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氧化鋁

返回列表 來源：發(fā)布日期： 2022-12-29 訪問量：

　　氧化鋁是一種無機物，化學式Al2O3。是一種高硬度的化合物，熔點為2054℃，沸點為2980℃，在高溫下可電離的離子晶體，常用于制造耐火材料。

　　工業(yè)氧化鋁是由鋁礬土(Al2O3·3H2O)和硬水鋁石制備的，對于純度要求高的Al2O3，一般用化學方法制備。Al2O3有許多同質(zhì)異晶體，已知的有10多種，主要有3種晶型，即α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。其中結(jié)構不同性質(zhì)也不同，在1300℃以上的高溫時幾乎完全轉(zhuǎn)化為α-Al2O3。

　　氧化鋁是鋁的穩(wěn)定氧化物，化學式為Al2O3。在礦業(yè)、制陶業(yè)和材料科學上又被稱為礬土。

　　性狀：

　　難溶于水的白色固體，無臭、無味、質(zhì)極硬，易吸潮而不潮解(灼燒過的不吸濕)。氧化鋁是典型的兩性氧化物，(剛玉是α形屬于六方最密堆積，是惰性化合物，微溶于酸堿耐腐蝕[1])，能溶于無機酸和堿性溶液中，幾乎不溶于水及非極性有機溶劑;相對密度(d204)4.0;熔點2050℃。

　　儲存：

　　密封干燥保存。

　　用途：

　　用作分析試劑、有機溶劑的脫水、吸附劑、有機反應催化劑、研磨劑、拋光劑、冶煉鋁的原料、耐火材料。

　　氧化鋁含有元素鋁和氧。若將鋁礬土原料經(jīng)過化學處理，除去硅、鐵、鈦等的氧化物而制得的產(chǎn)物是純度很高的氧化鋁原料，Al2O3含量一般在99%以上。礦相是由40%～76%的γ- Al2O3和24%～60%的α- Al2O3組成。γ- Al2O3于950～1200℃可轉(zhuǎn)變?yōu)?alpha;- Al2O3，同時發(fā)生顯著的體積收縮。

　　Al2O3有多種變體，常見的是α，γ形都是白色晶體。

　　自然界中的剛玉是α形屬于六方最密堆積，熔點，硬度高，不溶于酸堿耐腐蝕，絕緣性好。

　　將氫氧化鋁與偏氫氧化鋁或鋁銨礬在723K共熱可得γ形，不溶于水，但吸水性很強，有強吸附能力與催化活性。

　　β形有離子傳導能力，允許Na+通過。

　　數(shù)據(jù)顯示中國是全球最大的氧化鋁生產(chǎn)國，2010年全球氧化鋁產(chǎn)量為5635.50萬噸，中國氧化鋁產(chǎn)量達2895.50萬噸，同比增長20.14%，占全球比重為51.38%。2010年中國氧化鋁表觀消費量達到了3321萬噸，年增長率為14.05%，凈進口426萬噸，鋁土礦進口量達3019萬噸，對外依存度為39.71%，氧化鋁對外依存度達47.26%。

　　隨著我國電解鋁、陶瓷、醫(yī)藥、電子、機械等行業(yè)的快速發(fā)展，市場對氧化鋁需求量仍有較大的增長空間，氧化鋁產(chǎn)量將會不斷增長。結(jié)合2005-2010年中國氧化鋁產(chǎn)量數(shù)據(jù)，預計2011年中國氧化鋁產(chǎn)量將達到3300萬噸，增長率為14%，2012年將在2011年的基礎上繼續(xù)增長，產(chǎn)量將超過3800萬噸。

　　另外，鑒于中國的在建施工面積按年計持續(xù)大幅增長，且由于不斷推行城鎮(zhèn)化，未來鋁業(yè)前景非常樂觀。預計2011年中國氧化鋁需求同比增長15%至3819萬噸，2012年氧化鋁需求將達到4200萬噸，同比增長10%。

　　中國具有較豐富的鋁土礦資源，迄今已探明保守儲量23億噸，位居世界第4，具備發(fā)展氧化鋁工業(yè)的資源條件。據(jù)2004年以來的不完全統(tǒng)計，國內(nèi)已公布的氧化鋁投資項目達27個，測算總規(guī)模達1604.1萬噸。即使不考慮利用國外鋁土礦資源和到海外投資辦廠的項目，總規(guī)模也達到2814.1萬噸。2006年底，中鋁公司氧化鋁生產(chǎn)952萬噸，除已公布在建的氧化鋁規(guī)模外，全國還有擬建氧化鋁總規(guī)模1992萬噸接近國外所有擬建(擴建)氧化鋁項目的總和。氧化鋁工業(yè)的迅速發(fā)展不同于以往的低水平重復建設，而是上規(guī)模、高水平，優(yōu)化了結(jié)構，極大地提升了中國氧化鋁工業(yè)整體水平和競爭力。但是，如果這種投資熱繼續(xù)無序膨脹，勢必造成產(chǎn)品相對過剩。

　　中國氧化鋁企業(yè)達40多家，已建和在建產(chǎn)能達4350多萬噸/年，其中處理國內(nèi)鋁土礦的產(chǎn)能為3250萬噸/年。2010年全國氧化鋁產(chǎn)量2896萬噸，是世界第一大氧化鋁生產(chǎn)國。

　　投資氧化鋁工業(yè)的風險性與電解鋁等其他行業(yè)在以下方面又有所不同：

　　工藝技術相對復雜

　　通常情況下，項目從設計，開工到形成產(chǎn)能需要2～3年時間左右的時間，投入高，風險較高。

　　市場價格跌宕起伏

　　而供求雙方的信息不對稱又進一步加劇了氧化鋁價格起伏不定的局勢，進而將影響氧化鋁項目的投資收益。

　　需要許多技術工人

　　在項目試車、投產(chǎn)和日后生產(chǎn)組織管理等方面，需要一大批精通氧化鋁工藝技術和具有實踐經(jīng)驗的老專家和技術工人。

　　對資源能源的依賴度

　　隨著國內(nèi)外資源競爭日趨激烈，適合氧化鋁工業(yè)發(fā)展的優(yōu)質(zhì)資源日漸稀缺，投資氧化鋁工業(yè)必須考慮項目的經(jīng)濟服務年限。

　　建議

　　針對氧化鋁工業(yè)發(fā)展迅速，避免電解鋁行業(yè)所出現(xiàn)的無序膨脹問題，有以下5點建議：

　　控制氧化鋁建設總規(guī)模

　　氧化鋁工業(yè)是資源、資金、技術密集型原材料產(chǎn)業(yè)，因生產(chǎn)過程中要產(chǎn)生大量的尾礦和赤泥(至今未有較好的處理辦法添加到水泥原料中，產(chǎn)品也只能用于工業(yè))，對環(huán)境的影響非常大，鋁土礦作為不可再生資源，其保障程度直接制約著一個地區(qū)氧化鋁工業(yè)的總量與生存周期。因此，各級政府和有關部門，必須準確把握氧化鋁工業(yè)的發(fā)展形勢，資源與環(huán)境制約狀況和基本規(guī)律，按照總量控制的要求，嚴格控制新建氧化鋁項目，堅決制止盲目發(fā)展和低水平重復建設，努力實現(xiàn)氧化鋁工業(yè)發(fā)展與資源充分利用，優(yōu)化生態(tài)環(huán)境相統(tǒng)一。

　　優(yōu)化氧化鋁工業(yè)布局

　　礦產(chǎn)資源主管部門要對鋁土礦存量資源進行全面核查，推進鋁土礦資源勘查工作，在資源儲量有較大幅度提高的情況下，發(fā)展計劃部門視情況增加布點或同意擴大布點內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)能規(guī)模。對未經(jīng)同意在規(guī)劃布點外擬建氧化鋁項目，省環(huán)境保護部門不予安排環(huán)保評價，擅自建設的必須停止。未經(jīng)同意不在規(guī)劃布局內(nèi)建設的氧化鋁項目以及自備電廠，將實行懲罰性電價。

　　嚴格發(fā)展的經(jīng)濟規(guī)模

　　新建氧化鋁項目必須采用國內(nèi)研究開發(fā)的選礦?D拜耳法工藝并同步建設選礦廠。嚴禁采用燒結(jié)法、混聯(lián)法等落后工藝的氧化鋁項目上馬。新建氧化鋁項目的單線規(guī)模應達到30萬噸以上，單線達不到30萬噸合理經(jīng)濟規(guī)模的氧化鋁項目一律不準建設。已建工藝落后，造成污染的小氧化鋁廠要限期轉(zhuǎn)產(chǎn)或關閉。

　　優(yōu)化資源配置

　　按照《礦產(chǎn)資源法》，由礦產(chǎn)資源管理部門對鋁土礦資源進行統(tǒng)一管理，未經(jīng)礦產(chǎn)資源主管部門批準，各地不得自行批準開采鋁土礦。對違規(guī)批準和擅自開采鋁土礦的，一經(jīng)查實，要追究有關人員的責任。加強對礦權設置管理與資源的平衡，優(yōu)化資源配置。由礦產(chǎn)資源主管部門在對鋁土礦資源進行全面核查，系統(tǒng)分析的基礎上，對鋁土礦資源和礦業(yè)權設置進行合理規(guī)劃，綜合平衡。布點內(nèi)企業(yè)要根據(jù)建設規(guī)模及合理的生產(chǎn)周期，在項目建成投產(chǎn)前必須落實滿足5～10年生產(chǎn)需求的鋁土礦資源，并同步建設采用選礦?D拜耳法工藝的選礦廠。

　　選礦拜耳法生產(chǎn)氧化鋁

　　選礦拜耳法與國內(nèi)現(xiàn)行的主要生產(chǎn)方法比較，建設投資節(jié)省15%～20%，生產(chǎn)成本降低10%，能耗降低 50%。采用選礦拜耳法處理高品位鋁土礦(A/S=10以上)與常規(guī)拜耳法廠比較，工藝流程相似，其各項主要生產(chǎn)能耗指標基本相當。因此，采用選礦拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，處理中國中等品位一水硬鋁石型鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁，經(jīng)濟效益和社會效益顯著，是解決中國氧化鋁工業(yè)發(fā)展的重要途徑。

　　整體看來，2005年中國鋁及其化合物工業(yè)發(fā)展問題不少。電解鋁行業(yè)的投資建設在2004年的宏觀調(diào)控中受到了抑制，但鋁工業(yè)的投資熱點又轉(zhuǎn)向了產(chǎn)業(yè)鏈的上下游D氧化鋁和鋁加工業(yè)。

　　總述

　　紅寶石、藍寶石的主成份皆為氧化鋁，因為其它雜質(zhì)而呈現(xiàn)不同的色澤，藍寶石則含有氧化鐵和氧化鈦而呈藍色。

　?、?在鋁礦的主成份鐵鋁氧石中，氧化鋁的含量最高。工業(yè)上，鐵鋁氧石經(jīng)由Bayer process純化為氧化鋁，再由Hall-Heroult process轉(zhuǎn)變?yōu)殇X金屬。

　?、?鋁與空氣中的氧氣反應，生成一層致密的氧化鋁薄膜覆蓋在暴露于空氣中鋁表面。

　?、?鋁為電和熱的良導體。氧化鋁的晶體形態(tài)因為硬度高，適合用作研磨材料及切割工具。

　?、?氧化鋁粉末常用作色層分析的媒介物。

　?、?2004年8月，在美國3M公司任職的科學家開發(fā)出以鋁及稀土元素化合成的合金制造出稱為transparent alumina的強化玻璃。

　　資料：剛玉粉硬度大可用作磨料，拋光粉，高溫燒結(jié)的氧化鋁，稱人造剛玉或人造寶石，可制機械軸承或鐘表中的鉆石。氧化鋁也用作高溫耐火材料，制耐火磚、坩堝、瓷器、人造寶石等，氧化鋁也是煉鋁的原料。煅燒氫氧化鋁可制得γ-。γ-Al?O?具有強吸附力和催化活性，可做吸附劑和催化劑。剛玉主要成分α-Al?O?。桶狀或錐狀的三方晶體。有玻璃光澤或金剛光澤。密度為3.9～4.1g/cm3，硬度9，熔點2000±15℃。不溶于水，也不溶于酸和堿。耐高溫。無色透明者稱白玉，含微量三價鉻的顯紅色稱紅寶石;含二價鐵、三價鐵或四價鈦的顯藍色稱藍寶石;含少量四氧化三鐵的顯暗灰色、暗黑色稱剛玉粉。可用做精密儀器的軸承，鐘表的鉆石、砂輪、拋光劑、耐火材料和電的絕緣體。色彩艷麗的可做裝飾用寶石。人造紅寶石單晶可制激光器的材料。除天然礦產(chǎn)外，可用氫氧焰熔化氫氧化鋁制取。

　　氧化鋁化學式Al?O?，分子量101.96。礬土的主要成分。白色粉末。具有不同晶型，常見的是α-Al?O?和γ-Al?O?。自然界中的剛玉為α-Al?O?，六方緊密堆積晶體，α-Al?O?的熔點2015±15℃，密度3.965g/cm3，硬度8.8，不溶于水、酸或堿。γ-Al?O?屬立方緊密堆積晶體，不溶于水，但能溶于酸和堿。

　　媒介物

　　氧化鋁粉末常用作色層分析的媒介物。

　　制造強化玻璃

　　資料：剛玉粉硬度大可用作磨料，拋光粉，高溫燒結(jié)的氧化鋁，稱人造剛玉或人造寶石，可制機械軸承或鐘表中的鉆石。氧化鋁也用作高溫耐火材料，制耐火磚、坩堝、瓷器、人造寶石等，氧化鋁也是煉鋁的原料。煅燒氫氧化鋁可制得γ-Al2O3。γ-Al2O3具有強吸附力和催化活性，可做吸附劑和催化劑。剛玉主要成分α-Al2O3。桶狀或錐狀的三方晶體。有玻璃光澤或金剛光澤。密度為3.9～4.1g/cm3，硬度9，熔點2000±15℃。不溶于水，也不溶于酸和堿。耐高溫。無色透明者稱白玉，含微量三價鉻的顯紅色稱紅寶石;含二價鐵、三價鐵或四價鈦的顯藍色稱藍寶石;含少量四氧化三鐵的顯暗灰色、暗黑色稱剛玉粉。可用做精密儀器的軸承，鐘表的鉆石、砂輪、拋光劑、耐火材料和電的絕緣體。色彩艷麗的可做裝飾用寶石。人造紅寶石單晶可制激光器的材料。除天然礦產(chǎn)外，可用氫氧焰熔化氫氧化鋁制取。

　　氧化鋁是金屬鋁在空氣中不易被腐蝕的原因。純凈的金屬鋁極易與空氣中的氧氣反應，生成一層薄的氧化鋁薄膜覆蓋在暴露于空氣中鋁表面。這層氧化鋁薄膜能防止鋁被繼續(xù)氧化。氧化物薄膜的厚度和性質(zhì)都能通過一種稱為陽極處理(陽極防腐)的處理過程得到加強。

　　鋁土礦

　　(Al2O3·H?O和Al2O3·3H?O)是鋁在自然界存在的主要礦物，將其粉碎后用高溫氫氧化鈉溶液浸漬，獲得偏鋁酸鈉溶液;過濾去掉殘渣，將濾液降溫并加入氫氧化鋁晶體，經(jīng)長時間攪拌，鋁酸鈉溶液會分解析出氫氧化鋁沉淀;將沉淀分離出來洗凈，再在950-1200℃的溫度下煅燒，就得到α型氧化鋁粉末，母液可循環(huán)利用.此法由奧地利科學家拜耳(K.J.Bayer)在1888年發(fā)明，時至今日仍是工業(yè)生產(chǎn)氧化鋁的主要方法，人稱“拜耳法”.

　　α型氧化鋁

　　在α型氧化鋁的晶格中，氧離子為六方緊密堆積，Al3+對稱地分布在氧離子圍成的八面體配位中心，晶格能很大，故熔點、沸點很高.α型氧化鋁不溶于水和酸，工業(yè)上也稱鋁氧，是制金屬鋁的基本原料;也用于制各種耐火磚、耐火坩堝、耐火管、耐高溫實驗儀器;還可作研磨劑、阻燃劑、填充料等;高純的α型氧化鋁還是生產(chǎn)人造剛玉、人造紅寶石和藍寶石的原料;還用于生產(chǎn)現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的板基.

　　γ型氧化鋁

　　γ型氧化鋁是氫氧化鋁在140-150℃的低溫環(huán)境下脫水制得，工業(yè)上也叫活性氧化鋁、鋁膠。其結(jié)構中氧離子近似為立方面心緊密堆積，Al3+不規(guī)則地分布在由氧離子圍成的八面體和四面體空隙之中。γ型氧化鋁不溶于水，能溶于強酸或強堿溶液，將它加熱至1200℃就全部轉(zhuǎn)化為α型氧化鋁.γ型氧化鋁是一種多孔性物質(zhì)，每克的內(nèi)表面積高達數(shù)百平方米，活性高吸附能力強。工業(yè)品常為無色或微帶粉紅的圓柱型顆粒，耐壓性好.在石油煉制和石油化工中是常用的吸附劑、催化劑和催化劑載體;在工業(yè)上是變壓器油、透平油的脫酸劑，還用于色層分析;在實驗室是中性強干燥劑，其干燥能力不亞于五氧化二磷，使用后在175℃以下加熱6-8h還能再生重復使用。

　　世界上用拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁要占到總產(chǎn)量的90%以上，氧化鋁大部分用于制金屬鋁，用作其它用途的不到10%。

　　電解氧化鋁

　　工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)電解鋁的主要工藝過程是一個熔鹽電化學過程，用簡單的化學式可表示如下：

　　熔鹽電解

　　主反應：Al?O?+2C ——————→ 2Al+CO?↑+CO↑ ⑴

　　陽極 960～990℃陰極

　　副反應：AlF?+C→Al+CF? ⑵

　　3NaFAlF?+C →Al+NaF+CF?+F? ⑶

　　NaF+C → Na+CF? ⑷

　　β型氧化鋁

　　還有一種β-Al?O?，它有離子傳導能力(允許Na通過)，以β-鋁礬土為電解質(zhì)制成鈉-硫蓄電池。由于這種蓄電池單位重量的蓄電量大，能進行大電流放電，因而具有廣闊的應用前景。這種電池負極為熔融鈉，正極為多硫化鈉(Na?Sx)，電解質(zhì)為β-鋁礬土(鈉離子導體)

　　這種蓄電池使用溫度范圍可達620～680K，其蓄電量為鉛蓄電池蓄電量的3～5倍。用β-Al?O?陶瓷做電解食鹽水的隔膜生產(chǎn)燒堿，有產(chǎn)品純度高，公害小的特點。

　　磨料氧化鋁

　　磨料

　　氧化鋁適用于多種干濕處理工藝，可將任何工件的粗糙表面打磨精細，是最經(jīng)濟實惠的之一。這種尖銳有菱角的人工合成磨料具有僅次于的硬度，尤其適合對鐵質(zhì)污染有嚴格要求時使用。用于最粗糙的切割，也可制成卵石形對尺寸精密的工件進行處理，來達到極低的。由于它的高密度、尖銳、菱角結(jié)構，因此它是最快速的切割磨料之一。

　　礬土

　　氧化鋁通過電熔高質(zhì)礦來制造的，而高質(zhì)用來生產(chǎn)粉剛玉和白剛玉。它們的天然晶體結(jié)構使其硬度高，切割性能快。同時它們經(jīng)常用作固結(jié)磨具和涂附磨具的原料。

　　氧化鋁可多次循環(huán)利用，循環(huán)次數(shù)和材料等級及具體工藝過程有關，大多數(shù)標準磨料噴砂設備均可使用。

　　適用工業(yè)范圍：

　　航空航天業(yè)、汽車業(yè)、消費品加工、鑄造/壓鑄、OEM分銷商、半導體工業(yè)等不同領域。

　　適用工藝范圍

　　：表面、，上釉和涂裝聚四氟前的預處理;鋁和合金制品去毛刺，去鍋垢;模具清理;金屬噴砂前預處理;干磨和濕磨;精密光學折射;礦物質(zhì)，金屬，和晶體的研磨;玻璃雕刻和油漆。

　　活性氧化鋁

　　技術指標

　　活性氧化鋁外觀：活性氧化鋁為白色球狀多孔性顆粒，粒度均勻，表面光滑，機械強度大，吸濕性強，吸水后不脹不裂保持原狀，無毒、無臭、不溶于水、乙醇，對氟有很強的吸附性，主要用于高氟地區(qū)飲用水的除氟。

　　活性氧化鋁對氣體、水蒸氣和某些液體的水分有選擇吸附本領。吸附飽和后可在約175-315℃加熱除去水而復活。吸附和復活可進行多次。除用作干燥劑外，還可從污染的氧、氫、二氧化碳、天然氣等中吸附潤滑油的蒸氣。并可用作催化劑和催化劑載體和色層分析載體。

　　活性氧化鋁在一定的操作條件和再生條件下，該產(chǎn)品的干燥深度高達露點溫度-70度以下。[1]