你知道氧化鋁和剛玉原料的生產方法及種類嗎

氧化鋁 經過人工提純Al2O3含量98%以上的耐火原料，呈白色粉體。氧化鋁的礦物結構為γ- Al2O3占40~76%，α- Al2O3占60~42%。α- Al2O3為最終穩定晶態，γ- Al2O3轉化為α- Al2O3時體積縮小13%。 氧化鋁的生產 堿法生產氧化鋁又有拜爾法、堿石灰燒結法和拜耳-燒結聯合法等多種流程，用于適應不同種類的鋁礬土礦石類型。 1.拜爾法 當前世界上95%的氧化鋁由拜爾法生產，它是直接利用含有大量游離苛性堿的循環母液處理鋁礬土，溶出其中氧化鋁得到鋁酸鈉溶液，在鋁酸鈉溶液中添加氫氧化鋁(晶種)經長時間攪拌便可分解析出氫氧化鋁結晶。拜爾法生產A12O3。 這是一個天然鋁礬土的提純過程，其主要步驟為： ①鋁礬土的破碎與研磨加工。 ②在熱苛性鈉溶液中加熱溶解鋁礬土。 ③澄清或過濾，用以將未溶解的硅和鐵氧化物殘渣(赤泥)從鋁酸鈉溶液中分離出去。 ④從鋁酸鹽溶液中沉淀出純氫氧化鋁，再通過過濾和洗滌除去氫氧化鈉。此處須精心控制包括純度和顆粒結構在內的氫氧化鋁的特性。 ⑤在回轉窯中加熱到1100℃以上將氫氧化鋁鍛燒制成鍛燒氧化鋁。鍛燒A12O3的粒度大小在氫氧化鋁沉淀階段就己確定，而α-A12O3晶體大小則在鍛燒過程中發育長大。A12O3聚集體內的晶體大小和形狀可以在今后有礦化添加劑的工藝過程中進一步得到控制。 拜爾法流程比較簡單、能耗低、成本低、產品質量好，但是只限于處理低硅鋁礬土(A12O3/SiO2比值應大于7)，世界各國廣泛采用拜爾法從一水硬鋁石為主要礦物組成的鋁礬土中提取氧化鋁。 2.堿石灰燒結法 堿石灰燒結法是目前得到實際應用的用于處理A12O3/SiO2比值較低的鋁礬土原料的方法。由于我國多為D-K型鋁礬土(由一水硬鋁石與高嶺石組成)，SiO2含量較高，因此堿石灰燒結法對我國氧化鋁工業的發展具有特別重要的意義。 堿石灰燒結法是將鋁礬土與一定數量的石灰石(或蘇打石灰)配成爐料在回轉窯中進行1250℃以上的高溫燒結，爐料中A12O3與Na2CO3反應生成可溶性的固體鋁酸鈉。礦石中的氧化鐵、氧化硅和二氧化鈦分別生成鐵酸鈉(Na2O·Fe2O3)，原硅酸鈣(2CaO·SiO2)和鈦酸鈣((CaO·TiO2)。鋁酸鈣極易溶于水或稀堿溶液，鐵酸鈉則易水解；而原硅酸鈣和鈦酸鈣不溶于水，與堿溶液的反應也較微弱。因此，用稀堿溶液可以將燒結體中的A12O3和Na2O溶出，得到鋁酸鈉溶液，與進入赤泥中的原硅酸鈣、鈦酸鈣和Fe2O3·H2O等不溶性殘渣分離。鋁酸鈉溶液經過凈化，通入CO2氣體后，苛性比值和穩定性下降，于是沉淀出氫氧化鋁。氫氧化鋁經鍛燒而成為氧化鋁。 堿石灰燒結法比較復雜，能耗高、產品質量和成本都不及拜爾法。 活性氧化鋁 對α-A12O3集合體的充分細磨可破壞其聚集狀態而使其成為無孔隙的原晶，這時顆粒尺寸意味著接近其晶粒尺寸�；钚匝趸�鋁就是經過充分細磨、以原晶尺寸小于1μm的α-A12O3為基本組成的鍛燒氧化鋁。在生產活性氧化鋁時，通常需要強力研磨如在陶瓷內襯的球磨機中以陶瓷球作研磨介質干法研磨24小時以上。之所以稱其為活性氧化鋁通常是指它們燒結時容易達到最高的燒結密度，但燒結溫度卻比普通的α-A12O3粉體低100～200℃；同時也意味著在合成耐火原料時或于耐火材料基質中易于與其它組分發生反應和燒結，如與基質中的粘土形成莫來石結合，與鋁酸鈣水泥反應形成CA6、與MgO反應生成尖晶石等。 剛玉 剛玉為α-A12O3的結晶礦物。剛玉為三方晶系，體積密度3.95~4.1g·㎝-3，莫氏硬度9，熔點為2050℃，導熱系數（1000℃）為6.16W/（m·K），線膨脹系數(20~1000℃)為8.0×10-6℃-1。根據生產方法的不同，剛玉分為燒結剛玉和電熔剛玉。 （一）燒結剛玉 燒結剛玉是指以鍛燒氧化鋁(或工業氧化鋁)為原料，經磨細制成料球或坯體，在1750～1950℃的高溫下燒結而成的耐火熟料。含A12O399%以上的燒結剛玉顯氣孔率為4.0%以下，體積密度達到3.55g·㎝-3，高溫下具有較好的體積穩定性與化學穩定性，不受還原氣氛、熔融玻璃液和金屬液的侵蝕，常溫、高溫機械強度和耐磨性較好。 為了使氧化鋁易于燒結，壓型前通常對氧化鋁進行微粉碎處理。氧化鋁的細度對燒結氧化鋁的致密度有重要影響。成型方法有壓球、真空擠出、壓坯等，應盡量提高坯體的體積密度。因為鍛燒溫度在1750～1950℃左右，所以多用回轉窯或豎窯鍛燒。A12O3含量較低時，也可用隧道窯鍛燒。 板狀氧化鋁（Tabular alumina）,也稱板狀剛玉，是在1900℃以上的高溫下快速燒成且燒結徹底的再結晶α-A12O3，其顯微結構有下述特征：α-A12O3結晶粗大，中位徑多在40～200μm，其晶體二維形貌呈平板狀并互相穿插交錯；α-A12O3晶體內含許多5～15μm的圓形封閉氣孔；而開口氣孔則較少，一般2％～3％。具有優良的加熱體積穩定性和抗熱震性。 幾種燒結剛玉產品性能見表1。 表1 燒結剛玉的理化指標 （二）電熔剛玉 電熔剛玉是以鍛燒氧化鋁或鋁礬土為原料，經電弧爐在還原氣氛下熔融并與金屬和其它雜質分離，再經冷凝而制得。根據所用原料和熔煉工藝的不同，常見的品種有：電熔白剛玉、電熔棕剛玉、致密電熔剛玉（低氣孔剛玉)、礬土基電熔剛玉(俗稱高鋁剛玉、亞白剛玉)和鋯剛玉等。 以鋁礬土為原料熔煉棕剛玉時，通常只進行還原熔煉。作還原劑的含碳物質一般是焦碳或無煙煤。對無煙煤的要求是：固定C≥80％，灰分≤10%，揮發分<7%，水分<3%。焦碳或無煙煤的加入量按還原SiO2、Fe2O3和TiO2三項雜質的需求量考慮。加入的原料必須充分干燥及焙燒脫水，爐料粒度一般為10～40㎜，不要過細，焦炭或無煙煤的粒度為1～5㎜。 熔融過程在三相電弧爐內進行，有間隙式(爐內冷卻方式)和傾動式(傾注到其它鋼包內冷卻方式)兩種。后者工藝較合理，正被越來越多的工廠所采用。熔融溫度在2000℃左右。 1.致密電熔剛玉 致密電熔剛玉是以工業氧化鋁為原料，加入外加劑，在電爐中熔融而成。熔融時應嚴格操作，以控制碳化物的過量生成。致密電熔剛玉外觀呈灰色、灰黑色或灰白色，A12O3大于98%，顯氣孔率比電熔白剛玉低，一般小于4%，體積密度大于3.8g·㎝-2，主晶相為a-A12O3，次晶相有FeTiO3、CaA112O9、Ca3Si8O9、TiN、Ti4O7等，還有少量玻璃相。致密剛玉中C含量應≤0.14%，并應盡量減少β-A12O3的生成，以提高剛玉顆粒強度及抗侵蝕性能。電熔剛玉中含有的碳化物(A14C3、A14O4C、A12C)時，碳化物在常溫下可與水反應： A14C3+12H2O→4A1(OH)3+3CH4↑ 造成電熔剛玉顆粒粉化。配制不定形耐火材料時可致使施工體疏松、鼓脹，甚至嚴重開裂。致密電熔剛玉在耐火制品中多做骨料，在不定形耐火材料中的應用正不斷擴大。 3.電熔棕剛玉 棕剛玉是以天然鋁礬土為原料，以碳素(主要是焦炭)為還原劑，同時加入鐵屑為沉降劑(澄清劑)，以形成硅鐵沉于電爐爐底。 棕剛玉呈棕褐色，一般A12O3≥94.5%，SiO2≤3.5%，TiO2≤3.5%，Fe2O3≤1%。礦物組成以a-A12O3為主，晶體形狀中心部分為菱形、厚板形和帶有裂紋的顆粒，周邊有較多的氧化硅、氧化鈣熔體結晶，呈長板狀，最粗大晶粒呈骸狀片晶。由于雜質尚未完全除去，因此棕剛玉中還含有金紅石等次晶相以及玻璃相、鐵合金和固溶體等。棕剛玉的色調在很大程度上依賴于殘存在制品中的氧化鈦。 棕剛玉主要用做磨料。近年來已用做大、中型高爐出鐵溝澆注料和出鐵無水炮泥的骨料以及制造普通剛玉磚(包括高鋁碳化硅磚)的原料。