鋁是如何煉成的？

鋁是我們使用最廣泛的金屬之一，從啤酒罐到飛機零部件等各種產(chǎn)品中都有鋁的身影。

然而，這種輕質(zhì)金屬并不是自然產(chǎn)生的，其生產(chǎn)過程非常復(fù)雜。

上述信息圖使用了美國地質(zhì)勘探局、鋁業(yè)領(lǐng)袖和其他來源的數(shù)據(jù)來細分鋁生產(chǎn)的三個階段。

鋁生產(chǎn)的三個階段

全球每年生產(chǎn)約3.9億噸鋁土礦，其中85%用于生產(chǎn)鋁。

鋁土礦是由氧化鋁和其他礦物組成的礦石，是世界上鋁的主要來源。開采后，鋁土礦被精煉成氧化鋁，然后轉(zhuǎn)化為鋁。

因此，鋁通常分三個階段從礦石到金屬。

1 第一階段：開采鋁土礦

鋁土礦通常在露天礦中從地下開采，僅澳大利亞、中國和幾內(nèi)亞這三個國家的礦山產(chǎn)量就占全球礦山產(chǎn)量的72%。

澳大利亞是迄今為止最大的鋁土礦生產(chǎn)國，也是全球最大的鋁土礦開采作業(yè)韋帕礦的所在地。

幾內(nèi)亞是第三大鋁土礦生產(chǎn)國，其鋁土礦儲量超過70億噸，比任何其他國家都多。此外，幾內(nèi)亞是全球最大的鋁土礦出口國，76%的鋁土礦出口到中國。

鋁土礦從地下開采出來后，被送往全球各地的氧化鋁廠生產(chǎn)氧化鋁，這標志著生產(chǎn)過程的第二階段。

2 第二階段：氧化鋁生產(chǎn)

1890年代，奧地利化學(xué)家Carl Josef Bayer發(fā)明了一種從鋁土礦中提取氧化鋁的革命性工藝。100多年后的今天，約90%的氧化鋁廠仍在使用拜耳工藝精煉鋁土礦。

以下是拜耳工藝的四個關(guān)鍵步驟：

高壓溶出：

鋁土礦與氫氧化鈉混合并在壓力下加熱。在此階段，氫氧化鈉選擇性地從鋁土礦中溶解氧化鋁，留下其他礦物質(zhì)作為雜質(zhì)。

過濾：

從溶液中分離并過濾雜質(zhì)，形成稱為赤泥的殘留物。丟棄泥漿后，氧化鋁轉(zhuǎn)化為鋁酸鈉。

沉淀：

將鋁酸鈉溶液冷卻并沉淀成固體、結(jié)晶形式的氫氧化鋁。

焙燒：

氫氧化鋁晶體在煅燒爐中經(jīng)過洗滌和加熱，形成純氧化鋁——一種稱為氧化鋁的沙狀白色材料。

氧化鋁生產(chǎn)過程中留下的雜質(zhì)或赤泥是一個主要的環(huán)境問題。事實上，氧化鋁廠每生產(chǎn)一噸氧化鋁，就會產(chǎn)生1.2噸赤泥，目前世界上儲存的赤泥數(shù)量超過30億噸。

中國是第二大鋁土礦生產(chǎn)國和最大進口國，供應(yīng)全球一半以上的氧化鋁。

澳大利亞、巴西和印度等幾個主要鋁土礦生產(chǎn)國都是最大的氧化鋁生產(chǎn)國，但沒有一個能與中國相提并論。

氧化鋁在多個行業(yè)都有應(yīng)用，包括塑料、化妝品和化學(xué)品生產(chǎn)。當然，其中大部分被運往冶煉廠生產(chǎn)鋁。

3 第三階段：鋁生產(chǎn)

氧化鋁通過電解還原轉(zhuǎn)化為鋁。除了氧化鋁本身之外，另一種叫做冰晶石的礦物以及大量的電力也是該生產(chǎn)過程的關(guān)鍵。以下是鋁冶煉工作原理的簡單概述：

在鋁冶煉廠中，數(shù)百個電解槽充滿了熔融冰晶石。

然后將氧化鋁（由兩個鋁原子和三個氧原子組成）加入這些電解槽中，強大的電流會破壞鋁和氧原子之間的化學(xué)鍵。

電解反應(yīng)導(dǎo)致純液態(tài)鋁沉淀在電解槽底部，然后將其純化并鑄造成各種形狀和尺寸的鋁產(chǎn)品。

中國在全球鋁生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位，也是最大的消費國。其鄰國印度是第二大生產(chǎn)國，產(chǎn)量僅為中國的十分之一。

與氧化鋁生產(chǎn)的情況一樣，一些生產(chǎn)鋁土礦和氧化鋁的國家也生產(chǎn)鋁，例如印度、澳大利亞和俄羅斯。

年產(chǎn)鋁的大約四分之一用于建筑業(yè)。另外23%用于車架、電線、車輪和運輸行業(yè)的其他部件。鋁箔、罐頭和包裝也是另一個主要的最終用途，占17%的消費份額。

鋁的廣泛應(yīng)用使其成為最有價值的金屬市場之一。2021年，全球鋁市場價值約為2,457億美元，隨著消費的增長，預(yù)計到2030年，其規(guī)模將增加近一倍，達到4,985億美元。