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【公开课预告】铝酸钠溶液种分制备高纯氧化铝的理论基础和技术
2021/05/26 点击 1919 次

中国粉体网讯  高纯氧化铝具有纯度高、结构精细等特性,在各个领域有广泛的应用。基于我国氧化铝工业的生产现状,以工业铝酸钠溶液为原料制备高纯氧化铝,成本低、环境污染小,是有前景的技术路线。


 

高纯氧化铝主要应用领域(图片来源:智研咨询)


1 铝酸钠溶液晶种制备原理


我国铝土矿资源的特点决定了铝土矿浸出液-铝酸钠溶液中硅含量较高,导致铝酸钠溶液制备的氢氧化铝粉体纯度较低,从而导致生产的氧化铝纯度较低,限制了氧化铝的高附加值利用。因此,高纯氧化铝制备,需要针对不同杂质、多步除去铝酸钠溶液中的杂质。以铝酸钠溶液净化脱硅、脱色,种分制备高纯氢氧化铝前驱体是可行的方法。


铝酸钠溶液种分原理为:首先为[Al(OH)4]-反应析出Al(OH)3,然后是Al(OH)3晶体的长大、晶粒的附聚、次生晶核的形成、晶粒的破裂和磨损。通过分析铝酸钠溶液的稳定性可知,Al(OH)3颗粒在过饱和铝酸钠溶液中析出,该过程为自发不可逆过程,其过饱和程度越大,铝酸钠溶液的稳定性就越低。因此,通过调节铝酸钠溶液种分工艺参数,如改变温度制度、添加合适的添加剂,可以实现杂质的分步脱除。


2 氢氧化铝焙烧-洗涤制备高纯氧化铝


制备高纯氧化铝,通常需要除去Na2O、Fe2O3、MgO、SiO2、CaO等杂质,杂质含量决定了高纯氧化铝的纯度。氧化铝粉体中的氧化钠杂质能显著影响氧化铝烧结瓷体的介质损耗,同时影响氧化铝的转化速度和转化率,使得氧化铝的晶粒变粗,比表面积减少,晶型变的不规则。氧化钠的存在还会影响陶瓷的电气性能,降低耐火度,形成低熔点固溶体,大大降低材料的性能。工业氢氧化铝或种分超细氢氧化铝中碱含量大于0.2%,以此氢氧化铝为原料,通过焙烧和酸洗,产品中碱含量可降低至0.05%左右。


而以铝酸钠溶液为原料,通过种分制备高纯氧化铝时,主要杂质是钠、铁、钙、硅等,其中钠的含量最高,其含量占总杂质的80%以上。氧化铝中的钠杂质主要以三种形式存在:附着碱、结晶碱和晶间碱。氢氧化铝所含的碱中,可以通过去离子水充分洗涤氢氧化铝,除去附着碱,但是无法脱除结晶碱和晶间碱。目前,大部分的除结晶碱和晶间碱的方法主要是通过在煅烧过程中加入添加剂(如硼酸、氟化盐),然后通过洗涤纯化除去碱。


3 产业化技术分析


为了低成本制备高纯氧化铝粉体,有专家开展了以工业铝酸钠溶液为原料制备高纯氧化铝的研究。以工业铝酸钠溶液为原料,以脱硅热力学为基础,进行溶液的净化脱色,研究种分分解过程,并对产业化流程进行优化改进,生产出高纯氢氧化铝中间体,经焙烧得到高纯氧化铝,其技术路线图如下:


 技术研究路线图


对于氧化铝企业,开发以工业铝酸钠溶液为原料制备高纯氧化铝,生产流程的溶液可在工业氧化铝系统中循环使用,无废液排除,安全环保;以铝酸钠溶液为铝源,无需重新制备溶液,具有成本低的优势。因此,以工业铝酸钠溶液为原料制备高纯氧化铝,具有成本优势,研究制备过程相关理论和工艺,对企业转型升级具有重要意义。中国粉体网旗下粉体公开课平台将于2021年6月10日举办“2021高纯氧化铝粉体材料制备及应用技术网络研讨会”,来自中南大学的刘桂华教授将走进本次粉体公开课的直播间,给大家带来题为《铝酸钠溶液种分制备高纯氧化铝的理论基础和技术》的报告。届时刘教授将向大家阐述高纯氧化铝的用途,提出解决高性能和高成本矛盾的技术路线;明确铝酸钠溶液种分过程中铝酸根离子反应行为,分析粒子附聚和生长规律,阐明三水铝石和勃姆石析出过程中形貌调控原理;以工业铝酸钠溶液制备了大于4N高纯氧化铝粉末,同时报告高白超细氢氧化铝、勃姆石的产业化过程。最后,提出铝酸钠溶液制备高纯氧化铝粉的发展方向。


 

4 专家介绍


刘桂华,中南大学教授,博士生导师。1968年10月生,1998年获有色冶金专业博士学位,2004年确定为“湖南省高校青年骨干教师”;研究方向主要涉及氧化铝化学与工艺、湿法冶金基础理论、铬盐清洁化生产和氧化铝基粉体材料制备等领域,承担和参加过国家重点科技攻关项目、”973”项目、国家自然科学基金以及中国铝业、ALCOA(美国铝业公司)等企业课题等50多项;发表论文100多篇,授权专利20多件,获省部级奖9项。


参考来源:

陈湘根.工业铝酸钠溶液制备高纯氧化铝研究及工业应用.中国矿业大学硕士论文.2020年.

(中国粉体网编辑整理/星耀)

注:图片非商业用途,存在侵权请告知删除!


(来源:中国粉体网)


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