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工業(yè)氧化鋁是怎么來的？
發(fā)布時間：
2023-06-30 16:01
來源：
氧化鋁（Aluminium oxide）是白色固體，是鋁和氧的化合物，分子式為Al2O3，主要陶瓷原料之一。
氧化鋁粉
在氧化物中鋁與氧有強力的鍵結，使得氧化鋁在氧化物當中有最高硬度，其化學穩(wěn)定性高且對大部分酸性、堿性、鹽類及熔融溶液有優(yōu)秀的耐腐蝕性。
氧化鋁有許多同質(zhì)異晶體，目前已知的有10多種，主要有3種晶型，即α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。其中結構不同性質(zhì)也不同，在1300℃以上的高溫時幾乎完全轉化為α-Al2O3。
制備原理
鋁土礦主要有三種含鋁物質(zhì)：三水鋁石（Al(OH)3）、一水硬鋁石（α-AlO(OH)）和勃姆石（γ-AlO(OH)），總的含鋁量為40%-75%。此外，還含有針鐵礦、赤鐵礦、高嶺土（含二氧化硅）和少量的二氧化鈦。工業(yè)上，鋁土礦經(jīng)由拜耳法純化為氧化鋁。
拜耳法，1887年由奧地利工程師卡爾·約瑟夫·拜耳發(fā)明，其基本原理是用濃氫氧化鈉溶液將氫氧化鋁轉化為鋁酸鈉，通過稀釋和添加氫氧化鋁晶種使氫氧化鋁重新析出，剩余的氫氧化鈉溶液重新用于處理下一批鋁土礦，實現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)。如今世界上95%的相關產(chǎn)業(yè)公司都在使用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁。
制備過程
粉碎
拜耳法的第一個過程是用粉碎機將鋁土礦的礦石粉碎成直徑為30毫米左右的顆粒，然后用水沖洗掉顆粒表面的粘土等雜質(zhì)。沖洗過的這些顆粒與重復利用的，氫氧化鈉濃度為30%-40%的拜耳法余液相混合，借助球磨形成固體粒徑在300微米以下的懸濁液。隨著粒徑逐漸變小，鋁土礦的比表面積大大增加，這有助于加快后續(xù)化學反應的速度。
溶出
鋁土礦和高濃度氫氧化鈉溶液形成的懸浮液隨后進入反應釜，通過提高溫度和壓力使鋁土礦中的氧化鋁和氫氧化鈉反應，生成可以溶解的鋁酸鈉（NaAl(OH)4），這被稱為溶出，其方程式如下：
Al2O3 + 2 NaOH + 3 H2O → 2 NaAl(OH)4
反應釜的溫度和壓力根據(jù)鋁土礦的組成決定。對于含三水鋁石較多的鋁土礦，可在常壓下，150度進行反應，而對于一水硬鋁石和勃姆石含量多的，則需要在加壓進行反應，常用條件為200到250度，30到40個大氣壓。在和氫氧化鈉反應時，鋁土礦中所含的鐵的各種氧化物、氧化鈣和二氧化鈦基本不會和氫氧化鈉反應，形成了固體沉淀，留在反應釜底部，它們會被過濾掉，形成的濾渣呈紅色，被稱作赤泥，而鋁土礦中含有的二氧化硅雜質(zhì)則會和氫氧化鈉反應，生成同樣溶于水的硅酸鈉。
SiO2 + 2 NaOH → Na2SiO3+H2O
為了除去硅酸鈉，拜耳法是通過緩慢加熱溶液，促使二氧化硅、氧化鋁和氫氧化鈉生成方鈉石結構的水合鋁硅酸鈉，沉淀下來，然后過濾除掉，這樣一來，就只有鋁酸鈉留在上清液中。
析出
熱的溶液進入冷卻裝置中，加水稀釋同時逐漸冷卻，鋁酸鈉會發(fā)生水解，生成氫氧化鋁，此時加入純的氧化鋁粉末，會析出白色的氫氧化鋁固體。
NaAl(OH)4 → Al(OH)3 + NaOH
有的廠家對這一步進行了改進，通入過量二氧化碳幫助產(chǎn)生氫氧化鋁。
NaAl(OH)4 + CO2→ Al(OH)3 + NaHCO3
過濾掉生成的氫氧化鋁后，剩余的濃度仍然較高的氫氧化鈉溶液會循環(huán)利用，用于處理另一批鋁土礦，析出氫氧化鋁。
煅燒
已經(jīng)生產(chǎn)出的氫氧化鋁則在1000°C以上煅燒（具體煅燒溫度依據(jù)所需氧化鋁的晶型和粒徑來決定），分解成氧化鋁：
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2O
這就是工業(yè)氧化鋁整個生產(chǎn)制備過程。
工業(yè)氧化鋁
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