工业氧化铝是怎么来的？

发布时间：

2023-06-30 16:01

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氧化铝（Aluminium oxide）是白色固体，是铝和氧的化合物，分子式为Al2O3，主要陶瓷原料之一。

氧化铝粉

在氧化物中铝与氧有强力的键结，使得氧化铝在氧化物当中有最高硬度，其化学稳定性高且对大部分酸性、碱性、盐类及熔融溶液有优秀的耐腐蚀性。

氧化铝有许多同质异晶体，目前已知的有10多种，主要有3种晶型，即α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。其中结构不同性质也不同，在1300℃以上的高温时几乎完全转化为α-Al2O3。

制备原理

铝土矿主要有三种含铝物质：三水铝石（Al(OH)3）、一水硬铝石（α-AlO(OH)）和勃姆石（γ-AlO(OH)），总的含铝量为40%-75%。此外，还含有针铁矿、赤铁矿、高岭土（含二氧化硅）和少量的二氧化钛。工业上，铝土矿经由拜耳法纯化为氧化铝。

拜耳法，1887年由奥地利工程师卡尔·约瑟夫·拜耳发明，其基本原理是用浓氢氧化钠溶液将氢氧化铝转化为铝酸钠，通过稀释和添加氢氧化铝晶种使氢氧化铝重新析出，剩余的氢氧化钠溶液重新用于处理下一批铝土矿，实现了连续化生产。如今世界上95%的相关产业公司都在使用拜耳法生产氧化铝。

制备过程

粉碎

拜耳法的第一个过程是用粉碎机将铝土矿的矿石粉碎成直径为30毫米左右的颗粒，然后用水冲洗掉颗粒表面的粘土等杂质。冲洗过的这些颗粒与重复利用的，氢氧化钠浓度为30%-40%的拜耳法余液相混合，借助球磨形成固体粒径在300微米以下的悬浊液。随着粒径逐渐变小，铝土矿的比表面积大大增加，这有助于加快后续化学反应的速度。

溶出

铝土矿和高浓度氢氧化钠溶液形成的悬浮液随后进入反应釜，通过提高温度和压力使铝土矿中的氧化铝和氢氧化钠反应，生成可以溶解的铝酸钠（NaAl(OH)4），这被称为溶出，其方程式如下：

Al2O3 + 2 NaOH + 3 H2O → 2 NaAl(OH)4

反应釜的温度和压力根据铝土矿的组成决定。对于含三水铝石较多的铝土矿，可在常压下，150度进行反应，而对于一水硬铝石和勃姆石含量多的，则需要在加压进行反应，常用条件为200到250度，30到40个大气压。在和氢氧化钠反应时，铝土矿中所含的铁的各种氧化物、氧化钙和二氧化钛基本不会和氢氧化钠反应，形成了固体沉淀，留在反应釜底部，它们会被过滤掉，形成的滤渣呈红色，被称作赤泥，而铝土矿中含有的二氧化硅杂质则会和氢氧化钠反应，生成同样溶于水的硅酸钠。

SiO2 + 2 NaOH → Na2SiO3+H2O

为了除去硅酸钠，拜耳法是通过缓慢加热溶液，促使二氧化硅、氧化铝和氢氧化钠生成方钠石结构的水合铝硅酸钠，沉淀下来，然后过滤除掉，这样一来，就只有铝酸钠留在上清液中。

析出

热的溶液进入冷却装置中，加水稀释同时逐渐冷却，铝酸钠会发生水解，生成氢氧化铝，此时加入纯的氧化铝粉末，会析出白色的氢氧化铝固体。

NaAl(OH)4 → Al(OH)3 + NaOH

有的厂家对这一步进行了改进，通入过量二氧化碳帮助产生氢氧化铝。

NaAl(OH)4 + CO2→ Al(OH)3 + NaHCO3

过滤掉生成的氢氧化铝后，剩余的浓度仍然较高的氢氧化钠溶液会循环利用，用于处理另一批铝土矿，析出氢氧化铝。

煅烧

已经生产出的氢氧化铝则在1000°C以上煅烧（具体煅烧温度依据所需氧化铝的晶型和粒径来决定），分解成氧化铝：

2Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2O

这就是工业氧化铝整个生产制备过程。

工业氧化铝