氧化铝生产工艺研究

2021-12-04姜元军

世界有色金属 2021年17期

姜元军，万明

（龙口东海氧化铝有限公司，山东烟台 265710）

随着工业的发展和人们生活水平的提高，人们对环保的要求越来越高，铝产业在国民经济中的地位也愈发重要。铝生产主要是以煤、铁、钛等矿物燃料为原料，经过冶炼加工成品。铝具有比强度高、塑性好、价格便宜、耐用、抗腐蚀等优点，因而被广泛应用于航空航天、汽车制造、机械制造业、冶金铸造业、轻工业以及交通运输业等行业。

1 氧化铝生产工艺概述

从化学成分来看，氧化铝主要是以化合物的形式存在的一种金属氧化物，它是以铝的形态在一定条件下，通过氧化还原反应，形成了具有特殊结构的氧化铁的合金粉末。从氧化铝的制备方法上看，目前常用的工艺有：机械法、气相沉积法、熔融共沉淀法和烧结炉等。其中，气相沉积法是最简单的工艺技术，其特点在于用气流将原件中的原件吹到熔融状态的炉内，使其成为连续的等离子体(或气体)，然后利用气液混合的方式来进行冶金，最后再经过烧结处理，得到最终的产品。这种工艺的优点为：设备投资少，操作简便，能耗低，生产效率高，可获得较高的经济效益。但是由于该工艺的实际生产过程中，空气会被污染，而且对环境也有很大的影响。如此一来，就对环境保护的要求很高，同时也增加了成本。

将铝渣中的氧化铁和氢氧化钠在高温下进行一系列的反应生成氧化铝，然后再利用碱液将其转化为碳酸盐，最后再通过碱液处理的方法来得到碳酸钠。前处理的目的是为了防止铁离子与氧原子的结合而使其失去活性，从而影响后续工序的生产效率。前处理的主要作用是除去由于还原剂的化学性质而引起的副产物，所以要对被氧化的物质进行人工除杂。通过对铝厂的工艺进行的分析和研究，可以知道，在一定的条件下，采用高锰酸钾氧化铝制备的氧化铝具有高硬度、低密度的特性；而在生产过程中，如果选用碱液法或碱液法，则会产生大量的废水，会对环境造成严重的污染和破坏，而且生产成本较高，不符合经济的原则；所以，选择合适的方法来实现高效的氧化铝的生产工艺是保证企业能够可持续发展的关键因素。目前，我国已经有很多的学者针对如何能使氧化钛矿选矿选别出的技术方案做了深入的研究与探讨，并且也取得了一些不错的成果：赵晓宇等利用化学浆体的物理性质，将原石石英砂用电除的方式处理，从而获得了一种新的选别用工艺，这种新的工艺不仅提高了原石的强度、耐磨性，还降低了其使用的费用(如电耗)，减少二次烧损，大大节约资源。所以，在进行生产的时候需要考虑到的影响因素有很多，但是最重要的还是要注意的就是氧化铝的生产过程中的反应时间，因为它是决定了产品的质量和产量的关键所在。

2 氧化铝生产工艺的现状和未来发展趋势

氧化铝是一种新型的高碳、高效的金属材料，它具有高强度、低导电率和良好的耐腐蚀性能，在工业上被广泛应用于电子电器、汽车制造等领域。目前，我国氧化铝的生产工艺主要有：机械法制备氧化铝的传统方法；化学还原法；电渗析法；电解液共沉积法。其中最常用的是以石灰石为原料的氧化钛的生产工艺。由于这种技术的可控性较好，所以在国内已经得到了推广应用，但是其缺点也很明显，就是成本较高，而且产品的纯度不高，没有实现产业化。通过对铝厂的工艺进行的分析和研究，可以知道，在一定的条件下，采用高锰酸钾氧化铝制备的氧化铝具有高硬度、低密度的特性；而在生产过程中，如果选用碱液法或碱液法，则会产生大量的废水，会对环境造成严重的污染和破坏，而且生产成本较高，不符合经济的原则；所以，选择合适的工艺，可以提高制备效率，降低环境污染。目前人们对环保的要求越来越强烈，而氧化铝作为新的高科技材料，它不仅能满足社会的需求还能节约资源，符合国家的可持续发展战略。因此如何既节能又减排的同时，提高企业的效益成为了重中之重的问题。

3 氧化铝生产工艺的设计

氧化铝的生产过程主要是以氧化铝为主要原料，以氢氧化镁为辅助材料，经过高温的煅烧作用而形成高纯度的氧化铝。在整个制备的工艺流程中，首先是将一定量的碱和氧化剂充分混合，然后再加入到烧杯中，最后用真空蒸化炉对其进行焙烧，使其温度达到预定的标准值，从而得到高纯度的氧化铝。在这个过程中，可以通过控制反应时间、酸碱度和助熔剂的含量来实现对产品的有效保护。在这一系列的操作当中，需要注意的一点就是要保证反应的顺利完成，因为这关系到后续的工序是否能够正常的运行下去。所以必须严格的按照相关的规定执行。同时还应该避免发生不必要的事故或者是人为的破坏现象。

（1）原料选择与过程。氧化铝是以铁和铝的氧化物为主要原料，经过高温的氧化、熔融的过程制成的一种新型的高强度材料。其生产的基本工艺流程包括：焙烧、熔化、熔炼和冷却。在焙烧的基础上，通过加热炉内的空气并使之进行氧化，然后再将其转化成金属。在此过程中，将铝石进行破碎，然后将其中的铁矿石和碱土金属铁盐按照一定的比例混合，在加入适量的水作为电解质溶液，在这过程中，铁矿石中的碱土矿和碱土矿可以相互转化，生成冶金渣，再通过一系列的工序得到的冶炼后的半成品。

将铝石进行破碎后，通过磁力搅拌机的磁力作用，将石料中的石渣向铁心铁心母料中烧结，在烧结的过程中，铁矿石的水分被吸收，使其含水率降低，从而使其含硅量增加，在一定程度上可以提高产品的质量和品质。在烧成的过程中会产生大量的热并且伴随着有害气体，所以我们需要控制好原料的温度和酸碱度，这样才能保证生产出的铝具有良好的稳定性和可靠性。对于不同的原料应该采用不一样的处理方法，例如：有的原料会被氧化，有的是由于是可再生的资源而被丢弃，还有-些会经过特殊的加工方式而变成废品。这些都对环境造成了很大的影响；另外，如果是可再生的就尽量不要使用，因为一旦这种材料的回收再利用，对自然环境的破坏将会非常严重。因此为了减少对生态环境的污染以及保护生态平衡，就必须选择一种既能满足生产要求，又能经济效益的原料来作为生产的首选条件。对于原料的选择，在生产过程中，需要考虑到原材料的价格、使用量等因素，因此要根据实际的情况来确定合适的原料种类。辅料的选用：在生产的时候，为了能够提高物料的利用率，可以采用不同的辅料，这样不仅能满足所需的需求量，还能减少成本。反应时间的长短：化学反应的进行必须要以一定的速率为前提，但是由于反应物的浓度、温度等条件的差异会导致反应速度的不稳定，所以要对反应的时间做出相应的调整；同时，还应该注意催化剂的活性以及消耗的多少也是一个重要的参数；另外，还要对反应的环境作出分析，比如氧气的氧化程度，还有二氧化碳的含量等等。

（2）氧化铝生产过程控制。在进行生产时，需要将铝的氧化过程和铝的还原阶段同时完成，这样才能保证整个工艺的正常运行。在这个过程中，铁和水的消耗量是比较高的；而铁的耗能比铁的耗能低得多。但是如果采用投料的方式来处理，就会导致投料量的增加；而且投料的时候还会造成炉内的热量损失。因此如何合理的选择烧结剂、提高烧结剂的质量是制备高质量的烧结坯的关键所在。为了能够使产品的品质得到有效的保障以及延长其的使用寿命，必须要严格的控制好反应的时间、温度等条件。所以说，生产工艺的好坏，对成品的性，能指标有很大的影响作用。工艺控制的目的是通过各种手段来达到生产的要求和指标，从而保证产品的质量和产量。工艺控制的方法有很多，主要包括：①氧化铝生产过程的温度控制在整个氧化铝生产工艺的运行过程中，我们可以知道，在一定的时间内，随着外界条件的变化，而发生变化的情况下，氧化铝的温度也会发生改变，因此对其的影响是非常重要的；同时，也会对最终的产品质量产生直接的作用和间接的影响；所以，对于不同的氧化铝的反应环境，其温度的高低是不一样的；而且，当氧化铝的反应环境的差异性较大时，它所对应的温度就会有很大的差别了。②氧化钛的浓度由于钛的熔点高，它所需要的氧气量比较少，因而在高温的时候容易失活，但是如果高于这个值，则又可能导致钛的烧结，从而造成了损失。而当钛的含量过高时，就极易引起烧结，使其寿命减少，甚至有的还会出现报废现象。

（3）氧化铝生产工艺的选择。在进行生产的过程中，需要对原料的组成和工艺流程的参数等因素加以控制，从而达到提高经济效益的目的；同时，还可以通过改变生产设备的型号、结构等来调节工艺流程的运行状况，使其能够符合工业生产的实际需求。在生产的过程中，影响产品质量的主要原因有以下几个方面：①反应机理的选择：由于不同的反应原理的适用条件是不一样的；②物料平衡：当反应物的量比一定时，会产生较大的热量而导致生成的产物比较多，所以说，要想获得较高的成品率，必须选用合适的催化剂来满足要求。③操作方法：当采用的工艺步骤和操作方式的不同时，所需的时间也就不相同，因此在设计的时候要充分考虑到该工序的具体情况，以便于缩短该工艺的整个周期。①将铝粉加入到烧结炉中，将其放在鼓风机中，在鼓风机的作用下，把空气抽出，再经过加热炉的高温处理，使其温度保持在50℃左右，最后把热气流的速度控制好，使物料能够均匀混合，然后用手轻轻地将烧结原料装入容器内，用手轻地擦拭器皿，再用干净的水对表面进行冲洗，冲洗的时候要注意不要污染环境，以免对周围的植物造成破坏。②称取一定量的样品并放置在干燥的玻璃上，用75%的乙醇溶液溶解后，再放入烘干的烘干箱，并使用真空抽滤器反复多次，直至水分完全除去，之后把烘干箱的湿度调到合适的范围内，让其自然透气，待仪器的冷热循环后，取出烧结的产品备用。③所称取的铝粉，其中含有的杂质是比较多的物质和一些微量的金属离子，为了防止氧化，需要采用连续的过滤工序，这样才能保证最终的质量合格。