Alumina: Ik "kan niet samenleven met natrium!
Hoogtemperatuuralumina wordt gemaakt uit industrieel aluminiumoxidehydraat als belangrijkste grondstof door middel van calcinatie voor dehydratie en kristalfasetransformatie. Omdat industrieel aluminiumoxidehydraat in een alkalisch medium wordt bereid, bevat hoogtemperatuuralumina onvermijdelijk een bepaalde hoeveelheid onzuiverheden.
Gevaren van natriumoxide
Het gehalte aan natriumoxideverontreinigingen vormt de belangrijkste basis voor de sortering van hoogtemperatuur-aluminaproducten en beïnvloedt in grote mate de fysische en chemische indicatoren, productkwaliteit en toepassingsprestaties van de afgeleide producten. Bijvoorbeeld:
Wanneer hoogtemperatuuralumina wordt gebruikt als slijtvaste keramiek, heeft het Na₂O-gehalte direct invloed op de druksterkte en elektrische isolatie van aluminiumoxideproducten. Over het algemeen geldt: hoe hoger het Na₂O-gehalte, hoe hoger de elektrische geleidbaarheid en hoe slechter de elektrische isolatieprestaties van aluminiumoxidekeramiek en slijtvaste producten. Tegelijkertijd leidt dit ook tot een lagere conversie van α-Al₂O₃, wat niet voldoet aan de kwaliteitseis dat het α-Al₂O₃-gehalte in hoogtemperatuuralumina meer dan 95% bedraagt, wat resulteert in vervorming en scheurvorming van aluminiumoxidekeramiek en slijtvaste producten.
In elektronische keramiek heeft de aanwezigheid van Na₂O niet alleen invloed op de dichtheid van elektronische keramiek, maar leidt het ook tot de vorming van β-Al₂O₃ met een bepaalde geleidbaarheid vanwege de combinatie van Na₂O en Al₂O₃, waardoor hun elektrische eigenschappen worden beïnvloed.
In elektronische keramiek heeft de aanwezigheid van Na₂O niet alleen invloed op de dichtheid van elektronische keramiek, maar zorgt het er ook voor dat Na₂O zich verbindt met Al₂O₃ om β-Al₂O₃ te vormen met een bepaalde geleidbaarheid, waardoor de elektrische eigenschappen ervan worden beïnvloed.
Waar komen natriumverontreinigingen vandaan?
De Na₂O in hogetemperatuuralumina is afkomstig van de grondstof aluminiumoxidehydraat. Na₂O in aluminiumoxidehydraat is een van de belangrijkste verontreinigende stoffen die tijdens het productieproces van aluminiumoxide worden gevormd. De Na₂O in aluminiumoxidehydraat bestaat in drie (of vier) vormen.
Ⅰ. De alkalische moederloog behoort tot de in water oplosbare alkaliën en bestaat in de vorm van gebonden alkali. Na₂O kan worden verwijderd door wassen met water; de ingekapselde alkali is moeilijk af te spoelen en kan slechts gedeeltelijk worden verwijderd.
Ⅱ. Roosteralkali is onoplosbaar in water en kan alleen in water oplosbare alkali worden als de roosterstructuur zich herschikt.
Ⅲ. Gecombineerde alkali is onoplosbaar in water, zuur of alkali en ontleedt niet, zelfs niet bij hoge temperaturen.
Factoren die het natriumoxidegehalte in de grondstof aluminiumhydroxide beïnvloeden
Aangezien de natriumverontreinigingen in aluminiumoxide hoofdzakelijk afkomstig zijn van de voorloper ervan, aluminiumhydroxide, wat zijn de factoren die het gehalte aan natriumverontreinigingen in aluminiumhydroxide beïnvloeden?
Er zijn veel factoren die het natriumoxidegehalte in aluminiumhydroxide beïnvloeden. Tijdens de seeded precipitatie hebben de concentratie van de oorspronkelijke ontledingsoplossing, de ontledingstemperatuur, de ontledingstijd, enz. allemaal een directe invloed op het natriumoxidegehalte. In de productiepraktijk hebben de volgende factoren echter ook een significante invloed op het natriumoxidegehalte:
(1) Begintemperatuur van ontleding in het ingezaaide neerslagproces
Tijdens het ontledingsproces worden doorgaans diverse koelmaatregelen toegepast om de output van aluminiumhydroxide te verbeteren, wat leidt tot een toename van het gehalte aan onwasbare alkali in het product. Diverse studies hebben aangetoond dat de belangrijkste factor die de hoeveelheid onoplosbaar natriumoxide in de ontledingsproducten beïnvloedt, de initiële ontledingstemperatuur is. Hoe lager de initiële temperatuur, hoe hoger het gehalte aan onoplosbaar natriumoxide in het product.
(2) Deeltjesgrootte van aluminiumhydroxideproducten
Tijdens het zaadprecipitatieproces van de Bayer-methode ondergaan de materialen vaak periodieke verfijning. Het circulatievolume van de zaadprecipitatiematerialen is echter groot en wanneer de verfijningscyclus aanbreekt, duurt deze vaak relatief lang. Wanneer de materialen worden geraffineerd, neemt de hoeveelheid moederloog die door aluminiumhydroxide op de platte schijf wordt meegevoerd toe, wat leidt tot meer onuitwasbare alkali. De materialen binden zeer sterk aan elkaar, wat resulteert in een slechte luchtdoorlaatbaarheid en filtratieprestaties van de materialen, wat gemakkelijk kan leiden tot kruiszoneverontreiniging en het natriumoxidegehalte van de producten kan beïnvloeden.
(3) Vastestofgehalte in de oorspronkelijke ontledingsoplossing
Er zijn veel factoren die het vastestofgehalte in de ontledingstank beïnvloeden, zoals een onbalans tussen productie en wassen, een lage efficiëntie van het zaadfilter, ingebruikname of isolatie van de ontledingstank en schommelingen in de ontledingssnelheid. Deze factoren veroorzaken vaak grote schommelingen in het vastestofgehalte van de eindtank. Wanneer het vastestofgehalte afneemt, raakt het materiaal te verdund en is de platte schijf gevoelig voor kruiszoneverontreiniging, wat de productkwaliteit beïnvloedt en leidt tot een toename van het natriumoxidegehalte in aluminiumhydroxide.
Hoe verwijder je natrium?
De huidige gebruikelijke natriumverwijderingsprocessen omvatten hoofdzakelijk het volgende:
De eerste methode bestaat uit het verminderen van het gehalte aan kristallijne alkali en interkristallijne alkali, bijvoorbeeld door de ontledingstijd tijdens het ontledingsproces van aluminiumhydroxide te verlengen en door het gehalte aan gebonden alkali te minimaliseren door middel van meerdere wasbeurten.
De tweede methode is het zorgvuldig selecteren van mineralisatiemiddelen. De belangrijkste functie van mineralisatiemiddelen is het vergroten van de roosterdefecten van aluminiumoxide, waardoor er kation- en anionvacatures ontstaan, wat de kristallisatie versnelt en de temperatuur van de α-fasetransformatie effectief verlaagt. Tegelijkertijd kunnen mineralisatiemiddelen ook reageren met natriumoxide in aluminiumoxide om vluchtige natriumverbindingen te vormen. Daarom worden mineralisatiemiddelen veel gebruikt in het calcinatieproces van hogetemperatuuraluminiumoxide. Veelgebruikte mineralisatiemiddelen zijn onder andere aluminiumfluoride, boorzuur, magnesiumoxide en ammoniumnitraat.
De derde methode is het voorbehandelen van de grondstoffen: door zuur via een nat proces toe te voegen om een zuur-base-neutralisatie uit te voeren voor de verwijdering van natrium, en vervolgens de na de reactie gevormde zouten af te spoelen met heet water. Het effect van de natriumverwijdering varieert afhankelijk van de aanwezige vormen van natriumoxide in de grondstoffen. Het natriumgehalte kan worden verlaagd tot ten minste 0,05%. Deze methode kan de productkwaliteit aanzienlijk verbeteren.