氧化鋁生產工藝研究

姜元軍，萬 明

（龍口東海氧化鋁有限公司，山東 煙臺 265710）

隨著工業的發展和人們生活水平的提高，人們對環保的要求越來越高，鋁產業在國民經濟中的地位也愈發重要。鋁生產主要是以煤、鐵、鈦等礦物燃料為原料，經過冶煉加工成品。鋁具有比強度高、塑性好、價格便宜、耐用、抗腐蝕等優點，因而被廣泛應用于航空航天、汽車制造、機械制造業、冶金鑄造業、輕工業以及交通運輸業等行業。

1 氧化鋁生產工藝概述

從化學成分來看，氧化鋁主要是以化合物的形式存在的一種金屬氧化物，它是以鋁的形態在一定條件下，通過氧化還原反應，形成了具有特殊結構的氧化鐵的合金粉末。從氧化鋁的制備方法上看，目前常用的工藝有：機械法、氣相沉積法、熔融共沉淀法和燒結爐等。其中，氣相沉積法是最簡單的工藝技術，其特點在于用氣流將原件中的原件吹到熔融狀態的爐內，使其成為連續的等離子體(或氣體)，然后利用氣液混合的方式來進行冶金，最后再經過燒結處理，得到最終的產品。這種工藝的優點為：設備投資少，操作簡便，能耗低，生產效率高，可獲得較高的經濟效益。但是由于該工藝的實際生產過程中，空氣會被污染，而且對環境也有很大的影響。如此一來，就對環境保護的要求很高，同時也增加了成本。

將鋁渣中的氧化鐵和氫氧化鈉在高溫下進行一系列的反應生成氧化鋁，然后再利用堿液將其轉化為碳酸鹽，最后再通過堿液處理的方法來得到碳酸鈉。前處理的目的是為了防止鐵離子與氧原子的結合而使其失去活性，從而影響后續工序的生產效率。前處理的主要作用是除去由于還原劑的化學性質而引起的副產物，所以要對被氧化的物質進行人工除雜。通過對鋁廠的工藝進行的分析和研究，可以知道，在一定的條件下，采用高錳酸鉀氧化鋁制備的氧化鋁具有高硬度、低密度的特性；而在生產過程中，如果選用堿液法或堿液法，則會產生大量的廢水，會對環境造成嚴重的污染和破壞，而且生產成本較高，不符合經濟的原則；所以，選擇合適的方法來實現高效的氧化鋁的生產工藝是保證企業能夠可持續發展的關鍵因素。目前，我國已經有很多的學者針對如何能使氧化鈦礦選礦選別出的技術方案做了深入的研究與探討，并且也取得了一些不錯的成果：趙曉宇等利用化學漿體的物理性質，將原石石英砂用電除的方式處理，從而獲得了一種新的選別用工藝，這種新的工藝不僅提高了原石的強度、耐磨性，還降低了其使用的費用(如電耗)，減少二次燒損，大大節約資源。所以，在進行生產的時候需要考慮到的影響因素有很多，但是最重要的還是要注意的就是氧化鋁的生產過程中的反應時間，因為它是決定了產品的質量和產量的關鍵所在。

2 氧化鋁生產工藝的現狀和未來發展趨勢

氧化鋁是一種新型的高碳、高效的金屬材料，它具有高強度、低導電率和良好的耐腐蝕性能，在工業上被廣泛應用于電子電器、汽車制造等領域。目前，我國氧化鋁的生產工藝主要有：機械法制備氧化鋁的傳統方法；化學還原法；電滲析法；電解液共沉積法。其中最常用的是以石灰石為原料的氧化鈦的生產工藝。由于這種技術的可控性較好，所以在國內已經得到了推廣應用，但是其缺點也很明顯，就是成本較高，而且產品的純度不高，沒有實現產業化。通過對鋁廠的工藝進行的分析和研究，可以知道，在一定的條件下，采用高錳酸鉀氧化鋁制備的氧化鋁具有高硬度、低密度的特性；而在生產過程中，如果選用堿液法或堿液法，則會產生大量的廢水，會對環境造成嚴重的污染和破壞，而且生產成本較高，不符合經濟的原則；所以，選擇合適的工藝，可以提高制備效率，降低環境污染。目前人們對環保的要求越來越強烈，而氧化鋁作為新的高科技材料，它不僅能滿足社會的需求還能節約資源，符合國家的可持續發展戰略。因此如何既節能又減排的同時，提高企業的效益成為了重中之重的問題。

3 氧化鋁生產工藝的設計

氧化鋁的生產過程主要是以氧化鋁為主要原料，以氫氧化鎂為輔助材料，經過高溫的煅燒作用而形成高純度的氧化鋁。在整個制備的工藝流程中，首先是將一定量的堿和氧化劑充分混合，然后再加入到燒杯中，最后用真空蒸化爐對其進行焙燒，使其溫度達到預定的標準值，從而得到高純度的氧化鋁。在這個過程中，可以通過控制反應時間、酸堿度和助熔劑的含量來實現對產品的有效保護。在這一系列的操作當中，需要注意的一點就是要保證反應的順利完成，因為這關系到后續的工序是否能夠正常的運行下去。所以必須嚴格的按照相關的規定執行。同時還應該避免發生不必要的事故或者是人為的破壞現象。

（1）原料選擇與過程。氧化鋁是以鐵和鋁的氧化物為主要原料，經過高溫的氧化、熔融的過程制成的一種新型的高強度材料。其生產的基本工藝流程包括：焙燒、熔化、熔煉和冷卻。在焙燒的基礎上，通過加熱爐內的空氣并使之進行氧化，然后再將其轉化成金屬。在此過程中，將鋁石進行破碎，然后將其中的鐵礦石和堿土金屬鐵鹽按照一定的比例混合，在加入適量的水作為電解質溶液，在這過程中，鐵礦石中的堿土礦和堿土礦可以相互轉化，生成冶金渣，再通過一系列的工序得到的冶煉后的半成品。

將鋁石進行破碎后，通過磁力攪拌機的磁力作用，將石料中的石渣向鐵心鐵心母料中燒結，在燒結的過程中，鐵礦石的水分被吸收，使其含水率降低，從而使其含硅量增加，在一定程度上可以提高產品的質量和品質。在燒成的過程中會產生大量的熱并且伴隨著有害氣體，所以我們需要控制好原料的溫度和酸堿度，這樣才能保證生產出的鋁具有良好的穩定性和可靠性。對于不同的原料應該采用不一樣的處理方法，例如：有的原料會被氧化，有的是由于是可再生的資源而被丟棄，還有-些會經過特殊的加工方式而變成廢品。這些都對環境造成了很大的影響；另外，如果是可再生的就盡量不要使用，因為一旦這種材料的回收再利用，對自然環境的破壞將會非常嚴重。因此為了減少對生態環境的污染以及保護生態平衡，就必須選擇一種既能滿足生產要求，又能經濟效益的原料來作為生產的首選條件。對于原料的選擇，在生產過程中，需要考慮到原材料的價格、使用量等因素，因此要根據實際的情況來確定合適的原料種類。輔料的選用：在生產的時候，為了能夠提高物料的利用率，可以采用不同的輔料，這樣不僅能滿足所需的需求量，還能減少成本。反應時間的長短：化學反應的進行必須要以一定的速率為前提，但是由于反應物的濃度、溫度等條件的差異會導致反應速度的不穩定，所以要對反應的時間做出相應的調整；同時，還應該注意催化劑的活性以及消耗的多少也是一個重要的參數；另外，還要對反應的環境作出分析，比如氧氣的氧化程度，還有二氧化碳的含量等等。

（2）氧化鋁生產過程控制。在進行生產時，需要將鋁的氧化過程和鋁的還原階段同時完成，這樣才能保證整個工藝的正常運行。在這個過程中，鐵和水的消耗量是比較高的；而鐵的耗能比鐵的耗能低得多。但是如果采用投料的方式來處理，就會導致投料量的增加；而且投料的時候還會造成爐內的熱量損失。因此如何合理的選擇燒結劑、提高燒結劑的質量是制備高質量的燒結坯的關鍵所在。為了能夠使產品的品質得到有效的保障以及延長其的使用壽命，必須要嚴格的控制好反應的時間、溫度等條件。所以說，生產工藝的好壞，對成品的性，能指標有很大的影響作用。工藝控制的目的是通過各種手段來達到生產的要求和指標，從而保證產品的質量和產量。工藝控制的方法有很多，主要包括：①氧化鋁生產過程的溫度控制在整個氧化鋁生產工藝的運行過程中，我們可以知道，在一定的時間內，隨著外界條件的變化，而發生變化的情況下，氧化鋁的溫度也會發生改變，因此對其的影響是非常重要的；同時，也會對最終的產品質量產生直接的作用和間接的影響；所以，對于不同的氧化鋁的反應環境，其溫度的高低是不一樣的；而且，當氧化鋁的反應環境的差異性較大時，它所對應的溫度就會有很大的差別了。②氧化鈦的濃度由于鈦的熔點高，它所需要的氧氣量比較少，因而在高溫的時候容易失活，但是如果高于這個值，則又可能導致鈦的燒結，從而造成了損失。而當鈦的含量過高時，就極易引起燒結，使其壽命減少，甚至有的還會出現報廢現象。

（3）氧化鋁生產工藝的選擇。在進行生產的過程中，需要對原料的組成和工藝流程的參數等因素加以控制，從而達到提高經濟效益的目的；同時，還可以通過改變生產設備的型號、結構等來調節工藝流程的運行狀況，使其能夠符合工業生產的實際需求。在生產的過程中，影響產品質量的主要原因有以下幾個方面：①反應機理的選擇：由于不同的反應原理的適用條件是不一樣的；②物料平衡：當反應物的量比一定時，會產生較大的熱量而導致生成的產物比較多，所以說，要想獲得較高的成品率，必須選用合適的催化劑來滿足要求。③操作方法：當采用的工藝步驟和操作方式的不同時，所需的時間也就不相同，因此在設計的時候要充分考慮到該工序的具體情況，以便于縮短該工藝的整個周期。①將鋁粉加入到燒結爐中，將其放在鼓風機中，在鼓風機的作用下，把空氣抽出，再經過加熱爐的高溫處理，使其溫度保持在50℃左右，最后把熱氣流的速度控制好，使物料能夠均勻混合，然后用手輕輕地將燒結原料裝入容器內，用手輕地擦拭器皿，再用干凈的水對表面進行沖洗，沖洗的時候要注意不要污染環境，以免對周圍的植物造成破壞。②稱取一定量的樣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，并使用真空抽濾器反復多次，直至水分完全除去，之后把烘干箱的濕度調到合適的范圍內，讓其自然透氣，待儀器的冷熱循環后，取出燒結的產品備用。③所稱取的鋁粉，其中含有的雜質是比較多的物質和一些微量的金屬離子，為了防止氧化，需要采用連續的過濾工序，這樣才能保證最終的質量合格。

4 結語

本課題主要研究了鋁的氧化過程，通過對鋁的氧化過程的研究，來分析影響生產效率的因素以及對生產的影響程度。在進行實驗時，首先要選擇合適的氧化劑種類和使用量，然后再根據實驗要求確定最佳的反應條件。在這之后，要按照制備的工藝流程一步一步的操作來完成。