一種低鈉氧化鋁粉在化學(xué)品氧化鋁生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

曹國楚，馮延磊

(河南能源化工義煤公司義翔鋁業(yè)，河南 三門峽 472435)

一種低鈉氧化鋁粉在化學(xué)品氧化鋁生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

曹國楚，馮延磊

(河南能源化工義煤公司義翔鋁業(yè)，河南 三門峽 472435)

氧化鋁是一種具有多種晶型的氧化物，其中α型氧化鋁具有抗磨損、耐腐蝕、絕緣性好等優(yōu)點(diǎn),在電子陶瓷、耐火材料、磨料磨具等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。國內(nèi)主要采用燧道窯、回轉(zhuǎn)窯并通過添加礦化劑進(jìn)行生產(chǎn),存在能耗高、設(shè)備腐蝕等問題。本文以某廠生產(chǎn)的非冶金級(jí)低鈉氧化鋁為原料,應(yīng)用于化學(xué)品氧化鋁的生產(chǎn)后，通過對(duì)山東、河南地區(qū)非冶金級(jí)氧化鋁下游企業(yè)生產(chǎn)工藝的考察以及市場(chǎng)的調(diào)研，并對(duì)這些企業(yè)以不同氧化鈉含量的氧化鋁為原料所生產(chǎn)的剛玉物理性能指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比，總結(jié)出該廠生產(chǎn)的氧化鋁具有低鈉、低鐵、高白等優(yōu)點(diǎn),是生產(chǎn)板狀剛玉、白剛玉、低鈉高溫α氧化鋁等化學(xué)品氧化鋁用的優(yōu)質(zhì)原料，具有普通冶金級(jí)氧化鋁無法比擬的優(yōu)勢(shì)。

低鈉氧化鋁粉；化學(xué)品氧化鋁；應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在國際上，人們通常把用于電解鋁之外的氧化鋁、氫氧化鋁和部分含鋁化合物稱為非冶金級(jí)氧化鋁。國內(nèi)一般稱為多品種氧化鋁，近幾年沿用歐美等國習(xí)慣改稱化學(xué)品氧化鋁。化學(xué)品氧化鋁品種繁多，分類方法不易，至今尚無統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，中國化學(xué)品氧化鋁主要生產(chǎn)商--中國鋁業(yè)公司將所生產(chǎn)研發(fā)的8大系列、140多個(gè)品種的化學(xué)品氧化鋁按主要化學(xué)成分進(jìn)行了劃分，并被國家發(fā)展和改革委員會(huì)頒布的有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《化學(xué)品氧化鋁分類及命名》(YS/T619-2007)所采用。目前，國內(nèi)化學(xué)品氧化鋁主要用于生產(chǎn)耐火材料、阻燃產(chǎn)品、人造石材、催化劑及其載體、陶瓷、鋁鹽、磨料等，但總的市場(chǎng)用量和比例都較低，僅占氧化鋁總產(chǎn)量的9%左右[1]。

化學(xué)品氧化鋁按成份分為低鈉氧化鋁和β氧化鋁，前者多被加工成低鈉α-氧化鋁，因其具有機(jī)械強(qiáng)度高，抗熱震性好，電氣絕緣性能及絕緣強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于高級(jí)電絕緣體，汽車飛機(jī)上內(nèi)燃機(jī)用的火花塞等領(lǐng)域；按晶型分類主要分為煅燒α-氧化鋁和電熔氧化鋁及活性氧化鋁，前二者主要質(zhì)量特征系α相含量高，具有硬度高、耐高溫，耐磨損、耐腐蝕等性能而廣泛應(yīng)用于耐火材料、磨料磨具等領(lǐng)域。化學(xué)品氧化鋁所含雜質(zhì)中最有害的是氧化鈉，因此在各種產(chǎn)品中對(duì)其中的氧化鈉含量都有嚴(yán)格的規(guī)定。

本文重點(diǎn)就某廠在現(xiàn)有的拜耳法生產(chǎn)氧化鋁設(shè)備基礎(chǔ)上，通過調(diào)整生產(chǎn)工藝控制，并能穩(wěn)定供應(yīng)非冶金級(jí)低鈉氧化鋁(Na2O含量穩(wěn)定0.25%,以下)產(chǎn)品，此產(chǎn)品作為原料應(yīng)用于化學(xué)品生產(chǎn)后， 通過對(duì)山東、河南地區(qū)非 冶金級(jí)氧化鋁下游企業(yè)生產(chǎn)的化學(xué)品氧化鋁(高溫α氧化鋁、板狀剛玉、白剛玉)生產(chǎn)工藝的考察以及市場(chǎng)調(diào)研，對(duì)比了下游企業(yè)以不同氧化鈉含量的氧化鋁粉為原料所生產(chǎn)的產(chǎn)品物理性能指標(biāo)(剛玉行標(biāo)：體積密度≥3.5g/cm 、顯氣孔率≤5.0%、吸水率≤1.5%)，發(fā)現(xiàn)某廠產(chǎn)品具有低鈉、低鐵、高白等優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)板狀剛玉、白剛玉、低鈉高溫α氧化鋁等化學(xué)品氧化鋁用的優(yōu)質(zhì)原料，具有普通冶金級(jí)氧化鋁無法比擬的優(yōu)勢(shì)。

1 雜質(zhì)氧化鈉對(duì)化學(xué)品氧化鋁性能的危害

1.1 電熔白剛玉

電熔白剛玉是一種高檔耐火原材料，主晶相為α- Al2O3，色澤潔白。具有體積密度大、氣孔率低、體積穩(wěn)定性和抗熱震性好等特點(diǎn)。適用于大型鑄鋼件，特別是合金鑄件型、芯面砂、涂料和熔模鑄造的制殼材料，同時(shí)可作為淬火鋼、合金鋼等半精磨、精磨磨料。

電熔白剛玉一般以工業(yè)氧化鋁粉為原料，在電弧爐中熔融后冷卻再結(jié)晶而成的白色熔塊，主要化學(xué)成分為Al2O3，含量在99%以上，雜質(zhì)含量很少。其冶煉過程基本上是工業(yè)氧化鋁粉熔化再結(jié)晶的過程，不存在還原過程。而工業(yè)氧化鋁含Al2O398.5%以上，還有少量的Na2O、SiO2、Fe2O3等雜質(zhì)。電熔處理雖有一定凈化提純作用，但還不能將其完全排除。其中Na2O與Al2O3在熔融狀態(tài)中生成β- Al2O3(Na2O·11 Al2O3)，且生成量隨著Na2O含量的增加而增大。由于β- Al2O3的熔點(diǎn)低，密度小，因此熔塊冷卻結(jié)晶時(shí)，偏析于熔塊的上中部，雖然通過碎選可以剔除，但仍會(huì)有少量留在剛玉熔體中，嚴(yán)重影響白剛玉熔塊的耐火性能。因此對(duì)工業(yè)氧化鋁中的Na2O含量必須嚴(yán)格控制。加入石英砂或者氟化鋁(AlF3)等添加劑可以降低白鋼玉中氧化鈉含量，但這又無疑增加了電熔白剛玉的生產(chǎn)成本。

1.2 板狀剛玉

板狀氧化鋁是美國鋁業(yè)公司(ALCOA)研制開發(fā)的。 燒結(jié)板狀剛玉，是一種高純氧化鋁為原料，在不添加任何外加劑的情況下，經(jīng)豎窯 1850℃～1950℃的高溫速燒而成，其主晶相為α-Al2O3。具有高的耐火度、優(yōu)異的抗熱震性、抗蠕變性和抗剝落性。廣泛應(yīng)用于鋼鐵、鑄造、石化、陶瓷、玻璃等行業(yè)的高性能耐火材料中[2]。

目前國內(nèi)生產(chǎn)燒結(jié)板狀剛玉一般都是以拜耳法制備的工業(yè)氧化鋁粉，其 Na2O 的含量在 0.3%以上，導(dǎo)致目前板狀剛玉產(chǎn)品中 Na2O 的含量也在 0.3%～0.4%之間。Na2O 含量的增加，在高溫下會(huì)和α-Al2O3發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn) Na2Oo11Al2O3，導(dǎo)致α-Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3。而β-Al2O3熔點(diǎn)低于α-Al2O3，同時(shí)機(jī)械性能、抗蠕變性、抗剝落性都要差于α-Al2O3。因此，Na2O 含量的增高，會(huì)降低燒結(jié)板狀剛玉的高溫使用性能，如顯氣孔率增加、體積密度減小。

1.3 低鈉高溫α氧化鋁

低鈉高溫α氧化鋁是以工業(yè)氫氧化鋁為主要原料，經(jīng)焙燒脫水、晶型轉(zhuǎn)化而成。高溫氧化鋁具有化學(xué)惰性強(qiáng)、熔點(diǎn)高(2040℃)的性能而較適宜用于耐火注料、耐火材料等領(lǐng)域；具有高溫、高強(qiáng)度、優(yōu)異電絕緣性等性能而適宜用作電子基片、汽車火花塞、刀具等陶瓷制品的原料；而具有好的熱穩(wěn)定性、耐磨性、高硬度等特點(diǎn)而主要于研磨、耐磨的工程機(jī)械件及高鋁陶瓷的原料。

以往生產(chǎn)低鈉高溫氧化鋁的方法一般有以下幾種：①輕燒氫氧化鋁水洗去除堿；②氫氧化鋁或氧化鋁添加礦化劑焙燒除堿；③用無機(jī)酸或鹽去除堿。用這些方法生產(chǎn)低鈉高溫α氧化鋁，不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，還將大幅度提高產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

因此，降低原料氧化鋁粉中雜質(zhì)含量，尤其是Na2O的含量，也是提高化學(xué)品氧化鋁生產(chǎn)質(zhì)量和降低其生產(chǎn)成本的一個(gè)重要技術(shù)手段。

2 不同氧化鈉含量的氧化鋁粉對(duì)剛玉生產(chǎn)產(chǎn)品性能的影響

通過采集山東、河南地區(qū)部分剛玉生產(chǎn)企業(yè)的原料及產(chǎn)品，按照國標(biāo)分別對(duì)其化學(xué)成分、白度及物理性能檢測(cè)結(jié)果，如下表1、2 所示。

2.1 國內(nèi)外不同氧化鋁粉化學(xué)指標(biāo)對(duì)比

國內(nèi)外不同氧化鋁粉化學(xué)指標(biāo)對(duì)比見表1。

表1 國內(nèi)外不同氧化鋁粉化學(xué)指標(biāo)對(duì)比

2.2 國內(nèi)外不同氧化鋁粉對(duì)剛玉物理性能指標(biāo)的影響

國內(nèi)外不同氧化鋁粉對(duì)剛玉物理性能指標(biāo)的影響見表2。

表2 國內(nèi)外不同氧化鋁粉對(duì)剛玉物理性能指標(biāo)的影響

表2(續(xù))

3 結(jié)論

(1)國產(chǎn)某廠低鈉氧化鋁粉在白度遠(yuǎn)優(yōu)于其它粉的前提下易燒出淺黃色制品，有研究者稱系產(chǎn)品中殘留CaO、MgO所致(有待進(jìn)一步研究)，進(jìn)口氧化鋁粉燒出的制品顏色和指標(biāo)均合格但具有價(jià)格昂貴、貨源不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。

(2)以上不同氧化鋁粉生產(chǎn)的板狀剛玉性能完全可以到達(dá)行業(yè)要求的標(biāo)準(zhǔn)值，而以進(jìn)口氧化鋁粉和某廠低鈉氧化鋁粉按一定比例摻配的混合粉，即能生產(chǎn)出顏色美觀的制品，且其產(chǎn)品在物理性能上均要略優(yōu)于國內(nèi)其它氧化鋁粉生產(chǎn)出的制品，從檢測(cè)結(jié)果得到的數(shù)據(jù)來看，筆者認(rèn)為某廠低鈉粉具有對(duì)進(jìn)口粉的可替代性，僅是在外觀成色上稍有不足，用戶觀念的轉(zhuǎn)變尚需要一定時(shí)間。

(3)某廠根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整大戰(zhàn)略發(fā)展思路，經(jīng)充分調(diào)研低鈉市場(chǎng)需求后。在現(xiàn)有拜耳法生產(chǎn)裝備基礎(chǔ)上，通過調(diào)整生產(chǎn)工藝等手段，已衡穩(wěn)生產(chǎn)出了具備低鈉、低鐵、高白等優(yōu)點(diǎn)的非冶金級(jí)低鈉氧化鋁粉，產(chǎn)品銷售并應(yīng)用于下游剛玉企業(yè)后，獲得了良好的市場(chǎng)評(píng)價(jià)，頗受下游客戶的青睞。該產(chǎn)品為企業(yè)贏得了市場(chǎng)的同時(shí)，也創(chuàng)造了不菲的經(jīng)濟(jì)效益，不失為新的市場(chǎng)形勢(shì)和產(chǎn)業(yè)格局下企業(yè)生存發(fā)展的新思路。

[1] 厲衡隆,顧青松，等.《鋁冶煉生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)》[M].北京：冶金工業(yè)出版設(shè)，2011.

[2] 劉解華．板狀氧化鋁的生產(chǎn)、特性及應(yīng)用[J]．耐火材料，1994，28(5)：286-289．

2017-09-25

曹國楚(1984—)，工程師，本科，主要從事氧化鋁生產(chǎn)工藝研究工作，供職于河南能源義煤公司義翔鋁業(yè)。

TQ133.1

A

1008-021X(2017)22-0113-01

(本文文獻(xiàn)格式：曹國楚，馮延磊.一種低鈉氧化鋁粉在化學(xué)品氧化鋁生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[J].山東化工，2017，46(22)：113,120.)