Quy trình sản xuất alumina ngậm nước chủ yếu được chia thành hai loại dựa trên nguồn nguyên liệu thô, độ tinh khiết của sản phẩm và các yêu cầu về dạng tinh thể: sản xuất ở quy mô-công nghiệp và quá trình chuẩn bị nguyên liệu đặc biệt/có độ tinh khiết- cao. Các quy trình cốt lõi bao gồm quy trình Bayer, quy trình kết tủa, quy trình thủy phân nhôm alkoxide và quy trình tổng hợp thủy nhiệt.
Quy trình sản xuất công nghiệp chính thống
Quy trình Bayer: Khoảng 95% alumina trên thế giới được sản xuất bằng phương pháp này, khiến nó trở thành quy trình chủ đạo để xử lý bauxite-cao cấp. Dòng chảy cốt lõi của nó là như sau:
Hòa tan: Bauxite nghiền được phản ứng với dung dịch natri hydroxit đậm đặc dưới nhiệt độ và áp suất cao (140–250 độ, 3–4 MPa) để hòa tan alumina ngậm nước (như gibbsite) thành dung dịch natri aluminat.
Tách: Chất cặn không hòa tan (bùn đỏ) được loại bỏ thông qua quá trình lắng và lọc để đạt được sự phân tách chất lỏng-rắn.
Phân hủy: Các tinh thể hạt nhôm hydroxit được thêm vào dung dịch natri aluminat để tạo ra sự phân hủy và kết tủa nhôm hydroxit. Quá trình nung: Nhôm hydroxit được nung và khử nước ở nhiệt độ 1000–1200 độ để thu được alumina cấp luyện kim- (Al₂O₃).
Phương pháp này đã hoàn thiện và có chi phí-thấp nhưng chỉ phù hợp với quặng bauxit silic-có hàm lượng thấp và tạo ra một lượng lớn chất thải bùn đỏ.
Quá trình cacbonat hóa: Được sử dụng để điều chế nhôm hydroxit có độ tinh khiết cao hoặc kích thước hạt cụ thể. Dung dịch natri aluminate được trung hòa dần dần bằng cách cho khí CO₂ đi qua nó, làm giảm độ pH xuống phạm vi kết tủa (pH≈10–11), khiến nhôm hydroxit kết tủa. Phương pháp này cho phép kiểm soát chính xác kích thước hạt và độ kết tinh của sản phẩm và thường được sử dụng để điều chế tiền chất boehmite.
Phương pháp kết tủa axit và kiềm
Phương pháp axit: Sử dụng muối nhôm như AlCl₃ hoặc Al₂(SO₄)₃ làm nguyên liệu thô, độ pH được điều chỉnh thành 6–8 bằng amoniac hoặc NaOH để tạo ra kết tủa alumina ngậm nước vô định hình hoặc kết tinh.
Phương pháp kiềm: Sử dụng natri aluminate làm nguyên liệu thô, kết tủa đạt được thông qua quá trình trung hòa bằng axit hoặc CO₂. Bằng cách kiểm soát độ pH, nhiệt độ và thời gian lão hóa, có thể thu được các dạng tinh thể mục tiêu như boehmite ( -AlOOH) hoặc pseudoboehmite.
Quy trình chuẩn bị đặc biệt cho-Vật liệu cao cấp
Thủy phân bằng cồn: Được sử dụng để điều chế alumina ngậm nước có kích thước-có độ tinh khiết cao,{1}nano, đặc biệt thích hợp cho các sản phẩm cấp-điện tử và cấp xúc tác-.
Nhôm phản ứng với isopropanol tạo thành nhôm isopropoxit:
2 Al +
6 ( CH 3 ) 2 CH OH →
2 Al [ O CH ( CH 3 ) 2 ] 3 +
3 H 2 2Al + 6(CHX 3
)X 2
CHOH
2Al[OCH(CHX3
)X 2
]X 3
+3HX 2
Nhôm isopropoxide thủy phân trong hơi nước ở nhiệt độ 175 độ để tạo thành alumina monohydrat (boehmite):
2
Al[OCH(CH3)2]3 + 4H2O(g) → Al2O3 ⋅ H2O + 6 (CH3)2CHOH2Al[OCH(CHX3)X2]X3 + 4HX2O(g)
AlX2OX3 ⋅HX2O+6(CHX3)X2O Phương pháp CHOH tạo ra sản phẩm có độ tinh khiết cao (Lớn hơn hoặc bằng 99,9%) và kích thước hạt đồng đều nhưng giá thành cao hơn.
