多品种氢氧化铝的应用及生产_武福运

DOI :10. 13779/j . cn ki . issn 1001-0076. 2001. 06. 016

第6期2001年12月

综合评述

矿产保护与利用

C ONSERVATION AND UTILIZA TION OF MINERAL RESOURC ES

№.6Dec . 2001

多品种氢氧化铝的应用及生产

武福运, 刘国红, 冯国政

(中州铝厂, 河南焦作, 454174)

摘要:介绍了多品种氢氧化铝的分类及其在橡胶、塑料、地毯、造纸、医药、化工等方面的应用情况, 并介绍了多品种氢氧化铝的生产方法。关

键

词:氢氧化铝; 分类; 性质; 用途; 生产方法

中图分类号:T Q133. 1　文献标识码:A 　文章编号:1001-0076(2001) 06-0041-004

Application and Production of Varieties Aluminium Hydroxide

WU Fu -yun , LIU Guo -hong , FENG Guo -zheng

(Zhon gzhou Aluminium Manufacturer , Jiaozuo City , H e ' nan Province 454074, China ) Abstract :This paper introduces sorts of non -metallurgical -use aluminium hy -droxide and its application to rubber , plastics , carpet , paper making , medicine , chemical industry and so on , and also gives some production methods . Ke y words :aluminium hydroxide ; sort ; characteristics ; uses ; production methods 　　目前, 世界上氧化铝的产量约为4700万吨/年, 是产量最大的无机化工产品, 而非冶金用氧化铝占整个氧化铝产量的10%左右, 每年大约为470万吨左右, 并且随着科技的

发展, 其产量越来越高, 每年按5%～8%的速度递增。

多品种氧化铝又称为非冶金用氧化铝, 是指用于非冶金用途的所有氢氧化铝和氧化铝。多品种氧化铝由于其在晶形结构等方面的不同, 使其表现出各种不同的性质, 正如弗兰里在其论文《氧化铝奇遇》中所描述的,“氧化铝及其水合物性质各异, 差别很大。它既可以象蓝宝石那样硬, 也可以象滑石粉那样

软; 其表观密度既可超越3200kg /m 3, 也可以低于3. 2kg /m 3; 既可以为惰性不溶物, 也可以溶于酸碱, 并且有显著的活性。其性质变化范围很大, 有些是流体可象砂一样过筛, 有些则由于呈粘稠状而不能过滤, 有时甚至为触变胶体, 其结晶体直径可以为任何尺寸, 甚至为小到零点几微米的同素异构体颗粒, 有时也可以为非晶体。有些种类有很高的吸附能力, 而另一些一点也没有。有些属于活性催化剂, 有些则属于惰性物质, 但如果在很高温度下长时间的加热它们, 又都转化为α-氧化铝。”正因如此, 所以它被广泛地应用于化学、医药、催化剂、橡胶、塑料、造纸、填充

收稿日期:2001-03-21; 修回日期:2001-09-30

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剂、颜料等各个领域。间, 其分解率最大, 而这一温度范围又是大多

[1, 2]

1　多品种氢氧化铝的分类

数聚合物的分解温度。正是基于氢氧化铝分解时大量吸热, 因此, 当含氢氧化铝的聚合物加热时, 氢氧化铝因分解吸热, 从而抑制聚合物温度的升高, 降低其分解率; 其次氢氧化铝在受热分解时放出水蒸汽, 不会产生有毒、可

燃或有腐蚀性的气体, 同时稀释了聚合物分解所产生的各种可燃气体, 使起火更加困难。

合成材料的阻燃性能与填料氢氧化铝的粒度有很大关系, 随粒度的变细, 限氧限数上升。其次, 填料的细化还有助于合成材料光滑度和力学性能的改善。而附碱及氧化铁含量的高低可以改善材料的绝缘性能, 这在电缆护层与低压电器开关制品中显得尤为重要。

用氢氧化铝作填料的合成材料聚合物系列有聚酯、环氧、酚醛、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、丁醛橡胶、氯丁橡胶, 硅橡胶等。

目前世界上已开发的多品种氧化铝有三百多个品种, 我国也已开发上百个品种, 但没有统一的分类方法及标准, 本文按化学组成、晶体结构、粒度、白度等性能对多品种氢氧化铝分类见表1。

表1　多品种氢氧化铝分类

依据化学式

OH ) 成分Al (3

成分Al (OH ) 3

产品举例主要质量特征

10%低碱氢氧化铝Na 2O +K 2O ≤0.

低铁氢氧化铝Fe 2O 3≤0. 005%

晶型1～2个结晶

水的一水软铝石

晶型α′-AlOOH 拟薄水铝石

晶型Al 2O 3·nH 2O 氢氧化铝凝胶主相为无定形晶型

OH ) d 50=50μm , 70μm 粒度Al (3普通粒级OH ) m 粒度Al (细粒氢氧化铝d 50≤20μ3OH ) m 粒度Al (3超细氢氧化铝d 50≤1μOH ) 白度Al (干白氢氧化铝白度≥93%3白度Al (OH ) 3

高白氢氧化铝白度≥95%

2. 2　用作地毯裱褙乳胶泡沫和粘结剂

的填充料

　　氢氧化铝在地毯行业中的应用主要是利用氢氧化铝的阻燃填充性能。制毯业中所有的乳胶有两种, 一种是粘结剂, 一种是泡沫。

羧化乳胶涂层是一种粘结剂, 用它来粘接固定绑缠在网状裱褙上的地毯纤维; 而乳胶泡沫涂在地毯表面以达到所要求的厚度。其固化是在120～150℃的烘炉内完成的。通常, 粘结剂的配料比为100份乳胶配75～250份氢氧化铝, 而在泡沫中的配料比为每100份乳胶配20～150份氢氧化铝。一般情况下, 用在地毯中的氢氧化铝为d 50

2　多品种氢氧化铝的用途[1, 2, 3]

2. 1　用作阻燃剂

氢氧化铝是塑料和有机聚合物一种理想的阻燃剂填充料。因为氢氧化铝为白色粉末, 物理性质和化学化学性质稳定, 不吸潮, 粒度可按需要加工生产, 无毒无害, 熟化时白度不变, 具有填充、阻燃、消烟三大功能。

当塑料或聚合物与外部热源接触而燃烧时, 可分为以下几个阶段:(1) 加热,(2) 分解, (3) 起火, (4) 燃烧, (5) 蔓延。

所有阻燃剂的作用原理都是通过抑制上述的一个或几个燃烧阶段来达到阻燃的目的

的。对氢氧化铝来说, 它主要在加热和分解这两个阶段起作用, 当受热温度超过200℃时, 氢氧化铝开始吸热分解, 放出三个结晶水。该反应是强烈的吸热反应, 分解时每克Al 3, 2. 3　用作人造大理石、人造玛瑙的填

充料

　　用氢氧化铝和不饱和聚脂树脂或甲基丙烯酸树脂生产人造玛瑙或人造大理石。由于氢氧化铝具有(折光系数为1. 57) 和聚脂树,

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有半透明的、令人满意的光见度。并且可以生产出不同颜色、花纹图案的人造产品。人造产品相对于天然产品有很多优越性, 成本低、重量轻、不易脆裂, 可以制成各种颜色、规格的产品, 因此使得人造大理石广泛应用高档洁具、厨房装修、会议桌面、板材、装饰板等。

通常, 用于生产人造玛瑙和人造大理石的氢氧化铝具有白度高(>95%) , 晶型好, 粒度适中(d 50=50μm 或70μm ) 的特性。

[4]

2. 6　医药用氢氧化铝

氢氧化铝是胃药的主要成分之一, 而铝凝胶是胃酸的中和剂, 是治疗胃病的传统良药。现在的一些新特胃药也含有氢氧化铝成分。

2. 7　用作化工原料

因为氢氧化铝是一种大规模生产的、纯度很高的精炼产品, 可以在强酸强碱中很快溶解。因此氢氧化铝是许多化工部门铝盐的重要原料。如:硫酸铝和明矾是氢氧化铝与

硫酸及其盐类反应的产物, 是大规模生产的化工产品, 主要用于造纸业和水质净化; 聚合氯化铝是由氢氧化铝和盐酸在一定压力下的反应产物, 主要用于医药、化妆品行业和水质净化; 氟化铝是由氢氧化铝与氢氟酸反应制备的, 主要用于电解铝生产中; 4A 沸石(合成沸石) 是通过控制液体中铝酸钠与硅酸钠之间的反应来生产的。多用于气体的干燥和分离, 在石油工业中用作催化剂, 还可用于生产无磷洗衣粉; 拟薄水铝石经低温焙烧可制备活性氧化铝吸附剂和催化剂载体, 广泛应用于石油化工行业。

3. 4　用作造纸填料

氢氧化铝在造纸工业中主要用作表层涂料、填料以及生产不燃纸。在国外, 早在四、五十年代就已开始开发和使用氢氧化铝作为涂布用颜料, 而在我国还是空白。氢氧化铝作为涂布颜料有许多优越性:白度高、粒度细且粒度分布均匀, 呈片状晶形, 用它作颜料能提高涂布纸的白度, 不透明度, 平滑度及吸油墨性能。用它代替二氧化钛, 在不降低纸张白度及不透明度的前提下, 能节约成本, 提高成纸的光泽度, 改善印刷性能。由于氢氧化铝粒度细且分布均匀, 磨耗较小, 可延长刮刀的使用寿命, 通常造纸用氢氧化铝粒度d 5099%。

2. 8　氢氧化铝的改性

虽然氢氧化铝作为阻燃填充剂在塑料、橡胶等行业有广泛的应用, 但是, 由于其分解温度低, 属于无机阻燃剂, 填充量小, 影响产

品强度等。可以通过对氢氧化铝进行改性处理, 以提高其分解温度和添加量。通常是在高速搅拌的机器中同时加入氢氧化铝与硅烷、硬脂酸类、钛系等偶联剂对产品进行改性。

2. 5　用作牙膏填料

牙膏的主要用途是除去牙齿上粘附的污物, 而对牙龈无损伤。这就需要中性磨擦剂, 而氢氧化铝所具有的轻度磨擦特性来清洁和

磨光牙齿正好满足这一要求。并且其化学惰性使其易与牙膏中的其它配料相容; 再者, 氢氧化铝具有良好的保氟性能, 因此, 氢氧化铝在药物牙膏和其它高档牙膏中有着广泛的应用。

用作牙膏填料氢氧化铝的粒度一般为d 50=7μm , 是用气流磨或棒磨机生产出来的研磨产品。其附碱须小于0. 01%或保持一定的PH 值, 以防止在储存过程中, 牙膏皮遭3　多品种氢氧化铝的生产

3. 1　氢氧化铝的生产

目前, 世界上的氢氧化铝或氧化铝95%以上都是用拜耳法来生产的, 烧结法只占很

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接溶出铝土矿, 因此精液中的有机物及氧化铁含量较高, 分解时杂质进入产品, 使氢氧化铝白度降低(一般为85%左右) ; 而用烧结法生产时, 各种原料经高温烧结, 有用溶液经两次净化后得到精液, 因此精液中有机物含量少, 氧化铁含量低, 分解后得到的产品具有较高的白度, 通常为大于93%,因此烧结法更适合于多品种氧化铝的生产。

3. 5　高白氢氧化铝的生产

高白氢氧化铝的生产首先要在铝酸钠溶液中加入CaO 或BaO 在高温下对溶液进行净化处理, 以脱除溶液的颜色及铁, 然后控制合适的分解温度、种子比、原液αK 、分解时间等参数进行分解。由于我厂采用纯烧结法生产, 精液经双重净化, 晶体结构好, 产品白度高, 在国外享有“中国白”的美称。其产品粒度一般为d 50=50μm 或70μm 。

3. 2　低碱氢氧化铝的生产

氢氧化铝含碱主要分为附着碱和晶格碱。晶格碱是精液在分解过程中夹杂在晶格

间的碱, 晶格碱的高低与分解条件有关。控制较高的分解温度, 较高的分解αK , 较长的分解时间, 使晶体缓慢长大, 可以降低产品的晶格碱。附着碱主要是碱液残留在产品的附水中。可以通过提高洗水的温度, 加大洗水量, 采用新的过滤洗涤方式来实现。我厂产品中的附碱一般小于0. 01%。牙膏填料对附碱的要求十分严格, 必须小0. 01%。

3. 6　细粒和超细氢氧化铝的生产

细粒氢氧化铝的生产通常是用球磨机或

气流磨等研磨设备对粗颗粒氢氧化铝进行研磨而生产的。

超细氢氧化铝一般是以精液的种子分解来制备的。其关键技术在于高活性晶种的制备和分解制度的控制。另外, 分离、洗涤、干燥要采取专门的技术和装备。分解法可大规模生产, 其产品粒度d 50≤1μm , 白度>99%,并且小于2μm 的颗粒占98%。粒度分布均匀。

3. 3　低铁氢氧化铝的生产

精液中的铁含量较低, 但在分解过程中

很容易吸附在氢氧化铝表面而进入产品中。在实际生产时, 可以向精液中加入CaO 或BaO , 在95℃的温度条件下保温1～2h , 以将铁除去。然后用处理过的精液生产低铁产品。

4　结语

多品种氢氧化铝在西方、美国及发达国家的应用十分广泛, 这主要是这些国家所通过的用户安全法规的实施, 使氢氧化铝被强制性地应用于合成橡胶、地毯裱褙、塑料、装饰材料、汽车配件等产品中。而随着我国科技的进步及经济的发展, 人们对材料阻燃性能认识的提高, 阻燃法规的实施及多品种氢氧化铝生产厂和使用厂家的共同努力和开发, 氢氧化铝在我国亦将有更为广阔的应用前景。参考文献:

[1]苗建国. 轻金属, 1997,(8) :12-16. [2]马善理. 轻金属, 1994,(6) :27-30. [3]王学诗译. 工业氧化铝化学制品. 1989. [4]王二星. 非金属矿, 1999,(5) :27-29.

3. 4　凝胶氢氧化铝的生产

凝胶氢氧化铝的生产一般是采用酸碱中

和法。可以用酸性溶液与铝酸钠溶液反应或用碱性溶液与铝盐反应来制备。在生产中可以向精液中快速通入CO 2, 控制温度、通气量、时间来得到凝胶产品。

生产拟薄水铝石是在低温(30～40℃) , 低浓度, 快速碳分的条件下实现的, 然后再经高温老化而得到; 也可以是生产直链醇的副产物(羟基铝水解生成直链醇和拟薄水铝石) 。