氧化铝的工业生产及α片状氧化铝的制备方法

生产方法 铝土矿类型
数据年份
山东铝厂
烧结法
郑州铝厂
混联法
山西铝厂
混联法
苹果铝厂
拜耳法
法国铝厂
拜耳法
宾加拉（奥） 拜耳法
圣.尼古拉（希） 拜耳法
施塔德（法） 拜耳法
一水硬铝石
2002
一水硬铝石
2002
一水硬铝石
2002
一水硬铝石
2002
三水铝石+一水软铝石 2002
三水铝石
2002
一水软铝石
2002
三水铝石
熔盐合成法：
通常采用一种或数种低熔点的盐类作为反应介质， 反应物在熔盐中有一定的溶解度，使得反应在原子级 进行。反应结束后，采用合适的溶剂将盐类溶解，经 过滤洗涤后即可得到合成产物。由于低熔点盐作为反 应介质，合成过程中有液相出现，反应物在其中有一 定的溶解度，大大加快了离子的扩散速率，使反应物 在液相中实现原子尺度混合，反应就由固固反应转化 为固液反应。
我国的铝土矿资源还比较丰富，分布较广主要在山 西、河南、贵州、广西和山东。
但是我国铝土矿的特点是高硅、高铝和低铁，绝大 数主要为一水硬铝石，矿石中铝硅比在4~7之间。福 建、河南和广西有少量的三水铝石型铝土矿。这为种 组成结构给实际工业炼铝带来很大的麻烦。
二、拜耳法制备氧化铝
典型厂
表2 国内外氧化铝长能耗对比
反应方程式：
1.铝土矿粉末 + 氢氧化钠溶液 160-170℃，304-405 kPa
铝酸钠（溶液）+ 杂质（沉淀） 反应式：（1）Al2O3+2NaOH→
2NaAlO2（铝酸钠） + H2O +杂质（以Fe2O3为主—赤泥）
2.铝酸钠溶液+H2O（稀释） 降温，降压（101.325kPa） 加氢氧化铝晶核（晶种） 搅拌、 结晶的Al（OH）3
反应式： NaAlO2 + H2O→ Al(OH)3+NaOH (可循环使用)
拜耳法基本原理：
（l）用NaOH溶液溶出铝土矿，所得到的铝酸钠溶液在 添加晶种、不断搅拌的条件下，溶液中的氧化铝呈氢氧 化铝析出，（Na2O与Al2O3摩尔比由1.8可变到6）即种 分过程。 （2）分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来 溶出新的铝土矿，即溶出过程。
因此片状α-Al2O3粉末在工业上得到了广泛的应用， 例如α-Al2O3粉末加入到聚合物中能提高聚合物的导热 性，作为第二相加入到陶瓷的中作为增韧剂，用作高 纯的耐火材料，用作珠光颜料等。
晶体生长习性： 是指晶体在一定生长的物理、化学条件下所表现出的形态特
征。
晶体结晶形态是由不同面族（单形）组合而成，而各个面族 的生长速率会随着生长环境的不同而发生相应变化，因而物理 化学条件不同造就了晶体晶族结晶形态的差异。
报告人：蒋周青 时 间：2011年12月
目录
一、 氧化铝产业的基本介绍
本报告基 本结构
二、 拜耳法生产氧化铝技术 三、 片状α氧化铝的制备方法
四、 总结
一、 氧化铝的工业生产
1、 Al2O3体系
1）Al2O3是地壳内含量仅次于SiO2的 氧化物。 2）Al2O3主要形成长石、云母等铝硅酸盐 矿物。 3）Al2O3的天然矿物原料——铝土矿。 4）工业用Al2O3主要由铝土矿经冶炼工艺 获取。
3）氧化铝生产方法大致可以分为四类：碱法、 酸法、酸碱联合法和热法。目前用于工业生产 的几乎全属于碱法，而碱法生产氧化铝又分为 拜耳法、烧结法和拜耳—烧结联合法。国外主 要采用较为节能的拜耳法，而我国基本采用耗 能较大的烧结法。
铝土矿是目前氧化铝生产中最主要的矿石原料， 其氧化铝含量变化很大从40%一下到70%以上 不等。铝土矿中的氧化铝主要以三水铝石 [Al(OH)3],一水软铝石[γ-Al(OH)]及一水硬铝石[αAlO(OH)]状态存在。
铝土矿质量取决于其中氧化铝的存在矿物形 态和有害杂质含量。a铝土矿的硅铝比；b铝土 矿的氧化铝含量；c铝土矿的矿物类型（对氧化 铝溶出性能影响很大）三水＞一水软＞一水硬
表1 铝土矿类型
铝土矿的储量： 全世界为245亿吨，可满足今后150年需要，80%
集中在几内亚、澳大利亚、巴西、加勒比地区、印度、 印度尼西亚和东欧等处于热带和亚热带的国家和地区， 多数为三水铝石型矿。
2002
综合能耗 /(GJ/tAo) 37.34 30.69 33.20 13.68 13.48 11.17 14.59 9.57
所谓的拜耳法是因为是它是K.J.拜耳在18891892年提出而得名的，一百年来它已经有了 许多改进，但仍然习惯地沿用着拜耳法这外名 字。
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，产品质量高，其经济效果远非其它方法所 能比美，目前全世界生产的氧化铝和氢氧化铝， 有90%以上是用拜耳法生产的。
2、氧化铝工业
1）铝工业问世以来就以很高的速度发展。目前铝产量 居有色金属之首仅此于钢铁，2003年世界原铝产量超 过2800万吨。
2）冰晶石—氧化铝熔体电解任然是目前生长金属铝的 唯一方法，铝生产包括从铝矿石中生产氧化铝以及电 解铝两个主要过程。每生产1吨金属铝消耗近2吨氧化 铝，铝的需求带动了氧化铝的迅速发展。
性质： 氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结构； 氧化铝是典型的两性氧化物，不溶于水，可溶于无机
酸和碱性溶液，由于其结晶形式不同，在酸、碱 溶液中的溶解度及溶解速度也不同。 氧化铝有7种同素异构体，如：α-Al2O3、β-Al2O3、γAl2O3、δ-Al2O3、θ-Al2O3、K-Al2O3、δ-Al2O3。而 常见稳定结构的氧化铝主要是α-Al2O3、γ-Al2O3。 α-Al2O3性质稳定，熔点2050℃，沸点2900℃，比重 3.9-4.0g/cm3。
自然界中的α-Al2O3晶体呈现出六方片状或六方柱状，其生 长理论模型各有说法。目前比较广泛采用的是配位多面体生长 理论与氧化铝稳定能理论。Al—O6八面体以一定的方式堆积排 列，生长基元在特定面上叠加，进而使得某些面显露另一些面 不显露。ຫໍສະໝຸດ 几种制备片状氧化铝晶体方法：
1）熔盐法 2）高温烧结法 3）水热法 4）涂膜法 5）机械法
交替使用这两个过程，就能够每处理一批矿石便得到 一批氢氧化铝，构成所谓的拜耳法循环。
三.片状α氧化铝的制备
片状氧化铝是一种新型特种氧化铝和重要的粉体材 料，具有六角形片状的结构特征，并具有较小的厚度 与较大的径厚比。这些特征使其不仅具备普通氧化铝 的优良性能，而且还获得了适中的表面活性、良好的 附着性及显著的屏蔽效应等特殊性能。