氢氧化铝煅烧(calcination of aluminum hydroxide)

将氢氧化铝加热到低于其熔点的一定温度使之转变为成品氧化铝的过程。是氧化铝生产过程中的最后作业。从铝酸钠溶液加种子分解或铝酸钠溶液碳酸化分解作业来的氢氧化铝在回转窑或流态化床煅烧炉内煅烧，经历了干燥、脱水、相变等一系列变化之后，转变成质量符合铝电解要求的氧化铝。氧化铝的某些物理性能，如在冰晶石熔体中的熔解速度，对HF气体的吸附能力、流动性等(其指标分别为n氧化铝含量、比表面积、安息角等)都与煅烧条件尤其是煅烧温度有关。20世纪80年代以来，已逐渐不再生产面粉状氧化铝，而转向生产砂状氧化铝，氢氧化铝的煅烧温度约为1273～1373K。

原理   工业氢氧化铝为三水铝石结晶的集合体，平均粒度60～80μm。在煅烧过程中于383～393K温度下脱去附着水，在473～523K温度下由三水铝石转变为一水软铝石。一水软铝石在773K温度左右转变为无水γ氧化铝，再经过δ氧化铝和θ氧化铝的转变，到1223K开始转变为α氧化铝，在1473K以上完全变成α氧化铝。相变温度随氢氧化铝来源、煅烧方式而异。一些国家产的砂状氧化铝的相组成列举于表1。

氢氧化铝加热到513K温度时，晶体颗粒表面出现裂纹，比表面积急剧增加，至673K温度左右达到最大值。不同来源的氢氧化铝在673K温度时的比表面积值差别很大，由70到350m²/g。超过673K温度，比表面积减小。α氧化铝含量越多，比表面积也越小。世界各国产的砂状氧化铝的平均比表面积为55m²/g。

在氢氧化铝煅烧过程中，于453～713K温度时，由于剧烈脱水及受机械作用，原始颗粒破坏，发生粉化，粉化程度与原始氢氧化铝颗粒结构有关。于1473～1573K温度时，由于α氧化铝再结晶，集合体颗粒强度大为降低，大部分崩解，产生大量片状和羽状细粒子，这是产出面粉状氧化铝的主要原因。以集合体颗粒结构良好的氢氧化铝为原料，经1273～1373K温度煅烧，可产出砂状氧化铝。这种产品基本上在保持原有氢氧化铝的形状及大小，-44μm细小粒子增长率一般不大于10％，即氧化铝破损系数不大于l0％。

工艺与设备   可分为回转窑和流态化床煅烧两种系统。

回转窑煅烧系统   传统的回转窑煅烧装置因热效率低(<45％)，从20世纪60年代起各国已陆续加以改造。经改进的附设有多级旋风预热器的短回转窑系统，附设有多级旋风预热器和多级旋风冷却器或流态化床冷却器的短回转窑系统，能充分回收废气和氧化铝带走的热，已在一些国家用于氢氧化铝煅烧。煅烧窑生产1tAl₂O₃的热耗由传统的回转窑煅烧装置的6～7GJ降为改进装置的4.5GJ。

流态化床煅烧系统   流态化床煅烧氢氧化铝技术在20世纪70年代得到迅速发展，80年代新建氧化铝厂大多采用这种煅烧技术。已开发应用的流态化煅烧装置包括流态化床闪速煅烧炉(美国)，循环流化煅烧炉(德国)，流态化床煅烧炉(法国)，气体悬浮煅烧炉(丹麦)等类型。

(1)流态化床闪速煅烧炉。英文名缩写词为FFC，由闪速煅烧炉和与之相连的保持炉组成(图1)。保持炉属浓相换热流态化床，炉底部设有气体分布板。经干燥的物料进入闪速炉内与高温气体(1173～1273K)充分混合进行煅烧。闪速炉属稀相换热的流态化床，其内的气流速度为4～5m/s。在闪速炉完成煅烧的物料随高温气体进入保持炉，气体从保持炉炉顶部出口入旋风预热系统。物料在保持炉内作浓相停留保温，待氧化铝的物理性质符合要求后，由炉底排料管进入冷却系统。

(2)循环流态化床煅烧炉。英文名的缩写词为CFC。由流态化床煅烧炉、旋风分离器和U形料封槽组成(图2)。经预热的物料在助燃空气(二次风)入口的上部送入炉内。由炉顶部出来的物料流进入旋风分离器，分出的大部分氧化铝经U形料封槽循环回到煅烧炉，小部分氧化铝去冷却系统。在炉内二次空气入口处以下的区段形成固体浓相区，由气体分布板到炉顶，床层密度逐渐减小，存在明显的浓度梯度。

(3)流态化床煅烧炉。英文名的缩写词为FC，由流态化床煅烧炉和旋风分离器组成(图3)。炉底无气体分布板。属稀相换热闪速煅烧。经干燥的物料由炉前管道侧部加入，被助燃空气载流并7昆合后进入流态化床煅烧炉，与高温气体进行再混合和煅烧。再经旋风分离器，物料去冷却系统，气体去预热系统。

(4)气体悬浮煅烧炉。英文名的缩写词为GSC，由煅烧炉和旋风分离器。炉体底部无气体分布板。空气(1113K)由底部进入，流速在10m/s以上，在扩大段与重油混合后燃烧，高温气体在锥体处直接与进炉物料(673K)接触，充分进行热交换。简体段的气流速度为2～3m/s，成稀相换热载流煅烧。炉底部入口处气体速度，应保证物料在煅烧炉整个截面上均匀分布并处于悬浮状态。煅烧后物料流进入旋风分离器，分离的物料(1473K)去冷却系统，气体(1423K)去预热新的物料。各种流态化床煅烧炉指标列举于表2。

展望   氢氧化铝煅烧设备在新建氧化铝生产厂中已全部采用流态化床煅烧系统。在流态化床煅烧系统中，稀相换热的传热系数要比浓相大10倍以上，系统阻力损失仅为浓相的1/3～1/2。因此，稀相换热的流态化床煅烧系统具有更好的发展前景。