铝的获取方法有两种,即从原矿石中生产原铝,或者从加工废料和废旧的铝产品中回收铝。

铝矿最常见的形式就是铝土矿,它储量丰富,主要存在于热带和亚热带地区,比如西非、西印度、南美和澳大利亚。矿石开采以后使用拜耳法工艺(Bayer Process)精炼得到氧化铝,接着使用电解法得到金属铝。从事原铝还原和冶炼的企业分布在世界各地,但是,因为其生产工艺属于高能耗类,这些企业通常又会处于拥有丰富廉价能源供应的地区,比如水电资源丰富的地区。金属铝可以与其他材料形成合金系列,它们性能各异,并且能用多种方式进行加工,比如轧制、铸造、挤压等。铝产品使用后可以不限次数地回收,而并不损失其性能。

原铝生产

在使用电解法工艺生产原铝之前,需要将铝土矿转化为氧化物即氧化铝,之后才能用电解法生产原铝。众所周知,这种转化过程是在氧化铝精炼厂进行的,采用的工艺为拜尔化学法。铝土矿在苛性钠溶液中浸泡,溶解出其中的氧化铝,经过滤,去除不溶性的颗粒。氢氧化铝从苛性钠溶液中沉淀下来,稀释、干燥,与此同时,苛性钠溶液可以循环使用。氢氧化铝经焙烧后,得到白色的细颗粒氧化铝。

原铝是在电解铝厂里生产的,在那里,纯铝通过霍尔-埃鲁特工艺(Hall-Héroult)从氧化铝中提取出来。


俄罗斯Khakas铝冶炼厂© RUSAL 俄罗斯铝业

氧化铝还原成液态铝的过程是在氟化物中,在大约摄氏950度的高温和高安培数直流电的作用下进行的,该工艺发生在电解槽中。炭阴极构成电解槽的底部,作为电解槽的负极,阳极位于电解槽的上部。在与氧化铝中氧分子的反应过程中,阳极逐渐消耗。目前,电解槽中应用的阳极有两种。在预焙烧工艺中,阳极是用石油焦和煤焦油沥青(作为接合剂)的混合物生产的,并在独立的阳极生产企业做预焙烧处理。在自焙槽工艺中,碳混合物直接进入电解槽的上部,通过电解过程释放的热能预焙烧阳极。

每隔一段时间,将电解槽产生的熔融铝输送到铸造车间。根据用户要求加入其它金属元素,在静置炉内生产铝合金,之后去除其中的氧化物和气体,铸造为合金锭。根据后序加工方式的不同,它的外形可以是挤压用的圆锭,或压延用的板锭。

回收再生

自从铝在第一次商业化生产的时候,铝的回收就开始了。目前,再生铝要占到每年全球铝消费量的三分之一。铝回收是整个铝行业不可或缺的一部分,无论从经济性、技术上和生态保护上,铝的回收都有积极意义。

废料熔炼

作为铝回收链条上的最后一环,精炼厂和重熔厂都为保护我们的环境作出了巨大贡献,因为,正是他们在生产着这样一种可以重新开启其生命周期的材料。这两种类型的工厂都可以处理和熔解铝废料。精炼厂会把铸造合金提供给铸造厂,而重熔厂则把变形合金提供给轧制厂和挤压厂。精炼厂仅仅使用铝废料作为原材料,而重熔厂既使用铝废料,也使用原铝作为原材料。正是因为这个原因,衡量重熔行业的规模不是看它的挤压棒坯或者轧制用板坯的生产规模,而是其铝废料的消耗量。

新旧废料

可被回收的铝废料用“新”或者“旧”来描述。

新废料指的是在铝加工或铝合金制造过程中(例如,板材切边后的边角料)丢弃的材料。大部分新废料都是从制造业直接进入到回收行业,我们往往知道它们的质量和化学成分,并且它们常常没有涂层,因此,在重熔之前,它们几乎不需要任何处理。加工和制造业中的废料100%地被铝工业回收。

旧废料指的是含铝产品在达到使用年限的时候被收集起来,处理以后得到的材料。它们可以是窗户框架、拆除建筑物的外立面、饮料罐或者是汽车发动机缸体。

废料的处理

废料在重熔之前,必须满足一定的质量要求。为了达到该要求,必须去除所有黏附在铝材料上的其他材料,并且按照铝的牌号和含量不同进行分类。例如,铝车屑通过离心处理并干燥,以去处可能存在的油污和水,然后再用磁铁分离出含铁部分。

aluMATTER 网站

aluMATTER是一个可自由浏览的获奖网站,提供与铝的科技有关的、创新型的、可交互的电子学习资源。