鐘聲　徐強(qiáng)　熊林　張正林

【摘 要】文章以中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司生產(chǎn)的氫氧化鋁產(chǎn)品為原料，經(jīng)過研磨細(xì)化、除鈉等步驟制備出了低鈉超細(xì)氫氧化鋁粉體。利用SEM、激光粒度分析儀和電感耦合等離子光譜儀等設(shè)備分析測(cè)試粉體的微觀結(jié)構(gòu)、粒度和鈉含量，研究了影響粉體粒度和鈉含量的因素，制備了Na2O含量為0.11%、粒徑為1 μm的低鈉超細(xì)氫氧化鋁粉體。

【關(guān)鍵詞】氫氧化鋁;低鈉;超細(xì);研磨

【中圖分類號(hào)】TQ133.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）09-0156-03

0 前言

高品質(zhì)氧化鋁是當(dāng)今世界快速發(fā)展的新材料之一，可制備耐火材料、透明陶瓷、鋰電池隔膜材料、高性能陶瓷、人造寶石和精密拋光材料及半導(dǎo)體材料等產(chǎn)品。目前，高品質(zhì)氧化鋁的應(yīng)用前景廣闊，發(fā)展?jié)摿薮?，但我?guó)生產(chǎn)的高品質(zhì)氧化鋁與國(guó)外知名公司（例如日本“住友”、日本“大明化學(xué)”和法國(guó)“Baikowski”等）相比還存在較大的差距，主要表現(xiàn)在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的純度、粒度和分散性不能滿足市場(chǎng)需求。

利用拜耳法生產(chǎn)的工業(yè)氧化鋁存在同樣的問題：顆粒粗大、純度低、鈉含量高，嚴(yán)重制約了氧化鋁產(chǎn)品的應(yīng)用。氫氧化鋁產(chǎn)品是拜耳法制備氧化鋁的中間原料，氫氧化鋁粉體原料的品質(zhì)（粒度和純度）直接影響氧化鋁產(chǎn)品的品質(zhì)，因此制備高品質(zhì)氫氧化鋁產(chǎn)品是制備高品質(zhì)氧化鋁的關(guān)鍵。氫氧化鋁中氧化鈉含量有3種：①晶格堿，水無法洗去;②硅酸鈉結(jié)合堿，此部分堿含量極少，主要由精液脫硅指數(shù)決定;③AH附堿，主要由平盤的洗滌效果決定。夾雜在氫氧化鋁水合物中的鈉在燒結(jié)過程中會(huì)形成高鋁酸鈉（xNa2O·yAl2O3），降低了α-Al2O3的轉(zhuǎn)化率和活性，進(jìn)而影響燒結(jié)產(chǎn)物氧化鋁的物化性能。因此，除去氫氧化鋁中的鈉已成為制備高純氧化鋁工藝中的重要環(huán)節(jié)。

目前，制備高純氧化鋁除鈉主要有以下方法：①在氫氧化鋁燒結(jié)環(huán)節(jié)中加入除鈉劑。燒結(jié)過程中，加入除鈉劑與鈉反應(yīng)形成易揮發(fā)的化合物，但此過程中會(huì)釋放出氟化物等有害氣體，污染環(huán)境，使得工作條件變差。②在氫氧化鋁水熱轉(zhuǎn)相過程添加除鈉劑，目前主要除鈉劑為水溶液顯酸性的物質(zhì)，對(duì)氫氧化鋁進(jìn)行洗滌。但在現(xiàn)有文獻(xiàn)中單一酸洗方法一般只能將鈉脫除在0.2%左右的水平，所制的高純氧化鋁很難達(dá)到99%以上的純度。而隨著高純氧化鋁應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，高純氧化鋁的物化指標(biāo)也不斷提高。

為制得更高級(jí)別的高純氧化鋁，尋求一種更好、更優(yōu)的脫鈉方法至關(guān)重要。本文針對(duì)公司現(xiàn)有氫氧化鋁產(chǎn)品存在的顆粒粗大、鈉含量高等問題，嘗試通過研磨細(xì)化、水洗除鈉等技術(shù)制備低鈉超細(xì)氫氧化鋁粉體，為制備高品質(zhì)多用途的氧化鋁的原料提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品處理

實(shí)驗(yàn)所用的原料：中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司生產(chǎn)的氫氧化鋁、分析純的鹽酸、醋酸。在分析氫氧化鋁產(chǎn)品物性的基礎(chǔ)上，通過高效研磨細(xì)化、分級(jí)技術(shù)和除鈉技術(shù)制備高純超細(xì)氫氧化鋁產(chǎn)品。首先將氫氧化鋁原料AH配成15wt%漿料在砂磨機(jī)上研磨，然后經(jīng)過除鈉、水洗、烘干，所制得粉體命名見表1。選用除鈉劑有鹽酸和醋酸，攪拌方式有超聲分分散、機(jī)械攪拌。為了方便對(duì)比，對(duì)未研磨的樣品進(jìn)行同樣的除鈉和水洗處理。

1.2 材料的表征

采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察試樣的微觀形貌，采用激光粒度分析儀測(cè)試粉體的粒度，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定氧化鋁中鈉含量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)原料的微觀結(jié)構(gòu)和鈉含量分析

（1）原料微觀結(jié)構(gòu)分析。圖1為實(shí)驗(yàn)用的氫氧化鋁原料的微觀形貌。從圖1可以看出，原料氫氧化鋁粉體是由大小不同的類球形顆粒組成，顆粒大小不等，分布從20～100 μm。從EDS圖譜可以看出，Al∶O≈1∶3，驗(yàn)證了粉體分子式是Al（OH）3。

（2）原料粒度分析。圖2是氫氧化鋁粉體原料的粒度分布圖。從圖2可以看出，顆粒粒度分布在20～100 μm，這與電鏡下直接觀察到的結(jié)果相一致。

（3）原料Na含量檢測(cè)。按照有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《氧化鋁化學(xué)分析方法》（YS/T 630—2016）中電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對(duì)粉體的Na含量進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)過測(cè)試，氫氧化鋁原料粉體中Na2O含量約0.25%。

2.2 低鈉超細(xì)氫氧化鋁粉體的微觀結(jié)構(gòu)分析

圖3為利用高效研磨和分級(jí)技術(shù)制備的超細(xì)氫氧化鋁粉體的微觀形貌，其中左圖為放大10 000倍，右圖為放大20 000倍。從圖3可以看出，所制備的氫氧化鋁粉體大小均勻，粒度分布窄，大小約1 μm?？梢哉J(rèn)為，研磨、除納工藝后，氫氧化鋁顆粒成功從微米尺寸變成近納米尺寸，粒徑下降1個(gè)數(shù)量級(jí)，其中吸附堿會(huì)更徹底暴露在粉體表面，從而易于被溶液清洗除納。

2.3 影響低鈉超細(xì)氫氧化鋁粉體鈉含量的因素

（1）研磨時(shí)間對(duì)鈉含量的影響。從圖4可以看出，公司生產(chǎn)的氫氧化鋁粉體AH000的鈉含量約0.25%;AH000粉體未經(jīng)研磨，直接經(jīng)過除鈉處理，所得粉體AH0SJC的鈉含量為0.23%;AH000經(jīng)過2 h研磨再除鈉所得粉體15AH2SJC的鈉含量是0.18%;AH000經(jīng)過5 h研磨再除鈉所得粉體15AH5SJC的鈉含量是0.14%。由此可見，研磨細(xì)化有利于除鈉，通過大顆粒細(xì)化可以將更多的包裹鈉暴露出來，便于通過除鈉工藝去除。研磨時(shí)間為2～5 h，更多的氫氧化鋁內(nèi)表面暴露出來，其中吸附堿會(huì)更加徹底地暴露在粉體表面，從而易于被溶液清洗除納。

（2）攪拌方式對(duì)鈉含量的影響。圖5采用超聲攪拌和機(jī)械攪拌兩種方式對(duì)粉體進(jìn)行攪拌除鈉，研究攪拌方式對(duì)除鈉效果的影響。從圖5可以看出，在其他除鈉條件相同、攪拌分散方式不同的情況下，攪拌方式影響除鈉效果。采用機(jī)械攪拌方式，粉體除鈉后的鈉含量為0.14%;采用超聲攪拌方式，粉體除鈉后的鈉含量為0.16%?？紤]到攪拌方式、攪拌時(shí)間、攪拌效果，綜合比較之下，機(jī)械攪拌的除鈉效果較好。

（3）除鈉劑種類對(duì)鈉含量的影響。將公司生產(chǎn)的氫氧化鋁AH000，經(jīng)過5 h研磨再以醋酸為除鈉劑，經(jīng)過除鈉工藝所得粉體為15AH5SJC;將氫氧化鋁AH000經(jīng)過5 h研磨再以鹽酸為除鈉劑，經(jīng)過除鈉工藝所得粉體為15AH5SJY。從圖6可以看出，15AH5SJC的鈉含量為0.14%，而鹽酸作為除鈉劑，鈉含量為0.11%。鈉的結(jié)合往往伴生氧元素，呈現(xiàn)弱堿性，當(dāng)接觸溶液水后，鈉元素會(huì)溶解一部分，但仍會(huì)保留一部分。當(dāng)接觸溶液中酸性物質(zhì)，剩下的堿性鈉也會(huì)繼續(xù)溶解，而且整個(gè)溶解過程也會(huì)加快。由此可見，鹽酸作為除納劑在本工藝中的除鈉效果更好。

3 結(jié)論

本文以中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司生產(chǎn)的氫氧化鋁產(chǎn)品為原料，通過對(duì)粉體的微觀結(jié)構(gòu)、粒度和鈉含量的測(cè)試，研究了研磨細(xì)化、除鈉等工藝對(duì)低鈉超細(xì)氫氧化鋁粉體制備的影響。

（1）中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司生產(chǎn)的氫氧化鋁由粉體大小不同的類球形顆粒組成，粒徑分布為20～100 μm，其中Na2O含量約0.25%。

（2）原料進(jìn)行研磨細(xì)化、分級(jí)、除鈉等一系列的實(shí)驗(yàn)研究，制備出了顆粒細(xì)小、粒徑分布均勻、大小約1 μm的超細(xì)氫氧化鋁粉體。

（3）研磨時(shí)間、攪拌方式、酸的種類均影響氫氧化鋁粉體的除鈉效果。研磨細(xì)化有利于除鈉，研磨時(shí)間5 h，粉體除鈉后的鈉含量為0.14%。采用機(jī)械攪拌方式，粉體除鈉后的鈉含量為0.14%。鹽酸作為研磨后除鈉劑，粉體除鈉后的鈉含量最低為0.11%。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]畢詩文.拜耳法生產(chǎn)氧化鋁[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[2]馮延磊，曹國(guó)楚，馬昕.提高氫氧化鋁白度、降低氫氧化鋁中氧化鈉含量的研究[J].山東化工，2017，46（22）：29-30.

[3]劉念茲，羅莎，李云.超細(xì)種分氫氧化鋁微粉的表面改性[J].廣東化工，2016，43（21）：74-75.

[4]王建立.超細(xì)氫氧化鋁的制備及提高其熱穩(wěn)定性技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2009.

[5]馮曉明.氫氧化鋁微粉制備研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2010.

[6]洪利明.影響氧化鋁產(chǎn)品粒度主要因素的研究及粒度控制模型的建立[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2009.

[7]許智芳，郝云升，王科，等.超細(xì)氫氧化鋁制備工藝條件的研究[J].山東冶金，2016，38（5）：39-42.

[8]許峰農(nóng).河南省低溫拜耳法氧化鋁生產(chǎn)工藝應(yīng)用研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2011.

[9]騰飛.淺談氧化鋁、電解鋁的冶煉技術(shù)及發(fā)展動(dòng)向[J].世界有色金屬，2019（3）：5.

[10]武文煥，馮怡利，李建強(qiáng)，等.制取超細(xì)氫氧化鋁阻燃劑的研究[J].有色冶金節(jié)能，2014，30（6）：7-9.

[11]劉磊，王建立.氫氧化鋁鎂復(fù)合阻燃劑制備技術(shù)研究[J].硅酸鹽通報(bào)，2014，33（1）：225-230.