鋁土礦化學加工
正文
鋁土礦是冶金工業、無機鹽工業的重要原料，用化學方法可將鋁土礦加工成一系列的鋁化合物。已發現的含鋁礦物約有250種，（其中矽鋁酸鹽礦約占40％）,工業價值最大的是鋁土礦,主要成分是氧化鋁,還含有二氧化矽、氧化鐵、水等。鋁土礦有一水硬鋁石(α-Al2O3·H2O)、一水軟鋁石(γ-Al2O3·H2O)和三水鋁石(Al2O3·3H2O)等類型。世界鋁土礦儲量超過20Gt,澳大利亞、幾內亞、巴西、印度、牙買加和喀麥隆的儲量占世界總儲量的3/4以上。中國的鋁土礦儲量也十分豐富,而且品位高。鋁土礦主要開採國有澳大利亞、幾內亞、牙買加、巴西、蘇利南、南斯拉夫、希臘、蓋亞那、印度、法國、美國等。1981年，世界開採量為77.5Mt。加工方法 鋁土礦的加工方法主要有酸法、鹼法和氯化法。酸法主要用來製取相應酸的鋁鹽（主要是硫酸鋁），鹼法主要用來製取氫氧化鋁，從氧化鋁、氫氧化鋁可進一步加工成各種鋁化合物和金屬鋁（見圖）。
鋁土礦化學加工Al2O3+3H2SO4─→Al2(SO4)3+3H2O
將酸解漿液放入沉降槽中進行固液分離，再經濃縮熔融，得到含18個分子結晶水的固體硫酸鋁。如將熔融的硫酸鋁流入結片機則得片狀硫酸鋁。②加壓酸解法：與焙燒酸解法的區別在於鋁土礦粉無需進行焙燒，直接裝入帶攪拌的、壓力為0.3MPa左右的加壓釜中,反應6～8h，漿液送入沉降槽。加壓酸解法能耗低、工藝簡單，被廣泛採用。為了製取適於造紙用的無鐵硫酸鋁，可採用無鐵氫氧化鋁原料或用萃取法除鐵。鹼法 鹼法分為加壓鹼解法、燒結法和聯合法等多種。
①加壓鹼解法（或稱拜耳法）：用來製取氫氧化鋁。該法要求鋁土礦中氧化鋁含量大於40％，二氧化矽小於5％,通常Al2O3:SiO2≥7～8。將鋁土礦粉加入壓力釜中與燒鹼液反應，生成偏鋁酸鈉，反應式為：
Al2O3+2NaOH─→2NaAlO2+H2O
原料為三水鋁石型時，反應溫度為120～140℃，原料為一水硬鋁石型時，反應溫度為240～260℃，以獲得較高的轉化率。若鋁土礦中含有少量的二氧化矽，則需加入少量石灰以減少鹼的消耗。將生成的偏鋁酸鈉與殘渣分離，進一步精製，將精製後的偏鋁酸鈉液加酸水解即可得到氫氧化鋁。此法工藝簡單、投資少、成本低、產品質量好，是廣泛採用的方法，但礦石的適應性稍差，特別是含矽量高的礦石難以加工。②燒結法: 可將含矽量高的鋁土礦加工成偏鋁酸鈉。將鋁土礦粉與純鹼、石灰石混合後在迴轉窯內焙燒，使鋁土礦中的氧化鋁與純鹼反應生成偏鋁酸鈉，加入的石灰石與二氧化矽生成矽酸鈣,以減少鈉的損失,反應式為：
Al2O3+Na2CO3─→2NaAlO2+CO2
SiO2+CaCO3─→CaSiO3+CO2
經浸取、過濾、洗滌得偏鋁酸鈉溶液，進一步加工的方法與鹼解法相同。③聯合法: 將加壓鹼解法與燒結法並聯、串聯或混聯來加工鋁土礦，以使工藝更為合理。
氯化法 用以製備無水三氯化鋁，此法對鋁土礦的質量要求高，礦中矽、鐵的含量越低越好。將鋁土礦粉焙燒後與高質煤混合，加入粘結劑造粒、乾燥，在氯化塔中於850～950℃下，通入氯氣和空氣進行氯化，反應式為：
Al2O3+3C+3Cl2─→2AlCl3+3CO
氯化塔用固定床或沸騰床。氯化鋁呈氣態逸出，其中夾有少量雜質，經冷卻、精製可得無水三氯化鋁。產品用途 硫酸鋁、氧化鋁、三氯化鋁是鋁化合物中的重要產品。①硫酸鋁是優良的水處理劑、淨化劑，大約有一半以上的硫酸鋁產品用作造紙工業的水處理劑。還可用作白色皮革的鞣劑、雨衣的上漿劑、醫藥的收斂劑、油脂的澄清劑、防火材料、石油精製的除臭脫色劑，在化學工業中用於製造催化劑等。②聚氯化鋁是優良的絮凝劑、水處理劑。③硫酸鋁鉀（鉀明礬即明礬）、硫酸鋁銨（銨明礬）是重要的淨水劑，硫酸鋁鉀還可用作造紙的上漿劑、印染的媒染劑和醫藥。④矽酸鋁、硝酸鋁、碘化鋁均可作化學工業的催化劑，矽酸鋁還可作塗料的填料。⑤磷酸二氫鋁是耐火材料的膠粘劑，電氣絕緣材料等。⑥偏磷酸鋁用作高溫絕緣粘合劑、釉藥和用來制特種玻璃。⑦氫氧化鋁是製造其他鋁化合物的原料，還可作醫藥。
