氧化铝报告

氧化铝

一概述

氧化铝，又称三氧化二铝[1]，分子量102，通常称为“铝氧”，是一种白色无定形粉状物，俗称矾土，属原子晶体。熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度为3.6g/cm³。它的流动性好，不溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。它是铝电解生产的中的主要原料。有四种同素异构体β－氧化铝δ－氧化铝 v－氧化铝 a－氧化铝，主要有α型和γ型两种变体，工业上可从铝土矿中提取。名称氧化铝;刚玉;白玉;红宝石;蓝宝石;刚玉粉;corundum化学式 Al₂O₃外观白色晶状粉末或固体

二物化性质

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）。两性氧化物，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℃。

1.物理属性

式量 101.96 amu

熔点 2303 K

沸点 3250 K

密度 3.97 kg/m³[1]

溶解性：不溶于水、醇、和醚，微溶于碱和酸。

晶体结构三方晶系 (hex)

2.化学属性

ΔfH0liquid −1620.57 kJ/mol

ΔfH0solid −1675.69 kJ/mol

S0liquid, 1 bar 67.24 J/mol•K

S0solid 50.9 J/mol•K

三生产方法

氧化铝的生产方法有酸法、碱法和热法。目前氧化铝工业生产实际应用的是碱法。碱法又包括拜耳法、烧结法及各种形式的联合法。因拜耳法生产成本低，经济效益好，流程相对简单，应用最广。

1酸法生产氧化铝

用无机酸溶出铝硅酸盐原料中的铝的氧化铝生产方法。20世纪20年代以来，人们对用酸法溶出处理粘土等原料生产氧化铝的各种方法进行了深入的研究，有的已发展到工业试验或生产阶段。60年代期间，由于铝土矿开采增加，储量减少，曾引起一些产铝国家对用酸法处理其非铝土矿资源的重视，促使酸法生产氧化铝的技术得到进一步发展。但酸法生产氧化铝在经济上无法和拜耳法竞争；加之60年代后，世界一些国家又陆续发现了大型的铝土矿矿床，所探明的铝土矿储量足够用拜耳法处理百年之用。因此，酸法生产氧化铝在现在或是不久的将来还不能用于大规模工业生产。

工艺用各种无机酸溶出处理含铝原料时，原料中的氧化硅基本上不与酸反应留在渣中。而得到含铁的铝盐酸性水溶液。经除铁净化后的铝盐酸性溶液可通过不同的方法得到铝盐水合物结晶或氢氧化铝结晶。煅烧这些结晶便得到氧化铝。按溶出所用的无机酸，酸法生产氧化铝又有硫酸法、盐酸法和硝酸法之分。

硫酸法硫酸便宜，挥发性和腐蚀性都较小，所以对硫酸法的研究较多。从硫酸铝溶液中结晶析出的硫酸铝带有18～24个结晶水，Al2O3含量仅占13％～15％。煅烧这种结晶产物，热耗大、易熔化，而且所得废气中的SO2和SO 3浓度低，不利于回收用来生产硫酸。澳大利亚墨尔本的联邦科学与工业研究组织在20世纪60年代提出了碱式硫酸铝法，也称为C．S．I．R．O．法。此法用SO3与Al2O3质量比为2．6的含铁的硫酸铝溶液，在403K温度下溶出过量的焙烧过的高硅铝土矿，得到SO3与Al2O3质量比为1．8～1．9的硫酸铝溶液和吸附了铁的残渣。往分离残渣后的硫酸铝溶液中通入SO2，将Fe3+还原为Fe2+，再在573K温度左右使硫酸铝水解析出分子式为Al2(OH)n(SO4)3一n /2要的碱式硫酸铝，Fe2+留在水解母液中。碱式硫酸铝在1423K温度下煅烧即得成品氧化铝和含SO3较高的气体。后者用水解母液吸收后，在453K温度下将上述吸附了铁的残渣中的Al2O3充分地溶出后，得到SO3与Al2O3的质量比为2．6的硫酸铝溶液，再用于溶出下一批矿石，泥渣则弃去。此法无需单独除铁，硫酸为闭路循环，碱式硫酸铝含Al2O3 40％以上，含水20％左右，有利于煅烧出成品Al2O3 和回收硫酸。但目前难以解决硫酸铝在573K温度下水解的耐酸设备问题。

盐酸法盐酸腐蚀性大且易分解，所以盐酸法的溶出温度不能太高，而且难以制取Al3+含量高的溶液。溶出后的渣难以分离和洗涤，单位产品的物料流量大。但因盐酸不会像硫酸和硝酸那样在加热时分解，而AlCl3在酸溶液中的溶解度又随盐酸浓度的提高而急剧降低。因此，近期对盐酸法研究较多。法国彼施涅铝公司(Aluminium Pechiney)

于20世纪60年代中期，发明了被认为最有发展前途的酸法生产氧化铝方法之一是用于处理粘土和煤页岩的H’法。此法是用浓硫酸处理含铝原料得到硫酸铝溶液，用冷却结晶的方法从其中析出含有很多杂质的硫酸铝，然后用盐酸溶解硫酸铝，同时通入HCl气体使溶液饱和，使溶液中的铝几乎全部以很纯的AlCl3-6H2O析出。经洗涤后的AlCl3•6H

2O在1373～1473K温度下煅烧可得到纯度比拜耳法还高的氧化铝成品和可再生盐酸的含HCl气体。在此法中，硫酸和盐酸都无须再生便可循环使用。当用H’法来处理煤矸石一类的高硅含铝原料制取氧化铝时，其耗能仅为拜耳法的两倍，Al2O3回收率可达90％。产出的AlCl3•6H2O也可直接用来制造高效能的净水剂——无机高分子絮凝剂碱式氯化铝。

硝酸法可用来处理含碱金属很少的高硅含铝原料。从用硝酸溶出高硅含铝原料得到的硝酸铝溶液中析出的Al(N O3)3•9H2O是一种重要的化工原料。Al(NO3)3•9H2O经煅烧得到Al2O3成品和含水蒸气和NO2的气体。后者可用以再生硝酸。硝酸法存在硝酸较贵，回收困难和NO2气体有毒等问题。

存在问题主要有八方面的问题：(1)铝盐溶液除铁困难；(2)耐酸设备，特别是高压耐酸设备造价昂贵；(3)铝为三价元素，溶解单位质量Al2O3 需要大量酸；(4)溶出后的铝盐溶液与渣的分离及渣的洗涤困难；(5)煅烧分解含结晶水多的铝盐水合物的困难很多，而且热耗大；(6)从有用成分浓度低的废气中再生酸较难；(7)多数酸有挥发性，污染环境；(8)产品物理性质难以达到电解制铝的要求。

有人曾提出用酸一碱联合法来克服酸法的缺点，即用拜耳法将酸法所得含有铁和少量硅的低品位氢氧化铝再一次处理以制取高质量的氧化铝。但亦会因此而使流程变得过于复杂。

2.1碱法-拜耳法

所谓拜耳法是因为它是由K.J.bayer在1889－1892年提出而得名的。拜耳法主要包括两个主要过程，一是Na2O与A l2O3摩尔比为1.8的铝酸钠在常温下，只要添加氢氧化铝作为晶种，不断搅拌，溶液种的Al2O3就可以呈氢氧化铝析出，直到其中Na2O： Al2O3的摩尔比提高到6为止，此即为铝酸钠溶液的晶种分解过程。另一过程是已经析出了大部分氢氧化铝的溶液。在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物。此即利用种分母液溶出铝土矿的过程。交替使用这两个过程处理铝土矿，得到氢氧化铝产品，构成所谓拜耳法循环