浅析氢氧化铝在高温焙烧过程中结构与性能的变化

刘晶晶，陈泽成

(龙口东海氧化铝有限公司，山东 龙口 265713)

氢氧化铝在焙烧炉中的脱水和相变是非常复杂的物理化学变化过程，这一过程中有很多的影响因素，这些影响因素不仅包含原始氢氧化铝的制取方法、粒度、杂质等而且其杂质的种类、含量和焙烧的条件都会影响氢氧化铝的结构与性能。这些因素最终决定氧化铝的产量、质量和能耗的关键，氧化铝技术人员一直在研究和总结相关的理论基础，以便于对未来的设备选型和进一步完善工艺条件奠定相关基础。

1 氢氧化铝焙烧工艺

氢氧化铝的浆液经过平盘过滤机后实现浆液的液固分离，合格的氢氧化铝滤饼，经过相关输送机进入到悬浮焙烧炉内，焙烧炉中的重油或天然气燃烧产生高温，氢氧化铝经过焙烧炉的干燥段、预热焙烧段和冷却段使之烘干、脱水和晶型转变成为氧化铝。这其中焙烧的温度又成为了影响氧化铝质量的主要因素，随着焙烧炉内的温度升高，氢氧化铝在高温状态下发生脱水和一系列相变，氧化铝的化学性质、物理性能以及形状、粒度和表面状态等均会产生相应的变化。

2 氢氧化铝焙烧过程中的相变

研究氢氧化铝在焙烧过程中的物相和结构变化，适宜的焙烧条件有利于最终产品质量的调控和能耗的降低，氢氧化铝相变过程非常复杂但总体变化过程包括以下几个方面。

附着水的脱除，一般情况下氢氧化铝中的附着水含量是8%～12%，这些附着水需要在100℃～110℃的焙烧温度下才开始脱除。

结晶水的脱除，温度在130℃～190℃之间时氢氧化铝开始脱除结晶水，其中三水铝石依次脱除其中的0.5、1.5和1个水分子，其过程分为第一阶焙烧温度在180℃～220℃之间，脱去其中的0.5个水分子，第二阶段焙烧温度在220℃～420℃之间，脱去2个水分子，第三阶段温度在420℃～500℃之间，脱去0.4个水分子，当焙烧温度从600℃加热到1050℃之后剩余的0.05～0.1个水分子被脱除。

氢氧化铝晶型的转变，脱水过程中氢氧化铝也在进行晶型转变，温度达到1200℃时氢氧化铝全部转变为a-AL2O3。转变过程中出现若干性质不同的过渡性氧化铝，过渡氧化铝由于氧化铝的类型、加热的条件不同也不相同。

3 氢氧化铝在焙烧过程中结构发生的变化

氢氧化铝比表面积的变化，氢氧化铝的比表面积在焙烧温度达到240℃时开始急剧增加，当焙烧温度达到400℃时达到极大值，焙烧温度在240℃是氢氧化铝第二阶段脱水的开始，这时氢氧化铝迅速脱除水分结晶集体合崩碎并生成α-AL2O3结晶不完善的γ-AL2O3由于分散度较大因此具有很大的比表面积，完成脱水后γ-AL2O3结晶变得更为完善也更为致密同时比表面积也开始减少，当焙烧温度达到900℃时α- AL2O3开始形成并且随着温度的升高而不断增加，当焙烧温度达到1200℃时比表面积降到最低点。采用不同的生产工艺制取氧化铝其晶型基本类似但是比表面积和结构却又很大的不同，而且成品氧化铝的比表面积与原始物料也有很大的关系。

焙烧过程中的密度变化，氢氧化铝在焙烧过程中的密度也在不断变化，当焙烧温度达到125℃以上时其密度也开始不断上涨，密度的上涨与比表面积的减少有关系，当当焙烧温度达到1200℃时脱水结束γ- AL2O3变得更致密比表面积降到最低点同时密度也将要达到最高点。

灼碱率的变化，随着脱水的不断进行灼碱也在不断进行，脱水的过程也正是灼碱的过程，灼碱与温度关系密切100℃开始灼碱，在350℃时灼碱速度明显迅速增快，当温度达到400℃时这一速度有明显下降，这一现象说明氢氧化铝脱水主要是在100℃～300℃之间完成的，到达400℃时脱水已基本完成。

产品粒度的改变，氧化铝的粒度是一项重要指标，由于干法烟气净化和大型中间自动点式下料预焙槽的推广应用以及悬浮预热及流态化焙烧技术的应用对氧化铝的的粒度要求更为严格，粒度均匀有利于后续作业进行，随着脱水和相变过程的进行物料会发生两个阶段性的粉化现象。第一个阶段发生在温度为180℃～440℃时，

因为脱水强烈导致结晶集合体破裂，生成X- AL2O3和γ- AL2O3此时其晶格存在大量的缺陷，强度较低。而温度达到440℃～580℃左右是不再产生新相γAL2O3晶体结构趋于完善，细粒子减少、强度提高。第二阶段发生在温度为1200℃～1300℃时，此时α-AL2O3再结晶，集合体强度大幅度的降低、崩解，小于40μm的粒子大量产生。

不同阶段时焙烧温度提高的速度对产品粒度有不同的影响。在低于400℃或者600℃以上时，加热速度快细粒子产生的就更多，这是因为加热的速度决定了结晶的质量，速度快则结晶不良强度不足。而在400℃和600℃之间提高加热速度其粉化程度降低，因为相变速度与温升速度成反比，根据分析表明每分钟升高8℃时容易产生γ- AL2O3与X- AL2O3的混合物，而当温度提升到每分钟80℃时则只能产生γ- AL2O3，而且γ-AL2O3的结晶高于X- AL2O3因此温度升高的速度慢产生的粉化率就高，且氧化铝的强度也低。另外经过充分的干燥和预脱水的氢氧化铝在焙烧时就能够避免高温剧烈脱水而引起的粉化，控制温度在1000℃～1100℃时也有利于减少细粒子的含量。

其他性质的变化，氧化铝的其他性质，安息角、流动性夜受焙烧温度的影响。焙烧温度在1000℃～1100℃时产生的氧化铝安息角要更小一些其流动性也更好，而且α-AL2O3的含量少比表面积大，在冰晶石熔体中的溶解速度较快，如果温度高于了1200℃时则氧化铝性能相反安息角大流动性也差。

4 结语

氢氧化铝的焙烧是拜耳法生产氧化铝的最后一道工序，通过高温的焙烧脱去氢氧化铝含有的附着水和结晶水，实现晶型转变，制取符合生产工艺要求的氧化铝，根据氢氧化铝在不同焙烧温度下产生的不同变化选择合适的焙烧工艺、焙烧温度不仅能够进充分降低生产能耗还可以进一步提高产品性能。