净化铝酸钠溶液法生产高纯纳米氧化铝试验研究
工业氢氧化铝重溶重结晶制备高纯氧化铝试验研究
第40卷第1期(总第175期)2021年2月Vol.40No.1(Sum.175)Feb.2021湿法冶金Hydrometallurgy of China工业氢氧化铝重溶重结晶制备高纯氧化铝试验研究李中林1,李思佳1,耿继业1,林杰榜1,李义兵1,苏积波2,黄桃娥3(1.桂林理工大学材料科学与工程学院，广西桂林541000；2.百色百矿集团有限公司，广西百色533000；3.广西田东锦鑫化工有限公司，广西田东531500)摘要:研究了用高浓度氢氧化钠溶液溶解工业氢氧化铝并重结晶制备高纯度氧化铝，考察了水质、分级过筛及洗涤、初始氢氧化铝浓度、种分时间和温度对产物中杂质含量的影响。
结果表明：用高纯水配制Na?。
和A12O3初始质量浓度分别为170、184g/L的铝酸钠溶液，并在30t下种分60h,所得氢氧化铝中SiO2,Fe2O3杂质质量分数分别低于3.0X107%和5.0X10T%,纯度相对较高，但仍需深度除钠；种分氢氧化铝产物用稀盐酸水热处理后进行焙烧，在超声波作用下，热稀酸中氧化铝晶体和晶间残留的Na?。
被脱除，最终所得A12O3产物中NaQ质量分数低至3.8X10-2%,纯度在99.9%以上。
关键词：工业氢氧化铝；高纯氧化铝；重溶；晶种分解;水热-烧结法中图分类号：TF821；TQ420.6文献标识码：A文章编号：1009-2617(2021)01-0052-05DOI：10.13355/ki.sfyj.2021.01.010高纯氧化铝(HPA)在高温下具有较高的转化率、较低的钠含量m及较强的收缩性能,广泛用于制备单晶材料、发光载体、激光材料、透明陶瓷材料等口勺。
目前，已有多种制备HPA工艺，但都存在一些优缺点：结合有机铝醇盐水解法“勺可以获得平均粒径25nm、分散性好、尺寸均一、球形颗粒a-Al203粉体,但制备条件要求极高，生产成本高；碳酸铝钱结晶热解法〔呵和硫酸铝钱结晶热解法页工艺相对简单，反应母液可循环利用〔切，但制备过程中会产生大量废气造成环境污染，且K、Ga、卤素等杂质很难去除;水热合成法生产周期短，成本低，是制备超细粉体的一种新工艺，但其反应条件较为苛刻，需高温高压，反应时也会产生氢气，易发生爆炸，难以实现产业化生产⑴间；在拜耳法〔⑷基础上,采用石灰法对拜耳法生产的高纯铝酸钠溶液进行深度脱硅，再脱钠［15'16\®烧，所得AI2O3纯度在99.9%左右”〕，钠、硅杂质含量有所降低，但生产效率较低，烧结温度过高。
高纯氧化铝制备技术进展
高纯氧化铝制备技术进展摘要：以往铝灰的处理方式多是外售提炼铝生产再生锭，但对于提铝后的二次铝灰处置十分不规范。
随着铝工业的不断发展，铝灰积蓄量逐年大幅度增加，如果不寻找经济有效并且环保的方法加以治理，将越来越突显其对环境保护的严重威胁。
国家、省、市等一系列政策及法律法规的出台和实施，促使产铝灰企业走规范化处置道路。
下一步通过集中建立铝灰危废处理中心，将区域内铝灰集中处理，实现高效、清洁、环保的铝灰处置利用，是行业发展的必经之路。
关键词：高纯氧化铝；制备工艺；性能；进展引言目前市场的大部分超细氢氧化铝平均粒径都在１ư０μｍ以上，尚无大规模亚微米氢氧化铝产品销售。
亚微米氢氧化铝的制备方法主要分为机械研磨法和种分分解法两种方法。
机械研磨法制备亚微米氢氧化铝，技术方法简单，但由于需要使用球磨机和砂磨机串联研磨，生产成本较高，所得氢氧化铝粒度分布宽，粉体中存在大颗粒，应用性能较差；种分法制备的氢氧化铝其粒度及分布可以控制，制备的粉体应用性能好。
在种分法制备超细氢氧化铝技术研究方面，目前分解所得超细氢氧化铝平均粒径最低可达到１ư２μｍ，尚无以拜耳法工艺种分分解法制备１ư０μｍ以下的亚微米氢氧化铝的产品和技术研究。
1技术路线本工艺首先将二次铝灰与助剂均匀混和，然后采用干法压制成生料球，将生料球输送至烧结窑烧结，在烧结窑共两个处理温度区，低温焙烧区(600～800℃)和高温烧结区(1100～1300℃)，通过调控温度和鼓氧量，在低温焙烧区实现金属铝、氮化铝和碳化铝的无害化转化成氧化铝，高温区实现氧化铝和助剂烧结反应成铝酸钠，二次铝灰的可溶氯化盐则在高温下汽化挥发进入尾气盐回收系统回收，尾气则进一步通过脱酸处理达标排放，制备的铝酸钠固体产品可以通过溶出后返回氧化铝系统或亦可作为产品直接销售。
2高纯氧化铝制备工艺2.1硫酸铝铵热解法硫酸铝铵热解法是先将硫酸和氢氧化铝进行中和反应制备出硫酸铝溶液，然后在严格控制溶液pH值和反应温度的条件下，加入硫酸铵充分反应制得硫酸铝铵，经多次重结晶精制以除去杂质后，制备出硫酸铝铵晶体，最后将硫酸铝铵晶体进行高温煅烧即可生成高纯氧化铝产品。
溶胶凝胶法制备高纯超细氧化铝粉体工艺的研究
溶胶凝胶法制备高纯超细氧化铝粉体工艺的研究溶胶凝胶法是一种常用的制备高纯超细氧化铝粉体的方法。
本文将从溶胶制备、凝胶形成、热处理和粉体性能等方面进行研究，以探究溶胶凝胶法制备高纯超细氧化铝粉体的工艺。
一、溶胶制备溶胶制备是溶胶凝胶法的第一步，也是制备高纯超细氧化铝粉体的关键步骤。
常用的溶胶制备方法有水解法、酸解法和碱解法等。
其中，水解法是最常用的方法。
水解法的步骤如下：1. 选择合适的铝源，如硝酸铝、氯化铝等。
2. 将铝源溶解在适量的溶剂中，如水、乙醇等。
3. 在溶液中加入适量的酸或碱，以调节溶液的pH值。
4. 在适当的温度下搅拌溶液，使铝源充分溶解。
二、凝胶形成凝胶形成是溶胶凝胶法的第二步，也是制备高纯超细氧化铝粉体的关键步骤。
凝胶形成的过程是由于溶液中的铝离子与水分子发生水解反应，生成氢氧化铝凝胶。
凝胶形成的步骤如下：1. 将溶液转移到适当的容器中，如玻璃瓶。
2. 在适当的温度下静置溶液，使凝胶逐渐形成。
3. 控制凝胶形成的速度，以获得均匀的凝胶。
三、热处理热处理是溶胶凝胶法的第三步，也是制备高纯超细氧化铝粉体的关键步骤。
热处理的目的是将凝胶转化为氧化铝粉体，并获得所需的粒径和形貌。
热处理的步骤如下：1. 将凝胶转移到适当的容器中，如烧杯。
2. 将容器放入热处理设备中，如电炉。
3. 控制热处理的温度和时间，以获得所需的氧化铝粉体。
四、粉体性能粉体性能是评价溶胶凝胶法制备高纯超细氧化铝粉体的重要指标。
常用的粉体性能测试方法有粒径分析、比表面积测定、形貌观察等。
粉体性能的主要影响因素有溶胶制备条件、凝胶形成条件和热处理条件等。
通过优化这些条件，可以获得高纯超细氧化铝粉体。
总结：溶胶凝胶法是一种制备高纯超细氧化铝粉体的有效方法。
通过溶胶制备、凝胶形成、热处理和粉体性能等方面的研究，可以优化制备工艺，获得高纯超细氧化铝粉体。
未来的研究可以进一步探索溶胶凝胶法的机理，提高制备效率和粉体性能。
直接水解法生产高纯氧化铝工艺研究
直接水解法生产高纯氧化铝工艺研究摘要：研究了直接水解法生产高纯氧化铝工艺，包括原料预处理、碱处理过程、Al2O3熔液脱水过程和水解反应过程。
通过考察反应温度、反应时间、 pH值和反应气体成分等对氧化铝纯度的影响，确定了生产高纯氧化铝的工艺条件。
氧化铝原料主要由铝矾土组成，具有很强的碱性特征。
氧化铝在常温常压下呈酸性，一般以浓硫酸或盐酸为催化剂进行分解。
铝土矿中氧化铝的含量为99.999%-99.99%。
由于氧化铝本身在高温下具有较强的氧化能力和还原作用，因而通常将高纯氧化铝用于生产氧化铝材料。
关键词：直接水解法；高纯氧化铝；制备方法前言我国已探明铝土矿储量大约为40亿 t，约占世界铝土矿总储量的1/3左右；按中国铝工业协会（CNAA）统计，我国电解石开采量已经达到每年500万 t；但目前我国只有一家电解石矿厂在生产氧化锌。
氧化铝是重要的基础化工材料，它与很多金属化合物都具有良好的化学性能。
作为一种金属化合物，它与铁、铜、铝等组成多元合金，在化学、材料工业上有广泛而重要的应用；它还是催化剂和触媒材料中重要的组分之一,广泛应用于冶金、石油化工、陶瓷和玻璃等工业部门。
铝土矿经过氧化焙烧过程生成氧化铝及其化合物。
为了使氧化铝产品纯度更高且符合市场需要，必须采用各种方法对铝土矿中含有物进行脱除和提纯。
1、工艺流程用来提取氧化铝的矿石在铝土矿精矿粉磨后，再经过球磨机粉碎，采用直接水解法生产高纯氧化铝。
将粉碎后的矿石与硫酸和水按一定比例配成混合溶液，再加入石灰水使溶液 pH值达到5.5左右。
采用直接水解法制备高纯氧化铝，通过调节 PH值可控制原料中Al2O3的含量。
当 pH大于8.5时，Al2O3含量降低并接近于0。
当 pH低于8时铝酸的分解不完全，产生大量的 CaO、 MgO和CaSO4等杂质物质，影响后续产品质量。
2原料Al2O3的化学性质活泼，不稳定，在100℃以上容易分解生成三氧化二铝和四氧化三铝等氧化物及氢氧化铝和氧化钙等碱性氧化物。
铝酸钠溶液的稳定性研究
铝酸钠又名偏铝酸钠，工业上主要用于生产氢 氧化铝，是拜耳法生产氧化铝的中间物质，它不稳 定,易水解生成氢氧化铝沉淀 。利用这一特性，它在 其他行业也有广泛的应用，比如非冶金级氢氧化铝 生产，比如对Ti、Zr等金属及合金进行成膜处 理；对钛白粉S5)、白炭黑［6T的表面包覆；制
备绿色环保的新型高分子水处理剂聚合硫酸铝硅 (PASS)还有速凝水泥和石油钻进封堵液等。在应 用过程中，令技术人员感到头疼的问题就是铝酸钠 的稳定性。理想状态是在技术人员可控的情况下， 在条件达到一定时，铝酸钠溶液开始水解并且化学
Abstract: Sodium aluminate is mainly used in the production of industrial grade aluminum hydroxide. The effects of alumina concentration, ak andimpurities of raw material on the stability of sodium aluminate solution were studied. It is considered that the existence of aluminate determines the stability of the solution. When it exists in the form of Al( OH)： , it was very reactive, which was the main factor causing solution hydrolysis. When a polymer such as [Al20( 0H)6 ]2- existed in the solution, the stability of the sodium aluminate solution was significantly improved. The sodium aluminate solution with low ak, medium and high concentration and low impurity content has the strongest stability. Sodium aluminate solution with a stable period of more than one year was prepared in the laboratory. Key words：sodium aluminate solution； stabilization； application
湿式氧化法去除铝酸钠溶液中有机物的研究_陈文汨
应 1 h, 有机物的转化率就可以达到 86 2% , 反应 3 h 可以达到 94 6% 。
图 2 湿式氧化法对有机物去除的影响
图 3 CuO 存在时, 湿式氧化法对有机物 去除的影响( CuO 5 g/ L )
可见, CuO 对铝酸钠溶液中有机物的催化湿式 氧化效果是很明显的, 是一种很有潜力的催化剂, 大 家公认的 CuO 催化机理是与 CuO 在强碱高温高压 条件下形成的配合物与氧化过程中形成的自由基反 应有关[ 21] 。 1 3 2 湿式氧化对铝酸钠溶液中草酸钠和碳酸钠
离子色谱测量, 由美国 DIONEX 公司生产, 仪器型
号 ICS- 90, 在测量之前, 用超纯水将铝酸钠溶液稀 释 500 倍 直接测 量, 色 谱条 件: 淋 洗液: 淋洗 液; 流 速: 1 2 mL/ min; 进样量: 25 L ; 柱温: 30 ; 峰面积 定量。
1 3 实验结果与讨论 1 3 1 湿式氧化法对有机物的影响
NT
NK
NC
AO
Rp
258 53 206 98 51 55 113 70 0 549
C有 1 67
CNa2C2O4 N C/ N T 1 10 19 9
注: N T 为全 碱 ( N a2O T ) , 以 Na2OK 和 N a2OC 形态 存 在的 碱的 总 称 / g L- 1; N K 为苛性碱( N a2O K) , 表示铝酸钠溶液中以铝酸钠和 N aOH 形态存在的 碱, 以 N a2O 计/ g L - 1; N C 为 碳 酸碱 ( N a2OC ) , 表 示 以 N a2CO 3 形态 存在的 碱, 以 N a2O 计/ g L- 1; A O 为溶液 中氧 化铝 浓 度, 以 A l2O3 计/ g L- 1; R P 为铝酸钠 溶液中氧 化铝与苛 性碱质量 浓 度之 比; C 有 为 铝 酸 钠 溶 液 中 总 有 机 碳 的 含 量, 以 碳 计/ g L - 1; C Na2C2O4为铝酸钠溶液中 草酸钠 的质量 浓度/ g L - 1; N C / N T 为碳 酸 碱与全碱的质量百分比/ % 。
拜耳法铝酸钠溶液中有机物脱除研究进展及化学氧化法应用展望
采用微生物通过生物化学法降解拜耳溶液中有 机 物 ，具 有 较 好 前 景 ，但 需 进 一 步 研 究 强 碱 条
件 的 适 用 性 ，且 主 要 针 对 草 酸 盐 降 解 ，目前处于研究 阶段。 3 . 2 铝土矿焙烧法
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Ｂ Ｏ‘ ｆ ３ Ｎ ２Ｏ ＋ ｑ ＊ ａ Ｏ ＋ ｏｏ・ ３ ａ ａ Ａ２ ＋ ａＣ ３ ａ－ Ｂ Ｃ ３ Ｎ ｌ Ａ ０ ＋ ｑ ０
作为净化工业铝酸钠溶液的添加剂 ， 首先要具备 下述性 质， 一是能溶解 于铝 酸钠 溶液 ， 二是对生产溶液不发生 污染 ，
采用铝酸钡净化烧结法精液 的作用机理 ， 铝酸钡在铝 酸
钠溶液中是可溶 的。溶解后 其 Ｂ 与溶液 中 的 Ｓ ： ａ Ｏ 、
Ｂ Ｏ＋ Ａ （ Ｈ）一 Ｄ ・ １ ３ ３ ０ ａ ２ １Ｏ ３ Ａ２ ＋ ０
ｃ ；、ｉ；等离子发生作用生成难溶盐， ０一Ｓ 。 Ｏ 反应方式如下：
以固体粉末加入 ， 添加 量为待净化溶液 中所需 的铝酸钡 的理
论百分数 。添加铝酸钡净化 试验条 件采用 ３因素 ３水平 的
正交试验 ， ３因素 分别 是 温度 （ ） 时 间 （ ） 酸钡 添 加 量 ℃ ， ｈ， （／ ） 因数与水平 的选 择见表 １ ｇＬ ， 。
表 １ 正 交 试 验 因 素 与 水 平选 择
关键词 ： 锅酸钠溶液； 净化 ； 凝胶 ； 超临界干燥 ； 超细粒子 ； 中和沉淀 ； 分散
中 图 分 类 号 ：Ｆ ０ ；Ｆ ２ Ｔ Ｓ２Ｔ８ １ 文 献 标识 码 ： Ａ
试验用铝酸钠溶液取 自生产现场的烧 结法精液 ， 酸钡 铝
１ 前 言
超细粒子 （ 亦称 纳米材 料） 是指晶 粒粒度为 纳米 级的 多 晶材料 ， 被誉 为“ １ 纪最有 前途 的材料 ” ２ 世 。随着现 代工程 技 术的发展 。 颜料 、 填料 、 涂料 、 陶瓷、 电子等行业 中纷 纷需求
种净化铝酸钠溶液 的方法生产高纯纳米氧化铝 。
２ １ 试 验 原料 及条 件 ．
氢氧化铝与氢氧化钡或碳 酸钡 高温分解 产生的 Ｂ Ｏ结 ａ
合生成稳定 的 Ｂ Ｏ ・ Ｉ０ 。其反应方 式如下 ： ａ Ａ：
Ｂ （ Ｈ）一 Ｄ＋ ０ ａＯ ２
Ｂ Ｃ ＿ Ｄ ＋ＣＯ ａ Ｏ３ ２
的净化率 。
产成本相对较低 、 各组分 含量可精确控制 ， 可实 现分子／ 并 原
子水平上 的均匀混合 ， 可制得 粒度分布 窄 、 形状 为球形 的颗 粒 。为 了避免制备过程粉 末的 团聚 ， 同时可采用 冷冻干燥 、
超临界干燥 、 沸干燥等技术 。 共
２ ３ 试 验 结果分 析 ．
２３ １ 极 差 分 析结 果 ． ．
２ 铝酸 钡净化烧 结法精液
对氧化铝生产厂来说 ， 酸钠溶液是其生产过程的中 间 铝 物料 ， 用来生产高纯纳米 氧化铝成本相对低 的多 。本 文介绍
一
由表 ２极差分析结果看 ， 试验因数净化温度 、 化时间 、 净
钡盐加入量对指标 １ １ １ １ 没有影 响 ， １ ｃ 对 １ 有影响 ， Ｎ 但不 明
由于纳米氧化铝所具有的体积表面界面量子尺寸以及宏观隧道等效应使其在力热光电磁催化等方面显示独特的性能被广泛用于透光性氧化铝烧结体荧光体用载体单晶材料高级瓷器人工骨半导体及集成电路基板研磨材料激光材料等具有广阔的应用前景
维普资讯
第２ ８卷第 ３期 ２０ ０６年 ９月
Ｃ ；、ｉ；等杂质离子浓度， Ｏ一Ｓ ’ Ｏ 实现溶液净化。因此我们采
用合成铝酸钡作为净化剂 。
钠溶液中的杂质就会以沉淀形式析 出从而被除 去 ， 同时这些 沉淀能吸 附溶液中的 Ｆ 、 、ｉＶ和有机物等 ， ｅＰ Ｔ 、 使溶液得到净
Ｅ－ ａ ｌ Ｓ Ｙ ２ ．ｏ ｍ ｉ Ｇ Ｌ Ｊ ＠１ ６ｃ ｍ ： Ｌ 眦 嗍 。 蝴 一
具有广阔的应用前景 大多采
用液相法 的溶胶 一凝 胶法 。此法操 作简单 、 艺流程短 、 工 生
２ ２ 试验 结果 ．
铝 酸 钡 净化 铝 酸 钠 溶 液 正 交 极 差 分 析 结 果 见 表 ２ 。
１ｓ１ ｃ １ １ １ 、 Ｎ 、 １ Ｎ １ １ 分别为溶液 中 Ｎ ２Ｏ 、 ａＣ ３ ＳＯ 、 ｅ０ ａＳ ４ Ｎ ２ Ｏ 、ｉ２ Ｆ ２ ３
显； １ 有较大影响 ， 对 １ 因数 主次为铝 酸钡加入 量 ＞净化 温度 ＞净化时问。随着 钡盐加入量 的提高 ， 净化效果越 来越 明 其 显， 影响最为显著 。最佳条件为温度 ９ ０℃ 、 时间 ３ｈ 铝 酸钡 、
加入 量 ２ ０ Ｌ ５ 。
２ ３ ２ 净 化 机 理 ．．
再则净化后 的沉淀物易于 回收利用。氧化钡 、 铝酸钡 等化合
Ｂ Ｏ・ １ ３ Ｎ ｚｉ３ 凹 ａ ．２ ＋ ａＳＯ ４０
Ｄ ＋ Ｄ 。 ０ ＋ ３ 鸽 ３ 叼
物在中等碱液中溶解性能良好 ， 能有效降低溶液中 ｓ ： 、 ０ 一
ＢＳＯ 、 ａ Ｏ 、 ａＯ 溶解 度 （ ａｉ３ Ｂ Ｃ ３ ＢＳ 。 溶度 积 ） 很小 ， 这样 铝 酸
李 文化
（ 中国铝业山西分公 司 技术开发部 ，山西 摘 河津 ０３０ ４ ３４）
要 ： 文介绍 一种利用氧化铝生产过程的 中问物料铝酸钠溶液 ， 本 生产商纯纳米氧化铝的方法 ， 即利用钡盐净化铝酸钠 溶液 ， 得
到 Ａ Ｓ０ ０ ／ １０ ０以上精制溶液 ， 铝酸钠精制液 与碳酸氢钠溶液中和 ， 经溶胶 ～ 凝胶结合超临界流体干燥法制备高纯纳米氧化 铝。
极细 、 狭窄的粒度分布 ， 端的颗 粒成分 。由于纳米 氧化铝 极
所具有的体积 、 表面界面、 量子尺寸以及宏 观隧道 等效 应， 使 其在力 、 、 、 磁 、 化等方 面显示独 特 的性能 ， 热 光 电、 催 被广泛 用于透光性氧化铝烧结体 、 荧光体用载体 、 晶材料 、 单 高级瓷 器 、 工骨 、 人 半导体及集成电路基板 、 研磨材料 、 激光材料 等 ，
甘
肃
冶
金
Ｖｏ． ８ Ｎｏ ３ １２ ．
Ｓ ｐ ，０ ６ ｅ ．２０
Ｇ ＡＮＳ ＭＥ ＡＬ ＵＲＧ Ｕ Ｔ Ｌ Ｙ
文 章 编 号 ：６ ２４ ６ （０ ６ ０ － ０ －２ １７ － １ ２０ ）３０ ８０ ４ ０
净化 铝 酸钠 溶 液 法 生产 高纯 纳米 氧化 铝 试 验 研 究