溶胶凝胶法制备氧化铝涂层光纤内壁镀膜工艺研究
溶胶凝胶法制备氧化铝涂层光纤内壁镀膜工艺研究
汪舟，赵修建，韩建军，陶海征
武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室(武汉 430070)
E-mail：wangzhouzhou123@https://www.wendangku.net/doc/886680465.html,
摘要：用溶胶－凝胶法制得了稳定透明的氧化铝溶胶，并采用提拉法镀膜工艺在石英毛细管内壁上制备了氧化铝薄膜。对该镀膜工艺的研究表明，薄膜厚度随提拉速度的增加而增加，在提拉速度小于0.6mm/s的情况下，厚度与提拉速度的平方根成正比；当ASB：H2O＝1：100，提拉速度为0.1mm/s时，得到每次镀膜的膜厚约为0.18μm；改变ASB：H2O的摩尔比,得到ASB：H2O的摩尔比每增加0.01，每一层膜的厚度就增加了0.18μm左右。
关键词：溶胶－凝胶法、提拉法镀膜、膜厚
近年来，随着激光医疗和激光切割、焊接技术和红外传感成像技术的不断发展，CO2激光的开发和利用受到人们的广泛关注[1－4]，而Al2O3基全反射空芯光纤是一种非常有前途的CO2激光传输工具。这是因为α—Al2O3的原子系统固有特征频率ω0正好在CO2激光波长附近，α—Al2O3在CO2激光波长处发生反常色散现象，其折射率小于1，此种特性正好满足CO2激光传输用空芯光纤对折射率的要求，但普通的商业蓝宝石Al2O3光纤因内壁较厚，其光纤力学性能和弯曲性能较差[5]，因此各国科学家在努力寻找其他Al2O3基空芯光纤传输CO2激光。
溶胶－凝胶（sol-gel）法是湿化学方法中一种很有前途的材料制备方法，其显著特点之一是低温合成。这使得低温合成氧化铝材料成为现实。合成氧化铝温度的降低使得空芯波导的基材选取能够在更大范围内进行。溶胶－凝胶技术的另一特点是特别适合在平面或异型构件上制备薄膜涂层材料，这又为在石英光纤内制备氧化铝基光波导涂层材料开辟很大的可行性空间。目前，溶胶－凝胶法制备氧化铝薄膜的方法有很多种，但要在光纤内壁镀膜必须考虑到光纤的特殊的结构，它不能像在平板基体上镀膜那样用旋涂法或沉积法。本实验所用的镀膜方法为提拉法。提拉法可通过简单的反复镀膜工艺可以得到氧化铝涂层，并且对支撑体的选择也无很大的限制，既可以在玻璃基板上镀膜，也可以在玻璃毛细管的内表面上镀膜。但要获得厚膜，对镀膜工艺的各项参数的要求会十分严格。目前国内外对用提拉法制备在石英毛细管内壁氧化铝涂层镀膜工艺参数的研究还没有报道。
本实验以仲丁醇铝（ASB）为前驱物，H2O为溶剂，HNO3为溶胶剂制备了澄清稳定的氧化铝溶胶，选用内径为0.7mm的石英毛细管作为镀膜对象。实验对石英毛细管的提拉速度，薄膜层数和溶胶配比对薄膜的影响进行了研究，得到了一些规律性的结果。
基金项目：长江学者和创新团队发展计划资助
1.实验
在水浴温度为80℃并保持磁力搅拌的条件下，向去离子水中缓慢加入ASB ，磁力搅拌10min 后加入HNO 3，然后磁力搅拌10min ，加入EAcAc ，持续搅拌30min ，再加入PVP 持续搅拌60min ，即得澄清稳定得氧化铝溶胶。用提拉机牵引石英毛细管，采用提拉法镀膜。分别改变提拉速度，提拉层数和溶胶配比对镀膜工艺进行探讨。氧化铝凝胶每次镀膜后热处理温度为260℃，处理时间为5min 。提拉装置是由上海仪表电机厂生产的MS32B 交流电机调速控制器改装的提拉机，通过日本Jeol 公司的JSM5610 LV 扫描电子显微镜观察石英毛细管内壁氧化铝涂层得表面形貌和厚度,在用扫描电镜观察石英毛细管内壁氧化铝涂层形貌和厚度时，需要把石英毛细管破开，取出一小块来进行观测。
2.结果与讨论
2.1提拉速度对Al 2O 3膜的影响
为了研究提拉法中薄膜厚度与提拉速度的关系，按不同的提拉速度镀膜，并测定出不同提拉速度时制成的薄膜厚度。本实验选用摩尔比为ASB ：H 2O ：HNO 3＝1：50：0.3的Al 2O 3溶胶在配制好陈化24小时后，选用不同的提拉速度对石英毛细管内壁进行镀膜，每个样涂敷10次得出厚度并转换成每次镀膜的厚度。图1是提拉速度与膜厚的关系。每次中间热处理温度选定在260℃，这是因为在240~260℃的温度范围内氧化铝凝胶的逆溶解特性趋于丧失[6]，可以大体保证每次镀膜的厚度一致。
从图1
0.00.20.40.60.8 1.0
0.30.4
0.5
0.6
0.70.8
0.9
T h i c k n e s s /μm Speed/mm.min -1
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浸渍提拉法工艺中，制备的薄膜的厚度H 可由下面的公式确定：
2`12
1)
()(g U c H ???=ρη (1) 其中，c 是比例常数（对Newtonian 流体为0.8左右）；η为溶胶的粘度；U 是基片提拉速度；ρ是溶胶密度；g 是重力加速度常数[7]。由公式（1）可知，对特定的溶胶体系，由于η、ρ都是定值，制备的薄膜厚度只与提拉速度U有关，且H随U的增加而增大。在本次实验当中，溶胶密度、溶胶粘度、重力加速度都为定值，只有提拉速度在变化，因此只用考虑提拉速度。从公式里同时可明显的看出，薄膜的厚度与提拉速度的平方根成正比，结合所测出的每次镀膜厚度，得到当提拉速度小于0.5mm/s 时，厚度确实与提拉速度的平方根成正比，与所给公式吻合的相当好，当提拉速度大于0.5mm/s 时，厚度虽然随着提拉速度的增加而增加，但不再符合上述公式。当提拉速度大于1mm/s 时，石英毛细管内壁涂敷10次后经热处理后薄膜已经发生明显的开裂现象。
2.2镀膜层数对Al 2O 3膜的影响
为了制备厚膜，在提拉法中需要反复镀膜，实验需要考虑镀膜层数对薄膜的影响。对摩尔比ASB ：H 2O ：HNO 3＝1：100：0.3系溶胶以0.1mm/s 的速度镀膜，分别反复镀膜10层，
从图中可以明显的看出，随着镀膜层数的增加，石英毛细管内壁的膜厚不断增加，从断面图和表面图来看，在经过10次镀膜后，Al 2O 3层非常致密，膜层非常完整平滑，而在经过20次镀膜后，薄膜仍然较为致密，只是在表面图上可以看到有极为少量的微小裂纹，从断面图可以看到由于膜厚的增加，膜层内的纵向微裂纹不断向外扩展，并且在接近表面处开始有平行的微裂纹出现。在经过30次镀膜后，薄膜表面已有明显的开裂，从断面来看，膜层内的纵向微裂纹比20次镀膜后的膜层更为明显。
从膜层厚度来看，经过10次镀膜的厚度为1.8μm,经过20次镀膜的厚度为3.7μm,而经过30次镀膜的厚度为4.3μm,10次镀膜和20次镀膜的厚度基本上满足线性关系，即用ASB ：H 2O ：HNO 3＝1：50：0.3的Al 2O 3溶胶镀膜每层镀膜厚度约为0.18μm 。而30次镀膜的厚度已明显的偏离了此种线性关系，这是因为镀膜层数越多，不可避免的在每次镀膜后又有部分已经镀上去的溶胶因为下次镀膜浸入溶胶母体又发生了溶解的缘故，导致每次镀膜的厚度变薄，另一个不可忽视的原因是因为在镀膜30层后，最先镀的膜在经历了反复的热处理后，凝胶中的部分结构水和游离水被蒸发，导致每层膜厚度变薄。
2.3溶胶浓度对镀膜的影响
在镀膜工艺过程中，探讨不同浓度Al 2O 3溶胶在石英毛细管光纤内壁镀膜的厚度对确定和预测膜厚有着极为重要的意义。本实验分别选取ASB ：H 2O ：HNO 3＝1：50：0.3、ASB ：H 2O ：HNO 3＝1：80：0.3 和ASB ：H 2O ：HNO 3＝1：100：0.3（摩尔比）的溶胶分别对石英光纤内壁进行镀膜十次，其提拉速度都为0.1cm/s,得到的厚度如图3所示。ASB ：H 2O ：HNO 3 =1：50：0.3的溶胶镀膜厚度为3.87μm ，ASB ：H 2O ：HNO 3＝1：80：0.3的溶胶镀膜厚度为2.32μm ，ASB ：H 2O ：HNO 3＝1：100：0.3的溶胶镀膜厚度为1.89μm ，从这三组不同的数据可以绘制一条曲线，横坐标为ASB 与水的摩尔比，纵坐标为每层膜的膜厚，如图4所示。可以明显的看出三点的连线几乎是一条直线，这就说明溶胶里ASB 的浓度和膜厚有着线性关系，根据所做的曲线图，可以清楚的预测在同一提拉速度不同浓度下每层膜的厚度，并给出了其具体的数值，直线的斜率为ASB ：H 2O 的摩尔比与薄膜厚度的比值，从图中得到ASB ：H 2O 的摩尔比每增加0.01，每一层膜的厚度就增加了0.18μm 左右。
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0.0100.0120.0140.0160.0180.020
Ratio of ASB/H2O
3.结论
通过对溶胶－凝胶法制备氧化铝溶胶运用提拉法在石英毛细管内壁镀膜工艺进行研究，结果发现：在溶胶粘度和浓度稳定的情况下，薄膜厚度随液面升降速度的增加而增加，并在提拉速度小于0.5mm/s时，厚度与提拉速度的平方根成正比。通过改变镀膜层数，得出薄膜厚度随着镀膜次数的增加而增加，在ASB：H2O的摩尔比为1：100，提拉速度为0.1mm/s时，得出每层镀膜厚度约为0.18μm；同时通过改变Al2O3溶胶中ASB：H2O的摩尔比，得出当提拉速度为0.1mm/s时，Al2O3溶胶中ASB：H2O的摩尔比每增加0.01，每一层膜的厚度就增加了0.18μm。
参考文献
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[7] Jonathan Edward Mellor. Investigation of a Sol-Gel Coating Technique for Polarized 3He Target Cells: Thesis. Virginia: the College of William and Mary, 2001
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Technique Used for Preparation of Sol-Gel Alumina Films
Inside the Wall of the Fiber
WANG Zhou, ZHAO Xiujian，HAN Jianjun ,TAO Haizheng (Key Laboratory of Silicate Materials Science and Engineering (Wuhan University of
Technology),Ministry of Education, Wuhan 430070, China)
Abstract
Transparent and stable alumina sol was prepared by sol-gel method. We used dip-coating method to prepared of alumina films inside the wall of the fiber .The result shows that the film thickness goes up with the increase of the drawing speed ,when the drawing speed is less than 0.6mm/s,the film thickness is linear with the square root of the drawing speed. The thickness of the film is up to 0.18μm when the ratio of ASB:H2O=1:100 and the drawing speed is 0.1mm/s respectively. The layer thickness increases 0.18μm with the ratio of ASB:H2O increases 0.01.
Keywords: Sol-gel method、dip-coating method、thickness of the layer
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拜耳法氧化铝生产中的有机物
拜耳法氧化铝生产中的有机物 有机物的积累和危害是大多数拜耳法氧化铝厂必须面对的问题。溶液中有机物含量较高时，其所产生的负面影响往往是多方面的，工厂的产量、产品质量及其它技术经济指标将因此受到严重影响。文献[1]报道，仅澳大利亚每年由于有机物造成的氧化铝产量损失就达130万吨。某些有机物的存在使生产砂状氧化铝变得困难。因此，有机物问题成为氧化铝生产中的主要研究方向之一。国外就拜耳法生产中有机物的行为、对生产过程的影响及其排除方法等进行了长期的、大量的研究，取得了重要进展。 我国大多数氧化铝厂采用混联法或烧结法生产，有机物的影响很小或完全不存在。平果铝业公司氧化铝厂是我国目前唯一的采用纯拜耳法生产的工厂，投产较晚，原矿中的有机物含量也较低，有机物的影响需继续观察和研究。我国在“九五”期间进行的中、低品位铝土矿选矿研究取得了重大的进展，但除原矿中部分有机物进入精矿外，还有一定数量的浮选药剂被带入精矿，这种浮选药剂在拜耳法生产中的行为及其影响如何，尚未见诸文献报道，非常值得重视。 一、拜耳法溶液中的有机物 拜耳法溶液中的有机物主要来自铝土矿，絮凝剂、消泡剂、脱水剂等添加剂也会带入少量有机物。但据文献报道，其数量和影响均较小。铝土矿中的有机碳含量通常为0.1-0.3%，但亦可低至0.03%或高达0.6%(某些地表矿)。热带铝土矿中有机碳含量较高，一般为0.2~0.4%，而一水硬铝石型铝土矿中
的含量则较低，通常为0.1%。南美、非洲、澳大利亚铝土矿中的有机物含量较高，而欧洲、俄罗斯和中国的大多数铝土矿有机物含量较低。 铝土矿中的有机物分为腐殖质和沥青两种[2]。腐殖质主要成分为木质素转变的产物—腐殖酸。腐殖质成分复杂，其平均元素组成为，%：58%C，36%O2，4%H2，2%N2及其它杂质。腐殖质易溶于碱液。沥青中的C和H含量比腐殖质中的高，实际上不溶于碱液。据文献[3]，铝土矿高压溶出时，腐殖质几乎全部溶入溶液，而沥青的溶出率不高于10%，在赤泥浆液稀释及沉降分离过程中，又全部析出进入赤泥。Jose G. Pulperiro等[4]报道，在铝土矿溶出条件下，60-90%的腐殖质溶解于强苛性碱溶液中，生成腐殖酸钠。不溶解的腐殖质是由于被铝土矿中不溶的无机物结合或吸附。 虽然原矿中有机物的含量一般不高，在铝土矿溶出时也非全部进入溶液，但由于种分母液与洗液是循环的，拜耳法流程中的有机物会逐渐积累，直至达到进出平衡为止。溶液中有机物的平衡浓度主要取决于铝土矿中有机物的含量及其组成，也与溶出条件等有关。一般情况下，拜耳溶液中有机碳含量为7-15g/L，在极端情况下可达25g/L[5]。文献[6]报道，处理热带铝土矿的德国施塔德氧化铝厂的溶出液中，有机碳含量甚至高达34g/L。 Β. Α. Зинченко[7]早期所作的乌拉尔氧化铝厂有机物的平衡表明：随铝土矿（一水硬铝石型）进入流程的有机物占全部有机物的88.5%，其余11.5%来自面粉（当时用作赤泥絮凝剂），而赤泥排走的有机物占全部有机物总量的83%，仅有17%进入溶液。进入溶液中的有机物主要随苏打结晶（据有关资料，苏打结晶中有机碳含量达0.5~1.5%）和氢氧化铝排出，二者分别占原矿中有机物总量的5.7%和4.5%，按对进入溶液中的有机物总量计算，则分别占33.5%和26.5%，其余则随苏打苛化后的石灰渣、蒸发母液等
氧化铝生产流程
氧化铝生产流程控制概述(1) 铝是世界上第二大常用金属，其产量和消费量仅次于钢铁，是国民经济中具有支撑作用和战略地位的金属原材料。氧化铝是铝冶炼的主要原料，每生产1吨原铝需要消耗近2吨氧化铝。此外，各种特殊性能的氧化铝也广泛应用于电子、石油、化工、耐火材料、陶瓷、造纸、制药等行业，因此，氧化铝生产在我国经济建设中占有十分重要的地位。 我国具有较丰富的铝土矿资源（保有储量约26亿吨），居世界第四位，具备发展铝工业的资源条件。我国的氧化铝是在建国后伴随着电解铝的生产和发展建立起来的，八十年代以来得到了较快发展。近年来，氧化铝价格的暴涨，激励投资者和氧化铝厂持续加速生产和扩张。国内目前已有中铝公司所属的山东、山西、河南、中州、贵州、平果、重庆与遵义（拟建）八大铝厂，广西华银（160万吨）、阳煤集团（120万吨）、鲁能晋北、山东信发（100万吨）、三门峡开曼、东方希望（80万吨）铝业等数十个大小氧化铝厂建成或在建。据专家估计，2006年我国的氧化铝产量将年增29-33%，达到1200-1300万吨。 氧化铝生产工艺类型 氧化铝是用不同的生产方法是从铝土矿中提取出来的白色粉末。氧化铝是典型的大型复杂流程性工业，全世界90%以上的氧化铝直接采用的是经济的拜耳法生产流程，而我国氧化铝企业因矿质的不同，而分别选用不同的生产工艺。 烧结法：适于矿石品位含硅高、难溶的、中等资源品位的一水硬铝石，流程长、工艺复杂。我国绝大部分老的氧化铝企业多采用这一方法进行氧化铝冶炼。山东铝厂、中州铝厂Ⅰ期、山西铝厂Ⅰ期
烧结法氧化铝生产过程主要包括熟料烧成、熟料溶出、精液制备、分解和蒸发等主要的生产工序。 来自原料磨的生料浆通过回转窑烧制成易于溶出的铝酸钠熟料，再经碳分母液和一次洗液浸泡后进行溶出；此后通过赤泥分离洗涤、粗液脱硅、硅渣分离等工序生成的精液分别送至碳分和种分工序进行分解反应，析出氢氧化铝；种分母液经蒸发形成的种蒸母液送拜尔法碱液调配后给原矿浆配料；碳蒸母液则返回至原料磨配料。析出的氢氧化铝送焙烧工序进行焙烧。与拜耳法相比，烧结法主要在熟料烧成和碳分分解的控制部分是完全不同的两个过程 拜尔法：拜尔法是Karl Joseph Bayer于1887年发明，他发现加入精种的铝酸钠溶液中可以分解出AL（OH）3，分解母液蒸发后可以在高温高压下溶出铝土矿中的AL（OH）3。该发现后来在实验中得到证实并应用于工业实践，是国外氧化铝最广泛采用的生产工艺。适于生产易溶的三水铝石和一水软铝石，处理中等品位铝土矿碱耗高、矿耗大是常规拜耳法生产氧化铝的缺点。贵州铝厂Ⅰ期、平果铝厂 拜尔法氧化铝生产过程主要包括预脱硅、溶出过程，赤泥洗涤、过滤过程，种分分解过程和氢氧化铝过滤、焙烧等主要的生产工序。 选矿拜尔法：可将A/S为4以上的铝土矿通过浮选成A/S为11.2的矿浆，可提高单管溶出系统的溶出率，工艺管道和罐内不易结巴。中州铝厂Ⅱ期 串联法：处理中低晶位铝土矿的适宜方法。先以较简单的拜尔法处理矿石，最大限度地提取矿石中的氧化铝，然后再用烧结法回收拜尔法赤泥中的 Al2O3和 Na2O，可降低氧化铝生产的综合能耗，Al2O3的总回收率高，
氧化铝生产工艺流程
氧化铝生产工艺流程及在线设备描述 我厂氧化铝生产工艺流程采用拜耳法工艺。其用的矿石、石灰用汽车运入卸矿站，通过板式输送机，胶带输送机及卸料车进入矿仓和石灰仓。磨头仓底部出料设有电子皮带计量装置。按规定的配料比与经过计量的循环母液加入磨机。磨矿过程采用一段球磨与水力旋流器分级闭路的一段磨矿流程，磨制合格的原矿浆送往原矿浆槽，再用泵送至溶出工序的矿浆槽。 矿浆槽内矿浆送入溶出系统，管道化溶出采用Φ159Φ×8/2 ∣Φ480×10×1150000管道化溶出器，三套管四层间接加热连续溶出设备（Φ159管走料，Φ480管供汽），通过四段预热和三段加热，使物料出口温度达145℃，送入保温罐保温一小时以上，经过三级闪蒸和稀释，完成溶出过程。 稀释矿浆在Φ16M高效沉降槽内进行液固分离，底流进入洗涤沉降槽，进行5～6次赤泥反向洗涤，末次洗涤沉降槽底流经泵送往赤泥堆场进行堆存。 将合成絮凝剂制备成合格的溶液，按添加量加入赤泥分离沉降槽，将制备好的合成絮凝剂按添加量加入赤泥洗涤沉降槽，以强化赤泥沉降、分离和洗涤效果。 分离沉降槽溢流用泵送入粗液槽，再送226m2立式叶滤机进行控制过滤，过滤时加入助滤剂（石灰乳或苛化渣），滤饼送二次洗涤槽，精液送板式热交换器。 精液经板式热交换器与分解母液和冷却水进行热交换，冷却至设定温度后，再与种子过滤滤饼（晶种）混合，然后用晶种泵送至种分分解槽首槽（1#或2#槽），经连续种分分解后，从11#槽（或12#槽）顶用立式泵抽取分解浆液进行旋流分级。分级溢流进13#（或12#）分解槽，底流再用部分分解母液稀释后自压或用泵至产品过滤机，分解11#槽的分解浆液，从槽上部出料自流或下部用泵至120m2种子过滤机，滤饼用精液冲入晶种槽，滤液入锥形母液槽。 AH浆液经泵送入80 m2平盘过滤机，进行成品过滤、洗涤、氢氧化铝滤饼经皮带送至氢氧化铝储仓或直接送至焙烧炉前小仓。母液送种子过滤机的锥形母槽。氢氧化铝洗液（白泥洗液）送溶出稀释槽。锥形母液槽的溢流进母液槽，底流送立盘过滤机过滤，滤液进母液槽，滤饼混合后作种分种子。母液槽内母液部分送氢氧化铝旋流分级底流作稀释液，其余经板式热交换器与精液进行热交换提温送至蒸发原液槽。 蒸发原液除少部分不经蒸发直接送母液调配槽外，大部分送六效管式降膜蒸发器内进行浓缩，经三次闪蒸后的蒸发母液送调配槽。在流程中Na2CO3高于规定指标时，需排盐，此时，蒸发二级闪蒸出部分母液送强制循环蒸发器内进行结晶蒸发，并加入部分盐晶种，作为蒸发结晶的诱导结晶，然后在析盐沉降槽进行分离，底流用排盐过滤机进行过滤分离，滤饼用热水溶解后，送入苛化槽内，添加石灰乳进行苛化，苛化渣送赤泥洗涤系统。排盐过滤机滤液和盐分离沉降槽溢流进强碱液槽，其一部分送入蒸发出料第三次闪蒸槽与蒸发母液混合，还有一部分送各化学清洗用点和种分槽化学清洗槽。新蒸汽含碱冷凝水和二次蒸汽冷凝水用作氢氧化铝洗水或送沉降热水站。生产补碱用NaOH浓度大于30%的液体苛性碱，循环母液储槽区域设有补碱设施。 焙烧炉前小仓料位与仓下皮带计量给料机连锁，控制焙烧炉进料量。含水6～8%的氢氧化铝经皮带、螺旋喂料机送入文丘里干燥器内，干燥后的氢氧化铝被汽流带入一级旋风预热器中，一级旋风出来的氢氧化铝进入第二级旋风预热器，并与从热分离器来的温度约1000℃的烟气混合后进行热交换，氢氧化铝的温度达320～360℃，结晶水基本脱除，预焙烧过的氧化铝在第二级旋风预热器与烟气分离卸入焙烧炉的锥体内，焙烧炉所用的燃烧空气经预热至600～800℃从焙烧炉底部进入，燃料、预焙烧的氧化铝及热空气在炉底充分混合并燃烧，氧化铝的焙烧在炉内约1.4秒钟时间完成。
拜耳法生产氧化铝的工艺流程#(精选.)
1拜耳法生产氧化铝的工艺流程概述 拜耳法系奥地利拜耳（K.J.Bayer）于 1888年发明。其原理是用苛性钠（NaOH）溶液加温溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠溶液。溶液与残渣（赤泥）分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种,经长时间搅拌,铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净,并在950～1200℃温度下煅烧，便得氧化铝成品。析出氢氧化铝后的溶液称为母液，蒸发浓缩后循环使用。 拜耳法的简要化学反应如下： 由于三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石的结晶构造不同,它们在苛性钠溶液中的溶解性能有很大差异,所以要提供不同的溶出条件，主要是不同的溶出温度。三水铝石型铝土矿可在125～140℃下溶出，一水硬铝石型铝土矿则要在240～260℃并添加石灰（3～7％）的条件下溶出。 现代拜耳法的主要进展在于：①设备的大型化和连续操作； ②生产过程的自动化；③节省能量，例如高压强化溶出和流态化焙烧；④生产砂状氧化铝以满足铝电解和烟气干式净化的需要。拜耳法的工艺流程见图1。
拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较低，最低者每吨氧化铝的能耗仅3×106千卡左右，碱耗一般为100公斤左右（以Na2CO3计）。 拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量，主要是矿石中的SiO2含量，通常以矿石的铝硅比，即矿石中的Al2O3与SiO2含量的重量比来表示。因为在拜耳法的溶出过程中，SiO2转变成方钠石型的水合铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O)，随同赤泥排出。矿石中每公斤SiO2大约要造成1公斤Al2O3和0.8公斤NaOH的损失。铝土矿的铝硅比越低，拜耳法的经济效果越差。 2 主要生产原理及过程 2.1 预脱硅与铝硅比的提高 拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量，主要是矿石中的SiO2含量，通常以矿石的铝硅比，即矿石中的Al2O3与SiO2
活性氧化铝的制备
活性氧化铝的制备 一、实验目的 1、通过铝盐与碱性沉淀剂的沉淀反应，掌握氧化铝催化剂和催化剂载体的制备过程。 2、了解制备氧化铝水合物的技术和原理。 3、掌握活性氧化铝的成型方法。 二、实验原理 活性氧化铝(γ-A l2O3)是一种多孔性,高分散度的固体物料，具有表面积大、吸咐性能好、表面酸性、热稳定性良好的特点，可作为多种化学反应的催化剂及催化剂载体。除此之外，它还广泛用于石油、国防、化肥、医药、卫生等部门。学习有关γ-A l2O3的制备方法，对掌握催化剂制备有重要意义。 催化剂或催化剂载体用的氧化铝，在物性和结构方面都有一定要求。最基本的是比表面积、孔结构、晶体结构等。例如，重整催化剂是将贵重金属铂、铼载在γ—Al2O3或η—Al2O3上。氧化铝的结构对反应活性影响极大，载于其他形态的氧化铝上，其活性是很低的，如烃类脱氢催化剂，若将Cr—K载在γ—Al2O3或η—Al2O3上，活性较好，而载在其他形态氧化铝上，活性很差。这说明它不仅起载体作用，而且也起到了活性组分的作用，因此，也称这种氧化铝为活性氧化铝。α—Al2O3在反应中是惰性物质，只能作载体使用。制备活性氧化铝的方法不同，得到的产品结构亦不相同，其活性的差异颇大，因此制备中应严格掌握每一步骤的条件，不应混入杂质，尽管制备方法和路线很多，但无论哪种路线都必须制成氧化铝水合物（氢氧化铝），再经高温脱水生成氧化铝。自然界存在的氧化铝或氢氧化铝脱水生成的氧化铝，不能作载体或催化剂使用，这不仅因杂质多，主要是难以得到所要求的结构和催化活性。为此，必须经过重新处理，可见制备氧化铝水合物是制活性Al2O3的基础。 氧化铝水合物经X射线分析，可知有多种形态，通常分为结晶态和非结晶态。结晶态中有一水和三水化物两类形体；非结晶态则含有无定形和结晶度很低的水化物两种形体，它们都是凝胶态。可总括为下述表达形式：
氧化铝的生产方法
氧化铝的生产工艺流程 氧化铝的生产工艺流程从矿石提取氧化铝有多种方法，例如:拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法等。拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法，其产量约占全世界氧化铝总产量的95％左右。70年代以来，对酸法的研究已有较大进展，但尚未在工业上应用。 拜耳法 系奥地利拜耳（K.J.Bayer）于1888年发明。其原理是用苛性钠（NaOH）溶液加温溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠溶液。溶液与残渣（赤泥）分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种,经长时间搅拌,铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净,并在950～1200℃温度下煅烧，便得氧化铝成品。析出氢氧化铝后的溶液称为母液，蒸发浓缩后循环使用。拜耳法的简要化学反应如下： 由于三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石的结晶构造不同,它们在苛性钠溶液中的溶解性能有很大差异,所以要提供不同的溶出条件，主要是不同的溶出温度。三水铝石型铝土矿可在125～140℃下溶出，一水硬铝石型铝土矿则要在240～260℃并添加石灰（3～7％）的条件下溶出。现代拜耳法的主要进展在于：①设备的大型化和连续操作；②生产过程的自动化；③节省能量，例如高压强化溶出和流态化焙烧；④生产砂状氧化铝以满足铝电解和烟气干式净化的需要。 拜耳法的工艺流程见图1。
拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较低，最低者每吨氧化铝的能耗仅3×106千卡左右，碱耗一般为100公斤左右（以Na2CO3计）。拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量，主要是矿石中的SiO2含量，通常以矿石的铝硅比，即矿石中的Al2O3与SiO2含量的重量比来表示。因为在拜耳法的溶出过程中，SiO2转变成方钠石型的水合铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O)，随同赤泥排出。矿石中每公斤SiO2大约要造成1公斤Al2O3和0.8公斤NaOH的损失。铝土矿的铝硅比越低，拜耳法的经济效果越差。直到70年代后期，拜耳法所处理的铝土矿的铝硅比均大于7～8。由于高品位三水铝石型铝土矿资源逐渐减少，如何利用其他类型的低品位铝矿资源和节能新工艺等问题，已是研究、开发的重要方向。 碱石灰烧结法 适用于处理高硅的铝土矿，将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料，在回转窑内烧结成由铝酸钠(Na2O·Al2O3)、铁酸钠(Na2O·Fe2O3、原硅酸钙（2CaO·SiO2）和钛酸钠（CaO·TiO2组成的熟料。然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠。此时铁酸钠水解得到的NaOH也进入溶液。如果溶出条件控制适当，原硅酸钙就不会大量地与铝酸钠溶液发生反应，而与钛酸钙、Fe2O3·H2O 等组成赤泥排出。溶出熟料得到的铝酸钠溶液经过专门的脱硅过程，SiO2O形成水合铝硅酸钠(称为钠硅渣)或水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6－2x)H2O 沉淀(其中x≈0.1),而使溶液提纯。把CO2气体通入精制铝酸钠溶液，和加入晶种搅拌，得到氢氧化铝沉淀物和主要成分是碳酸钠的母液。氢氧化铝经煅烧成为氧化铝成品。水化石榴
氧化铝生产工艺
氧化铝生产工艺 在氧化铝生产行业，氧化铝的生产方法大约分四类：碱法、酸法、酸碱联合法、和热法，但目前用于工业生产的基本全部属于碱法。 用碱法生产氧化铝，是用碱（NaOH或Na2CO3）来处理铝矿石，使矿石中的氧化铝转变为铝酸钠溶液。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶解的化合物，将不溶解的残渣（由于含氧化铁而成红色，故称赤泥）与溶液分离，经洗涤后弃去或综合利用，已回收利用其中的有用组分。纯净的铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝，经与母液分离、洗涤后焙烧，得到氧化铝产品。 用碱法生产氧化铝又可分为：①拜尔法②烧结法③联合法，因我国的铝土矿资源的特殊性，主要为一水硬铝石，因此在早期建厂的生产氧化铝的方法均采用烧结法、混联法，后期建厂和扩建工程多采用拜尔法较多，拜尔法具有工艺流程简单，投入成本少，产品质量好等特点。 具体情况如下： 中国铝业山东分公司：1954年建厂，采用烧结法，后经四次扩建，主要采用拜尔法，2006年的总产量已达128万吨 中国铝业河南分公司：1965年建厂投产，主要采用混联法，1999年完成4次扩建，年产达80万吨，2005年新建年产70万吨的拜尔法生产线，2006年的年生产量已达到232万吨。 中国铝业贵州分公司：1978年完成一期拜尔法生产线，年产15万吨，后经扩建，采用混联法，2006年已达到年产120万吨。 中国铝业山西分公司：1987年一期烧结法投产，后经扩建，1992年完成二期混联法，年产达70万吨，2005年投产的拜尔法80万吨项目，到2006年已经达到年产219万吨目标。 中国铝业中州分公司：1992年一期投产烧结法，后经两次扩建选矿拜尔法生产线，2006年年产量达172万吨。 中国铝业广西分公司：1995年拜尔法投产使用，2006年总产量达94万吨。 中国铝业集团还有重庆、遵义准备建造氧化铝厂。 除中国铝业公司外，现已建或拟建的氧化铝项目29个，山东荏平氧化铝、山东魏桥氧化铝氧化铝、山西鲁能晋北氧化铝、山东龙口东海氧化铝、山东信发（100万吨）、河南开曼铝、东方希望铝业（三门峡）有限公司、广西华银（160万吨）、阳煤集团（120万吨）等众多氧化铝企业。据专家估计，2006年我国的氧化铝产量将年增29-33%，达到1200-1300万吨。
HGT-3927工业活性氧化铝简介
HG/T 3927－2007 工业活性氧化铝 1 范围 本标准规定了工业活性氧化铝的要求、试验方法、检验规则、标志、标签、包装、运输和贮存。 本标准适用于工业活性氧化铝。该产品用于炼油、化肥、石化、天然气、制氧和化工等行业，主要用作气体和液体吸附剂、吸氟剂、干燥剂、和催化剂载体等。 分子式:Al2O3 ?nH2O（n＜1） 3 分类 工业活性氧化铝分为六类: 吸附剂——通用型，用于各种烃类气体、天然气、石油裂解气等的吸附、脱水等。 除氟型——用于饮用水、工业水除氟。 再生剂——用于蒽醌法生产双氧水。 脱氯剂——用于各种气体及黏性树脂等液体的脱氯。 催化剂载体——用作各种催化剂载体。 空分干燥剂——空分专用干燥剂。 4 要求 4.1 外观:白色球状或柱状。 4.2 工业活性氧化铝应符合表1要求。 表1 要求
5 试验方法 5.1 安全提示 本试验方法中使用的部分试剂具有腐蚀性，操作时须小心谨慎！如贱到皮肤上应立即用水冲洗，严重者应立即治疗。 5.2 一般规定 本标准所用试剂和水在没有注明其他要求时，均指分析纯试剂和GB/T 6682一1992中规定的三级水。试验中所用标准滴定溶液、制剂及制品，在没有注明其他要求时，均按HG/T 3696.3的规定制备。 5.3 外观判别 在自然光条件下，用目视法判别。 5.4 三氧化二铝含量的测定 5.4.1 方法提要 铝离子与已知过量的乙二胺四乙酸二钠标准溶（EDTA）进行络合，形成稳定的A1-EDTA 络合物，过剩的EDTA在pH=5条件下，以二甲酚橙做指示剂，用氯化锌标准滴定溶液回滴至终点。 5.4.2 试剂 5.4.2.1 六次甲基四胺。 5.4.2.2 硫酸溶液:1+1。 5.4.2.3 盐酸溶液:1+4。 5.4.2.4 氨水溶液:1+9。 5.4.2.5 乙二胺四乙酸二钠标准滴定溶液:c（EDTA）≈0.05mol/L。 5.4.2.6 氯化锌标准滴定溶液:c（ZnCl2）≈0.05mol/L。 5.4.2.7 二甲酚橙指示剂.2g/L。 5.4.3 分析步骤 5.4.3.1 试验溶液的制备 称取已研细并经（250±100）℃烘干2h的约0.5g试样，精确至0.0002g,置于150mL 烧杯中。慢慢加入少量水，搅拌至糊状。再加入10mL硫酸溶液，移至电炉上加热溶解至透明，取下冷却。移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。 5.4.3.2 测定 用移液管移取10mL试验溶液，置于300mL锥形瓶中。准确加入30mL EDTA标准溶液，用水冲洗瓶壁。加入六滴二甲酚橙指示液，用氨水溶液调至溶液呈紫红色，移至电炉上加热煮沸1min,取下冷却（若氨水溶液过量，再用盐酸溶液调呈亮黄色再过一滴）。加1.5g六次甲基四胺，用氯化锌标准滴定溶液滴定至出现玫瑰红色即为终点。 5.4.4 结果计算 三氧化二铝含量以三氧化二铝（Al2O3）的质量分数ω1计，数值以%表示，按公式（1）计算: () () ()1 ...... .......... 100 100 / 10 m 10 c c3 2 2 1 1 1? ? - =- M V V ω 式中: C1——乙二胺四乙酸二钠标准滴定溶液的浓度的准确数值，单位为摩尔每升（mol/L）；V1——加入EDTA标准滴定溶液的体积的数值，单位为毫升（mL）； C2——氯化锌标准滴定溶液的浓度的准确数值，单位为摩尔每升（mol/L）；
氧化铝冶炼工艺流程简介
氧化铝的主要冶炼工艺介绍 氧化铝的冶炼工艺大致可以分为烧结法、拜耳法和烧结-拜耳联合法等。 一、烧结法 1.1烧结法的基本原理 将铝土矿与一定数量的纯碱、石灰（或者石灰石）、配成炉料在高温下进行烧结，使氧化硅和石灰化合成不溶于水的原硅酸钙，氧化铝与纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠，而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠，将烧结产物（熟料）用稀碱溶液溶出时固体铝酸钠便进入溶液，铁酸钠水解放出碱，氧化铁以水合物与原硅酸钙一道进入赤泥。在用二氧化碳分解铝酸钠溶液便可以析出氢氧化铝，经过焙烧后产出氧化铝。分离氢氧化铝后的母液成为碳分母液经过蒸发后返回配料。 1.2烧结法工艺过程简述 烧结法生产氧化铝有生料浆制备、熟料烧结、熟料溶出、赤泥分离以及洗涤、粗液脱硅、精液碳酸化分解、氢氧化铝的分离以及洗涤、氢氧化铝焙烧、母液蒸发等主要生产工序。 生料浆制备：将铝土矿、石灰（或石灰石）、碱粉、无烟煤以及碳分母液按一定的比例，送入原料磨中磨制成生料浆，经过料浆槽的三次调配成各项指标合格的生料浆，送熟料窑烧结。 熟料烧结：配合格的生料浆送入熟料窑内，在1200℃-1300℃的高温下发生一系列的物理化学变化，主要生产使氧化硅和石灰化合成不溶于水的熟料。熟料窑烧结过程通常在熟料窑（回转窑）内进行，氧化硅和石灰化合成不溶于水的原硅酸钙，氧化铝和纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠，而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠，并且烧至部分熔融，冷却后成外观为黑灰色的颗粒状物料即熟料。 熟料溶出：熟料经过破碎达到要求的粒度后，用稀碱溶液（生产上称调整液），在湿磨内进行粉碎性溶出，有用成分氧化铝和氧化钠进入溶液，成为铝酸钠溶液，而杂质铁和硅则进入赤泥。 赤泥分离和洗涤：为了减少溶出过程中的化学损失，赤泥和铝酸钠溶液必须快速分离，为了回收赤泥附液中所带走的有用成分氧化铝和氧化钠，将赤泥进行多次反向洗涤再排入堆场。
实验讲义-活性氧化铝的制备
实验1 催化剂载体——活性氧化铝的制备 一、目的与要求 1．通过铝盐与碱性沉淀剂的沉淀反应，掌握氧化铝催化剂载体的制备过程。 2．了解制备氧化铝水合物的技术和原理。 3．掌握活性氧化铝的成型方法。 二、实验原理 活性氧化铝（Al2O3）是一种具有优异性能的无机物质，不仅能作脱水吸附剂、色谱吸附剂，更重要的是作催化剂和催化剂载体，并广泛用于石油化工领域，涉及重整、加氢、脱氢、脱水、脱卤、歧化、异构化等各种反应。它之所以能如此广泛地被采用，主要原因是它在结构上有多种形态及物理性质和化学性质的千差万别。学习有关Al2O3的制备方法，对掌握催化剂的制备有重要意义。 催化剂或催化剂载体用的氧化铝，在物理性质和结构方面都有一定要求。最基本的是比表面积、孔结构、晶体结构等。例如，重整催化剂是将贵重金属铂、铼载在γ－Al2O3或η－Al2O3上。氧化铝的结构对反应活性影响极大。载于其他形态的氧化铝上，其活性是很低的，如烃类脱氢催化剂，若将Cr－K载在γ－Al2O3或η－Al2O3上，活性较好，而载在其他形态氧化铝上，活性很差。这说明它不仅起载体作用，而且也起到了活性组分的作用，因此，也称这种氧化铝为活性氧化铝。α－Al2O3在反应中是情性物质，只能作载体使用。制备活性氧化铝的方法不同，得到的产品结构亦不相同，其活性的差异也很大，因此制备中应严格掌握每一步骤的条件，并且不应混入杂质。尽管制备方法和路线很多，但无论哪种路线都必须制成氧化铝水合物（氢氧化铝），再经高温脱水生成氧化铝。自然界存在的氧化铝或氢氧化铝脱水生成的氧化铝，不能作载体或催化剂使用。这不仅是杂质多，主要是难以得到所要求的结构和催化活性。为此，必须经过重新处理。可见制备氧化铝水合物是制备活性Al2O3的基础。 氧化铝水合物经X射线分析，可知有多种形态，通常分为结晶态和非结晶态。结晶态中含有一水和三水化物2类形体；非结晶态则含有无定形和结晶度很低的水化物2种形体，它们都是凝胶态。可总括为下述表达形式： －Al2O3·H2O，一软水铝石 －Al2O3·H2O，一硬水铝石 －Al2O3·3H2O，α三水铝石 －Al2O3·3H2O，β三水铝石 β－Al2O3·3H2O，新β三水铝石 2 O3≥3 2 O/Al2O3≈1.5～2.0 水合氧化铝
氧化铝生产工艺流程图
氧化铝生产工艺流程图 流程仿真技术原理 根据工艺过程所涉及到的基础物性数据，引用或创建特定的物性包，建立生产过程中的单元设备的数学模型和单元设备之间的模型，从而完成完整描述实际生产过程系统的数学模型[6，7]。通过一定的数学方法对过程中所涉及到的模型进行联列求解。通过装置的稳态和动态模型，进行不同方案和工艺条件的分析，为新工艺的规划、研究开发和技术可靠性进行分析，为生产实际提供优化操作指导。在动态模拟中，还可以通过不同控制策 略的比较，对生产过程进行优化控制[5]。 生产过程的数学模型通常为一大型非线性代数方程组，过程模拟实质就是通过求解该非线性方程组来预测在一定工艺条件下生产过程的性能。常用 的求解方法主要有序贯模块法、联立方程法和联立模块法[3]。 氧化铝生产工艺 氧化铝的生产方法有酸法、碱法和热法。目前氧化铝工业生产实际应用的是碱法。碱法又包括拜耳法、烧结法及各种形式的联合法。因拜耳法生产成本低，经济效益好，流程相对简单，应用最广，所以主要介绍一下拜耳法的生产工艺。 所谓拜耳法是因为它是由K.J.bayer在1889－1892年提出而得名的。拜耳法主要包括两个主要过程，一是Na2O与Al2O3摩尔比为1.8的铝酸钠在常温下，只要添加氢氧化铝作为晶种，不断搅拌，溶液种的Al2O3就可以呈氢氧化铝析出，直到其中Na2O：Al2O3的摩尔比提高到6为止，此即为铝酸钠溶液的晶种分解过程。另一过程是已经析出了大部分氢氧化铝的溶液。在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物。此即利用种分母液溶出铝土矿的过程。交替使用这两个过程处理铝土矿，得到氢氧化铝产品，构成所谓拜耳法循环[8]。拜耳法的生产工艺流程图如图1 所示。
拜耳法生产氧化铝工艺流程简介
拜耳法生产氧化铝工艺流程简介 拜耳法适于处理高品位铝土矿,这是用苛性碱溶液在一定的温度下溶出铝土矿中的氧化铝的生产方法,具有工艺简单、产品纯度高、经济效益好等优点。 基本原理 拜耳法的基本原理有两个。一个是铝土矿的溶出；一个是铝酸钠溶液的分解。溶出是用苛性碱溶液在一定的条件下（加石灰、碱浓度、温度、时间及搅拌等）溶出铝土矿中的氧化铝，反应为 Al2O3·H2O+2NaOH=2NaAlO2+2H2O Al2O3·3H2O+2NaOH=2NaAlO2+4H2O SiO2+NaOH+NaAlO2=Na2O·Al2O3·2SiO 2·2H2O+H2O 一水铝石或三水铝石溶解形成铝酸钠进入碱液中,而其它杂质不进入溶液中,呈固相存在,称赤泥。 三水铝石（Al2O3·3H2O）的溶解温度为105℃，一水硬铝石（α－Al2O3·H2O）为220℃,一水软铝石(γ－Al2O3·H2O)为190℃。 分解是利用NaAlO2溶液在降低温度、加入种子及搅拌的条件下析出固相Al(OH)3,分解反应为NaAlO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaOH 种子即为Al(OH)3,加入量(以Al2O3量计算)为溶液中Al2O3含量的一倍以上;温度控制为从75℃降到55℃;搅拌时间为60h左右。 所得Al(OH)3再经焙烧脱水变成Al2O3;并使Al2O3晶型转变,满足铝电解的要求,焙烧反应为
Al2O3·3H2O 225℃γ－Al2O3·H2O + 2H2O γ－Al2O3·H2O 500℃γ－Al2O3 + H2O γ－Al2O3 900～1200℃α－Al2O3 工艺流程及主要技术条件 拜耳法的生产工艺主要由溶出、分解和焙烧三个阶段组成。全流程主要加工工序为：矿石的破碎、均化及湿磨、高温高压溶出、赤泥分离洗涤、叶滤、种子分解、母液蒸发及氢氧化铝焙烧。 铝矿石进厂后经破碎、均化、贮存，碎矿石送下一工序湿磨。本工序的目的是使铝矿石破碎至≤15㎜粒度，并且使化学成分均匀地向湿磨供料，控制指标是：每7天的供矿量加权平均值A/S波动在±0.5范围内。 湿磨是使铝矿石进一步磨细并进行三组分（铝矿石、石灰、循环碱液）配料，使得到的产品原矿浆满足高压溶出的要求。本工序控制的技术条件是：石灰加入量为干铝矿量的7%；循环碱液配入量为控制溶出液的αk（苛性化系数）为1.4左右；磨矿细度为：－315μm 100%,－63μm 70%～75%。 高压溶出是拜耳法的核心部位，要求其热利用率高、建设投资少及易操作、经营成本低。对溶出一水硬铝石型矿石而言最常用的工艺型式是：将原矿浆送入套管预热器中，用二次蒸汽预热至160～180℃，之后进入用二次蒸汽间接加热、机械搅拌的预热压煮器中，将矿浆温度提高至220℃左右，再在机械搅拌的反应压煮器中用6.0Mpa的新蒸
拜耳法氧化铝生产工艺流程框图
拜耳法氧化铝生产工艺流程框图 成品氧化铝 图一 焙烧 2O 3 图二 碱法生产氧化铝基本过程
开曼铝业氧化铝厂工艺流程简图
氧化铝厂主要生产车间 一车间：原料准备 包括：地磅房、破碎站、原矿堆场、均化库、石灰仓、石灰消化及原料磨等工段 a.石灰消化：3台ф1200x10500m化灰机，2用1备 b.石灰仓：3台ф14x18m c.拜尔原料磨（棒球两段磨加水力漩流器）：4组，每组配一级棒磨 ф3.2x4.5m及二级球磨ф3.6x8.5m，产能100t/h,用3备1。 二车间：高压溶出 包括：常压脱硅、高压泵房、管道化预热、溶出及稀释 a.常压脱硅:3台带加热管束搅拌的ф10x16m预脱硅加热槽及11台 机械搅拌的ф10x16m脱硅槽，1台ф6x6m赤泥洗液槽。其中预脱硅加热槽2用1备，脱硅槽10用1备。 b.高压泵房:36～6.8MPa，流量 400－500m3用1备。 c.溶出装置:2组。采用法铝技术，6级套管预热，4级压煮器预热， 新蒸汽间接加热，保温压煮器停留30分钟，10级闪蒸降温。每组配套预热管预热器长度2880m，19台ф2.8x16.8m压煮器，12台ф3.0-5.0x9.7m闪蒸器。2台ф12.5x13.5m溶出后槽，稀释料浆停留4.2小时，产能400－500kt/a. 三车间：赤泥沉降 包括：赤泥分离及洗涤、絮凝剂制备、控制过滤、赤泥贮槽及赤泥泵站、赤泥堆场、热水站 a.赤泥分离及洗涤:2组。采用高效深锥沉降槽技术及设备。每组配 6台ф14x16－18m高效沉降槽，其中分离槽1台，洗涤槽4台，备用槽1台。 b.控制过滤：7台226m2立式叶滤机，其中用6台备1台。 c.赤泥泵站：3台引进的高压隔膜泵，2用1备。
拜耳法生产氧化铝
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 拜耳法生产氧化铝 所谓“拜耳法”系奥地利化学家K·J·Bayer 于1887 年发明的处理优质铝土矿 制取氧化铝的一种方法。拜耳法就是用含有大量游离苛性碱的循环母液处理铝 土矿，溶出其中的氧化铝得到铝酸钠溶液，往铝酸钠溶液中添加氢氧化铝晶 种，经过一定时间的搅拌分解就可以析出氢氧化铝，分解母液经蒸发后用于溶 出下一批铝土矿。拜耳法生产中经常用到苛性比、硅量指数、循环效率、晶 种系数等概念。拜耳法就是用碱溶出铝土矿中的氧化铝。工业上把溶液中以NaAlO2 和NaOH 形式存在的Na2O 叫做苛性碱（记作Na2Ok），以Na2CO3 形式存在的Na2O 叫做碳酸碱（记作Na2Oc），以Na2CO4 形式存在的Na2O 叫做硫酸碱（记作Na2O），所有形态的碱的总和称做全碱（记作Na2Ot）。苛性比就是铝酸钠溶液中的Na2Ok 与Al2O3 的摩尔比，记作αko。美国习惯用铝酸钠溶液中的Al2O3 与Na2Ok 的质量比表示，符号A/N。硅量指数指铝酸钠溶液中的Al2O3 与SiO2 含量的比，符号A/S。循环效率指铝酸钠溶液中的1t Na2O 在一次拜耳法循环中产出的Al2O3 的量（t），用E 表示。它表明碱的利 用率的高低。晶种系数（种子比）指添加晶种氢氧化铝中的Al2O3 数量与分解原液中的Al2O3 数量之比。分解离指分解出氢氧化铝中的Al2O3 数量占精液中所含Al2O3 数量之比。计算式为：η=（1－αa/αm）×100%式中αa，αm-分别表示分解精液和分解母液的苛性比值。拜耳法生产包括四个过程：（1）用 αk=3.4的分解母液溶出铝土矿中的氧化铝，使溶出液的αk=1.6～1.5；（2）稀释溶出液，洗涤分离出精制铝酸溶液（精液）；（3）精液加晶种分解；（4） 分解母液蒸发浓缩至苛性碱的浓度达到溶出要求（230～280g/L）。拜耳法生产 氧化铝的工艺流程如图1 所示。图1 拜耳法生产氧化铝的工艺流程铝土矿的溶出是拜耳法的关键工序。铝土矿中的三水铝石在140℃就很快地溶入苛性碱
活性氧化铝的制备及除氟性能研究
活性氧化铝的制备及除氟性能研究 时海平1，王东田1，2，田美玲1 （1.苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏苏州215011；2.苏州科技学院化学与生物学院，江苏苏州215009） 摘要：采用溶胶-凝胶法制备出多孔活性氧化铝，采用XRD 表征手段对其和参比成品活性氧化铝的晶相进行分析。XRD 测定表明实验条件下制得的活性氧化铝为非晶态的γ-Al 2O 3，成品活性氧化铝为结晶完整的γ-Al 2O 3。用静态吸附法比较了制备的活性氧化铝、成品氧化铝对氟离子的吸附性能，结果表明：实验制得的活性氧化铝对氟离子的吸附性能较好。 关键词：溶胶-凝胶法；活性氧化铝；晶相；吸附 中图分类号：O643文献标识码：A 文章编号：1672-0679（2010）03-0023-04 氟是人体必需的微量元素，适量的氟能增加骨骼的坚固性，有一定的防治龋齿病的功效[1]。但过量摄入会引起慢性氟中毒，引发氟斑牙与氟骨症等[1，2]。目前去除水体中的氟主要有两种方法[3～6]：化学沉淀法与吸附法。吸附法是除氟的重要方法，除氟效果十分显著。白色颗粒状活性氧化铝是目前广泛应用的除氟吸附剂，其孔隙结构发达、比表面积较大、吸附容量大且化学稳定性好。 溶胶-凝胶技术能够通过低温化学手段在微观层次上裁剪和控制材料的显微结构，使材料的均匀性达到亚微米级、纳米级甚至分子级的水平[7]，因此近年来在合成陶瓷、氧化物涂层、高温超导材料、复杂氧化物材料等方面取得了广泛的应用。目前国内外主要以醇铝水解制备大孔体积、低密度γ-Al 2O 3，该法环境污染小，产品纯度高，物化性能好，但成本较高；且通过溶胶-凝胶法所制取的活性氧化铝以薄膜及纳米级的分体为主，应用于催化剂及载体上较多，对于通过溶胶-凝胶法制取中孔的氧化铝颗粒适用于除氟方面的较为少见。本文以分析纯AlCl 3·6H 2O 为原料，通过溶胶-凝胶法制备了勃姆石（γ-AlOOH ）的铝凝胶，通过干燥、煅烧制备了γ-Al 2O 3的粉体；通过浸渍法制备了γ-Al 2O 3的薄膜；并应用XRD 现代分析技术对所制得的粉体的晶相进行表征；同时对制备出来的活性氧化铝进行除氟性能研究。 1实验材料与方法 1.1材料与仪器 分析纯氯化铝（AlCl 3·6H 2O ）、分析纯氨水（NH 3·H 2O ）、分析纯盐酸（HCl ），实验所用水为去离子水。参比活性氧化铝为苏州宏鹏吸附剂厂生产的球形活性氧化铝，其各项物理指标如表1所示（厂家提供）。D8-FO -CUS XRD 衍射仪（德国BRUCKER 公司） 1.2勃姆石γ-AlOOH 凝胶的配制 以AlCl 3·6H 2O 为原料，在高速搅拌下将一定量的NH 3·H 2O 逐步滴加到不同浓度的AlCl 3·6H 2O 溶液中，形成γ-AlOOH 沉 淀凝胶，将一部分沉淀凝胶在一定温度下再加入一定浓度的 HCl 作为胶溶剂在高速搅拌作用下回溶，使之形成透明、稳定的 勃姆石γ-AlOOH 水溶胶。 1.3γ-Al 2O 3粉末的制备 将制得的γ-AlOOH 沉淀凝胶和γ-AlOOH 水溶胶置于烘 —————————————————— —[收稿日期]2010-03-25 [作者简介]时海平（1983-），女，江苏连云港人，硕士研究生。 第23卷 第3期苏州科技学院学报（工程技术版）Vol．23No．32010年9月Journal of Suzhou University of Science and Technology （Engineering and Technology ） Sep ．20 10
氧化铝的生产工艺流程
氧化铝的生产工艺流程 从矿石提取氧化铝有多种方法，例如:拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法等。拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法，其产量约占全世界氧化铝总产量的95％左右。70年代以来，对酸法的研究已有较大进展，但尚未在工业上应用。 拜耳法 系奥地利拜耳（K.J.Bayer）于1888年发明。其原理是用苛性钠（NaOH）溶液加温溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠溶液。溶液与残渣（赤泥）分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种,经长时间搅拌,铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净,并在950～1200℃温度下煅烧，便得氧化铝成品。析出氢氧化铝后的溶液称为母液，蒸发浓缩后循环使用。 拜耳法的简要化学反应如下： 由于三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石的结晶构造不同,它们在苛性钠溶液中的溶解性能有很大差异,所以要提供不同的溶出条件，主要是不同的溶出温度。三水铝石型铝土矿可在125～140℃下溶出，一水硬铝石型铝土矿则要在240～260℃并添加石灰（3～7％）的条件下溶出。 现代拜耳法的主要进展在于：①设备的大型化和连续操作；②生产过程的自动化；③节省能量，例如高压强化溶出和流态化焙烧；④生产砂状氧化铝以满足铝电解和烟气干式净化的需要。拜耳法的工艺流程见图1。 拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较低，最低者每吨氧化铝的能耗仅3×106千卡左右，碱耗一般为100公斤左右（以Na2CO3计）。 拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量，主要是矿石中的SiO2含量，通常以矿石的铝硅比，即矿石中的Al2O3与SiO2含量的重量比来表示。因为在拜耳法的溶出过程中，SiO2转变成方钠石型的水合铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O)，随同赤泥排出。矿石中每公斤SiO2大约要造成1公斤Al2O3和0.8公斤NaOH的损失。铝土矿的铝硅比越低，拜耳法的经济效果越差。直到70年代后期，拜耳法所处理的铝土矿的铝硅比均大于7～8。由于高品位三水铝石型铝土矿资源逐渐减少，如何利用其他类型的低品位铝矿资源和节能新工艺等问题，已是研究、开发的重要方向。 碱石灰烧结法 适用于处理高硅的铝土矿，将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料，在回转窑内烧结成由铝酸钠(Na2O·Al2O3)、铁酸钠(Na2O·Fe2O3、原硅酸钙（2CaO·SiO2）和钛酸钠（CaO·TiO2组成的熟料。然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠。此时铁酸钠水解得到的NaOH也进入溶液。如果溶出条件控制适当，原硅酸钙就不会大量地与铝酸钠溶液发生反应，而与钛酸钙、Fe2O3·H2O 等组成赤泥排出。溶出熟料得到的铝酸钠溶液经过专门的脱硅过程，SiO2O形成水合铝硅酸钠(称为钠硅渣)或水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6－2x)H2O沉淀(其中x≈0.1),而使溶液提纯。把CO2气体通入精制铝酸钠溶液，和加入晶种搅拌，得到氢氧化铝沉淀物和主要成分是碳酸钠的母液。氢氧化铝经煅烧成为氧化铝成品。水化石榴石中的Al2O3可以再用含Na2CO3母液提取回收。
催化剂载体-活性氧化铝的制备实验
催化剂载体-活性氧化铝的制备实验 一、实验目的 1、通过铝盐与碱性沉淀剂的沉淀反应，掌握氧化铝催化剂和催化剂载体的制备过程。 2、了解制备氧化铝水合物的技术和原理。 3、掌握活性氧化铝的成型方法。 二、实验内容 1、通过铝盐与碱性沉淀剂反应，制备氧化铝催化剂。 三、实验原理 催化剂或催化剂载体用的氧化铝，在物性和结构方面都有一定要求。最基本的是比表面积、孔结构、晶体结构等。例如，重整催化剂是将贵重金属铂、 铼载在γ—Al 2O 3 或η—Al 2 O 3 上。氧化铝的结构对反应活性影响极大，载于其 他形态的氧化铝上，其活性是很低的，如烃类脱氢催化剂，若将Cr—K载在γ—Al2O3或η—Al2O3上，活性较好，而载在其他形态氧化铝上，活性很差。这说明它不仅起载体作用，而且也起到了活性组分的作用，因此，也称这种 氧化铝为活性氧化铝。α—Al 2O 3 在反应中是惰性物质，只能作载体使用。制 备活性氧化铝的方法不同，得到的产品结构亦不相同，其活性的差异颇大，因此制备中应严格掌握每一步骤的条件，不应混入杂质，尽管制备方法和路线很多，但无论哪种路线都必须制成氧化铝水合物（氢氧化铝），再经高温脱水生成氧化铝。自然界存在的氧化铝或氢氧化铝脱水生成的氧化铝，不能作载体或催化剂使用，这不仅因杂质多，主要是难以得到所要求的结构和催化 活性。为此，必须经过重新处理，可见制备氧化铝水合物是制活性Al 2O 3 的基 础。 氧化铝水合物经X射线分析，可知有多种形态，通常分为结晶态和非结晶态。结晶态中有一水和三水化物两类形体；非结晶态则含有无定形和结晶度很低的水化物两种形体，它们都是凝胶态。可总括为下述表达形式：