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铝土矿化学加工chemical processing of bauxite

时间：2020-03-01 来源：网络 浏览：
铝土矿是冶金工业、无机盐工业的重要原料，用化学方法可将铝土矿加工成一系列的铝化合物。已发现的含铝矿物约有250种，（其中硅铝酸盐矿约占40％），工业价值最大的是铝土矿，主要成分是氧化铝，还含有二氧化硅、氧化铁、水等。铝土矿有一水硬铝石(α-Al2O3·H2O)、一水软铝石(γ-Al2O3·H2O)和三水铝石(Al2O3·3H2O)等类型。世界铝土矿储量超过20Gt，澳大利亚、几内亚、巴西、印度、牙买加和喀麦隆的储量占世界总储量的3/4以上。中国的铝土矿储量也十分丰富，而且品位高。铝土矿主要开采国有澳大利亚、几内亚、牙买加、巴西、苏里南、南斯拉夫、希腊、圭亚那、印度、法国、美国等。1981年，世界开采量为77.5Mt。
　　加工方法 　铝土矿的加工方法主要有酸法、碱法和氯化法。酸法主要用来制取相应酸的铝盐（主要是硫酸铝），碱法主要用来制取氢氧化铝，从氧化铝、氢氧化铝可进一步加工成各种铝化合物和金属铝（见图）。

图

　　酸法 　主要用来制硫酸铝。要求铝土矿中氧化铝的含量高于56％，氧化铁含量低于3％。硫酸分解铝土矿常用的方法有：①焙烧酸解法：将焙烧（使铝土矿脱水和活化）过的铝土矿粉加入带有搅拌的酸解槽中酸解，硫酸活化）过的铝土矿粉加入带有搅拌的酸解槽中酸解，硫酸浓度控制在55％～60％，反应式为：
　　　　　

Al2O3+3H2SO4─→Al2(SO4)3+3H2O

将酸解浆液放入沉降槽中进行固液分离，再经浓缩熔融，得到含18个分子结晶水的固体硫酸铝。如将熔融的硫酸铝流入结片机则得片状硫酸铝。②加压酸解法：与焙烧酸解法的区别在于铝土矿粉无需进行焙烧，直接装入带搅拌的、压力为0.3MPa左右的加压釜中，反应6～8h，浆液送入沉降槽。加压酸解法能耗低、工艺简单，被广泛采用。为了制取适于造纸用的无铁硫酸铝，可采用无铁氢氧化铝原料或用萃取法除铁。
　　碱法 　碱法分为加压碱解法、烧结法和联合法等多种。
　　①加压碱解法（或称拜耳法）：用来制取氢氧化铝。该法要求铝土矿中氧化铝含量大于40％，二氧化硅小于5％，通常Al2O3:SiO2≥7～8。将铝土矿粉加入压力釜中与烧碱液反应，生成偏铝酸钠，反应式为：
　　　　　　

Al2O3+2NaOH─→2NaAlO2+H2O

原料为三水铝石型时，反应温度为120～140℃，原料为一水硬铝石型时，反应温度为240～260℃，以获得较高的转化率。若铝土矿中含有少量的二氧化硅，则需加入少量石灰以减少碱的消耗。将生成的偏铝酸钠与残渣分离，进一步精制，将精制后的偏铝酸钠液加酸水解即可得到氢氧化铝。此法工艺简单、投资少、成本低、产品质量好，是广泛采用的方法，但矿石的适应性稍差，特别是含硅量高的矿石难以加工。
　　②烧结法: 可将含硅量高的铝土矿加工成偏铝酸钠。将铝土矿粉与纯碱、石灰石混合后在回转窑内焙烧，使铝土矿中的氧化铝与纯碱反应生成偏铝酸钠，加入的石灰石与二氧化硅生成硅酸钙，以减少钠的损失，反应式为：
　　　　　　

Al2O3+Na2CO3─→2NaAlO2+CO2

　　　　　　

SiO2+CaCO3─→CaSiO3+CO2

经浸取、过滤、洗涤得偏铝酸钠溶液，进一步加工的方法与碱解法相同。
　　③联合法: 将加压碱解法与烧结法并联、串联或混联来加工铝土矿，以使工艺更为合理。
　　氯化法 　用以制备无水三氯化铝，此法对铝土矿的质量要求高，矿中硅、铁的含量越低越好。将铝土矿粉焙烧后与高质煤混合，加入粘结剂造粒、干燥，在氯化塔中于850～950℃下，通入氯气和空气进行氯化，反应式为：
　　　　　

Al2O3+3C+3Cl2─→2AlCl3+3CO

氯化塔用固定床或沸腾床。氯化铝呈气态逸出，其中夹有少量杂质，经冷却、精制可得无水三氯化铝。
　　产品用途 　硫酸铝、氧化铝、三氯化铝是铝化合物中的重要产品。①硫酸铝是优良的水处理剂、净化剂，大约有一半以上的硫酸铝产品用作造纸工业的水处理剂。还可用作白色皮革的鞣剂、雨衣的上浆剂、医药的收敛剂、油脂的澄清剂、防火材料、石油精制的除臭脱色剂，在化学工业中用于制造催化剂等。②聚氯化铝是优良的絮凝剂、水处理剂。③硫酸铝钾（钾明矾即明矾）、硫酸铝铵（铵明矾）是重要的净水剂，硫酸铝钾还可用作造纸的上浆剂、印染的媒染剂和医药。④硅酸铝、硝酸铝、碘化铝均可作化学工业的催化剂，硅酸铝还可作涂料的填料。⑤磷酸二氢铝是耐火材料的胶粘剂，电气绝缘材料等。⑥偏磷酸铝用作高温绝缘粘合剂、釉药和用来制特种玻璃。⑦氢氧化铝是制造其他铝化合物的原料，还可作医药。  
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