氧化铝-

氧化铝Yourcompanyslogan概要简介1结晶构造及分类23制造方法4氧化铝粉体的应用5铝电解生产用氧化铝Yourcompanyslogan一、氧化铝简介氧化铝，化学符号：Al2O3，分子量102，纯净氧化铝是白色无定形粉末，在矿业、制陶业和材料科学上又被称为矾土，密度3.9-4.0g/cm3，熔点2050℃、沸点2980℃，不溶于水，为两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中。氧化铝有9种结晶态，主要有α型和γ型两种变体，工业上可从铝土矿中提取。它是铝电解生产中的主要原料。氧化铝为结构陶瓷中得典型材料，通常应用于需要承受机械应力的结构用零件，尤其利用其本身高熔点，高硬度、耐腐蚀、电绝缘性好等特性，可在苛刻条件下使用。Yourcompanyslogan存在于自然界中的氧化铝称刚玉（α-Al2O3），是火山爆发的产物。它在岩石中呈无色结晶，也可与其它氧化铝杂质（氧化铬和氧化铁等）染成带色的结晶，红色称红宝石，其他的刚玉宝石叫蓝宝石。自然界中的氧化铝红宝石原石棕色蓝宝石蓝宝石Yourcompanyslogan工业氧化铝工业氧化铝是各种氧化铝水合物经热分解的脱水产物。它们形成一系列的同质异晶体，有些呈分散相，有些呈过渡态。耐磨的轴承耐高温的陶瓷Yourcompanyslogan二、结构与分类到目前为止，发现了许多结晶态，以确定的氧化铝有α、κ、θ、ζ、χ、η、γ、ρ、β九种。可分为低温型及高温型。低温氧化铝化学组成为Al2O3˙nH2O，式中0＜n＜0.6，是各种氢氧化铝在不超过600℃的温度下脱水的产物，属于这一类的有ρ-Al2O3、χ-Al2O3、η-Al2O3及γ-Al2O3等四种，它们具有宽广的衍射图，彼此差异极小，若以X射线区别各种中间氧化铝时，必须仔细研究其衍射图。高温氧化铝几乎是无水的氧化铝，是在900~1000℃之间的温度下生成的，属于这一类的除α-Al2O3外还有κ-Al2O3、θ-Al2O3及ζ-Al2O3，高温氧化铝具有鲜明的衍射图，较易区别。Yourcompanyslogan在氧化铝中，氧的堆积方式有两种：六方最密堆积的ABAB型与立方最密堆积的ABCABC型。铝的配位方式也有两种：6个氧的八面体中心位置和4个氧的四面体中心位置。以此组合，产生氧化铝结构的多样性。Yourcompanyslogan常用的氧化铝的结构类型如下：α-氧化铝。亦称刚玉结构，是氧化铝结晶形态中最稳定者。它是M2O3型氧化物的代表性结构，刚玉型结构具有立方最密堆积的氧原子层，氧原子间的八面体配位的2/3空隙是由金属原子所填充。也就是说，α-氧化铝为铝离子与氧离子形成离子结合键，铝原子受六个氧原子包围而成八面体的六配位型。因铝离子的离子半径为M2O3最小者，其与氧离子紧密结合而成为硬度最高的三价金属氧化物。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。Yourcompanyslogan宝石界将红宝石之外的各色宝石级刚玉都称为蓝宝石。属于刚玉族矿物，三方晶系。蓝色的蓝宝石，是由于其中混有少量钛（Ti）和铁（Fe）杂质所致；蓝宝石的颜色，可以有粉红、黄、绿、白、甚至在同一颗石有多种颜色。红宝石是指颜色呈红色、粉红色的刚玉，掺有少量三价铬离子的α型氧化铝单晶，是六方晶系的单轴晶体。通常采用铬离子浓度为0．03％～0.07％(重量)的红宝石作为激光工作物质。Yourcompanysloganγ-氧化铝（η、γ、ζ）。γ-Al2O3、η-Al2O3是水铝矿及氢氧化铝等氧化铝水化物在脱水过程中生成的过度氧化铝。ζ-Al2O3是γ-Al2O3的加热生成物，结晶系异于α-Al2O3，而为正方晶系。晶格常数较大，密度较小，易溶于酸。经1000℃加热即转化为α-Al2O3致密组织，烧成收缩极大。从结构上判断有空洞，对其他物质有良好的吸附力，表面积大，对水和其它物质具有很高的吸附特性，因此可作吸附剂和干燥剂等。化学性质较为活泼，易和酸或碱溶液作用。β-氧化铝。严格的说，β-Al2O3不属于氧化铝。化学组成可以近似地用MeO6Al2O3和Me2O11Al2O3表示。（其中，MeO指CaO、BaO、SrO等碱土金属氧化物，Me2O指Na2O、K2O、Li2O等碱金属氧化物。）β-Al2O3只是一类含量很高的多铝酸盐化合物，具有明显离子导电性和松弛极化现象，介质损耗大，电绝缘性能差。在氧化铝生产中通常所生产的电解炼铝用的氧化铝是α-Al2O3和γ-Al2O3的混合物。Yourcompanyslogan三、铝电解生产用氧化铝铝电解生产用氧化铝主要由α-Al2O3和γ-Al2O3组成。氧化铝的质量直接影响所得的金属铝的纯度和铝电解生产的技术经济指标。因此，作为铝电解生产原料的氧化铝对其化学纯度和物理性质都有一定要求。1.氧化铝的化学纯度。氧化铝中除主要含有Al2O3外，往往含有少量的SiO2、Fe2O3、Na2O和H2O等杂质。电解铝用氧化铝必须具有较高的化学纯度，这是因为其中所含比铝更正电性元素的氧化物杂质（如Fe2O3、SiO2等），在电解过程中这些元素将首先在阴极析出，进入金属铝中，使铝不纯。而氧化铝中比铝更负电性的金属氧化物杂质（如Na2O等），则与电解质作用，改变了电解质的正常组成，不利于电解操作。氧化铝中残存的结晶水以灼减表示。它也是有害杂质。因为水与电解质中的AlF3作用而生成HF，造成了氟盐的损失，并且污染了环境。此外，当灼减高或吸湿后的氧化铝与高温熔融的电解质接触时，则会引起电解质爆溅，危及操作人员的安全。Yourcompanyslogan级别Al203(%)SiO2(%)Fe2O3(%)Na2O(%)灼减(%)一级≥98.6≤0.02≤0.03≤0.50≤0.8二级≥98.5≤0.04≤0.04≤0.55≤0.8三级≥98.4≤0.06≤0.04≤0.60≤0.8氧化铝质量的分级根据国家标准YB814—75划分为六个等级，电解法生产金属铝主要使用1~3级氧化铝，如下表所示。氧化铝质量等级标准Yourcompanyslogan2.氧化铝的物理性质铝电解生产用氧化铝除对化学成分有严格要求外，而且还要求氧化铝在冰晶石熔体中溶解速度快，电解槽槽底沉淀少，覆盖在电解质上结壳保温性好，在空气中不吸湿，飞扬损失少，流动性好，便于输送和便于电解槽自动加料。所有这些特性都取决于氧化铝的物理性质。用于氧化铝物理性质的指标有：安息角、α-Al2O3含量、容积密度、粒度和比表面积等。安息角。是指物料在光滑平面上自然堆积的倾角。安息角较大的氧化铝在电解质中较易溶解，在电解过程中能够很好覆盖于电解质结壳上，飞扬损失也较小。α-Al2O3含量。α-Al2O3含量反映了氧化铝的焙烧程度，焙烧程度越高，α-Al2O3含量越多，氧化铝的吸湿性随着α-Al2O3含量增多而变小。所以，电解用的氧化铝要求含一定数量的α-Al2O3。但α-Al2O3在电解质中的溶解性能较γ-Al2O3差。Yourcompanyslogan③容积密度。氧化铝的容积密度是指在自然状态下单位体积的物料质量。通常容积密度小的氧化铝有利于在电解质中的溶解。④粒度。氧化铝的粒度是指粗细程度。氧化铝的粒度必须适当，过粗在电解质中溶解速度慢，甚至沉淀，过细则容易飞扬损失。⑤比表面积。氧化铝的比表面积是指单位重量物料的外表面积与内孔表面积之和的总面积。是表示物质活性高低的一个重要指标。比表面积大的氧化铝在电解质中溶解性能好，活性大，但易吸湿。根据氧化铝的物理性质，通常又可将Al2O3分为砂状、面粉状和中间状三种类型。这三种类型的Al2O3在物理性质上有较大的差别。砂状的Al2O3具有较小的容积密度，较大的比表面积，略小的安息角，含较少量的α-Al2O3，粗粒较多且均匀，强度较高。面粉状的氧化铝则有较大的容积密度，小的比表面积，含有较多的α-Al2O3，粒度细粒较多，强度差。而中间状氧化铝的物理性质介于二者之间。Yourcompanyslogan氧化铝生产过程就是从铝土矿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。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、钛、钒、铬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。四、氧化铝的生产方式Yourcompanyslogan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。Yourcompanyslogan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、钛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。目前工业上几乎全部采用碱法生产氧化铝。Yourcompanyslogan碱法生产氧化铝按生产过程的特点又分为拜耳法、烧结法和联合法等。(拜耳-烧结)拜耳法生产氧化铝占世界95%，主要采用三水铝石型铝土矿。铝土矿是含铝矿物和赤铁矿、针铁矿、高岭石、锐钛矿、金红石、钛铁矿等矿物的混合矿，是现代炼铝的原料。类别组成名称常用符号三水型氧化铝Al2O3H2O三水铝石Al(OH)3或Al2O3•3H2O拜耳石β-Al(OH)3或β-Al2O3•3H2O诺水铝石（或新三水铝石）β′-Al(OH)3或β′-Al2O3•3H2O一水型氧化铝Al2O3H2O一水软铝石γ-AlOOH或γ-Al2O3•3H2O一水硬铝石α-AlOOH或α-Al2O3•3H2O胶Al2O3nH2O拟薄水铝石α-Al2O3•nH2O(n=1.4~2.0)无定型铝胶Al2O3˙nH2O(n=3~5)氧化铝水合物的分类及其表示符号Yourcompanyslogan1.拜耳法拜耳法用于氧化铝生产已有近百年的历史，几十年来已经有了很大的发展和改进。目前仍是世界上生产氧化铝的主要方法。拜耳法用在处理低硅铝土矿，特别是用在处理三水铝石型铝土矿时流程简单，作业方便、能量消耗低，产品质量好等优点。现在除了受原料条件限制的某些地区外，大多数氧化铝厂都采用拜耳法生产氧化铝。拜耳法处理一水硬铝石型铝土矿时工艺条件要苛刻一些。拜耳法最主要的缺点是不能单独地处理氧化硅含量高的矿石。用13%-20%的苛性钠溶液在加热的条件下将铝土矿中的各种氧化铝水合物溶解出来，再沉淀分离赤泥，生成铝酸钠（NaAlO2）溶液，此种溶液经稀释后在冷却的条件下分解出纯的氢氧化铝，经过滤、洗净后在旋转式管状炉或沸腾床式炉中烧成，再经粉碎、过筛而制成α-Al2O3。Yourcompanyslogan基本流程