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        【原創(chuàng)】【公開課預告】鋁酸鈉溶液種分制備高純氧化鋁的理論基礎和技術


        來源:中國粉體網(wǎng)   星耀

        [導讀]  對于氧化鋁企業(yè),開發(fā)以工業(yè)鋁酸鈉溶液為原料制備高純氧化鋁,生產(chǎn)流程的溶液可在工業(yè)氧化鋁系統(tǒng)中循環(huán)使用,無廢液排除,安全環(huán)保;以鋁酸鈉溶液為鋁源,無需重新制備溶液,具有成本低的優(yōu)勢。因此,以工業(yè)鋁酸鈉溶液為原料制備高純氧化鋁,具有成本優(yōu)勢,研究制備過程相關理論和工藝,對企業(yè)轉(zhuǎn)型升級具有重要意義。

        中國粉體網(wǎng)訊  高純氧化鋁具有純度高、結(jié)構(gòu)精細等特性,在各個領域有廣泛的應用;谖覈趸X工業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀,以工業(yè)鋁酸鈉溶液為原料制備高純氧化鋁,成本低、環(huán)境污染小,是有前景的技術路線。


         

        高純氧化鋁主要應用領域(圖片來源:智研咨詢)


        1 鋁酸鈉溶液晶種制備原理


        我國鋁土礦資源的特點決定了鋁土礦浸出液-鋁酸鈉溶液中硅含量較高,導致鋁酸鈉溶液制備的氫氧化鋁粉體純度較低,從而導致生產(chǎn)的氧化鋁純度較低,限制了氧化鋁的高附加值利用。因此,高純氧化鋁制備,需要針對不同雜質(zhì)、多步除去鋁酸鈉溶液中的雜質(zhì)。以鋁酸鈉溶液凈化脫硅、脫色,種分制備高純氫氧化鋁前驅(qū)體是可行的方法。


        鋁酸鈉溶液種分原理為:首先為[Al(OH)4]-反應析出Al(OH)3,然后是Al(OH)3晶體的長大、晶粒的附聚、次生晶核的形成、晶粒的破裂和磨損。通過分析鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性可知,Al(OH)3顆粒在過飽和鋁酸鈉溶液中析出,該過程為自發(fā)不可逆過程,其過飽和程度越大,鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性就越低。因此,通過調(diào)節(jié)鋁酸鈉溶液種分工藝參數(shù),如改變溫度制度、添加合適的添加劑,可以實現(xiàn)雜質(zhì)的分步脫除。


        2 氫氧化鋁焙燒-洗滌制備高純氧化鋁


        制備高純氧化鋁,通常需要除去Na2O、Fe2O3、MgO、SiO2、CaO等雜質(zhì),雜質(zhì)含量決定了高純氧化鋁的純度。氧化鋁粉體中的氧化鈉雜質(zhì)能顯著影響氧化鋁燒結(jié)瓷體的介質(zhì)損耗,同時影響氧化鋁的轉(zhuǎn)化速度和轉(zhuǎn)化率,使得氧化鋁的晶粒變粗,比表面積減少,晶型變的不規(guī)則。氧化鈉的存在還會影響陶瓷的電氣性能,降低耐火度,形成低熔點固溶體,大大降低材料的性能。工業(yè)氫氧化鋁或種分超細氫氧化鋁中堿含量大于0.2%,以此氫氧化鋁為原料,通過焙燒和酸洗,產(chǎn)品中堿含量可降低至0.05%左右。


        而以鋁酸鈉溶液為原料,通過種分制備高純氧化鋁時,主要雜質(zhì)是鈉、鐵、鈣、硅等,其中鈉的含量最高,其含量占總雜質(zhì)的80%以上。氧化鋁中的鈉雜質(zhì)主要以三種形式存在:附著堿、結(jié)晶堿和晶間堿。氫氧化鋁所含的堿中,可以通過去離子水充分洗滌氫氧化鋁,除去附著堿,但是無法脫除結(jié)晶堿和晶間堿。目前,大部分的除結(jié)晶堿和晶間堿的方法主要是通過在煅燒過程中加入添加劑(如硼酸、氟化鹽),然后通過洗滌純化除去堿。


        3 產(chǎn)業(yè)化技術分析


        為了低成本制備高純氧化鋁粉體,有專家開展了以工業(yè)鋁酸鈉溶液為原料制備高純氧化鋁的研究。以工業(yè)鋁酸鈉溶液為原料,以脫硅熱力學為基礎,進行溶液的凈化脫色,研究種分分解過程,并對產(chǎn)業(yè)化流程進行優(yōu)化改進,生產(chǎn)出高純氫氧化鋁中間體,經(jīng)焙燒得到高純氧化鋁,其技術路線圖如下:


         技術研究路線圖


        對于氧化鋁企業(yè),開發(fā)以工業(yè)鋁酸鈉溶液為原料制備高純氧化鋁,生產(chǎn)流程的溶液可在工業(yè)氧化鋁系統(tǒng)中循環(huán)使用,無廢液排除,安全環(huán)保;以鋁酸鈉溶液為鋁源,無需重新制備溶液,具有成本低的優(yōu)勢。因此,以工業(yè)鋁酸鈉溶液為原料制備高純氧化鋁,具有成本優(yōu)勢,研究制備過程相關理論和工藝,對企業(yè)轉(zhuǎn)型升級具有重要意義。中國粉體網(wǎng)旗下粉體公開課平臺將于2021年6月10日舉辦“2021高純氧化鋁粉體材料制備及應用技術網(wǎng)絡研討會”,來自中南大學的劉桂華教授將走進本次粉體公開課的直播間,給大家?guī)眍}為《鋁酸鈉溶液種分制備高純氧化鋁的理論基礎和技術》的報告。屆時劉教授將向大家闡述高純氧化鋁的用途,提出解決高性能和高成本矛盾的技術路線;明確鋁酸鈉溶液種分過程中鋁酸根離子反應行為,分析粒子附聚和生長規(guī)律,闡明三水鋁石和勃姆石析出過程中形貌調(diào)控原理;以工業(yè)鋁酸鈉溶液制備了大于4N高純氧化鋁粉末,同時報告高白超細氫氧化鋁、勃姆石的產(chǎn)業(yè)化過程。最后,提出鋁酸鈉溶液制備高純氧化鋁粉的發(fā)展方向。


         

        4 專家介紹


        劉桂華,中南大學教授,博士生導師。1968年10月生,1998年獲有色冶金專業(yè)博士學位,2004年確定為“湖南省高校青年骨干教師”;研究方向主要涉及氧化鋁化學與工藝、濕法冶金基礎理論、鉻鹽清潔化生產(chǎn)和氧化鋁基粉體材料制備等領域,承擔和參加過國家重點科技攻關項目、”973”項目、國家自然科學基金以及中國鋁業(yè)、ALCOA(美國鋁業(yè)公司)等企業(yè)課題等50多項;發(fā)表論文100多篇,授權(quán)專利20多件,獲省部級獎9項。


        參考來源:

        陳湘根.工業(yè)鋁酸鈉溶液制備高純氧化鋁研究及工業(yè)應用.中國礦業(yè)大學碩士論文.2020年.

        (中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀)

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        作者:星耀

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