一、基本概述

拜耳法（Bayer process）是全球主流的氧化铝提炼技术，该方法以其发明者奥地利化学家卡尔・约瑟夫・拜耳（K.J.Bayer）命名。通过苛性碱溶液在特定温度和压力下，选择性地将铝土矿中的氧化铝水合物溶出，从而与铁、硅、钛等杂质分离，最终制备出高纯度氧化铝。拜耳法是处理中高品位、低硅铝土矿（特别是三水铝石型铝土矿）最具经济效益的方法，但对高硅铝土矿适应性仍待加强，且产生大量强碱性工业固废——赤泥。

二、分类信息

三、详细解释

拜耳法处理高品位铝土矿具有工艺简单、产品纯度高的特点。

作为氧化铝生产的主流工艺，其核心流程遵循“溶出－分解－蒸发－循环”的闭环体系，其中包含五个关键步骤：铝土矿破碎预处理、高温高压溶出、赤泥固液分离、氢氧化铝晶种分解及高温煅烧。详细工艺流程如下：

第一步，铝土矿破碎预处理。通过破碎和湿磨将铝土矿加工成细粉，通过优化矿石粒度分显著提升后续溶出过程的稳定性。

第二步，高温高压溶出。将铝土矿矿浆与循环母液（主要成分是氢氧化钠溶液）混合，送入高压反应釜。在高温和高压条件下（140 - 280℃，3 - 5MPa），三氧化二铝与氢氧化钠发生反应，生成可溶于水的偏铝酸钠，而二氧化硅、氧化铁等杂质不参与反应，形成不溶物。化学方程式如下：

图1 氢氧化钠溶液溶出铝土矿中的氧化铝

第三步，赤泥固液分离。采用沉降槽与叶滤机组合进行赤泥固液分离，再通过逆流洗涤工艺回收碱液，既减少原料浪费又降低环保压力。

第四步，氢氧化铝晶种分解。将沉降槽上清液纯净的偏铝酸钠溶液吸入分解槽，降温至60 - 80℃，加入氢氧化铝晶种并不断搅拌，调整溶液pH值。此时，偏铝酸钠溶液发生分解反应，析出氢氧化铝沉淀，反应方程式见下图：

图2 氢氧化铝晶种分解反应方程式

经过滤，得到氢氧化铝滤饼，分离后的溶液（循环母液）可返回高压溶出工序重复使用。

第五步，高温煅烧成型。将氢氧化铝置于高温环境下脱除结晶水并完成晶型转变，最终得到满足电解铝生产要求的氧化铝产品。

以上五个步骤环环相扣，通过工艺参数的协同调控，构建起高效、节能且环保的氧化铝生产体系。​

中国在拜耳法规模化应用和赤泥建材化方面处于领先，但在纳米级氧化铝制备、生物溶出技术等高端领域，与美国、日本等国还存在一定差距，未来需突破AI精准控制、赤泥深度脱碱等关键技术，推动产业向价值链高端延伸。

四、应用领域/前景​

拜耳法是氧化铝生产的主流工艺。在铝产业链核心生产环节，全球约95%的氧化铝通过拜耳法制备。此外，基于拜耳法生产的电子级氧化铝、α 型氧化铝陶瓷基板材料及蓝宝石级氧化铝，已广泛应用于半导体封装、5G通信基站建设、智能可穿戴设备显示屏制造等高新技术领域。​

在资源循环利用领域，拜耳法工艺体现出显著的技术优势与创新潜力。以赤泥综合利用为例，通过铁元素提取技术，赤泥可作为陶瓷、微晶玻璃的原料，同时在重金属污染水体处理中发挥吸附作用。碱液循环系统采用组合技术，实现氧化铝单位产品蒸汽消耗量低与冷凝水回用率的进一步提升。

在前沿应用探索方面，拜耳法过程产生的二氧化碳捕集封存技术、赤泥基吸附材料的碳捕获应用，以及氢氧化铝衍生纳米氧化铝材料在锂电池隔膜耐热性能提升中的应用，均为推动行业绿色低碳发展及高能量密度电池技术进步提供了新路径。​

从市场层面看，拜耳法具备显著发展潜力。值得关注的是，低品位铝土矿处理新技术的应用，将进一步促进市场需求的增长。在“双碳”战略目标的时代背景下，拜耳法在节能减排方面的技术优势得到更为充分地彰显。

目前，拜耳法的技术主要在以下方面进行创新与优化：

第一，在智能化控制方面：借助AI算法和自动化控制系统，能实时监控溶出温度、碱浓度等关键生产指标，还能自动调整优化；

第二，在处理低品位矿石方面：通过选矿拜耳法的浮选脱硅技术，能把原本铝含量不高的矿石（铝硅比4~6）提升到较高品质（铝硅比10以上），再配合高压溶出分级控制的专利技术，石灰用量可减少20%，产生的赤泥中铝含量也大幅降低，让工厂具有更多种类的矿石原料；

第三，在赤泥回收利用方面：新研发的水热活化－低温煅烧工艺，可以把赤泥加工成高强度胶凝材料，这种材料能代替30%的水泥使用。虽然目前非晶态多组分氧化物纳米吸附材料目前因为脱碱成本太高而无法大规模推广，但也为工业固废利用提供了新的研究方向。

这些创新技术不仅显著提升了资源利用效率，还拓展了拜耳法产业链的应用边界，从传统冶金向绿色建材、环保治理、高端医疗等领域延伸：如德国将赤泥用于3D打印建筑构件，抗压强度高，适配低碳建筑标准；英国开发赤泥基二氧化碳吸附剂，用于燃煤电厂尾气处理；日本的三井化学生产超纯氧化铝，用于制备医用可吸收硬脑膜补片。​

政策对拜耳法技术发展有较大影响，比如欧盟的碳关税政策规定，进口的氧化铝每吨含碳量不能超过1.8吨二氧化碳，这就会促使企业把拜耳法和碳捕集技术结合起来达到低碳标准。还有一些国家，只要企业能够合理运用赤泥并达到一定标准，就会提供相应补贴，鼓励大家高效利用本土铝土矿资源，减少固废污染。

2013年，我国工业和信息化部发布《铝行业规范条件》，强调氧化铝项目要根据铝土矿资源情况选择拜耳法、串联法等效率高、工艺先进、能耗低、排放少、环保达标、资源综合利用效果好的生产工艺及装备，并鼓励增加赤泥综合处理回收技术及流程，进一步提高氧化铝的回收率并降低碱耗，这为拜耳法的技术升级和绿色转型提供了明确的政策导向。2024年发布的《国家工业和信息化领域节能降碳技术装备推荐目录（2024年版）》中推广的先进节能单项技术及装备，其中很多相关技术可应用于拜耳法进行节能改造，如磁致燃烧加速器、多氧燃烧技术、纳米陶瓷涂层、工业余热回收技术等。

五、绿色应用难点

目前，拜耳法提炼氧化铝在实际应用过程中仍面临如下诸多挑战：

第一，在环境保护方面：以赤泥处理为例，通常每生产1吨氧化铝，会产生1～1.5吨赤泥，其处置是世界性难题。因其强碱性特质，露天堆放不仅占用大量土地资源，还易引发环境污染问题；而实施资源化利用，又面临着成本高昂的现实困境；

第二，在生产能耗方面：氧化铝溶出环节的能耗占比高达整个生产流程的45%～50%；

第三，在技术发展层面：在技术发展层面，高效处理高硅、高硫等复杂低品位铝土矿仍是全球性挑战。尽管中国通过“选矿-拜耳法”等技术，显著拓宽了资源适应性，但在原创性、颠覆性的低成本处理技术方面仍需持续攻关。

本词条贡献者：

吴吉明 中国工程师联合体学术委员会委员、中国土木工程学会科普专家委员会特邀专家，北京土木建筑学会常务副秘书长，高级工程师

本词条审核专家：

靳云雁 北京和平铝业有限公司副总裁、和平铝材厂总经理

王利飞 太原理工大学材料科学与工程学院教授

参考来源：

[1] 中华人民共和国工业和信息化部.《铝行业规范条件》（2013年第36号）.2013.

[2] 中华人民共和国工业和信息化部.《国家工业和信息化领域节能降碳技术装备推荐目录（2024年版）》（2024年第8号）.2024.

[3] 刘玉林,程宏伟.我国铝土矿资源特征及综合利用技术研究进展[J].矿产保护与利用,2022,42(06):106-114.DOI:10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2022.06.014.

[4] 周晓燕. 迈向智慧之“铝”——中铝集团全速推进数智化转型纪实,中国有色金属报,2025年07月16日

[5] 南相莉,张廷安,刘燕,等.我国赤泥综合利用分析[J].过程工程学报,2010,10(S1):264-270.

[6] 张建飞.拜耳法氧化铝赤泥资源化利用工艺分析[J].冶金与材料,2025,45(03):34-36.

[7]国际可再生能源署. 实现可再生能源的零排放[R]. 2025. ISBN 978-92-9260-649-7.

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来源: 科普中国

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