氧化铝-

氧化铝
概要
1
简介
2
结晶构造及分类 铝电解生产用氧化铝
3 4
制造方法
氧化铝粉体的应用
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5
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。
二级
≥98.5
≤0.04
≤0.04
≤0.55
≤0.8
三级
≥98.4
≤0.06
≤0.04
≤0.60
≤0.8
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2.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。
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。
一水型 氧化铝 胶
Al2O3 2O H Al2O3nH2O
一水软铝石 一水硬铝石 拟薄水铝石
无定型铝胶
Al2O3˙nH2O(n=3~5) Your company slogan
1.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。
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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。
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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。
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。
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γ-氧化铝（ε、γ、δ）。γ- Al2O3、ε- 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。δ- Al2O3是γAl2O3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MeO6Al2O3和Me2O11Al2O3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。
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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。
氧化铝水合物的分类及其表示符号
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自然界中的氧化铝
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。
红宝石原石 蓝宝石 棕色蓝宝石
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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。
类 别
三水型 氧化铝
组 成
Al2O3H2O
名 称
三水铝石 拜耳石 诺水铝石（或新三水铝 石）
常 用 符 号
Al(OH)3或Al2O3•3H2O β-Al(OH)3或β-Al2O3•3H2O β′-Al(OH)3或β′-Al2O3•3H2O γ-AlOOH或γ- Al2O3•3H2O α-AlOOH或α- Al2O3•3H2O α-Al2O3•nH2O(n=1.4~2.0)
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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
级别
Al203(%)
≥98.6
SiO2(%)
Fe2O3(%)
Na2O(%)
灼减(%)
一级
≤0.02
≤0.03
≤0.50
≤0.8
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四、氧化铝的生产方式
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
在氧化铝生产中通常所生产的电解炼铝用的氧化铝是αAl2O3和γ- Al2O3的混合物。
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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
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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。
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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。
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
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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、ζ、δ、χ、ε、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、ε- 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κAl2O3、ζ- Al2O3及δ- Al2O3，高温氧化铝具有鲜明的衍射 图，较易区别。
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③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。