目前國內外氧化鋁生產的主要方法有拜耳法、燒結法和拜耳-燒結聯合法。拜耳法處理優質鋁土礦，m(Al，O)/m(SiO)≥8(質量比)，m(SiO)<9%;燒結法處理低品位鋁礦石，m(Al_O)/m(SiO)=3.5～5.0;聯合法處理中等品位鋁土礦，m(AlO)/m(SiO)=5.0~8.0，聯合法又分為并聯法、串聯法及混聯法。各種方法的主要特點和應用情況比較見表3-1。其中拜耳法是最主要的生產方法，其產量占全國冶金級氧化鋁總產量的95%。其次是拜耳-燒結聯合法，產量占總產量的5%左右，主要分布在中國、俄羅斯和哈薩克斯坦。
世界上大部分氧化鋁企業采用高品位三水鋁石礦或三水鋁石-一水軟鋁石礦以拜耳法生產氧化鋁，流程簡單、節能高效、投資省、平均單位能耗僅為380kgce/t，具有較強的競爭力。由于我國鋁土礦資源主要是中低品位一水硬鋁石礦，氧化鋁企業全部采用了高溫拜耳法技術。同時，為了解決鋁土礦品位較低的難題，中國還自主開發出選礦拜耳法和石灰拜耳法技術。中國氧化鋁生產的能耗總體上比國外平均水平高，石灰消耗和堿耗也偏高，但礦耗和赤泥產出量較低。
(1)拜耳法
拜耳法是由奧地利化學家拜耳(K.J.Bayer)于1887——1889年間發明的一種從鋁土礦中提取氧化鋁的方法。100多年來在工藝技術方面已經有了許多改進，但基本原理并未發生變化。拜耳法從鋁土礦中提取氧化鋁的實質是通過下列反應在不同條件下正逆方向的交替進行而實現的：
Al，O3·(3或1)H，O+2NaOH+aqq2NaAl(OH)4+aq (3-1)
式中：正反應為溶出(浸出)過程，逆反應為加晶種分解過程。如此周而復始，形成拜耳循環，堿性介質(母液)每循環一周，便產出一定量的氫氧化鋁，焙燒后得到氧化鋁產品。拜耳法用于處理高鋁硅比的鋁土礦，流程簡單，產品質量高，其技術經濟效果遠比其他方法好。
拜耳法的主體裝備是：溶出系統、赤泥分離系統、種分系統、蒸發系統和氫氧化鋁焙燒系統，如圖3-1所示。這五個系統組成了拜耳循環流程和氫氧化鋁焙燒流程。通?，F代氧化鋁廠的單條線規模大于50萬t，單個氧化鋁廠產能規模大于100萬t。但當前能源價格相對較高，如采用高效強化拜耳法技術處理中低品位一水硬鋁石鋁土礦，則因系統能耗較低、循環效率較高，仍可能獲得一定的經濟效益。
圖3-1 拜耳法循環流程示意圖
拜耳法目前已成為我國氧化鋁生產的主體技術，其產量占全國冶金級氧化鋁總產量的96%，全部民營氧化鋁廠均采用拜耳法生產技術。世界拜耳法生產氧化鋁的平均單位能耗大約為11.2GJ，在所有的生產方法中最低。盡管處理高品位鋁土礦單位堿耗也在100kg以內。但因赤泥鋁硅比較高，氧化鋁回收率較低，因而拜耳法通常礦耗較高。但是，采用拜耳法處理低品位鋁土礦，堿耗和礦耗將會變得過高，因而生產成本升高、經濟性變差。
(2)選礦拜耳法
選礦拜耳法采用了拜耳法生產前脫硅技術，在進入拜耳法流程前對鋁土礦中某些可選性較好的硅礦物，進行選礦脫硅，提高精礦的品位，再將精礦直接用于拜耳法生產，以較低能耗處理中低品位礦來生產氧化鋁，從而解決了中低品位鋁土礦高效節能生產氧化鋁的技術難題。選礦拜耳法的生產成本主要取決于選礦藥劑和選礦效率。選礦拜耳法工藝存在的主要問題在于：選精礦中所含的水分和有機物對氧化鋁生產有影響，選礦尾礦堆存和處理也較困難。選礦拜耳法生產線如圖3-2所示。
圖3-2 選礦拜耳法生產線
(3)石灰拜耳法
石灰拜耳法是在拜耳法生產過程中，加入適當過量的石灰，改變脫硅產物的組成，使之從高堿含量的水合鋁硅酸鈉轉變為低堿含量的水化石榴石，見式(3-2)，以降低因鋁土礦品位低造成的堿耗，達到經濟處理中低品位鋁土礦的目的。
Na,O·Al,Ox·2SiO,·2H,O+CaO——3CaO·Al,Ox·xSiO2·yH,O+NaOH (3-2)
石灰拜耳法工藝流程簡單，不需要太多的設備投入，能耗和堿耗較低。但石灰拜耳法中石灰消耗量高、物料流量和產生的赤泥量大、氧化鋁回收率低。盡管如此，較多的民營氧化鋁企業仍因其能耗低、流程簡單，而繼續使用該技術。
近年來，氧化鋁工業注重余熱綜合利用技術的開發及產業化，特別是高溫焙燒爐、煤氣爐和蒸汽發生爐的煙氣和固體物料中的余熱被用于加熱新水或產生蒸汽，因而得到了較好的利用。此外，由于氧化鋁企業產能巨大，對流程中的溶液流所含的熱能也分類進行了研究，開發了相關的利用技術。
(4)燒結法
燒結法是處理各類低品位鋁資源時唯一在工業上應用的生產方法。通過配料加入石灰(CaO)或石灰石(CaCO)及堿粉(NaCO)，在燒成過程中生成不同于礦石且易于后處理的新礦物成分，存在于燒成的產品熟料之中。之后再用濕法過程處理熟料便可生產出氧化鋁。
燒結法是我國第一家氧化鋁廠——山東鋁廠在20世紀50年代投產成功的，為我國氧化鋁工業立下了很大功勞。燒結法主要的生產裝備有鋁土礦碎磨及配料系統、回轉窯燒結系統、赤泥磨制及分離洗滌系統、鋁酸鈉溶液脫硅系統、碳酸化分解系統、氫氧化鋁焙燒系統。目前我國主要有兩家氧化鋁廠仍有燒結法流程
在運行：即中鋁山東分公司、中州分公司，總產能約為150萬t，但產品主要是化學品氧化鋁，而非冶金級氧化鋁。
燒結法氧化鋁回收率高、堿耗低，適合于處理低品位鋁土礦。但燒結法流程復雜、投資大，能耗極高(大于1000 kgce/t)、產品質量又低(氧化鋁中的氧化硅含量較高)，生產成本上難以與拜耳法等短流程和節能的技術競爭。
(5)拜耳-燒結聯合法
拜耳-燒結聯合法是將拜耳法與燒結法聯合使用生產氧化鋁的方法，其最大特點是可用燒結法系統所得的鋁酸鈉溶液來補充拜耳法系統中的堿損失。該方法適于大規模生產和用于處理m(A1.0)/m(SiO)=5~7的原料。
拜耳-燒結聯合法的實質是鋁土礦先經拜耳法處理，所得到的拜耳法赤泥(或加上低品位鋁土礦)再經燒結法處理回收堿和氧化鋁。拜耳-燒結聯合法包括串聯法、混聯法和并聯法，目前國內主要采用的是混聯法，混聯法是我國在20 世紀60年代自主開發并逐步推廣應用的，在2005年之前曾是我國氧化鋁生產的主體技術，目前僅有中鋁山西分公司以及中電投山西鋁業仍在應用。我國目前聯合法總產能約200萬t，產量大約180萬t。中鋁山西分公司和中電投山西鋁業等單位正開展技術產業化工作，逐步降低燒結A/S，向串聯法轉化。
世界上只有美國、蘇聯和中國采用聯合法，美國曾用過串聯法，中國開發了混聯法。
1)并聯法
并聯法是指拜耳法與燒結法平行地進行，各自處理高品位及低品位的礦石、各自排出自己的廢渣(赤泥)。拜耳法與燒結法互為利用的方面是：拜耳法析出的堿不設苛化處理，而是送燒結法配料;拜耳法的堿耗用燒結法的鋁酸鈉精液來補充;拜耳法與燒結法生產出來的氫氧化鋁合并洗滌而焙燒。使用并聯法時，工廠必須要有高品位礦及低品位礦的供應，高品位礦供拜耳法處理，低品位礦供燒結法處理。
2)串聯法
串聯法是指拜耳法與燒結法的串聯，礦石先經拜耳法處理，產出的殘渣赤泥再經燒結法處理，最終的殘渣由燒結法排出。該生產方法與純拜耳法及純燒結法的不同點是：拜耳法的赤泥不外排而是送燒結法配料，再經燒結法處理配料時不加礦石;拜耳法生產過程中循環積累起來的堿(Na.COg)析出后，不設苛化處理而是送燒結法配料，簡化了拜耳法工藝流程;燒結法產出的鋁酸鈉精液，不設碳酸化分解處理，而是送往拜耳法種子分解工序，既簡化了燒結法工藝流程，又補充了拜耳法的堿耗。串聯法的優點：礦石經二道處理，礦石中氧化鋁的回收率高;拜耳法部分的生產能力大，燒結法部分的生產能力小，故使工廠投資較小、產品成本較低。目前，世界上只有唯一的一個串聯法生產廠————哈薩克斯坦的巴夫洛達爾氧化鋁廠。
3)混聯法
混聯法是指拜耳法與燒結法聯合在一起，既有串聯的內容也有并聯的內容。高品位礦石先經拜耳法處理，產出的殘渣赤泥再經燒結法處理，同時在燒結配料時又加入低品位礦石與拜耳赤泥同時處理，最終的殘渣赤泥由燒結法排出。本法是中國的獨創，解決了赤泥熟料燒成時的技術難題，但是帶來了配料復雜、燒結法產能加大使產品成本增加等不利因素。拜耳-燒結混聯法適合于處理中等品位鋁土礦，具有氧化鋁回收率高(大約88%)、堿耗低、赤泥堿含量較低的優勢，但其流程更復雜、投資高、能耗也較高(27~30GJ/t)。目前某些混聯法企業正逐漸向串聯法過渡，即燒結法只處理拜耳法赤泥，不再添加低品位鋁土礦，目的是降低聯合法的總能耗，目標是達到24 GJ/t左右。
世界上大部分氧化鋁企業采用高品位三水鋁石礦或三水鋁石-一水軟鋁石礦以及短流程、節能高效的拜耳法生產工藝生產氧化鋁，投資省、生產效率高、平均單位能耗僅為11.2GJ，具有較強的競爭力。我國由于要處理中低品位一水硬鋁石鋁土礦，因此要采用改進型拜耳法或聯合法，因而流程較為復雜、能耗較高。為降低能耗，我國目前已基本上不再采用燒結法生產冶金級氧化鋁。
二、電解鋁生產工藝
電解鋁生產方法主要分為自焙陽極電解槽(簡稱自焙槽)技術和預焙陽極電解槽(簡稱預焙槽)技術，其技術比較如表3-2所示。
(1)自焙槽鋁電解技術
自焙陽極電解槽分為上插式自焙陽極電解槽和側插式自焙陽極電解槽。其技術特點是沒有殘極，連續的陽極和電解過程的連續性相適應。由于在電解槽內自焙，導致瀝青煙氣難以集中處理，造成瀝青排放污染，生產條件惡劣，生產效率低下，同時大大增加了鋁電解能耗，因此是一種能耗高、污染嚴重的生產技術。該技術在世界上正逐漸被淘汰，但在俄羅斯等國家仍在使用。我國鋁電解工業徹底消除了自焙槽中嚴重的瀝青煙污染，明顯地降低了鋁電解生產的電耗，大大改善了鋁電解勞動生產環境和條件，提高了生產率。
(2)預焙槽鋁電解技術
預焙電解槽是預先生產出預焙炭陽極塊，并組裝進鋁電解槽。該技術生產穩定性好、電流效率高、電耗低、生產環境良好，因此是現代鋁電解技術。預焙鋁電解槽技術按照電流強度的大小可分為小型預焙槽和大型預焙槽，低于160kA 的預焙槽稱為小型預焙槽。目前我國也已基本淘汰了小型預焙槽技術，全部采用了大型預焙槽技術，近期建設的電解鋁廠均采用了大于400kA的預焙槽技術。大型預焙槽技術的主要特點是：對鋁電解槽的物理場進行了仿真模擬和相應的設計，達到了鋁電解槽結構和運行過程的穩定性和高效性;采用高性能的陰極、陽極和內襯材料，確保鋁電解槽的熱平衡和規整爐膛;采用現代化的計算機控制技術，保證鋁電解運行的穩定和高電流效率。
我國鋁電解工業不僅采用了大型預焙槽技術，而且開發應用了一系列先進的節能鋁電解技術。如：開發應用了具有新型陰極和鋼棒結構以及保溫內襯結構的新型陰極結構鋁電解槽技術，可以大幅度降低電解槽水平電流和鋁液波動幅度，以降低極距和槽電壓，并保證較高的電流效率;開發應用了先進的低氧化鋁濃度的槽控箱和控制技術，提高了鋁電解的電流效率;開發應用了優質炭陽極生產成套技術，明顯降低了炭陽極的氧化反應性，減少了炭渣的形成和危害，降低了炭耗和能耗;研究了電解質中各種雜質對鋁電解過程的影響，開發出了相應的低電耗鋁電解技術;開發應用了不停電停槽的技術，保證了系列電解槽的穩定運行。這些重大節能技術大大降低了我國鋁電解的直流電耗。我國目前鋁電解工業的能耗已達到了世界先進技術水平，直流電耗已接近13000kWh/t。
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