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氧化铝(精细化工)

山东埃尔派 | 点击量:0次 | 2020-12-02

摘要
氧化铝是一种无机物,化学式Al2O3。是一种高硬度的化合物,熔点为2054℃,沸点为2980℃,在高温下可电离的离子晶体,常用于制造耐火材料。
工业氧化铝是由铝矾土(Al2O3·3H2O)和硬水铝石制备的,对于纯度要求高的Al2O3,一般用化学方法制备。Al2O3有许多同质异晶体,已知的有10多种,主要有3种晶型,即α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。其中结构不同性质也不同,在1300℃以上的高温时几乎完全转化为α-Al2O3。

  氧化铝是一种无机物,化学式Al2O3。是一种高硬度的化合物,熔点为2054℃,沸点为2980℃,在高温下可电离的离子晶体,常用于制造耐火材料。

  工业氧化铝是由铝矾土(Al2O3·3H2O)和硬水铝石制备的,对于纯度要求高的Al2O3,一般用化学方法制备。Al2O3有许多同质异晶体,已知的有10多种,主要有3种晶型,即α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。其中结构不同性质也不同,在1300℃以上的高温时几乎完全转化为α-Al2O3。

  氧化铝是铝的稳定氧化物,化学式为Al2O3。在矿业、制陶业和材料科学上又被称为矾土。

  性状:难溶于水的白色固体,无臭、无味、质极硬,易吸潮而不潮解(灼烧过的不吸湿)。氧化铝是典型的两性氧化物,(刚玉是α形属于六方最密堆积,是惰性化合物,微溶于酸碱耐腐蚀[1]),能溶于无机酸和碱性溶液中,几乎不溶于水及非极性有机溶剂;相对密度(d204)4.0;熔点2050℃。

  储存:密封干燥保存。

  用途:用作分析试剂、有机溶剂的脱水、吸附剂、有机反应催化剂、研磨剂、抛光剂、冶炼铝的原料、耐火材料。

  氧化铝含有元素铝和氧。若将铝矾土原料经过化学处理,除去硅、铁、钛等的氧化物而制得的产物是纯度很高的氧化铝原料,Al2O3含量一般在99%以上。矿相是由40%~76%的γ- Al2O3和24%~60%的α- Al2O3组成。γ- Al2O3于950~1200℃可转变为α- Al2O3,同时发生显著的体积收缩。

  数据显示中国是全球最大的氧化铝生产国,2010年全球氧化铝产量为5635.50万吨,中国氧化铝产量达2895.50万吨,同比增长20.14%,占全球比重为51.38%。2010年中国氧化铝表观消费量达到了3321万吨,年增长率为14.05%,净进口426万吨,铝土矿进口量达3019万吨,对外依存度为39.71%,氧化铝对外依存度达47.26%。

  随着我国电解铝、陶瓷、医药、电子、机械等行业的快速发展,市场对氧化铝需求量仍有较大的增长空间,氧化铝产量将会不断增长。结合2005-2010年中国氧化铝产量数据,预计2011年中国氧化铝产量将达到3300万吨,增长率为14%,2012年将在2011年的基础上继续增长,产量将超过3800万吨。

  另外,鉴于中国的在建施工面积按年计持续大幅增长,且由于不断推行城镇化,未来铝业前景非常乐观。预计2011年中国氧化铝需求同比增长15%至3819万吨,2012年氧化铝需求将达到4200万吨,同比增长10%。

  中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27个,测算总规模达1604.1万吨。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2814.1万吨。2006年底,中铝公司氧化铝生产952万吨,除已公布在建的氧化铝规模外,全国还有拟建氧化铝总规模1992万吨接近国外所有拟建(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,极大地提升了中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。

  中国氧化铝企业达40多家,已建和在建产能达4350多万吨/年,其中处理国内铝土矿的产能为3250万吨/年。2010年全国氧化铝产量2896万吨,是世界第一大氧化铝生产国。

  投资氧化铝工业的风险性与电解铝等其他行业在以下方面又有所不同:

  工艺技术相对复杂

  通常情况下,项目从设计,开工到形成产能需要2~3年时间左右的时间,投入高,风险较高。

  市场价格跌宕起伏

  而供求双方的信息不对称又进一步加剧了氧化铝价格起伏不定的局势,进而将影响氧化铝项目的投资收益。

  需要许多技术工人

  在项目试车、投产和日后生产组织管理等方面,需要一大批精通氧化铝工艺技术和具有实践经验的老专家和技术工人。

  对资源能源的依赖度

  随着国内外资源竞争日趋激烈,适合氧化铝工业发展的优质资源日渐稀缺,投资氧化铝工业必须考虑项目的经济服务年限。

  建议

  针对氧化铝工业发展迅速,避免电解铝行业所出现的无序膨胀问题,有以下5点建议:

  控制氧化铝建设总规模

  氧化铝工业是资源、资金、技术密集型原材料产业,因生产过程中要产生大量的尾矿和赤泥(至今未有较好的处理办法添加到水泥原料中,产品也只能用于工业),对环境的影响非常大,铝土矿作为不可再生资源, 其保障程度直接制约着一个地区氧化铝工业的总量与生存周期。因此,各级政府和有关部门,必须准确把握氧化铝工业的发展形势,资源与环境制约状况和基本规律,按照总量控制的要求,严格控制新建氧化铝项目,坚决制止盲目发展和低水平重复建设,努力实现氧化铝工业发展与资源充分利用,优化生态环境相统一。

  优化氧化铝工业布局

  矿产资源主管部门要对铝土矿存量资源进行全面核查,推进铝土矿资源勘查工作,在资源储量有较大幅度提高的情况下,发展计划部门视情况增加布点或同意扩大布点内企业的产能规模。对未经同意在规划布点外拟建氧化铝项目,省环境保护部门不予安排环保评价,擅自建设的必须停止。未经同意不在规划布局内建设的氧化铝项目以及自备电厂,将实行惩罚性电价。

  严格发展的经济规模

  新建氧化铝项目必须采用国内研究开发的选矿?D拜耳法工艺并同步建设选矿厂。严禁采用烧结法、混联法等落后工艺的氧化铝项目上马。新建氧化铝项目的单线规模应达到30万吨以上,单线达不到30万吨合理经济规模的氧化铝项目一律不准建设。已建工艺落后,造成污染的小氧化铝厂要限期转产或关闭。

  优化资源配置

  按照《矿产资源法》,由矿产资源管理部门对铝土矿资源进行统一管理,未经矿产资源主管部门批准,各地不得自行批准开采铝土矿。对违规批准和擅自开采铝土矿的,一经查实,要追究有关人员的责任。加强对矿权设置管理与资源的平衡,优化资源配置。由矿产资源主管部门在对铝土矿资源进行全面核查,系统分析的基础上,对铝土矿资源和矿业权设置进行合理规划,综合平衡。布点内企业要根据建设规模及合理的生产周期,在项目建成投产前必须落实满足5~10年生产需求的铝土矿资源,并同步建设采用选矿?D拜耳法工艺的选矿厂。

  选矿拜耳法生产氧化铝

  选矿拜耳法与国内现行的主要生产方法比较,建设投资节省15%~20%,生产成本降低10%,能耗降低 50%。采用选矿拜耳法处理高品位铝土矿(A/S=10以上)与常规拜耳法厂比较,工艺流程相似,其各项主要生产能耗指标基本相当。因此,采用选矿拜耳法生产氧化铝,处理中国中等品位一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝,经济效益和社会效益显著,是解决中国氧化铝工业发展的重要途径。

  整体看来,2005年中国铝及其化合物工业发展问题不少。电解铝行业的投资建设在2004年的宏观调控中受到了抑制,但铝工业的投资热点又转向了产业链的上下游D氧化铝和铝加工业。

  总述

  红宝石、蓝宝石的主成份皆为氧化铝,因为其它杂质而呈现不同的色泽,蓝宝石则含有氧化铁和氧化钛而呈蓝色。

  ⒉ 在铝矿的主成份铁铝氧石中,氧化铝的含量最高。工业上,铁铝氧石经由Bayer process纯化为氧化铝,再由Hall-Heroult process转变为铝金属。

  ⒊ 铝与空气中的氧气反应,生成一层致密的氧化铝薄膜覆盖在暴露于空气中铝表面。

  ⒋ 铝为电和热的良导体。氧化铝的晶体形态因为硬度高,适合用作研磨材料及切割工具。

  ⒌ 氧化铝粉末常用作色层分析的媒介物。

  ⒍ 2004年8月,在美国3M公司任职的科学家开发出以铝及稀土元素化合成的合金制造出称为transparent alumina的强化玻璃。

  资料:刚玉粉硬度大可用作磨料,抛光粉,高温烧结的氧化铝,称人造刚玉或人造宝石,可制机械轴承或钟表中的钻石。氧化铝也用作高温耐火材料,制耐火砖、坩埚、瓷器、人造宝石等,氧化铝也是炼铝的原料。煅烧氢氧化铝可制得γ-。γ-Al₂O₃具有强吸附力和催化活性,可做吸附剂和催化剂。刚玉主要成分α-Al₂O₃。桶状或锥状的三方晶体。有玻璃光泽或金刚光泽。密度为3.9~4.1g/cm3,硬度9,熔点2000±15℃。不溶于水,也不溶于酸和碱。耐高温。无色透明者称白玉,含微量三价铬的显红色称红宝石;含二价铁、三价铁或四价钛的显蓝色称蓝宝石;含少量四氧化三铁的显暗灰色、暗黑色称刚玉粉。可用做精密仪器的轴承,钟表的钻石、砂轮、抛光剂、耐火材料和电的绝缘体。色彩艳丽的可做装饰用宝石。人造红宝石单晶可制激光器的材料。除天然矿产外,可用氢氧焰熔化氢氧化铝制取。

  氧化铝化学式Al₂O₃,分子量101.96。矾土的主要成分。白色粉末。具有不同晶型,常见的是α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃。自然界中的刚玉为α-Al₂O₃,六方紧密堆积晶体,α-Al₂O₃的熔点2015±15℃,密度3.965g/cm3,硬度8.8,不溶于水、酸或碱。γ-Al₂O₃属立方紧密堆积晶体,不溶于水,但能溶于酸和碱。

  媒介物

  氧化铝粉末常用作色层分析的媒介物。

  制造强化玻璃

  资料:刚玉粉硬度大可用作磨料,抛光粉,高温烧结的氧化铝,称人造刚玉或人造宝石,可制机械轴承或钟表中的钻石。氧化铝也用作高温耐火材料,制耐火砖、坩埚、瓷器、人造宝石等,氧化铝也是炼铝的原料。煅烧氢氧化铝可制得γ-Al2O3。γ-Al2O3具有强吸附力和催化活性,可做吸附剂和催化剂。刚玉主要成分α-Al2O3。桶状或锥状的三方晶体。有玻璃光泽或金刚光泽。密度为3.9~4.1g/cm3,硬度9,熔点2000±15℃。不溶于水,也不溶于酸和碱。耐高温。无色透明者称白玉,含微量三价铬的显红色称红宝石;含二价铁、三价铁或四价钛的显蓝色称蓝宝石;含少量四氧化三铁的显暗灰色、暗黑色称刚玉粉。可用做精密仪器的轴承,钟表的钻石、砂轮、抛光剂、耐火材料和电的绝缘体。色彩艳丽的可做装饰用宝石。人造红宝石单晶可制激光器的材料。除天然矿产外,可用氢氧焰熔化氢氧化铝制取。

  氧化铝是金属铝在空气中不易被腐蚀的原因。纯净的金属铝极易与空气中的氧气反应,生成一层薄的氧化铝薄膜覆盖在暴露于空气中铝表面。这层氧化铝薄膜能防止铝被继续氧化。氧化物薄膜的厚度和性质都能通过一种称为阳极处理(阳极防腐)的处理过程得到加强。

  铝土矿

  (Al2O3·H₂O和Al2O3·3H₂O)是铝在自然界存在的主要矿物,将其粉碎后用高温氢氧化钠溶液浸渍,获得偏铝酸钠溶液;过滤去掉残渣,将滤液降温并加入氢氧化铝晶体,经长时间搅拌,铝酸钠溶液会分解析出氢氧化铝沉淀;将沉淀分离出来洗净,再在950-1200℃的温度下煅烧,就得到α型氧化铝粉末,母液可循环利用.此法由奥地利科学家拜耳(K.J.Bayer)在1888年发明,时至今日仍是工业生产氧化铝的主要方法,人称“拜耳法”.

  α型氧化铝

  在α型氧化铝的晶格中,氧离子为六方紧密堆积,Al3+对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心,晶格能很大,故熔点、沸点很高.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.

  γ型氧化铝

  γ型氧化铝是氢氧化铝在140-150℃的低温环境下脱水制得,工业上也叫活性氧化铝、铝胶。其结构中氧离子近似为立方面心紧密堆积,Al3+不规则地分布在由氧离子围成的八面体和四面体空隙之中。γ型氧化铝不溶于水,能溶于强酸或强碱溶液,将它加热至1200℃就全部转化为α型氧化铝.γ型氧化铝是一种多孔性物质,每克的内表面积高达数百平方米,活性高吸附能力强。工业品常为无色或微带粉红的圆柱型颗粒,耐压性好.在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体;在工业上是变压器油、透平油的脱酸剂,还用于色层分析;在实验室是中性强干燥剂,其干燥能力不亚于五氧化二磷,使用后在175℃以下加热6-8h还能再生重复使用。

  世界上用拜耳法生产的氧化铝要占到总产量的90%以上,氧化铝大部分用于制金属铝,用作其它用途的不到10%。

  电解氧化铝

  工业化大规模生产电解铝的主要工艺过程是一个熔盐电化学过程,用简单的化学式可表示如下:

  熔盐电解

  主反应:Al₂O₃+2C ——————→ 2Al+CO₂↑+CO↑ ⑴

  阳极 960~990℃阴极

  副反应:AlF₃+C→Al+CF₃ ⑵

  3NaFAlF₃+C →Al+NaF+CF₄+F₂ ⑶

  NaF+C → Na+CF₄ ⑷

  β型氧化铝

  还有一种β-Al₂O₃,它有离子传导能力(允许Na通过),以β-铝矾土为电解质制成钠-硫蓄电池。由于这种蓄电池单位重量的蓄电量大,能进行大电流放电,因而具有广阔的应用前景。这种电池负极为熔融钠,正极为多硫化钠(Na₂Sx),电解质为β-铝矾土(钠离子导体)

  这种蓄电池使用温度范围可达620~680K,其蓄电量为铅蓄电池蓄电量的3~5倍。用β-Al₂O₃陶瓷做电解食盐水的隔膜生产烧碱,有产品纯度高,公害小的特点。

  磨料氧化铝

  氧化铝适用于多种干湿处理工艺,可将任何工件的粗糙表面打磨精细,是最经济实惠的磨料之一。这种尖锐有菱角的人工合成磨料具有仅次于金刚石的硬度,尤其适合对铁质污染有严格要求时使用。用于最粗糙的切割,也可制成卵石形对尺寸精密的工件进行处理,来达到极低的粗糙度。由于它的高密度、尖锐、菱 角结构,因此它是最快速的切割磨料之一。

  氧化铝通过电熔高质矾土矿来制造棕刚玉的,而高质铝酸盐用来生产粉刚玉和白刚玉。它们的天然晶体结构使其硬度高,切割性能快。同时它们经常用作固结磨具和涂附磨具的原料。

  氧化铝可多次循环利用,循环次数和材料等级及具体工艺过程有关,大多数标准磨料喷砂设备均可使用。

  适用工业范围:航空航天业、汽车业、消费品加工、铸造/压铸、OEM分销商、半导体工业等不同领域。

  适用工艺范围:表面电镀、油漆,上釉和涂装聚四氟乙烯前的预处理;铝和合金制品去毛刺,去锅垢;模具清理;金属喷砂前预处理;干磨和湿磨;精密光学折射;矿物质,金属,玻璃和晶体的研磨;玻璃雕刻和油漆添加剂。

  活性氧化铝

  技术指标

  活性氧化铝外观:活性氧化铝为白色球状多孔性颗粒,粒度均匀,表面光滑,机械强度大,吸湿性强,吸水后不胀不裂保持原状,无毒、无臭、不溶于水、乙醇,对氟有很强的吸附性,主要用于高氟地区饮用水的除氟。

  活性氧化铝对气体、水蒸气和某些液体的水分有选择吸附本领。吸附饱和后可在约175-315℃加热除去水而复活。吸附和复活可进行多次。除用作干燥剂外,还可从污染的氧、氢、二氧化碳、天然气等中吸附润滑油的蒸气。并可用作催化剂和催化剂载体和色层分析载体。

  活性氧化铝在一定的操作条件和再生条件下,该产品的干燥深度高达露点温度-70度以下。[1]

  陶瓷作用

  氧化铝分为煅烧氧化铝和普通工业氧化铝,煅烧氧化铝是生产仿古砖的必备原料,而工业氧化铝则可用于生产微晶石,在传统釉料中,氧化铝常用作增白。由于仿古砖和微晶石受到了市场青睐,氧化铝的用量也是逐年增长。

  因此,氧化铝陶瓷在陶瓷行业中应运而生--氧化铝陶瓷是一种以Al₂O₃为主要原料,以刚玉为主晶相的陶瓷材料.因其具有机械强度高,硬度大,高频介电损耗小,高温绝缘电阻高,耐化学腐蚀性和导热性良好等优良综合技术性能等优势。

  山东埃尔派粉体科技有限公司的多种设备能够满足氧化铝的超微粉碎,以及粉体分级工艺。MQW10流化床气流粉碎机、MQP03圆盘式气流粉碎机、CSM450-H空气分级磨、FW280卧式气流分级机等设备均通过埃尔派粉体实验,均能实现对氧化铝的超微粉碎分级。

  埃尔派位于山东省潍坊市安丘市先进制造业产业园,拥有逾50000平方米的机械生产基地和现代化的管理制度,自成立以来,牢记“以粉体技术开创先进材料的未来”的使命,秉承“合规笃信,和合共生”的价值观,制定了“不求所有,但求所用”的人才战略,与多所高等院校合作签署“产学研”发展计划。

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