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多品种氧化铝市场前景及产业化

多品种氧化铝市场前景及产业化

多品种氧化铝的市场前景及产业化

——郭万里

面对全球性金融危机,河津市委、市政府根据全市经济社会发展实际,提出了“全党动员谋发展,二次创业铸辉煌”的号召,出台了一系列的政策和措施,优化投资环境,营造创业氛围。全市上下都在积极引资引智,一批批项目在河津落地生根,不少持币待投的企业家正在寻求项目,谋划新的创业宏图。

长期以来,河津市的主导产业一直是“煤、焦、铁、铝”,大多数企业是“产业同型、产品同质、管理同层、理念同宗”,对资源依赖性强,自身竞争力弱。我认为,对一个企业来说,投资重在选项目,经营重在抓管理。河津市推动二次创业和实现经济发展的立足点应该是:创技术高端化产业,谋转型跨越式发展。下面,我给大家介绍一些有关多品种氧化铝的知识及市场前景,作为各位企业家在投资选项目时的参考。

一、多品种氧化铝简述

多品种氧化铝又叫特种氧化铝、非冶金用氧化铝或化学品氧化铝,是氧化铝和氢氧化铝的差异化产品或延伸产品。根据其化学组成、晶型结构、粒度、纯度、硬度、烧结度等的不同,可分为300多个品种。多品种氧化铝的性质差别很大,有的可以像蓝宝石那样的硬,有的却像滑石粉那样软;有的表观密度可超过3200kg/m?,有的却低于3.2kg/m ?;有的是惰性不溶物,有的却可以溶于酸碱,具有显著的活性;有的是流体可像砂子一样过筛,有的却呈粘稠状甚至为触变胶体而不能过滤;有的是晶体结构且晶体直径的变化范围很大,有的却为非晶体;有的具有很高的吸附能力,有的却毫无吸附能力;有的属于活性催化剂,有的则属于惰性物质。但是,不论何种形态的多品种氧化铝,它们的一个共同特点就是,如果在很高温度下长时间被加热,最终都被转化为α﹣氧化铝。多品种氧化铝广泛应用于化学、医药、催化剂、橡胶、塑料、造纸、填充剂、颜料等各个领域。多品种氧化铝的技术含量较高,其产品附加值也较高,随着科学技术的发展和新材料的应用,多品种氧化铝的市场也越来越广阔。

二、多品种氧化铝的分类

(一)多品种氢氧化铝

1.多品种氢氧化铝的分类:

(1) 普通填料氢氧化铝,d50=50μm,70μm;

2)氢氧化铝细粉,d50≤20μm;

3)氢氧化铝微粉(超细氢氧化铝),d50≤1μm;

4)干白氢氧化铝,白度≥93%;

5)高白氢氧化铝(人造玛瑙和人造大理石填料),白度≥95%;

6)低碱(钠)氢氧化铝,Na2O K2O≤0.10%;

7)低铁氢氧化铝,Fe2O3≤0.005%;

8)拟薄水铝石,晶型α?﹣ALOOH为1-2 个结晶水的一水软铝石;

9)氢氧化铝凝胶,晶型AL2O3.nH2O,主相为无定形晶型。

2.多品种氢氧化铝的用途:

1)用作阻燃剂

氢氧化铝是塑料、橡胶和其他有机聚合物及纺织品的一种理想的阻燃填充料。用氢氧化铝作填充料的合成材料聚合物系列有:聚酯、环氧、酚醛、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、丁醛橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶以及高级防火涂料、防火地毯、防火帆布、防火输送带等。因为氢氧化铝为白色粉末,通常条件下其物理性质和化学性质都相对稳定,不吸潮、不变色、无毒无害无气味、粒度可按需要加工生产。当受热温度超过200℃时,氢氧化铝开始吸热分解,放出三个结晶水,温度越高其分解速度越快,从而抑制了聚合物温度的升高,起到了降温、阻燃和消火的作用;

2)用作人造玛瑙石和人造大理石的填料

用氢氧化铝和不饱和聚酯树脂或甲基丙烯酸树脂可生产人造大理石和人造玛瑙装饰材料及洁具。因为氢氧化铝具有和聚酯树脂极为接近的折光系数(1.57),从而使人造产品具有半透明的、令人满意的光亮度,并可添加不同颜色,设计各种花纹图案和规格。该产品还具有档次高、重量轻、无辐射、不脆裂、易切割等特性,目前已得到了广泛的应用;

3)用作造纸填料

氢氧化铝在造纸生产中主要用作表层涂料、填料和生产不燃纸。由于高白超细氢氧化铝具有白度高、粒度细且分布均匀、呈线状晶型等特性,在不降低纸张白度和不透明度的前提下,可替代钛白粉,节约造纸成本,还可提高纸张的光泽度,改善印刷性能;

4)用作牙膏填料

氢氧化铝具有轻度摩擦特性且属于中性物质,填加在牙膏中作摩擦剂可有效去除牙齿上的污物

而对牙龈无损。用作牙膏填料的氢氧化铝的粒度一般为d50≤7?m,附碱须<0.01%;

5)用作制药原料

胃药的主要成分之一是氢氧化铝,氢氧化铝凝胶可中和胃酸,是很好的制胃药的原料;

6)作化工原料

由于氢氧化铝是两性化合物,可在强酸或强碱中快速溶解,因而其成为许多铝盐的生产原料。如硫酸铝和明矾是氢氧化铝与硫酸及其盐类反应的产物,聚合氯化铝是氢氧化铝和盐酸反应的产物,氟化铝是氢氧化铝和氢氟酸反应的产物等,用氢氧化铝(或铝酸钠溶液)作原料,可生产3A、4A、5A、10X、13X分子筛和Y型分子筛。

(二)活性氧化铝

氧化铝共有八种晶型:ρ、χ、κ、η、δ、θ、γ、α。把氢氧化铝在不同的温度条件下加热脱水,就会得到不同晶型的氧化铝,但如果将其在1200℃以上的温度条件下加热焙烧,其他晶型的氧化铝最

终都转化为α-氧化铝。α-氧化铝叫高温氧化铝,也叫惰性氧化铝,其他7种晶型的氧化铝都叫低温氧化铝,也叫活性氧化铝。

氢氧化铝是氧化铝的水合物,在焙烧脱水时,由于焙烧温度、焙烧时间和气相成分等的不同,其相变的机理和具体进程也会出现很大差异。当氢氧化铝在400—600℃温度条件下急剧脱水时,由于水分脱除,其结晶集合发生崩解,晶体表面疏松,形成许多孔道和裂隙,因而也使得比表面积急剧增加。具有合理孔结构、较大孔体积和较高比表面积的氧化铝,就具有了很高的活性,用其制作的催化剂或催化剂载体,可用于香料、碳氢化合物裂化或合成、脱水、氧化、脱氢、加氢、重整、脱硫、脱氯、脱氟等。活性氧化铝还可滚成球或挤成条用作液体和气体的干燥剂、吸湿剂,用于制冷、空气分离干燥、仪表风干燥以及工业流程中微量元素或微量污染物的选择吸附等等。另外,ρ氧化铝粉具有很强的粘结性,是制造耐火材料火泥的原料。

(三)惰性氧化铝

惰性氧化铝也叫高温氧化铝,是氢氧化铝或其他晶型的氧化铝经1200℃左右的高温焙烧而形成的α-晶型的氧化铝。α-氧化铝为金属氧化物,具有良好的物理、化学特性,其分子间内聚力大、致密、结晶完善,能承受各种化学变化。同时,α-氧化铝还具有熔点高(2050℃)、硬度大、绝缘性能好、机械强度高、耐磨性能好、耐热和耐热冲击强度大等优点,因此被广泛用于以下各方面:

1.耐火材料

由于α-氧化铝的熔点高,在高温下具有良好的机械性和耐腐蚀性,因而被用于生产各种耐火材料,如莫来石和氧化铝耐火砖、刚玉耐火砖和刚玉制品,以及不定形耐火浇注料等;

2.高铝质陶瓷

由于α-氧化铝的容积密度大,可形成致密的烧结体,而且耐磨损和机械强度高,所以适用于制作耐磨瓷器,如粉碎研磨用的各种瓷球、喷砂嘴、水刷片等,还由于它的耐热性好,热冲击强度大,适用于制作陶瓷刀具。低钠α-氧化铝因其高温绝缘性能好,适用于制作火花塞及高温用电器的绝缘器、薄膜集成电路基板、标准件等高频绝缘瓷器。α-氧化铝被广泛用于制作建筑陶瓷、工业陶瓷、电子电工陶瓷、卫生洁具和生活陶瓷以及工艺陶瓷,如用α-氧化铝制作的陶瓷砖、陶瓷地板、陶瓷滚棒、陶瓷泵、陶瓷过滤机等等;

3.研磨材料(耐磨材料)

α-氧化铝的硬度高,可用其制做研磨材料、磨削材料和耐磨材料。如可用其作为钢材、有色金属、塑料、木材或木质纤维及各种岩石(包括玉石)制品的研磨和抛光材料,可制做砂轮、车刀等切削工具,可用于复合木地板的表面耐磨层和某些设备或金属制品的表面耐磨层。

(四)高纯超细氧化铝

高纯超细氧化铝是指AL2O3含量﹥99.99%、粒度﹤1μm的氧化铝高纯超微粉,其主要用于透光性

氧化铝烧结体、荧光体载体、高压钠灯、高档理化仪器、人工骨、半导体材料基板(C基板)、录音磁带填充料、高档研磨材料、超级过滤介质、特种陶瓷、刀具、高纯坩埚、绕线轴、轰击靶、炉管、封装材料、单晶材料、人造宝石等;它可提高陶瓷的致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性和抗蠕变性能;它可提高分子产品的耐磨性,用于塑料、橡胶的补强增韧和耐磨、耐高温涂料的填料以及高级化妆品填料;同时,它还在石油化工和化肥工业上用作催化剂和催化剂载体,在激光技术上用作激光钕玻璃原料和红宝石激光材料,在电力工业上用作高级绝缘材料,在航天航空工业上,用作宇航飞机、火箭和人造卫星的表面处理等。随着社会的进步和科学技术的发展,高纯超细氧化铝的应用领域也在不断扩大,市场前景十分看好。

(五)刚玉

自然界天然存在的α-型氧化铝晶体叫刚玉,常因含有不同的杂质而呈现不同的颜色,具有玻璃或金刚光泽,密度在3.9——4.1g/cm3,硬度为8.8。天然刚玉又称宝石,晶体中含有少量氧化铬的为红宝石,含有少量铁和钛杂质的为蓝宝石,含有少量铁和钴杂质的为绿宝石。

自然界的天然刚玉产量很小,多用作装饰品,工业原料所用的刚玉都是人工制造。人造刚玉有电熔刚玉和烧结刚玉两种。主要有以下品种:

1.电熔刚玉

电熔刚玉主要有白刚玉和棕刚玉。

电熔白刚玉是以工业氧化铝为原料,在电弧炉中经2000℃以上高温熔炼而成。它具有白度高、纯度高、硬度高、自锐性优、磨削力强、发热量小、耐腐蚀、耐高温、热稳定性好等特点。它可用于制做高级研磨、抛光材料,用其制做的磨具、可磨削高碳钢和不锈钢;它还广泛用于制做高档耐火材料和精密铸造的模具,用于制做特种陶瓷和军工、电子等高科技材料;用高纯超细氧化铝生产的刚玉还可以做人造宝石。

棕刚玉又称金刚砂,是用铝矾土、无烟煤、铁屑三种原料在电炉中经2000℃以上高温熔炼而制得的,颜色为棕褐色。

棕刚玉具有硬度适中、堆密高、结晶好、线膨胀系数低、韧性好、耐腐蚀等特点,广泛用于喷砂材料、磨料、填料、过滤介质、切割材料、耐火材料、磨具和陶瓷的原料等。

2.烧结刚玉

烧结刚玉是以工业氧化铝或高纯度铝矾土矿为原料,经磨细制成料球或坯体,在1750-1900℃的高温下烧结而成的,它具有体密大、气孔率低、晶粒强度高、在高温下具有极好的抗热震性和抗炉渣侵蚀性,广泛用于制做耐火材料和磨具磨料。

3.板状刚玉

板状刚玉是选用纯度较高的氧化铝粉,先粉磨、成球、干燥,在1850-1950℃高温下煅烧而形成的具有晶粒粗大、发育良好的板片状晶体结构的α-氧化铝,其纯度高、体积稳定性好、重烧收缩率小、抗热震能力强,是一种理想的耐火材料。板状刚玉主要由烧结法生产,也有用电熔法生产的。

(六)铝盐

铝盐指铝的化合物,这里只介绍几种常用的铝盐。

1.硫酸铝

铝的硫酸盐有硫酸铝和聚合硫酸铝、硫酸铝铵(铵矾)、硫酸铝钾(明矾或钾矾),一般用硫酸与氢氧化铝或铝土矿、高岭土、粉煤灰等含铝矿物反应生产。硫酸铝主要用作工业试剂、絮凝剂、水处理剂、造纸等,也用于生产其他含铝化工产品;聚合硫酸铝主要用作地表水的处理;铵矾可用作食品的膨松剂,中和剂和水的沉淀剂;明矾可做中药和发酵粉,也用于造纸、油漆和防水剂。

2.氯化铝

铝的盐酸盐有氯化铝和聚合氯化铝(铝溶胶),一般由盐酸与金属铝、氢氧化铝或含铝矿物反应制得。氯化铝和聚合氯化铝是一种价格低、效果好的净水剂,也可用作造纸施胶、糖液精制、铸造成型、布匹防皱、催化剂载体、粘结剂、医药精制、水泥速凝、化妆品原料等。

3.氟化铝和氟铝酸钠

氟化铝和氟铝酸钠是两种主要的氟化盐。氟化铝主要用作电解炼铝介质的调整剂,其为针状结晶的白色粉末。氟化铝的生产工艺有湿法和干法,因环保的要求,现湿法基本淘汰,广泛采用干法生产。干法生产氟化铝的工艺流程,有德国鲁奇公司的循环流化床工艺、瑞士布斯公司的多层流化床工艺和法国彼斯涅公司的内热炉和外热炉产生HF合成ALF3工艺。干法生产是用萤石和硫酸反应生产硫酸钙(石膏)和HF气体,再用HF气体和脱水后的氢氧化铝反应生成氟化铝。当用磷肥厂副产的氟硅酸生产氟化铝时,可采用奥地利林茨公司的湿法工艺流程,先把符合要求的氟硅酸溶液预热,然后在搅拌槽内与氢氧化铝(或铝矾土料浆)在一定温度下反应,生成氟化铝和二氧化硅(沉淀);也可先用氨水与氟硅酸反应,生成氟化铵和硅胶(沉淀),再用氟化铵水溶液与氢氧化铝在一定的温度压力

下反应,生成氟化铝。

氟铝酸钠(又称冰晶石),是一种络合氟化物,通常为灰白色的结晶状颗粒或粉末,主要用于电解炼铝作溶剂。氟铝酸钠的生产工艺主要有纯碱氟铝酸法,首先用氢氟酸与氢氧化铝反应生成氟铝酸,然后再与纯碱反应合成氟铝酸钠(冰晶石)。

4.其他铝盐

硝酸铝可用作有机合成的催化剂,印染工业的媒染剂,皮革的整理剂等,一般用铝或氢氧化铝与硝酸反应制得。

磷酸铝可用作熏蒸杀虫剂,一般用铝粉和赤磷混合后燃烧制得。

磷酸铝系的分子筛具有较高的离子交换能力和催化活性,用氢氧化铝和磷酸反应制得。

三聚磷酸二氢铝可用作防锈防腐蚀的颜料、吸附剂(除臭剂)、乙烯制乙醇的催化剂,一般用金属铝或氢氧化铝与磷酸反应制得。

超细硅酸铝为无定形超级白色粉末,具有极好的悬浮性和纯白的外观,与其他颜料(钛白粉)配合广泛用于涂料、皮革、印染、油墨、造纸、塑料、橡胶等方面;结晶硅酸铝可做甲醇气相法脱水制二甲醚的催化剂;普通硅酸铝可做保温材料。硅酸铝一般用水玻璃与硫酸铝反应制得。

硼酸铝晶体可用作塑料、金属、陶瓷的补强材料,一般用氧化铝和硼或氧化硼混合,经高温熔触后制得,也可将水蒸气通入到气体状态的氟化铝和氧化硼中,制得硼酸铝晶体。

(七)其他多品种氧化铝及相关延伸产品

氧化铝的其他品种还有碳酸铝、氧化铝纤维、氧化铝薄膜、SB粉等,另外铝镓合金丸、三甲基铝及其他有机铝也是技术含量较高的产品。氧化铝纤维有α-AL2O3单晶纤维、γ-AL2O3长纤维、θ-AL2O3短纤维,其主要用于金属、塑料、橡胶、陶瓷的增强材料、耐火绝热材料和火箭发射弹道的耐火材料、油水乳剂和油水混合物以及胶液的分离过滤材料,也用作烃转化的催化剂载体;SB粉是生产加氢催化剂和其他高档催化剂的原料;铝镓合金丸遇水即强烈反应生成氧化铝和氢气,是未来氢动力汽车较为理想的制氢工艺;三甲基铝用做烯烃聚合催化剂、火箭燃料和制取三甲基镓的原料。

用铝矾土矿可生产耐火材料、水处理絮凝剂、油田压裂支撑剂、棕刚玉和高铝水泥、铝酸钙粉或铝酸钙水泥等,也可用电热法生产铝硅合金。

氧化铝生产的赤泥可用作燃煤电厂的脱硫剂、土壤改良剂,脱钠后可用于生产水泥、墙材、陶粒等,从赤泥中还可提选铁矿粉,提取贵稀金属钪、铋等。

氧化铝生产的中间产品液体铝酸钠和固体铝酸钠(烧结熟料),可用作混凝土速凝剂或用于生产

速凝剂;从氧化铝生产的中间母液中可回收提取镓、钒等贵稀金属。

本文作者郭万里,高级经济师,山西铝厂原副厂长,曾任中国职工教育和培训协会有色金属分会副理事长、山西有色金属行业协会副理事长、中国资源综合利用协会专家委员会委员。先后有4项技术成果荣获中国有色金属行业和山西省科技进步奖,两项获国家专利奖。主持制定了氧化铝制取工艺国家标准和培训教程;倡导兴建了河津市(包括山西铝厂)的“多品种氧化铝”、“粉煤灰综合利用(蒸压砖)”和“FCC催化剂”等项目。

 

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