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            1. 氧化鋁、氫氧化鋁、金屬鋁粉篩分案例
              [ 時間:2023-11-15 閱讀:629次 ]
              氧化鋁、氫氧化鋁、金屬鋁粉篩分案例

              氧化鋁基本概況

              根據《全球氧化鋁產業鏈及供需格局分析》報告,鋁元素是僅次于硅的地殼中第二豐富的金屬元素,含量高達8.3%,主要以鋁土礦、鋁硅酸鹽礦石和冰晶石的形式存在,這決定了其上游和中游供應端充裕。然而它是一種相對較新的工業金屬,其商業生產僅超過100年。此外,鋁的重量約為鋼或銅的三分之一,具有延展性,易于加工和鑄造,并且具有**的耐腐蝕性和耐久性,這決定了其下游應用非常廣泛。無論從數量還是價值上衡量,鋁的使用量都超過了除鐵以外的任何其他金屬。

               

              從產業鏈上看,鋁產業鏈為鋁土礦-氧化鋁-電解鋁-鋁深加工-鋁終端需求。按物理性質不同,通常將工業氧化鋁分為砂型、中間型和粉型三種。通常我們所說的氧化鋁是一種白色結晶性粉末,沒有夾雜和團塊,熔點2050℃、沸點2980℃、相對密度3.965,具有易吸潮但不潮解、硬度大等特點,它的硬度僅次于金剛石,熔點高、耐酸堿,常用來制作一些軸承,制造磨料、耐火材料。此外,氧化鋁還是**的電絕緣體且幾乎不溶于水及乙醇等非極性有機溶劑,在弱酸或弱堿中溶解度很小,溶于濃硫酸,緩慢溶于堿液中形成氫氧化物。同時氧化鋁有多種變體,其中為人們所熟悉的是α-Al2O3和β-Al2O3。自然界存在的剛玉即屬于α-Al2O3。

               

              工業氧化鋁的主要化學成分是Al2O3,通常還有少量SiO2、Fe2O3、TiO2、Na2O、MgO、CaO和H2O。國家標準《氧化鋁》(GB/T 24487-2022)是2022年10月1日實施的一項國家標準,要求工業氧化鋁必須有較高的純度,雜質含量特別是SiO2應盡可能低。氧化鋁按主要化學成分、物理性能分為三個牌號:AO-G、AO-I、AO-2。

               

              氧化鋁具有良好的燒結性能轉化率,是生產耐熱、耐磨、耐腐產品的基本原料。生產1噸氧化鋁大概需要2.3噸鋁土礦、0.5噸煤炭、0.13噸燒堿和0.25噸石灰。氧化鋁成本中,鋁土礦占比37%,燒堿占比17%,動力及水占比約17%,三費及其他占比約29%。

               

              在用途上,約95%的氧化鋁為冶金級氧化鋁,用于生產電解鋁,5%的氧化鋁用于生產非冶金級氧化鋁,包括用于紅外軍事裝置、民用航天、軍工、高強度激光、條形掃描儀、耐磨軸承的纖維等電學、光學、化學、生物、吸聲、熱學等領域以及精細陶瓷。

               

              氧化鋁是怎樣煉成的呢?由鋁土礦制備氧化鋁的工藝方法,主要分為拜耳法、拜耳—燒結聯合法三種。高品位鋁土礦采用拜耳法生產,中低品位鋁土礦采用聯合法或燒結法生產(燒結法的能耗大約是拜耳法的3倍)。拜耳法是當前氧化鋁生產中主要的一種方法,產量可占全球氧化鋁生產總量的90%以上。

              參考來源期貨日報,2023,全球氧化鋁產業鏈及供需格局分析 ,上海有色咨詢網

               

              氧化鋁下游產業 

              從產業上看,電解鋁是氧化鋁較大的下游。供給側改革規定了電解鋁產能天花板4500萬噸。近年來,氧化鋁產能快速擴張,當前供應過剩。2022年電解鋁產能較2017年增加約88萬噸,氧化鋁產能新增約1830萬噸,產業集中度較高,中鋁、宏橋、信發、錦江、東方希望、博賽、國電產能占全國80%以上。

               

              我國電解鋁產量占全球57.2%,消費量占比為58.2%。截至2022年年底,我國電解鋁產能4450萬噸,產量4003萬噸。生產1噸電解鋁通常需要1.92噸氧化鋁、13500千瓦時電、0.55噸陽極,冰晶石、氟化鋁等原料,其中電費和氧化鋁是大的成本支出,占比分別達到38%和35%。因此電解鋁產能主要集中在電力資源富裕地區,如煤炭資源豐富的內蒙古、新疆等地,西南地區水電資源豐富,吸引電解鋁產能轉入,新疆、內蒙古、云南電解鋁產能占比40.9%,但西南地區枯水期水電資源使用率下滑影響生產。山東地區憑借**的港口、自備電及龐大的鋁加工優勢,電解鋁產能依舊占到全國一。

               

              電解鋁深加工集中在山東、河南、廣東、江浙等地,占全國鋁消費的近60%。加工產品主要包括鋁型材、鋁板帶箔、鋁線纜等,終端應用體現在建筑、交通、電力、耐用消費品、機械設備、包裝等領域。

              參考來源:期貨日報,2023,《全球氧化鋁產業鏈及供需格局分析 》,上海有色咨詢網

               

              生產過程概述

              從產業鏈上看,鋁產業鏈為鋁土礦開采-氧化鋁-金屬鋁(電解)-鋁深加工-鋁終端需求,本章主要概述氧化鋁的主要生產方法:拜耳法,和金屬鋁的主要生產方法:霍爾-埃魯電解法。


              1. 拜耳法--生產氧化鋁

              拜耳法(英語:Bayer process)是一種工業上廣泛使用的從鋁土礦生產氧化鋁的化工過程。1887年由奧地利工程師卡爾·約瑟夫·拜耳發明,其基本原理是用濃氫氧化鈉溶液將氫氧化鋁轉化為鋁酸鈉,通過稀釋和添加氫氧化鋁晶種使氫氧化鋁重新析出,剩余的氫氧化鈉溶液重新用于處理下一批鋁土礦,實現了連續化生產。今日,世界上95%的鋁業公司都在使用拜耳法生產氧化鋁。

               

              原礦從礦區送往精煉廠。鋁土礦經過洗滌和破碎以增加表面積。用熱的氫氧化鈉(NaOH)溶液溶解鋁土礦中含鋁的礦物。將沒有溶解的固體從“母”液中分離出來,成為“鋁土礦尾礦”。NaOH回收重新進入溶出環節。通過加入氧化鋁顆粒作為晶種,母液會結晶析出氧化鋁。在一系列閃蒸槽中對廢液進行加熱,然后冷卻。剩余的NaOH經過洗滌、回收,重新進入溶出環節。水合氧化鋁在1100°C的溫度下進行焙燒,除去自由水和結合水,生成固體氧化鋁。

              圖片2 

              (來源:參考維基百科)

               

              2. 霍爾-埃魯電解法工藝--生產金屬鋁

              霍爾—埃魯法(英語:Hall–Héroult process,又稱霍爾法、郝耳法)是電解氧化鋁和冰晶石(主要成分是氟鋁酸鈉,Na3AlF6)的熔融混合物制取的化工過程。于1886年由美國化學家查爾斯·馬丁·霍爾法國化學家保羅·埃魯各自獨立發明?;魻枴t敺ê推浜蟮?/span>拜耳法的聯用大大提高了鋁的產量,擴大了鋁的應用范圍,至今仍然是主要的工業制鋁方法。

               

              霍爾-埃魯法是原鋁冶煉的工業方法。強大的電流通過熔融的冰晶石、氧化鋁和氟化鋁的混合物,獲得液態金屬鋁。電化學還原反應發生在電解槽中。一排排電解槽串聯在一起,構成電解槽系列。電解液或者“電解質”是由熔融冰晶石和氟化鋁組成的,溫度在960–980℃。氧化鋁要加入到電解槽內。絕大多數電解鋁廠,氧化鋁粉是通過一個輸送系統,直接加入到電解質中。電流通過電解質,電流強度高可達600KA。還原反應需要巨大的能量,能量則來自發電廠的電能。大的炭塊組成電解槽的陽極,傳導電流,并與氧化鋁中的氧反應生成液態鋁。電解槽內襯由炭塊砌成,形成電解槽的陰極。電流從陽極炭塊通過電解質傳到陰極炭塊。液態鋁沉積在電解槽的底部,定期“抽出”,鑄造成固態金屬產品。

               圖片3

              (來源:參考維基百科)

               

              篩分解決方案

              旋振篩,超聲波旋振篩,搖擺篩均用于氧化鋁、氫氧化鋁和鋁粉的篩分,根據物料的特性,產量,篩分要求等方案會調整。部分客戶案例分享。

               圖片4


              1.氧化鋁:S49-AC三次元超聲旋振篩和S49三次元旋振篩

              上個章節我們簡單概述了拜耳法生產氧化鋁(在此過程中會產生氫氧化鋁)和用霍爾-埃魯法生產金屬鋁,在這些粉末的加工過程中,篩分是一個非常重要的步驟。偉良在氧化鋁粉、氫氧化鋁粉和鋁粉篩分方面有豐富的經驗,并與許多項目進行合作。

                

              篩分氧化鋁粉是一個挑戰,因為它缺乏流動性,而且顆粒的形狀不規則。在傳統的篩分機上對氧化鋁粉末進行精細篩分是一個非常困難的過程,因為這些機器內部缺乏動能,導致篩分效率比較低。

               

              篩分系統必須滿足篩分產量、篩分精度和篩網壽命的嚴格要求。通過使用偉良三次元旋振篩,與超聲波系統相配合,篩分產量和篩分質量將大大提升。

               

              偉良超聲波系統的高頻振動大大提高了物料的過網效率,改善低密度粉在重力沉降中的平降,滑移效應,改善高密度金屬在網口滯留或楔入,改善帶靜電粉體的粘附效應,從而顯著提高篩分產量,在某些情況下是數倍。它還大大減少了篩網的磨損,特別是對磨蝕性的氧化鋁而言,這意味著篩網的使用壽命將大大延長。

              圖片5

               

              2.鋁粉:S49三次元旋振篩

              鋁粉被分級為不同大小的顆粒。每個顆粒的大小必須相等,以便獲得均勻性,從而為不同應用提供高質量的鋁粉產品。

               

              偉良S49三次元旋振篩用于鋁粉從粗粉到細粉的分級工作。每個分級的材料都是準確、均勻的,且全密封,沒有任何在加工階段引入的外來雜質。篩分后這些粉末將被包裝并送往下游制造商。

              圖片6

               

              3.氫氧化鋁:YBS圓形搖擺篩

              為了追求更大的產量,偉良做出了一個大膽的決定,在氫氧化鋁粉的篩分中使用圓形搖擺篩來替代旋振篩,這也在客戶現場被證明是正確的決策。

               

              圓形搖擺篩帶轉筒刷清網方式在氫氧化鋁粉篩分中,無論在精度還是產量上,都發揮不錯的效果。搖擺篩是由普通電機傳動作基本的回轉運動,與人工篩分相類似,使物料在篩網上形成水平、拋擲和斜切的三維翻滾運動,從中心到外緣在整個篩面上均勻分散,從而以螺旋運動往軸向傳播,調整擺振體上面的經向角和切向角可改變物料在網面上的運動軌跡, 且根據物料特點和篩分需求可設置不同的模塊化篩分,以實現不同物料的篩分效果。

              圖片7

               

              偉良提供免費的物料檢測服務和試機服務。請聯系我們,獲取您的專屬定制篩分解決方案。

               


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