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2022
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氧化鋁生產(chǎn)工藝、基本特點(diǎn)
數(shù)據(jù)顯示中國是全球最大的氧化鋁生產(chǎn)國,已建和在建產(chǎn)能達(dá)4350多萬噸/年,其中處理國內(nèi)鋁土礦的產(chǎn)能為3250萬噸/年。2018年全國氧化鋁產(chǎn)量4896萬噸,是世界第一大氧化鋁生產(chǎn)國。氧化鋁的需求也是逐年增長(zhǎng)。那么,氧化鋁到底是什么呢?其實(shí)氧化鋁是一種高硬度的化合物,熔點(diǎn)為2054℃,沸點(diǎn)為2980℃,是在高溫下可電離的離子晶體,常用于制造耐火材料。
數(shù)據(jù)顯示中國是全球最大的氧化鋁生產(chǎn)國,已建和在建產(chǎn)能達(dá)4350多萬噸/年,其中處理國內(nèi)鋁土礦的產(chǎn)能為3250萬噸/年。2018年全國氧化鋁產(chǎn)量4896萬噸,是世界第一大氧化鋁生產(chǎn)國。氧化鋁的需求也是逐年增長(zhǎng)。那么,氧化鋁到底是什么呢?其實(shí)氧化鋁是一種高硬度的化合物,熔點(diǎn)為2054℃,沸點(diǎn)為2980℃,是在高溫下可電離的離子晶體,常用于制造耐火材料。工業(yè)Al2O3是由鋁礬土(Al2O3?3H2O)和硬水鋁石制備的,對(duì)于純度要求高的Al2O3,一般用化學(xué)方法制備。對(duì)于氧化鋁,你想要了解更多嗎?下面賢集網(wǎng)小編來為大家介紹氧化鋁生產(chǎn)工藝、基本特性、分類、用途、主要成分、吸附性能的影響因素。希望能夠幫助到大家!
氧化鋁生產(chǎn)工藝
一、拜耳法
原理是用苛性鈉(NaOH)溶液加溫溶出鋁土礦中的氧化鋁,得到鋁酸鈉溶液,溶液與殘?jiān)?赤泥)分離后,降低溫度,加入氫氧化鋁作晶種,經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間攪拌,鋁酸鈉分解析出氫氧化鋁,洗凈,并在950~1200℃溫度下煅燒,便得氧化鋁成品。析出氫氧化鋁后的溶液稱為母液,蒸發(fā)濃縮后可循環(huán)使用。
1、拜耳法的簡(jiǎn)要化學(xué)反應(yīng)如下:
現(xiàn)代拜耳法的主要進(jìn)展:
?、僭O(shè)備的大型化和連續(xù)操作;
②生產(chǎn)過程的自動(dòng)化;
?、酃?jié)省能量,如高壓強(qiáng)化溶出和流態(tài)化焙燒;
?、苌a(chǎn)砂狀氧化鋁以滿足鋁電解和煙氣干式凈化的需要。拜耳法的工藝流程見下圖。
2、拜耳法的優(yōu)點(diǎn)主要是流程簡(jiǎn)單、投資省和能耗較低。
拜耳法生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效果決定于鋁土礦的質(zhì)量,主要是礦石中的SiO2含量,通常以礦石的鋁硅比,即礦石中的Al2O3與SiO2含量的重量比來表示。因?yàn)樵诎荻ǖ娜艹鲞^程中,SiO2轉(zhuǎn)變成方鈉石型的水合鋁硅酸鈉(Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O),隨同赤泥排出。
二、堿石灰燒結(jié)法
1、用于處理高硅的鋁土礦,將鋁土礦、碳酸鈉和石灰按一定比例混合配料,在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒結(jié)成由鋁酸鈉(Na2O·Al2O3)、鐵酸鈉(Na2O·Fe2O3、原硅酸鈣(2CaO·SiO2)和鈦酸鈉(CaO·TiO2)成的熟料。然后用稀堿溶液溶出熟料中的鋁酸鈉。此時(shí)鐵酸鈉水解得到的NaOH也進(jìn)入溶液。如果溶出條件控制適當(dāng),原硅酸鈣就不會(huì)大量地與鋁酸鈉溶液發(fā)生反應(yīng),而與鈦酸鈣、Fe2O3·H2O 等組成赤泥排出。溶出熟料得到的鋁酸鈉溶液經(jīng)過專門的脫硅過程,SiO2O形成水合鋁硅酸鈉(稱為鈉硅渣)或水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O沉淀(其中x≈0.1),使溶液提純。把CO2氣體通入精制鋁酸鈉溶液,和加入晶種攪拌,得到氫氧化鋁沉淀物和主要成分是碳酸鈉的母液。氫氧化鋁經(jīng)煅燒成為氧化鋁成品。水化石榴石中的Al2O3可以再用含Na2CO3母液提取回收。
2、堿石灰燒結(jié)法的主要化學(xué)反應(yīng)如下:
3、堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的主要技術(shù)成就是:在熟料燒成中采用低堿比配方,在熟料溶出工藝中采用二段磨料和低分子比溶液,以抑制溶出時(shí)的副反應(yīng)損失,使熟料中Na2O和Al2O3的溶出率分別達(dá)到94~96%和92~94%。Al2O3的總回收率約90%,每噸氧化鋁的Na2CO3的消耗量約95公斤。堿石灰燒結(jié)法可以處理拜耳法不能經(jīng)濟(jì)地利用的低品位礦石,其鋁硅比可低至3.5,原料的綜合利用較好,有其特色。
三、拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法
可充分發(fā)揮兩法優(yōu)點(diǎn),取長(zhǎng)補(bǔ)短,利用鋁硅比較低的鋁土礦,求得更好的經(jīng)濟(jì)效果。聯(lián)合法有多種形式,均以拜耳法為主,而輔以燒結(jié)法。按聯(lián)合法的目的和流程連接方式不同,又可分為串聯(lián)法、并聯(lián)法和混聯(lián)法三種工藝流程。
1、串聯(lián)法是用燒結(jié)法回收拜耳法赤泥中的Na2O和Al2O3,于處理拜耳法不能經(jīng)濟(jì)利用的三水鋁石型鋁土礦。擴(kuò)大了原料資源,減少堿耗,用較廉價(jià)的純堿代替燒堿,而且Al2O3的回收率也較高。
2、并聯(lián)法是拜耳法與燒結(jié)法平行作業(yè),分別處理鋁土礦,但燒結(jié)法只占總生產(chǎn)能力的10~15%,用燒結(jié)法流程轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的NaOH補(bǔ)充拜耳法流程中NaOH的消耗。
3、混聯(lián)法是前兩種聯(lián)合法的綜合。此法中的燒結(jié)法除了處理拜耳法赤泥外,還處理一部分低品位礦石。
氧化鋁的基本特性
1、性狀:難溶于水的白色固體,無臭、無味、質(zhì)極硬,易吸潮而不潮解(灼燒過的不吸濕)。兩性氧化物,能溶于無機(jī)酸和堿性溶液中,幾乎不溶于水及非極性有機(jī)溶劑;相對(duì)密度(d204)4.0;熔點(diǎn)2050℃。
2、儲(chǔ)存:密封干燥保存。
3、用途:用作分析試劑、有機(jī)溶劑的脫水、吸附劑、有機(jī)反應(yīng)催化劑、研磨劑、拋光劑、冶煉鋁的原料、耐火材料。
氧化鋁的分類
1、γ型氧化鋁
γ型氧化鋁不溶于水,能溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液,將它加熱至1200℃就全部轉(zhuǎn)化為α型氧化鋁。γ型氧化鋁是一種多孔性物質(zhì),每克的內(nèi)表面積高達(dá)數(shù)百平方米,活性高吸附能力強(qiáng)。工業(yè)品常為無色或微帶粉紅的圓柱型顆粒,耐壓性好。在石油煉制和石油化工中是常用的吸附劑、催化劑和催化劑載體;在工業(yè)上是變壓器油、透平油的脫酸劑,還用于色層分析;在實(shí)驗(yàn)室是中性強(qiáng)干燥劑,其干燥能力不亞于五氧化二磷,使用后在175℃以下加熱6-8h還能再生重復(fù)使用。目前世界上用拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁要占到總產(chǎn)量的90%以上,氧化鋁大部分用于制金屬鋁,用作其它用途的不到10%。
2、α型氧化鋁
在α型氧化鋁的晶格中,氧離子為六方緊密堆積,Al3+對(duì)稱地分布在氧離子圍成的八面體配位中心,晶格能很大,故熔點(diǎn)、沸點(diǎn)很高。α型氧化鋁不溶于水和酸,工業(yè)上也稱鋁氧,是制金屬鋁的基本原料;也用于制各種耐火磚、耐火坩堝、耐火管、耐高溫實(shí)驗(yàn)儀器;還可作研磨劑、阻燃劑、填充料等;高純的α型氧化鋁還是生產(chǎn)人造剛玉、人造紅寶石和藍(lán)寶石的原料;還用于生產(chǎn)現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的板基。型氧化鋁是氫氧化鋁在140-150℃的低溫環(huán)境下脫水制得,工業(yè)上也叫活性氧化鋁、鋁膠。其結(jié)構(gòu)中氧離子近似為立方面心緊密堆積,Al3+不規(guī)則地分布在由氧離子圍成的八面體和四面體空隙之中。
氧化鋁用途
氧化鋁的用途一般有以下幾類:
1、耐火材料用,如:耐火板,隔火磚,隔熱物;
耐火材料是砌在熔煉爐的殼體里面,對(duì)熔煉爐起著隔熱,保溫的作用,同時(shí)也保護(hù)了熔煉爐的殼體不被熔煉爐內(nèi)的高溫所熔化。耐火磚主要用在冶金行業(yè),如耐火磚用于煉鋼窯體砌筑。
2、磨料用,分普通磨料和特種磨料
鋁的晶體形態(tài)金剛砂因?yàn)橛捕雀撸m合用作研磨材料及切割工具;特種磨料,應(yīng)該是用作不銹鋼拋光研磨。
3、陶瓷用: 由于氧化鋁陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度高,絕緣電阻大,硬度大,耐磨、耐腐蝕及耐高溫等的性能,它可以用作電子陶瓷,如真空器件、電路基片、火花塞絕緣瓷等。
a、利用強(qiáng)度高和硬度大等性能作為結(jié)構(gòu)陶瓷,如用作磨料、刀具和造紙工業(yè)用刮刀,紡織瓷件;
b、利用其化學(xué)穩(wěn)定性良好的性能,可用作化工和生物陶瓷,如人工關(guān)節(jié)、坩堝竺;
c、精細(xì)陶瓷:機(jī)械軸承;
d、陶瓷涂層。
4、釉料: 潔具。
5、寶石材料、激光材料。
氧化鋁的主要成分
氧化鋁是將鋁礬土原料經(jīng)過化學(xué)處理,除去硅、鐵、鈦等的氧化物而制得,是純度很高的氧化鋁原料,Al2O3含量一般在99%以上。礦相是由40%~76%的γ- Al2O3和24%~60%的α- Al2O3組成。γ- Al2O3于950~1200℃可轉(zhuǎn)變?yōu)?alpha;- Al2O3(剛玉),同時(shí)發(fā)生顯著的體積收縮。
氧化鋁吸附性能的影響因素
1、氯離子和硫酸根離子;
2、原水初始氟濃度:初始氟濃度越高,吸附容量較大,影響活性氧化鋁吸附功用的主要要素;
3、顆粒粒徑:粒徑越小,吸附容量越高,但粒徑越小,顆粒強(qiáng)度越低,影響其運(yùn)用壽命;
4、原水堿度:原水中重碳酸根濃度高,吸附容量將降低;
5、原水PH值:當(dāng)PH值大于5時(shí),PH值越低,活性氧化鋁吸附容量越高,影響活性氧化鋁吸附功用的主要要素;
6、砷的影響:氧化鋁對(duì)水中的砷有吸附作用,砷在活性氧化鋁上的積聚形成對(duì)氟離子吸附容量的下降,且使再生時(shí)洗脫砷離子比擬困難。