原铝生产阶段碳足迹和水足迹研究

2023-11-17 理论教育版权反馈

【摘要】：原铝生产大致可以分为两个阶段：氧化铝提取阶段和电解铝生产阶段。表2 电解铝生产系统材料能源消耗分布[8]每吨电解铝生产阶段碳足迹如下：整个原铝生产阶段碳足迹如下：因此，捷豹JaguarXFL 单车车身所用原铝获取时碳足迹为排放二氧化碳3 491.769 kg，水足迹为氧化铝提取阶段的新水消耗1 782 kg。

铝的化学性质比较活泼，在自然界中以白色无定形粉状氧化铝（Al2O3）形式存在。原铝生产大致可以分为两个阶段：氧化铝提取阶段和电解铝生产阶段。目前，氧化铝主要采用拜耳法从铝土矿中提取，其原理是用苛性钠（NaOH）溶液加温溶出铝土矿中的氧化铝得到铝酸钠溶液[见式（1）]，除去赤泥残渣后降低溶液温度，然后向溶液中加入氢氧化铝晶种并长时间搅拌，铝酸钠逐渐分解析出氢氧化铝，最后将洗净的氢氧化铝在950～1 200℃高温下煅烧得到氧化铝成品[3]。在拜耳法生产工艺中，能源消耗主要集中在蒸汽、煤气和电力等方面[见表（1）]，水消耗主要集中在供热站系统和氧化铝系统，每吨氧化铝消耗新水8 t[4]，原料消耗除了铝土矿以外还有石灰石、氢氧化铝等。

表1 氧化铝生产系统能源消耗分布[5]

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每吨氧化铝提取阶段碳足迹如下：

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现代电解铝工业采用的是冰晶石-氧化铝融盐电解法，在950～970℃温度下，电解槽内熔融的冰晶石（Na3AlF6）作为溶剂，氧化铝作为溶质，氧化铝溶解在冰晶石中形成电解质，用碳素材料制成的电极插入电解质中，两电极间通入强大直流电，电极周围便发生电化学反应，即产生电解，阴极反应、阳极反应、总反应分别见式（2）、（3）、（4）。阴极附近生成铝液，定期用真空抬包吸出，净化澄清后浇注成铝锭。阳极直接参与电化学反应而不断消耗，生成CO 和CO2，阳极气体净化后排入大气，回收的氟化物返回电解槽。电解铝生产系统中材料能源消耗情况见表2。

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