氧化铝的工业生产及α片状氧化铝的制备方法ppt课件

1、报告人：蒋周青 时 间：2019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四、 总结一、 氧化铝的工业生产1、 Al2O3体系1Al2O3是地壳内含量仅次于SiO2的 氧化物。2Al2O3主要形成长石、云母等铝硅酸盐矿物。3Al2O3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、-Al2

2、O3、-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，2019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

3、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

4、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47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典型厂生产方法生产方法 铝土矿类型铝土矿类型数据年份数据年份综合能耗综合能耗/(GJ/tAo)山东铝厂烧结法一水硬铝石201937.34郑州铝厂混联法一水硬铝石201930.69山西铝厂混联法一水硬铝石201933.20苹果铝厂拜耳法一水硬铝石201913.68法国铝

5、厂拜耳法三水铝石+一水软铝石201913.48宾加拉（奥）拜耳法三水铝石201911.17圣.尼古拉（希） 拜耳法一水软铝石201914.59施塔德（法）拜耳法三水铝石20199.57 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 160-170，304-40

6、5 kPa 铝酸钠溶液）+ 杂质沉淀） 反应式：（1Al2O3+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AlOH3 反应式： NaAlO2 + H2O Al(OH)3+NaOH (可循环使用)反应方程式：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

7、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

8、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。AlO6八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

9、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A.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.B. 拜耳法为