氧化铝生产工艺、基本特点

      数据显示中国是全球最大的氧化铝生产国，已建和在建产能达4350多万吨/年，其中处理国内铝土矿的产能为3250万吨/年。2018年全国氧化铝产量4896万吨，是世界第一大氧化铝生产国。氧化铝的需求也是逐年增长。那么，氧化铝到底是什么呢?其实氧化铝是一种高硬度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，是在高温下可电离的离子晶体，常用于制造耐火材料。工业Al2O3是由铝矾土(Al2O3▪3H2O)和硬水铝石制备的，对于纯度要求高的Al2O3，一般用化学方法制备。对于氧化铝，你想要了解更多吗?下面贤集网小编来为大家介绍氧化铝生产工艺、基本特性、分类、用途、主要成分、吸附性能的影响因素。希望能够帮助到大家!

　　氧化铝生产工艺

　　一、拜耳法

　　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，溶液与残渣(赤泥)分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种，经长时间搅拌，铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净，并在950～1200℃温度下煅烧，便得氧化铝成品。析出氢氧化铝后的溶液称为母液，蒸发浓缩后可循环使用。

　　1、拜耳法的简要化学反应如下：

　　现代拜耳法的主要进展：

　　①设备的大型化和连续操作;

　　②生产过程的自动化;

　　③节省能量，如高压强化溶出和流态化焙烧;

　　④生产砂状氧化铝以满足铝电解和烟气干式净化的需要。拜耳法的工艺流程见下图。

　　2、拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较低。

　　拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量，主要是矿石中的SiO2含量，通常以矿石的铝硅比，即矿石中的Al2O3与SiO2含量的重量比来表示。因为在拜耳法的溶出过程中，SiO2转变成方钠石型的水合铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O)，随同赤泥排出。

　　二、碱石灰烧结法

　　1、用于处理高硅的铝土矿，将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料，在回转窑内烧结成由铝酸钠(Na2O·Al2O3)、铁酸钠(Na2O·Fe2O3、原硅酸钙(2CaO·SiO2)和钛酸钠(CaO·TiO2)成的熟料。然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠。此时铁酸钠水解得到的NaOH也进入溶液。如果溶出条件控制适当，原硅酸钙就不会大量地与铝酸钠溶液发生反应，而与钛酸钙、Fe2O3·H2O 等组成赤泥排出。溶出熟料得到的铝酸钠溶液经过专门的脱硅过程，SiO2O形成水合铝硅酸钠(称为钠硅渣)或水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O沉淀(其中x≈0.1)，使溶液提纯。把CO2气体通入精制铝酸钠溶液，和加入晶种搅拌，得到氢氧化铝沉淀物和主要成分是碳酸钠的母液。氢氧化铝经煅烧成为氧化铝成品。水化石榴石中的Al2O3可以再用含Na2CO3母液提取回收。

　　2、碱石灰烧结法的主要化学反应如下：

　　3、碱石灰烧结法生产氧化铝的主要技术成就是：在熟料烧成中采用低碱比配方，在熟料溶出工艺中采用二段磨料和低分子比溶液，以抑制溶出时的副反应损失，使熟料中Na2O和Al2O3的溶出率分别达到94～96%和92～94%。Al2O3的总回收率约90%，每吨氧化铝的Na2CO3的消耗量约95公斤。碱石灰烧结法可以处理拜耳法不能经济地利用的低品位矿石，其铝硅比可低至3.5，原料的综合利用较好，有其特色。

　　三、拜耳-烧结联合法

　　可充分发挥两法优点，取长补短，利用铝硅比较低的铝土矿，求得更好的经济效果。联合法有多种形式，均以拜耳法为主，而辅以烧结法。按联合法的目的和流程连接方式不同，又可分为串联法、并联法和混联法三种工艺流程。

　　1、串联法是用烧结法回收拜耳法赤泥中的Na2O和Al2O3，于处理拜耳法不能经济利用的三水铝石型铝土矿。扩大了原料资源，减少碱耗，用较廉价的纯碱代替烧碱，而且Al2O3的回收率也较高。

　　2、并联法是拜耳法与烧结法平行作业，分别处理铝土矿，但烧结法只占总生产能力的10～15%，用烧结法流程转化产生的NaOH补充拜耳法流程中NaOH的消耗。

　　3、混联法是前两种联合法的综合。此法中的烧结法除了处理拜耳法赤泥外，还处理一部分低品位矿石。

　　氧化铝的基本特性

　　1、性状：难溶于水的白色固体，无臭、无味、质极硬，易吸潮而不潮解(灼烧过的不吸湿)。两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，几乎不溶于水及非极性有机溶剂;相对密度(d204)4.0;熔点2050℃。

　　2、储存：密封干燥保存。

　　3、用途：用作分析试剂、有机溶剂的脱水、吸附剂、有机反应催化剂、研磨剂、抛光剂、冶炼铝的原料、耐火材料。

　　氧化铝的分类

　　1、γ型氧化铝

　　γ型氧化铝不溶于水，能溶于强酸或强碱溶液，将它加热至1200℃就全部转化为α型氧化铝。γ型氧化铝是一种多孔性物质，每克的内表面积高达数百平方米，活性高吸附能力强。工业品常为无色或微带粉红的圆柱型颗粒，耐压性好。在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体;在工业上是变压器油、透平油的脱酸剂，还用于色层分析;在实验室是中性强干燥剂，其干燥能力不亚于五氧化二磷，使用后在175℃以下加热6-8h还能再生重复使用。目前世界上用拜耳法生产的氧化铝要占到总产量的90%以上，氧化铝大部分用于制金属铝，用作其它用途的不到10%。

　　2、α型氧化铝

　　在α型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，Al3+对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心，晶格能很大，故熔点、沸点很高。α型氧化铝不溶于水和酸，工业上也称铝氧，是制金属铝的基本原料;也用于制各种耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器;还可作研磨剂、阻燃剂、填充料等;高纯的α型氧化铝还是生产人造刚玉、人造红宝石和蓝宝石的原料;还用于生产现代大规模集成电路的板基。型氧化铝是氢氧化铝在140-150℃的低温环境下脱水制得，工业上也叫活性氧化铝、铝胶。其结构中氧离子近似为立方面心紧密堆积，Al3+不规则地分布在由氧离子围成的八面体和四面体空隙之中。

　　氧化铝用途

　　氧化铝的用途一般有以下几类：

　　1、耐火材料用，如：耐火板，隔火砖，隔热物;

　　耐火材料是砌在熔炼炉的壳体里面，对熔炼炉起着隔热，保温的作用，同时也保护了熔炼炉的壳体不被熔炼炉内的高温所熔化。耐火砖主要用在冶金行业，如耐火砖用于炼钢窑体砌筑。

　　2、磨料用，分普通磨料和特种磨料

　　铝的晶体形态金刚砂因为硬度高，适合用作研磨材料及切割工具;特种磨料，应该是用作不锈钢抛光研磨。

　　3、陶瓷用: 由于氧化铝陶瓷的机械强度高，绝缘电阻大，硬度大，耐磨、耐腐蚀及耐高温等的性能，它可以用作电子陶瓷，如真空器件、电路基片、火花塞绝缘瓷等。

　　a、利用强度高和硬度大等性能作为结构陶瓷，如用作磨料、刀具和造纸工业用刮刀，纺织瓷件;

　　b、利用其化学稳定性良好的性能，可用作化工和生物陶瓷，如人工关节、坩埚竺;

　　c、精细陶瓷：机械轴承;

　　d、陶瓷涂层。

　　4、釉料: 洁具。

　　5、宝石材料、激光材料。

　　氧化铝的主要成分

　　氧化铝是将铝矾土原料经过化学处理，除去硅、铁、钛等的氧化物而制得，是纯度很高的氧化铝原料，Al2O3含量一般在99%以上。矿相是由40%～76%的γ- Al2O3和24%～60%的α- Al2O3组成。γ- Al2O3于950～1200℃可转变为α- Al2O3(刚玉)，同时发生显著的体积收缩。

　　氧化铝吸附性能的影响因素

　　1、氯离子和硫酸根离子;

　　2、原水初始氟浓度：初始氟浓度越高，吸附容量较大，影响活性氧化铝吸附功用的主要要素;

　　3、颗粒粒径：粒径越小，吸附容量越高，但粒径越小，颗粒强度越低，影响其运用寿命;

　　4、原水碱度：原水中重碳酸根浓度高，吸附容量将降低;

　　5、原水PH值：当PH值大于5时，PH值越低，活性氧化铝吸附容量越高，影响活性氧化铝吸附功用的主要要素;

　　6、砷的影响：氧化铝对水中的砷有吸附作用，砷在活性氧化铝上的积聚形成对氟离子吸附容量的下降，且使再生时洗脱砷离子比拟困难。