氧化铝的生产原理和方法

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1、第一章氧化铝的生产原理和方法第一节氧化铝和铝矿烧结法和拜耳法是目前工业生产氧化铝的主要方法。国外生产氧化铝绝大多数采用拜耳法生产氧化铝，中国结合自己的资源情况，首创了拜耳-烧结混联法，极大地提高了氧化铝的总回收率。随着生产技术的不断提高，石灰拜耳法、选矿拜耳法等一些新的生产方法不断被应用到生产中来。一、、氧化铝的特性存在于自然界中的氧化铝称为刚玉（α-Al2O3），是在火山爆发过程中形成的。它在岩石中呈无色的结晶，也可与其他氧化物杂质（氧化铬和氧化铁等）染（形）成带色的结晶，红色的叫红宝石，蓝色的叫蓝宝石。工业氧化铝是各种氧化铝水合物经加热分解的脱水产

2、物，按照它们的生成温度可以分为低温氧化铝和高温氧化铝两类。通常电解炼铝用的氧化铝是α-Al2O3和γ-Al2O3的混合物。α-Al2O3它属六角晶系，由于有完整坚固的晶格，所以它是所有氧化铝同质异晶体中化学性最稳定的一种，在酸或碱液中不溶解。γ-Al2O3属于立方晶系，具有很大的分散性，化学性质较为活泼，易与酸或碱溶液作用。氧化铝的化学纯度成品氧化铝除主要成分是Al2O3外，往往含有少量的SiO2、Fe2O3、Na2O和H2O等杂质。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

3、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，则会引起电解质暴溅，危及操作人员的安全。氧化铝质量的分级根据标准YS/7274-1998分为4个等级，如表1-2所示。级别牌号Al2O3（%）SiO2（%）Fe2O3（%）Na2O（%）灼减（%）一级Al2O3-1≥98.6　　　　≤0.02≤0.02≤0.50≤1.0二级Al2O3-2≥98.4≤0.04≤0.03≤0.60≤1.0三级Al2O3-3≥98.3≤0.06≤0.04≤0.65≤1.0四级Al2O3-4≥98.2≤0.08≤0.05≤0.70≤1.0表1-2氧化铝质量等级标准氧化

4、铝的物理性质用于表征氧化铝物理性质的指标有：安息角、α-Al2O3含量、容量、粒度和比表面积以及磨损指数等。二、铝土矿地壳中铝的平均含量为8.7%左右，折合成氧化铝为16.4%，仅次于氧和硅，居于第三位，在金属元素中位于第一位。由于铝的化学性质活泼，它在自然界中以化合物状态存在。地壳中的含铝矿物约有250种左右，其中约40%是各种铝硅酸盐，最重要的含铝矿物只有14-15种，而铝土矿就是目前氧化铝生产的主要矿石资源，世界上生产的氧化铝95%左右是从铝土矿中提炼出来的。评价铝土矿的质量不仅看它的化学成分、铝硅比的高低，而且还要看铝矿的类型。铝土矿中氧化铝的

5、含量通常在45%-75%之间。铝土矿中的二氧化硅是碱法（尤其是拜耳法）生产氧化铝过程中最有害的杂质。我们通常把铝土矿中的氧化铝与二氧化硅的重量之比值称为铝土矿的铝硅比，以符号A/S表示。氧化铝生产要求铝土矿的铝硅比和氧化铝含量越高越好，因为铝硅比氧化铝含量对氧化铝厂的技术经济指标影响很大。处理铝硅比低的铝土矿较处理铝硅比高的铝土矿在工艺上要复杂得多，并且单位产品的投资及生产成本要高。铝土矿的外观和物理化学性质变化很大，因其矿物组成和化学成分不同而异，三水铝石型多呈松散碎屑状，而一水硬铝石主要为石质块状，矿石结构有土状、致密状与豆鲕状铝土矿可以具有从白色

6、到赭色之间的很多颜色。一般含铁高的呈红色，含铁低的呈灰白色、黄褐色及褐色，硬度变动于1-9之间。我国铝土矿资源较为丰富，其特点是高铝、高硅、低铁，大部分为一水硬铝型铝土矿，铝硅比多数4.0-7.0之间，在10.0以上的优质铝土矿较少。第二节氧化铝生产方法一、氧化铝生产方面概述氧化铝生产过程就是从铝矿石中提取氧化铝使之与杂质分离的过程。自然界中的铝矿石及含铝原料的类型繁多，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，对不同的铝矿必须采用不同的生产方法，已经提出的生产氧化铝的方法大致可分为碱法、酸法联合法、电热法、高压水化学法等几种

7、。1、碱法生产氧化铝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硅则成为不溶性的化合物进入固体残渣中。因为这种残渣被氧化铝铁染成砖红色，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，即Al（OH）3，将Al(OH)3溶液分离并经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。分离Al(OH)3后的溶液称为母液，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、烧结法和拜耳-烧结联合法（包括并联、串联、混联联合

8、法等），目前工业上普遍采用碱法生产氧化铝。二、拜耳法生产氧化铝的原理和基本工艺流程采用拜耳法生