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耐火原料-氧化铝的资源储存及2021年产量情况

发布时间:2022-08-18 01:52   来源:火狐体育中国 作者:火狐体育新闻

  氧化铝(Al₂O₃)在自然界中储量丰富。大部分Al₂O₃是以氢氧化物的形式存在于铝矾土(Bauxite)与红土(Laterite)中。通常可以把Al₂O₃含量大于94.5%的原料划归为氧化铝质耐火原料《按照国内耐火材料行业习惯,工业氧化铝、煅烧氧化铝、烧结刚玉、电熔刚玉等属于此类原料,国际上通称它们为氧化铝(Alumina),用于耐火材料的有煅烧氧化铝(Calcinedalumina)、活性氧化铝(Activatedalumina)、板状氧化铝(Tabularalumina)和熔融氧化铝(Fusedalumina)等。氧化铝是重要的陶瓷和耐火原料。

  由于氧化铝的两属性,因而既可以用碱性溶液,也可以用酸性溶液使铝矾土中的氧化铝溶出。Al₂O₃的生产方法大致可分为碱法、酸法、酸碱联合法和热法等。但工业上得到应用的只有碱法。碱法是用碱(工业烧碱或纯碱Na2CO3)处理铝矾土,使矿石中的氧化铝转变为铝酸钠溶液,铁、钛等杂质和绝大部分的硅成为不溶性化合物进入残渣(赤泥)。净化后的铝酸钠溶液可分解析出氢氧化铝。

  碱法生产氧化铝又有拜尔法(Bayerprocess)、碱石灰烧结法和拜耳-烧结联合法等多种流程,用于适应不同种类的铝矾土矿石类型。

  工业氢氧化铝或氧化铝在1200-1700℃下焙烧制得α-氧化铝,其结晶化程度由煅烧温度、煅烧时间、保温时间、添加剂含量等共同决定,烧制方法是由拜耳法改进而来。烧成的原料具有化学稳定性好、耐高温与耐磨等优良特性,广泛应用于机械设备、电子、高温陶瓷等方面。烧制的设备一般是回转窑、隧道窑、梭式窑、倒焰窑。

  活性氧化铝的制备方法是将拜耳法生产的工业氢氧化铝在250-400℃条件下加热脱水制得,但杂质含量较高,孔容、孔径难以改善。另一种方法是通过中和铝盐或铝酸钠溶液或由醇铝分解获得铝胶、拟薄水铝石或者一水软铝石,然后在400-600℃活化而制得, 活性氧化铝的制备方法主要有有机醇铝水解法、酸法和碱法。

  α-Al₂O₃也叫高温氧化铝、煅烧氧化铝,晶型为三方晶系,相对分子质量为101.96。α-Al₂O₃物理化学性质稳定,白色粉末、熔点为2050℃,沸点为2980℃,线W/(cm·K)。α-Al₂O₃具有比表面积小、粒度均匀、易于分散、硬度大(莫氏硬度为9.0)、吸水率低(≤2.5%)、绝缘性能好、机械强度高、耐磨和耐热冲击性能强,以及不溶于水,微溶于酸、碱,易烧结和耐腐蚀等优良性能。

  Naβ-氧化铝是由5%(质量分数)Na2O和95%(质量分数)Al₂O₃组成的化合物Na2O·11Al₂O₃。其晶粒尺寸小且分布均匀,熔点约为2000℃,折射率ε占为1.635~1.650,体积密度为3.25g/cm3,气孔率低(烧结度97%),机械强度高,耐热冲击性能好,晶界阻力小[α轴膨胀系数约为5.7×10-6、c轴膨胀胀系数约为7.7×10-6],离子电导率高(300℃时电阻率为35Ω·cm)。

  活性氧化铝主要呈γ、ρ等晶型,是高分散度、多孔性的固体物料,属于过渡形态的氧化铝。具有很大的比表面积和孔容量。吸附性能好,表面呈酸性。且热稳定性优良,同时具有高的机械强度与耐热性、较强的抗烧结能力,比表面积为250~350 m2/g。多用于吸附和催化两个领域。活性氧化铝可以作为氧化铝球,用作吸附剂。做为催化剂和催化剂载体,主要用于橡胶、石油化工领域。ρ-Al₂O₃用于耐火材料结合剂,尤其是无水泥浇注料,还可以做为活性氧化铝及其他催化剂的粘结剂。

  板状氧化铝国内也称板状刚玉,是一种纯净的、不添加如MgO、B2O3等任何添加剂而烧成收缩彻底的烧结氧化铝,具有结晶粗大、发育良好的α-Al₂O₃晶体结构。板状氧化铝具有以下特殊性能:①熔点高,约2040℃;②晶粒硬度大,莫氏硬度9,努谱硬度(Knoop)2000;③耐化学侵蚀,除氢氟酸和磷酸外,大多数碱与矿物酸对板状氧化铝不起作用;④由于其不存在显微裂纹和大的内部气孔,其强度较高;同时,受热冲击时其强度下降不多,因而热震稳定性较好;⑤高导热性和高电阻率,在高频与高温下具有良好的电性能。

  纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围(1nm—100nm)或由他们作为基本单元构成的材料。纳米材料具有表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应特性,具有一般材料所没有的优良特性,纳米材料广阔的应用前景引起了世界的广泛关注。纳米氧化铝呈球形,粒度分布均匀,易烧结,在热、电、催化方面显示广阔的应用前景。纳米氧化铝的制备方法主要有气相法、液相法和固相法,具体有铵明矾热解法、溶胶一凝胶法、化学气相沉积法等。

  拜耳法生产氧化铝的流程,第一步是对原矿的预处理,多数情况下指的就是对原矿进行预热处理。再来是将氧化铝转化为不可溶性的有机酸铝盐,并且对有机酸铝盐提纯。有机酸铝盐的分解和氢氧化铝的有机酸盐。拜耳法生产氧化铝的过程中,会产生氧化物与酸作用生成工业盐。因此,拜耳法主要适用于处理低品位铝矿。

  1)粉煤灰碱法提取氧化铝工艺技术主要有石灰石煅烧法、碱-石灰石煅烧法、预脱硅-碱-石灰石烧结法,这三种方法的主要原理均为粉煤灰中的主要化学成分二氧化硅、氧化铝与价格便宜的石灰石反应,生成较易溶解的铝酸钙和难以溶解的硅酸二钙,达到硅铝分离的目的,然后经过多步分离技术,实现氧化铝的纯化,最终获得可利用的氧化铝。

  2)酸法粉煤灰提取氧化铝,首先用无机酸(HCl、H2SO4、HNO3)处理粉煤灰,制得对应的铝盐溶液,经除杂后蒸发结晶,焙烧后得到氧化铝,相应的酸气经吸收后循环使用。酸法中,硅不参与反应,SiO2在溶出过程中以渣的形式被移除。酸法工艺主要有HCl浸出法和浓硫酸浸出法等。

  近年来全球氧化铝产量快速增长,2020年全球氧化铝产量达134432千吨,较2019年增加了2522千吨,同比增长1.9%。

  从2020与2021年上半年全球氧化铝产量对比数据可以看出,2021年上半年各月度全球氧化铝产量明显高于2020年同期,全球氧化铝市场全面复苏,2021年6月全球氧化铝产量为11695千吨,较2020年同期增加了705千吨。

  随着各国氧化铝生产技术的不断提升,全球氧化铝日均产量增幅明显,2020年全球氧化铝日均产量达367千吨/天,较2019年增加了5.9千吨/天,同比增长1.6%,2021年上半年全球氧化铝日均产量为386.2千吨/天。

  2021年上半年中国氧化铝产量占全球氧化铝总产量的53.73%,占比非常大;大洋洲氧化铝产量占全球氧化铝总产量的15.07%;非洲和亚洲(不包括中国)氧化铝产量占全球氧化铝总产量的9.23%;南美洲氧化铝产量占全球氧化铝总产量的9.08%;西欧氧化铝产量占全球氧化铝总产量的3.99%;东欧和中欧氧化铝产量占全球氧化铝总产量的3.38%;北美氧化铝产量占全球氧化铝总产量的1.84%。

  从国家统计局了解到的数据显示,2021年1-10月份,全国氧化铝产量累计数据达到了6515.3万吨。11月份单月的产量为592.1万吨。

  2021年1-10月中国氧化铝进口主要分布在福建、上海、北京、内蒙古、辽宁、山东、河南、江苏、新疆、浙江、重庆等地。其中,福建、上海、北京氧化铝进口量继续排名进口省份前三位,福建氧化铝进口占比达到23.56%。

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