氧化铝的工业生产及α片状氧化铝的制备方法ppt课件.ppt

氧化铝的工业生产及 片状氧化铝的制备方法 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 二 拜耳法生产氧化铝技术 三 片状 氧化铝的制备方法 本报告基本结构 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 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 Al2O3 Al2O3 Al2O3 Al2O3 Al2O3 K Al2O3 Al2O3 而常见稳定结构的氧化铝主要是 Al2O3 Al2O3 Al2O3性质稳定 熔点2050 沸点2900 比重3 9 4 0g cm3 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 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 Al OH 及一水硬铝石 AlO 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 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 表2国内外氧化铝长能耗对比 所谓的拜耳法是因为是它是K J 拜耳在1889 1892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 1 铝土矿粉末 氢氧化钠溶液160 170 304 405kPa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 反应方程式 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 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 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 因此片状 Al2O3粉末在工业上得到了广泛的应用 例如 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 自然界中的 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 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 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 熔盐合成法示意图 以明矾制备片状氧化铝为例 钾明矾在900 后既分解出晶体组成物质Al2O3 又分解出可以作为熔盐的K2SO4 挥发出的SO3可以直接收集起来制备硫酸 因此明矾是一种优质的制备片状氧化铝的原料 实验中研究的条件变量 国内外熔盐法制备片状氧化铝主要研究方向 1 不同原料的选择 前期制备为主 天然的物质相对较少 2 在不同熔盐的选择 倾向于用复盐 3 参杂不同金属离子进入晶体生长体系 Ti4 用得最多 4 晶种加入5 晶体生长机理探究 四 总结 我国为氧化铝生产最大的国家 但是优质铝土矿资源相对较少 主要以低品质的一水硬铝石为主 产业高能耗 富矿匮乏等问题需要技术创兴去解决 B 拜耳法为最主要的氧化铝生产方法 其中晶种分接与氧化铝