金属铝具有比重小、导电导热性好、易于机械加工等多优良性能,广泛应用于国民经济各部门,已成为有色金属中产量和消费量最大的金属。生产金属铝的方法主要是电解法,但该法存在成本高、能耗高、污染严重等问题,且对原料要求高。针对现行铝工业生产的缺点,面对越发匮乏的高品位铝土矿资源,本文采用铝土矿真空碳热还原—氯化法进行金属铝冶炼新方法的探索。本文介绍了铝土矿资源概况、金属铝生产的工业现状以及铝冶炼新工艺的研究等,对铝土矿真空碳热还原—氯化过程的热力学和实验结果进行了系统的研究和分析,并对该工艺的生命周期环境影响进行了评价。热力学研究表明：在100Pa的体系压力下,铝土矿中的含水矿物在623K左右就可脱水。碳热还原过程中,在高于873K的温度下,氧化铁及其还原产物与二氧化钛发生反应最终转变成TiC。反应温度在1373K以上时,高岭石与碳反应生成Al2O3和SiC。在TiO2向TiC转变完全地条件下,剩余的二氧化钛与SiC可在温度稍低于1473K时,发生反应生成TiSi2。在体系温度为1473K～1573K时,高岭石可与碳反应生成氧化铝和硅。铝土矿中氧化铁及其还原产物与氧化硅发生一系列反应,最后在1573K以上生成Fe3Si。SiO2及其还原产物与碳之间发生一系列反应生成硅,生成温度范围在763K～1697K之间。碳热还原阶段,温度在1773K时,Al2O3转变成Al4O4C、Al4SiC4和Al4C3。铝土矿真空碳热还原一氯化工艺的机理研究显示：碳热还原温度为1373K时,铝土矿中的一水铝石已经完全分解成氧化铝,高岭石开始分解出微量的莫来石。1473K时,石英型的二氧化硅形成,之后与碳发生反应生成碳化硅,二氧化钛生成碳化钛。在1473K～1573K温度区间,莫来石与碳反应转变成氧化铝和碳化硅。温度升高到1673K时,Al3O2被还原成Al4O4C,Al4SiC4,Fe与SiC反应形成了Fe3Si。碳热还原后的渣相中未检测到钛与硅的化合物。氯化过程中,无水氯化铝主要是与渣相中的Al4O4C发生反应,碳化产物TiC、SiC和Fe3Si不参与氯化反应。铝土矿氯化后的产物主要是铝、硅。硅是二氧化硅生成的一氧化硅发生歧解而生成,金属铝是无水氯化铝与Al4O4C反应生成低价氯化铝,低价氯化铝再歧解生成。对铝土矿真空碳热还原—氯化法进行生命周期评价研究,结果表明：铝土矿真空碳热氯化法制备金属铝的整个工艺过程中,原料消耗主要是铝土矿的消耗,在气态排放物中,CO2排放量最多,其次是CO和SO2。特征化后,该工艺产生的各类影响类型中,全球变暖(GWP)影响最大,其次是环境酸化(AP)和人体健康损害(HTP)。标准化后,环境影响类型最大的是温室效应,其次是酸化效应(AP)和光化学烟雾影响(POCP),不可再生资源消耗(ADP)最少。进行加权后,环境负荷最大的仍然是全球温室效应(GWP),其次是光化学烟雾(POCP),环境负荷影响最小的是人体健康损害(HTP)。该工艺环境影响主要的限制因素是冶炼过程的电能消耗,一方面可以通过降低反应温度、减少冶炼时间(尤其是氯化阶段)、提高金属铝的回收率及扩大实验设备等手段来减少电能的消耗,另一方面还可通过改进我国的火力发电结构,提高能源利用率等手段来降低该工艺的能耗及环境污染。