氧化铝

一 概述

氧化铝,化学式为Al2O3,刚玉型晶体接近于原子晶体,其它晶型的基本上是离子晶体,熔点为2050℃,沸点为3000℃,真密度为3.6g/cm。它的流动性好,难溶于水,能溶解在熔融冰晶石中。它是电解生产中的主要原料。有四种同素异构体β-氧化铝 δ- 氧化铝 γ-氧化铝 α-氧化铝 ,主要有α型和γ型两种变体,工业上可从铝土矿中提取。

名称 氧化铝;刚玉;白玉;红宝石;蓝宝石;刚玉粉;corundum  

化学式 Al₂O₃外观 白色晶状粉末或固体

物理属性

式量 101.96 amu

熔点 2303 K   

沸点 3250 K   

真密度 3.97 g/cm3   

松装密度:0.85g/mL(325目~0)0.9g/mL(120目~325目)   

晶体结构 三方晶系 (hex)   

导电性 常温状态下不导电   

热化学属性   

ΔfH0liquid −1620.57 kJ/mol   

ΔfH0solid −1675.69 kJ/mol   

S0liquid, 1 bar 67.24 J/mol•K   

S0solid 50.9 J/mol•K

二 氧化铝生产方法

氧化铝生产过程就是从铝土中提取氧化铝使之与杂质分离的过程。

自然界中铝矿石及原料类型繁多,同一类型的铝土矿中各种杂质的含量又各有差异。为了最经济地生产氧化铝,对不同的铝土矿必须采取不同的生产方法。生产氧化铝的方法大致可分为碱法、酸法和电热法等几种。

1 碱法生产氧化铝

就是用碱(NaOH或Na2CO3)处理铝土矿,使矿石中的氧化铝和碱反应制成铝酸钠溶液。矿石中的铁、等杂质和绝大部分的二氧化铝则成为不溶性的化合物进入固体渣中。因为这种残渣被氧化铁染成砖红色,故称为赤泥。与赤泥分离后的铝酸钠溶液,经净化处理后,可以分解析出氢氧化铝,将氢氧化铝与碱液分离经过洗涤和焙烧后即获得产品氧化铝。分离氢氧化铝后的碱液称为母液,可以用来处理下一批矿石,因而也称为循环母液。

碱法生产氧化铝按生产过程的特点又分为拜耳法、烧结法和联合法(包括并联、串联、混联联合法)等。目前工业上几乎全部采用碱法生产氧化铝。

 

 

2 酸法生产氧化铝

酸法生产氧化铝就是用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸处理铝矿石,得到该酸的铝盐水溶液,然后用碱中和这些盐的水溶液,使铝成为氢氧化铝析出,焙烧氢氧化铝或各种铝盐的水合物晶体。便得到氧化铝。

用酸法处理铝土矿时,存在于矿石中的铁、等杂质与酸作用进入溶液中,这不但引起酸的消耗,而且它们与铝盐的分离是困难的。氧化硅绝大多数成为不溶物质进入残渣中与铝盐分离,但少量成为硅胶进入溶液,铝盐溶液需要脱硅,而且需要昂贵的耐酸设备。用酸法处理铝土矿,在原则上是合理的,在铝土矿资源缺乏的情况下可以采取此法。

3 电热生产氧化铝

电热生产氧化铝是在电炉中熔炼铝矿石和碳的混合物,使矿石中的氧化铁、氧化、氧化钛等杂质还原,形成硅合金。而氧化铝则呈熔融状态的炉渣而上浮,由于密度不同而分离,所得氧化铝渣再用碱法处理提取氧化铝。此法适合于处理高硅高铁的铝矿。

随着铝工业的迅速发展,生产氧化铝的原料在不断扩大,新的生产氧化铝的方法亦随之提出。如处理霞石和高硅高铁铝土矿的高压水化法及添加还原剂的碱石灰烧结法,还有综合利用明矾石的还原焙烧法和氨碱法等等。

三 中国氧化铝工业概况

我国具有较丰富的铝土矿资源,迄今已探明保守储量23亿吨,位居世界第4,具备发展氧化铝工业的资源条件。据2004年以来的不完全统计,国内已公布的氧化铝投资项目达26个,测算总规模达1604.1万t。即使不考虑利用国外铝土矿资源和到海外投资办厂的项目,总规模也达到2814.1万t。2006年底,中铝公司氧化铝生产952万t,除目前已公布在建的氧化铝规模外,全国还有拟建氧化铝总规模1992万t接近国外所有拟建(扩建)氧化铝项目的总和。氧化铝工业的迅速发展不同于以往的低水平重复建设,而是上规模、高水平,优化了结构,极大地提升了我国氧化铝工业整体水平和竞争力。但是,如果这种投资热继续无序膨胀,势必造成产品相对过剩。