三氧化二鋁
| 三氧化二鋁 |
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中文名；氧化鋁 英文名；aluminium oxide 別稱；剛玉、礬土、鋁氧 化學式；Al₂O₃ 分子量；101.96 CAS登錄號；1344-28-1 EINECS登錄號；215-691-6 熔點；2054ºC 沸點；2980ºC |
氧化鋁(aluminium oxide)是一種無機物，化學式Al2O3，是一種高硬度的化合物，熔點為2054℃，沸點為2980℃，在高溫下可電離的離子晶體，常用於製造耐火材料。
工業氧化鋁是由鋁礬土（Al2O3·3H2O）和硬水鋁石製備的，對於純度要求高的Al2O3，一般用化學方法製備。Al2O3有許多同質異晶體，已知的有10多種，主要有3種晶型，即α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。其中結構不同性質也不同，在1300℃以上的高溫時幾乎完全轉化為α-Al2O3。[1]
目錄
基本信息
氧化鋁是鋁的穩定氧化物，化學式為Al2O3。在礦業、制陶業和材料科學上又被稱為礬土。
性狀：難溶於水的白色固體，無臭、無味、質極硬，易吸潮而不潮解（灼燒過的不吸濕）。氧化鋁是典型的兩性氧化物（剛玉是α形屬於六方最密堆積，是惰性化合物，微溶於酸鹼耐腐蝕
），能溶於無機酸和鹼性溶液中，幾乎不溶於水及非極性有機溶劑；相對密度(d204）4.0；熔點2050℃。
儲存：密封乾燥保存。
用途：用作分析試劑、有機溶劑的脫水、吸附劑、有機反應催化劑、研磨劑、拋光劑、冶煉鋁的原料、耐火材料。
主要成分
氧化鋁含有元素鋁和氧。若將鋁礬土原料經過化學處理，除去硅、鐵、鈦等的氧化物而製得的產物是純度很高的氧化鋁原料，Al2O3含量一般在99%以上。礦相是由40%～76%的γ- Al2O3和24%～60%的α- Al2O3組成。γ- Al2O3於950～1200℃可轉變為α- Al2O3，同時發生顯著的體積收縮。
化學性質
和酸反應：
Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O
Al2O3 + 6H+ = 2Al3+ + 3H2O
和熔融的鹼反應：
Al2O3 + 2NaOH= 2NaAlO2（偏鋁酸鈉）+ H2O
和鹼溶液反應：
Al2O3+ 2NaOH +3H2O = 2Na[Al(OH)4]（四羥基合鋁酸鈉）
也可以簡寫為：Al2O3+2OH-=2AlO2-（偏鋁酸根離子）+H2O
物理性質
InChI=1/Al.2O/rAlO₂/c2-1-3
分子量：101.96
熔點：2054 ℃
沸點：2980℃
真密度：3.97 g/cm3
松裝密度：0.85 g/mL（325目~0）0.9 g/mL（120目~325目）
晶體結構：三方晶系 (hex)
溶解性：常溫下不溶於水
導電性：常溫狀態下不導電
Al₂O₃是離子晶體
熱化學屬性：
ΔfHθ(l)=1620.57 kJ/mol
ΔfHθ(s)=1675.69 kJ/mol
Sθ(l)= 67.24 J/mol·K（1 bar）
Sθ(s)=50.9 J/mol·K
變體
Al2O3有多種變體，常見的是α，γ型都是白色晶體。
自然界中的剛玉是α型屬於六方最密堆積，熔點，硬度高，不溶於酸鹼耐腐蝕，絕緣性好。
將氫氧化鋁與偏氫氧化鋁或鋁銨礬在723K共熱可得γ型，不溶於水，但吸水性很強，有強吸附能力與催化活性。
β形有離子傳導能力，允許Na+通過。
發展
數據顯示中國是全球最大的氧化鋁生產國，2010年全球氧化鋁產量為5635.50萬噸，中國氧化鋁產量達2895.50萬噸，同比增長20.14%，占全球比重為51.38%。2010年中國氧化鋁表觀消費量達到了3321萬噸，年增長率為14.05%，淨進口426萬噸，鋁土礦進口量達3019萬噸，對外依存度為39.71%，氧化鋁對外依存度達47.26%。
隨着我國電解鋁、陶瓷、醫藥、電子、機械等行業的快速發展，市場對氧化鋁需求量仍有較大的增長空間，氧化鋁產量將會不斷增長。結合2005-2010年中國氧化鋁產量數據，預計2011年中國氧化鋁產量將達到3300萬噸，增長率為14%，2012年將在2011年的基礎上繼續增長，產量將超過3800萬噸。
另外，鑑於中國的在建施工面積按年計持續大幅增長，且由於不斷推行城鎮化，未來鋁業前景非常樂觀。預計2011年中國氧化鋁需求同比增長15%至3819萬噸，2012年氧化鋁需求將達到4200萬噸，同比增長10%。
安全性
質檢指標
水中溶解物，% ≤0.5
硅酸鹽合格
鹼金屬及鹼土金屬，% ≤0.50
重金屬（以Pb計），% ≤0.005
氯化物，% ≤0.01
硫酸鹽，% ≤0.05
灼燒失量，% ≤5.0
鐵，% ≤0.01
工業概況
中國具有較豐富的鋁土礦資源，迄今已探明保守儲量23億噸，位居世界第4，具備發展氧化鋁工業的資源條件。據2004年以來的不完全統計，國內已公布的氧化鋁投資項目達27個，測算總規模達1604.1萬噸。即使不考慮利用國外鋁土礦資源和到海外投資辦廠的項目，總規模也達到2814.1萬噸。2006年底，中鋁公司氧化鋁生產952萬噸，除已公布在建的氧化鋁規模外，全國還有擬建氧化鋁總規模1992萬噸接近國外所有擬建（擴建）氧化鋁項目的總和。氧化鋁工業的迅速發展不同於以往的低水平重複建設，而是上規模、高水平，優化了結構，極大地提升了中國氧化鋁工業整體水平和競爭力。但是，如果這種投資熱繼續無序膨脹，勢必造成產品相對過剩。
中國氧化鋁企業達40多家，已建和在建產能達4350多萬噸/年，其中處理國內鋁土礦的產能為3250萬噸/年。2010年全國氧化鋁產量2896萬噸，是世界第一大氧化鋁生產國。
投資氧化鋁工業的風險性與電解鋁等其他行業在以下方面又有所不同：
工藝技術相對複雜
通常情況下，項目從設計，開工到形成產能需要2～3年時間左右的時間，投入高，風險較高。
市場價格跌宕起伏
而供求雙方的信息不對稱又進一步加劇了氧化鋁價格起伏不定的局勢，進而將影響氧化鋁項目的投資收益。
需要許多技術工人
在項目試車、投產和日後生產組織管理等方面，需要一大批精通氧化鋁工藝技術和具有實踐經驗的老專家和技術工人。
對資源能源的依賴度
隨着國內外資源競爭日趨激烈，適合氧化鋁工業發展的優質資源日漸稀缺，投資氧化鋁工業必須考慮項目的經濟服務年限。
建議
針對氧化鋁工業發展迅速，避免電解鋁行業所出現的無序膨脹問題，有以下5點建議：
控制氧化鋁建設總規模
氧化鋁工業是資源、資金、技術密集型原材料產業，因生產過程中要產生大量的尾礦和赤泥（至今未有較好的處理辦法添加到水泥原料中，產品也只能用於工業），對環境的影響非常大，鋁土礦作為不可再生資源， 其保障程度直接制約着一個地區氧化鋁工業的總量與生存周期。因此，各級政府和有關部門，必須準確把握氧化鋁工業的發展形勢，資源與環境制約狀況和基本規律，按照總量控制的要求，嚴格控制新建氧化鋁項目，堅決制止盲目發展和低水平重複建設，努力實現氧化鋁工業發展與資源充分利用，優化生態環境相統一。
優化氧化鋁工業布局
礦產資源主管部門要對鋁土礦存量資源進行全面核查，推進鋁土礦資源勘查工作，在資源儲量有較大幅度提高的情況下，發展計劃部門視情況增加布點或同意擴大布點內企業的產能規模。對未經同意在規劃布點外擬建氧化鋁項目，省環境保護部門不予安排環保評價，擅自建設的必須停止。未經同意不在規劃布局內建設的氧化鋁項目以及自備電廠，將實行懲罰性電價。
嚴格發展的經濟規模
新建氧化鋁項目必須採用國內研究開發的選礦?D拜耳法工藝並同步建設選礦廠。嚴禁採用燒結法、混聯法等落後工藝的氧化鋁項目上馬。新建氧化鋁項目的單線規模應達到30萬噸以上，單線達不到30萬噸合理經濟規模的氧化鋁項目一律不准建設。已建工藝落後，造成污染的小氧化鋁廠要限期轉產或關閉。
優化資源配置
按照《礦產資源法》，由礦產資源管理部門對鋁土礦資源進行統一管理，未經礦產資源主管部門批准，各地不得自行批准開採鋁土礦。對違規批准和擅自開採鋁土礦的，一經查實，要追究有關人員的責任。加強對礦權設置管理與資源的平衡，優化資源配置。由礦產資源主管部門在對鋁土礦資源進行全面核查，系統分析的基礎上，對鋁土礦資源和礦業權設置進行合理規劃，綜合平衡。布點內企業要根據建設規模及合理的生產周期，在項目建成投產前必須落實滿足5～10年生產需求的鋁土礦資源，並同步建設採用選礦D拜耳法工藝的選礦廠。
選礦拜耳法生產氧化鋁
選礦拜耳法與國內現行的主要生產方法比較，建設投資節省15%～20%，生產成本降低10%，能耗降低 50%。採用選礦拜耳法處理高品位鋁土礦（A/S=10以上）與常規拜耳法廠比較，工藝流程相似，其各項主要生產能耗指標基本相當。因此，採用選礦拜耳法生產氧化鋁，處理中國中等品位一水硬鋁石型鋁土礦生產氧化鋁，經濟效益和社會效益顯著，是解決中國氧化鋁工業發展的重要途徑。
整體看來，2005年中國鋁及其化合物工業發展問題不少。電解鋁行業的投資建設在2004年的宏觀調控中受到了抑制，但鋁工業的投資熱點又轉向了產業鏈的上下游D氧化鋁和鋁加工業。
紅寶石、藍寶石的主成份皆為氧化鋁，因為其它雜質而呈現不同的色澤，藍寶石則含有氧化鐵和氧化鈦而呈藍色。
⒉ 在鋁礦的主成份鐵鋁氧石中，氧化鋁的含量最高。工業上，鐵鋁氧石經由Bayer process純化為氧化鋁，再由Hall-Heroult process轉變為鋁金屬。
⒊ 鋁與空氣中的氧氣反應，生成一層緻密的氧化鋁薄膜覆蓋在暴露於空氣中鋁表面。
⒋ 鋁為電和熱的良導體。氧化鋁的晶體形態因為硬度高，適合用作研磨材料及切割工具。
⒌ 氧化鋁粉末常用作色層分析的媒介物。
⒍ 2004年8月，在美國3M公司任職的科學家開發出以鋁及稀土元素化合成的合金製造出稱為transparent alumina的強化玻璃。
資料：剛玉粉硬度大可用作磨料，拋光粉，高溫燒結的氧化鋁，稱人造剛玉或人造寶石，可制機械軸承或鐘錶中的鑽石。氧化鋁也用作高溫耐火材料，制耐火磚、坩堝、瓷器、人造寶石等，氧化鋁也是煉鋁的原料。煅燒氫氧化鋁可製得γ-。γ-Al₂O₃具有強吸附力和催化活性，可做吸附劑和催化劑。剛玉主要成分α-Al₂O₃。桶狀或錐狀的三方晶體。有玻璃光澤或金剛光澤。密度為3.9～4.1g/cm3，硬度9，熔點2000±15℃。不溶於水，也不溶於酸和鹼。耐高溫。無色透明者稱白玉，含微量三價鉻的顯紅色稱紅寶石；含二價鐵、三價鐵或四價鈦的顯藍色稱藍寶石；含少量四氧化三鐵的顯暗灰色、暗黑色稱剛玉粉。可用做精密儀器的軸承，鐘錶的鑽石、砂輪、拋光劑、耐火材料和電的絕緣體。色彩艷麗的可做裝飾用寶石。人造紅寶石單晶可制激光器的材料。除天然礦產外，可用氫氧焰熔化氫氧化鋁製取。
媒介物
氧化鋁粉末常用作色層分析的媒介物。
製造強化玻璃
資料：剛玉粉硬度大可用作磨料，拋光粉，高溫燒結的氧化鋁，稱人造剛玉或人造寶石，可制機械軸承或鐘錶中的鑽石。氧化鋁也用作高溫耐火材料，制耐火磚、坩堝、瓷器、人造寶石等，氧化鋁也是煉鋁的原料。煅燒氫氧化鋁可製得γ-Al2O3。γ-Al2O3具有強吸附力和催化活性，可做吸附劑和催化劑。剛玉主要成分α-Al2O3。桶狀或錐狀的三方晶體。有玻璃光澤或金剛光澤。密度為3.9～4.1g/cm3，硬度9，熔點2000±15℃。不溶於水，也不溶於酸和鹼。耐高溫。無色透明者稱白玉，含微量三價鉻的顯紅色稱紅寶石；含二價鐵、三價鐵或四價鈦的顯藍色稱藍寶石；含少量四氧化三鐵的顯暗灰色、暗黑色稱剛玉粉。可用做精密儀器的軸承，鐘錶的鑽石、砂輪、拋光劑、耐火材料和電的絕緣體。色彩艷麗的可做裝飾用寶石。人造紅寶石單晶可制激光器的材料。除天然礦產外，可用氫氧焰熔化氫氧化鋁製取。
氧化鋁是金屬鋁在空氣中不易被腐蝕的原因。純淨的金屬鋁極易與空氣中的氧氣反應，生成一層薄的氧化鋁薄膜覆蓋在暴露於空氣中鋁表面。這層氧化鋁薄膜能防止鋁被繼續氧化。氧化物薄膜的厚度和性質都能通過一種稱為陽極處理（陽極防腐）的處理過程得到加強。
鋁土礦
（Al2O3·H₂O和Al2O3·3H₂O）是鋁在自然界存在的主要礦物，將其粉碎後用高溫氫氧化鈉溶液浸漬，獲得偏鋁酸鈉溶液；過濾去掉殘渣，將濾液降溫並加入氫氧化鋁晶體，經長時間攪拌，鋁酸鈉溶液會分解析出氫氧化鋁沉澱；將沉澱分離出來洗淨，再在950-1200℃的溫度下煅燒，就得到α型氧化鋁粉末，母液可循環利用．此法由奧地利科學家拜耳（K．J．Bayer）在1888年發明，時至今日仍是工業生產氧化鋁的主要方法，人稱「拜耳法」．
α型氧化鋁
在α型氧化鋁的晶格中，氧離子為六方緊密堆積，Al3+對稱地分布在氧離子圍成的八面體配位中心，晶格能很大，故熔點、沸點很高．α型氧化鋁不溶於水和酸，工業上也稱鋁氧，是制金屬鋁的基本原料；也用於制各種耐火磚、耐火坩堝、耐火管、耐高溫實驗儀器；還可作研磨劑、阻燃劑、填充料等；高純的α型氧化鋁還是生產人造剛玉、人造紅寶石和藍寶石的原料；還用於生產現代大規模集成電路的板基．
γ型氧化鋁
γ型氧化鋁是氫氧化鋁在140-150℃的低溫環境下脫水製得，工業上也叫活性氧化鋁、鋁膠。其結構中氧離子近似為立方面心緊密堆積，Al3+不規則地分布在由氧離子圍成的八面體和四面體空隙之中。γ型氧化鋁不溶於水，能溶於強酸或強鹼溶液，將它加熱至1200℃就全部轉化為α型氧化鋁．γ型氧化鋁是一種多孔性物質，每克的內表面積高達數百平方米，活性高吸附能力強。工業品常為無色或微帶粉紅的圓柱型顆粒，耐壓性好．在石油煉製和石油化工中是常用的吸附劑、催化劑和催化劑載體；在工業上是變壓器油、透平油的脫酸劑，還用於色層分析；在實驗室是中性強幹燥劑，其乾燥能力不亞於五氧化二磷，使用後在175℃以下加熱6-8h還能再生重複使用。
參考來源
參考資料
- ↑ 氧化鋁的用途氧化鋁是什麼,天奇生活 , 2020-01-06