结中仅以化合物状态存在。地壳中的含铝矿物物约有 250多种，其中约40%是各种铝硅酸盐。
40
F
30
Q B
20
K II G I A L
0 10 20
10
J N
30
III
C
40 50 53.5
D
60 NaOH· H2 O
Na2O %(质量)
2.3 铝酸钠溶液的性质
2.3.1 铝酸钠溶液的稳定性
用从这种过饱和的铝酸钠溶液开始分解析出氢氧 化铝所需时间的长短来衡量。在热力学上是一个自 发的不可逆过程。 对生产过程的影响：拜耳法溶出后的铝酸钠溶液 在其与赤泥分离洗涤的过程中，必须保持足够的稳 定性；而晶种分解过程则需要破坏稳定性，以加速
90
M一水铝石85%
80
70 Al2O3,% (质量) 60
T 三水铝石65.4% αk=1 E
Na2O· Al2O3 62.2%Al2O3 H 37.8%Na2O
50
IV
Na2O· Al2O3· 2.5H2O 48.8%Al2O3 29.7%Na2O 21.5%H2O 21.95% Na2O 25.59%Al2O3 αk=3
这一方的研究仍有人进行。
第二章 铝酸钠溶液
第二章 铝酸钠溶液
2.1 铝酸钠溶液特性参数
1.铝酸钠溶液浓度的表示法:g/L
Na2O的表示法：苛性钠碱、碳酸碱、硫酸碱、全碱。
2.苛性比值 铝酸钠溶液中氧化钠与氧化铝的摩尔比值。表示铝酸钠溶
液中氧化铝的饱和程度和稳定性。
3.硅量指数 铝酸钠溶液中氧化铝与二氧化硅含量的比值。
Al2O3 35% Al2O3 19% Al2O3 38% Al2O3 38% Al2O3 23% Al2O3 40% Al2O3 35%
明矾石[(Na,K)2SO4· Al2(SO4)3· 4Al(OH)3] Al2O3 37%
1.3.2 铝土矿

铝土矿是目前氧化铝生产中最主要的矿石资源， 世界上95%以上的氧化铝是用铝土矿为原料生产的。 铝土矿中氧化铝的含量变化很大，低的在40%以下， 高者可达70%以上。与其他有色金属矿石相比，铝土
第一章 氧化铝生产概况
1.1 概述
2008 年全世界氧化铝的产量为 6049.6 万 t ，中国产量 为2278.4万t（2005年中国产量为861万t）
1888年8月，拜耳法生产氧化铝专利注册。
世界最大氧化铝厂：巴西的北方氧化铝厂（626万t以 上） 中国最大氧化铝厂：中国铝业公司河南分公司（预计 2010年产能达700万ｔ）
霞石[(Na,K)2O· Al2O3 · SiO2] 长石[(Na,K)2O· Al2O3 · 6SiO2· 2H2O] 白云母(K2O· 3Al2O3 · 6SiO2· 2H2O) 绢云母(K2O· 2Al2O3 · 6SiO2· 2H2O) 白榴石(K2O· Al2O3 · 4SiO2) 高岭石(Al2O3 · 2SiO2· 2H2O) 丝钠铝石(Na2O· 2Al2O3 · 2CO2· 2H2O)

的一水硬铝石型铝土矿中还含有少量刚玉。

铝土矿的铝硅比。铝硅比是指矿石中 Al2O3 含量与 SiO2 含量的重量比、一般用A/S表示。
1.3.3 国内外铝土矿资源
1. 世界铝土矿概况


2005 年世界铝土矿储量为 250 亿 t ，基础储量 为320亿t，资源量为550~750亿t。
目前，已知赋存铝土矿的国家有 49 个，但世 界总储量的 74%集中干 6个国家：几内亚、澳大利 亚、巴西、越南、印度和牙买加。
1.4 .2 氧化铝生产方法概述
氧化铝生产方法大致可分为四类，即碱法、 酸法、酸碱联合法和热法。但目前用于工业生产
的几乎全属于碱法。碱法生产氧化铝的基本过程
如下图所示：
1.4 氧化铝生产方法概述
铝矿石 碱处理 铝酸钠浆液 分离
铝酸钠溶液 分解 分离 母液
赤泥(Fe、Ti、Si等杂质)
Al(OH)3
①资源分布高度集中； ②矿床类型以沉积型为主，坑采储量比重较大； ③矿床规模以大中型为主； ④一水硬铝石型矿石占绝对优势；
⑤共（伴）生组分多；
⑥品位偏低，A/S小； ⑦适合经济开发和利用的铝土矿资源少； ⑧适合于露采的比例偏小，占38.1%。
1.3.4 其他铝矿资源
明矾石 霞石 高岭土 粘土
3.2.1 氧化铝水合物在溶出过程中的行为
Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq
== 2NaAlO2+aq
3.2.2 含硅矿物在溶出过程中的行为
SiO2是铝土矿中最常见的杂质，也是碱法生产
氧化铝最有害的杂质。铝土矿中的含硅矿物有无定 形的蛋白石、石英等一类的氧化硅及其水合物以及 高岭石等。
3.2 铝土矿溶出过程的化学反应
拜耳法的实质就是使下一反应在不同的条件下 朝不同的方向交替进行：
Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq
<====> 2NaAl(OH)4+aq
Na2O-Al2O3-H2O系中的拜耳法循环图
40
至Al2O3· 35 至Al2O3· H2 O点 3H2O点 30
Al2O3,% 25 (质量) 20 15 10 C D 5 B A 60℃
和加深溶液的分解。
影响铝酸钠溶液稳定性的主要因素：
1、溶液的浓度 2、苛性比值 3、温度 4、杂质 5、晶种
2.3.2 铝酸钠溶液的其他物理化学性质 1、铝酸钠溶液的密度 2、铝酸钠溶液的粘度 3、铝酸钠溶液的电导率 4、铝酸钠溶液的饱和蒸汽压 5、铝酸钠溶液的热容 6、氧化铝水合物在碱溶液中的溶解热
氧化铝的用途：
电解法炼铝、电子、石油、化工、耐火材料、陶瓷、
磨料、防火剂、造纸、制药等领域。
活性氧化铝、低钠氧化铝、喷涂氧化铝、填料氧化
铝等。
氧化铝工业的发展
新设备的出现、自动化的生产、新技术的出现、 表面活性物质的研制、能耗的减低、砂状氧化铝取 代粉状氧化铝、注重综合利用和环境保护。
1.2 氧化铝及其水合物的性质
分解，使之达到饱和平衡。
Na2O-Al2O3-H2O 系平衡状态图可以用直角坐标表 示，也可以用等边三角形表示。以直角坐标表示的 Na2O-Al2O3-H2O 系平衡状态图，其横坐标是 Na2O 浓度， 纵坐标是 Al2O3 浓度，原点 O 表示 100% 的 H2O 通过原点 的直线为等αk线。
2 我国铝土矿概况
我国铝土矿资源比较丰富，我国铝土矿保有 基础储量在世界上居第七位，储量在世界上居第 八位。截至到 2006年保有的资源储量为 27.76 亿 吨，其中储量 5.42 亿吨，基础储量 7.42 亿吨，资
源量 20.35 亿吨，主要分布在山西、河南、广西、 贵州4省区，
中国铝土矿资源具有以下几个特点：
2 物理性质
主要指α氧化铝含量、真比重、容重、粒度、比表面积、 安息角、磨损系数等。 要求： 在电解质中的溶解度要大，溶解速度快，流动性好， 便于风动输送和料仓向电解槽自动加料，粉尘量小，在输 送和加料时的飞扬损失小，具有较好的表面活性，能够有 效地吸附氟化氢气体，保温性能好，在电解质上能形成良 好的结壳、以屏蔽电解熔体，降低热损失，能严密地覆盖 在阳极碳块上，防止碳块氧化，减少阳极消耗。
矿可算是很富的矿。

铝土矿主要用于氧化铝生产（约90%），但也用 于人造刚玉，耐火材料及水泥等生产。

铝土矿是一种组成复杂，化学成分变化很大的含铝矿 物，主要化学成分为 Al2O3 、 SiO2 、 Fe2O3 、 TiO2 ；少量的 CaO、MgO、S、Ga、V、Cr、P等。 依据铝土矿中铝矿物的含量，一般可将铝土矿分为三 水铝石型、一水软铝石型、一水硬铝石型和各种混合型，如 三水铝石-一水软铝石型，一水软铝石-一水硬铝石型等。有
200℃ αk=1.65
30℃
αk=3.40
5
0
10 15 20 25 30 35 40 45 Na2O %(质量)
3.1 拜耳法原理和基本流程
循环效率 循环效率：一吨Na2O在一次拜耳法循环中所产出 的Al2O3的量（吨），用E表示，E的数值越高说明 碱的利用率越好。
循环碱量：生产一吨氧化铝在循环母液中所必须 含有的碱量。它是E的倒数
长石页岩等
1.4 氧化铝生产方法概述
1.4.1 电解炼铝对氧化铝质量的要求
1 氧化铝的化学纯度
比铝更正电性的元素的氧化物(Fe2O3、SiO2、TiO2、 V2O5)在电解过程中率先在阴极析出，使铝的品味降 低。 比铝更负电性的元素的氧化物（碱及碱土金属的 氧化物及SiO2等）电解时与AlF3进行反应，使AlF3损 失，使分子比发生变化，影响电解正常进行。 水分，有害成分，分解电解质中的氟化物。
1.2.1 氧化铝及其水合物 1 命名：1925年哈伯（F. Haber）提出 2 氧化铝-水系 三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石、刚玉是 自然界中存在的氧化铝水合物。 氢氧化铝在空气中加热脱水是一个复杂的相变 过程，从三水铝石最终变为α氧化铝。
1.2.2 氧化铝及其水合物的物理化学性质
物理性质
第三章 拜耳法生产氧化铝
3.1 拜耳法原理和基本流程
3.1.1 拜耳法的基本原理和实质
拜耳法的基本原理