氧化铝生产工艺197页-

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第一讲 氧化铝的生产

1.绪论 2.氧化铝生产工艺 3.氧化铝生产新技术和综合利用

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绪论氧化铝及其水合物 氧化铝生产方法 铝土矿

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氧化铝氧化铝： 氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结构，分 子式通常写为Al2O3,分子量为101.96。 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。 氧化铝有多种同素异构体，如：α-Al2O3、β-Al2O3、γAl2O3、δ-Al2O3、θ-Al2O3、K-Al2O3、δ-Al2O3。 而常见稳定结构的氧化铝主要是α-Al2O3、γ-Al2O3。 α-Al2O3性质稳定，熔点2050℃,沸点2900℃,比重 3.9-4.0g/cm3。 γ-Al2O3是将各种Al(OH)3加热脱水获得的，γAl2O3呈立方晶系。晶格常数α=7.91À。

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氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结 构，分子式通常写为Al2O3,分子量为101.96。 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。 氧化铝有多种同素异构体，如：α-Al2O3、βAl2O3、γ-Al2O3、δ-Al2O3、θ-Al2O3、K-Al2O3、 δ-Al2O3。而常见稳定结构的氧化铝主要是αAl2O3、γ-Al2O3。 α-Al2O3性质稳定，熔点2050℃,沸点2900℃, 比重3.9-4.0g/cm3。 γ-Al2O3是将各种Al(OH)3加热脱水获得的， γ-Al2O3呈立方晶系。晶格常数α=7.91À。

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氧化铝水合物氧化铝水合物是由OH-、O2-、Al3+构成的化合 物，其中并不含水分子，是人们对该种化合物的俗称。 氧化铝水合物是铝土矿中的主要矿物。自然界中OH-、 O2-、Al3+构成的化合物主要有三水铝石、一水软铝 石、一水硬铝石和刚玉。其分子式为： 三水铝石：Al(OH)3、一水软铝石：γ-AlOOH、 一水硬铝石：α-AlOOH、刚玉：Al2O3。氧化铝水合 物的化学性质也由于其结构不同而有很大差别。化学 活性按下列次序递减： 三水铝石化学活性最大、一水软铝石次之、一水 硬铝石较弱、刚玉则是非常稳定的氧化铝。

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氧化铝生产方法

碱法 酸法 酸碱联合法 热法

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碱法生产氧化铝

碱法生产氧化铝，就是用碱(NaOH或Na2CO3) 处理铝土矿，使矿石中的氧化铝水合物和碱 反应生成铝酸钠溶液。铝土矿中的铁、钛等 杂质和绝大部分的二氧化硅则成为不溶性的 化合物进入固体残渣中。这种残渣被称为赤 泥。铝酸钠溶液与赤泥分离后，经净化处理， 分解析出A1(OH)3,将A1(OH)3与碱液分离并 经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。 目前工业上几乎全部采用碱法生产氧化铝。

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酸法生产氧化铝

酸法生产氧化铝就是用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸处 理铝

矿石，得到含铝盐溶液，然后用碱中和这些盐溶 液，使铝成氢氧化铝析出，焙烧氢氧化铝或各种铝盐 的水合物晶体，便得到氧化铝。 用酸法处理铝矿石时，存在于矿石中的铁、钛、钒、 铬等杂质与酸作用进入溶液中，这不但引起酸的消耗， 而且它们与铝盐分离比较困难。氧化硅绝大部分成为 不溶物进入残渣与铝盐分离，但有少量成为硅胶进入 溶液，所以铝盐溶液还需要脱硅，而且需要昂贵的耐 酸设备。 用酸法处理分布很广的高硅低铝矿(如粘土、高岭土、 煤矸石和煤灰)在原则上是合理的，在铝土矿资源缺 乏的情况下可以采用此法。

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酸碱联合法生产氧化铝酸碱联合法是先用酸法从高硅铝矿石中 制取含铁、钛等杂质的不纯氢氧化铝， 然后再用碱法处理。这一流程的实质是 用酸法除硅，碱法除铁。

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热法生产氧化铝热法适合于处理高硅高铁的铝矿，其实 质是在电炉中熔炼铝矿石和碳的混合物， 使矿石中的氧化铁、氧化硅、氧化钛等 杂质还原，形成硅合金。而氧化铝则呈 熔融状态的炉渣而上浮，由于密度不同 而分离，所得氧化铝渣再用碱法处理从 中提取氧化铝。

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铝土矿

铝土矿组成 铝土矿分类 铝土矿的铝硅比 我国铝土矿特点

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铝土矿组成

铝土矿是一种以氧化铝水合物为主要成 分的复杂铝硅酸盐矿石，铝土矿的主要 化学成分有：Al2O3、SiO2、Fe2O3、 TiO2,少量的CaO、MgO硫化物、微量 的镓、钒、磷、铬等元素的化合物。

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铝土矿分类

铝土矿按其含有的氧化铝水合物的类型 可分为：三水铝石型铝土矿；一水软铝 石型铝土矿；一水硬铝石型铝土矿和混 合型铝土矿。

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铝土矿铝硅比铝土矿中的硅是碱法处理铝土矿制取氧化 铝过程中最有害的杂质，铝土矿的铝硅 比是衡量铝土矿质量的主要指标之一。 铝硅比是指铝土矿中的氧化铝和二氧化硅 的质量比：即 A/S=矿石中的氧化铝质量/矿石中的二氧 化硅质量。 通常写为：A/S= Al2O3/ SiO2

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我国铝土矿特点我国铝土矿资源丰富，储量大；高铝、 高硅、低铁；铝硅比较低，中低品位铝 土矿居多；多数铝土矿是一水硬铝石型 铝土矿。

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铝酸钠溶液

铝酸钠溶液成分 铝酸钠溶液分子比 铝酸钠溶液结构 铝酸钠溶液诱导期 铝酸钠溶液稳定性及其影响因素

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铝酸钠溶液

工业铝酸钠的主要成分是NaAl(OH)4、 NaOH、Na2CO3、Na2SiO4等。通常把 NaAl(OH)4中的Na2O叫做化合碱； 把NaOH中的Na2O叫做游离碱，把 Na2CO3中的Na2O叫做碳酸碱，并把碳 酸碱和苛性碱统称为全碱。

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铝酸钠溶液分子比铝酸钠溶液的分子是指溶液中的苛性碱与 氧化铝的摩尔比，用MR表示： 分子比

(MR)=苛性碱(Na2O)(mol) /氧化铝(Al2O3)(mol)=苛性碱(g) /氧化铝(g)×1.645

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铝酸钠溶液结构通过对铝酸钠溶液进行的大量的研究揭示，铝酸钠溶液是 离子真溶液，铝酸钠溶液能够完全解离为钠离子和铝酸 根离子。 关于铝酸钠溶液的结构问题，实质是指铝酸根离子的组成 及结构。 根据近年来的研究结果，可归纳为以下几点： (1)在一定温度下，中等浓度的铝酸钠溶液中，铝酸根 离子是以Al(OH)4-为主。据此，从铝或氢氧化铝转入溶 液的阳离子A13+与4个OH-化合时形成Al(OH)4-。3个 OH-离子与阳离子A1 3+以正常的价键结合，而第4个 OH-离子则以配价键结合Al(OH)4-离子有正规的四面结 体构。 (2)在稀溶液中且温度较低时，铝酸根离子以水化离子 [Al(OH)4-](H2O)x形式存在； (3)在较浓的溶液中或温度较高时，发生Al(OH)4-离子