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不同铝源制备的球形氧化铝粉体有何不同?

发表时间: 2021-11-05 16:07:25

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氧化铝作为一种化工原料,应用十分广泛。一般来说,构成材料粒子的形态不同,则性质不同,应用也不同。球形氧化铝粉体具有形貌规则、粒度均匀、表面光滑和颗粒磨损小等优点,在催化剂及其载体、表面防护涂层和陶瓷添加剂等领域已成为不可或缺的材料。


不同的含铝原料决定了球形氧化铝粉体不同的制备方法,并最终决定了球形氧化铝粉体的产品特点及生产成本等。下文一起来看看不同铝源制备氧化铝粉体的工艺路线特点:


1、金属铝→球形氧化铝粉


以金属铝为原料时,常选用铝粉或铝屑并采用液相沉淀法和等离子体法制备球形氧化铝粉体。


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↑↑以金属铝为原料的制备路线流程图


以金属铝为原料时,液相沉淀法(路线①)操作条件温和但操作步骤较多,产物球化率不高,纯度低,且在试验过程中会产生大量的废水,工业化可行性小。


等离子体法已成功应用于各种金属及金属氧化物材料的球化,等离子体流中的高温和高焓几乎可以融化甚至气化耐高温材料,而高淬火速率又有利于均匀成核,使得形成的颗粒球化率更高。等离子体法淬火速率高、球化率高,但也有着设备价格较高和系统复杂的不足。



2、铝盐们→球形氧化铝粉


常见铝盐有硝酸铝、氯化铝和硫酸铝,以硝酸铝为原料制备球形氧化铝粉体时,常用均相沉淀法(路线①)和喷雾热解法。以氯化铝为原料制备球形氧化铝粉体时,制备方法常采用液相沉淀法。以硫酸铝为原料制备球形氧化铝粉体时,常用液相沉淀法。经过大量的试验,发现硫酸铝有着其他铝盐所不具有的能力,含有硫酸根离子的铝盐溶液老化后会生成由球形颗粒组成的“单分散”溶胶。


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↑↑以铝盐为原料的制备路线流程图


以铝盐为原料制备球形氧化铝粉体时,操作方法简单,所获产物球化率高、杂质较少,但原料价格相对较贵,部分铝盐制得的氧化铝经过煅烧后产生的气体污染性强,这些缺点使得其大规模工业化使用受到一定的阻碍。


3、醇铝→球形氧化铝粉


以醇铝为原料时,水解法是最常用的方法。以异丙醇铝为例,异丙醇铝水解可直接生成氧化铝的水合物,经过煅烧可获得径粒较小的球形氧化铝粉,水解产出的异丙醇可循环使用。


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↑↑醇铝为原料的制备路线流程图


以醇铝为原材料时,试验条件温和,不容易引入新的杂质,所获产品纯度高,但醇铝价格高,生产成本较大,反应过程中产生的有机溶剂会对环境造成一定的污染。


4、不规则氧化铝→球形氧化铝粉


无规则氧化铝泛指颗粒形貌不规则的氧化铝,既包括无水氧化铝也包括水合氧化铝,以无规则氧化铝为原料时常采用等离子体法和喷雾干燥法。常用的等离子体法主要有两种:直流电弧等离子体法和射频等离子法体。其中,直流电弧等离子体法具有高球化率和高产率的优点,但通过高温将反应物等离子化时,电极易熔化,产物易被污染,纯度达不到要求。射频等离子体法不具有电极,产物纯度较高,但有着能耗大的缺点。


直接采用氧化铝用作原料时,一般不需要经过化学反应仅需要物理变化就可以获得球形氧化铝颗粒。其本质是在短时间内利用高温实现相变,同时利用表面张力的作用使颗粒球化。当使用无规则氧化铝作为原料时,产物具有产率高、形貌规则和低污染的优点。能获得具有低团聚和高分散性能的球形粉末,但是其装置要求高、设备价格高、能耗高。


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↑↑以无定形氧化铝为原料的制备路线流程图


以无规则氧化铝为原料时,反应原料充足、成本低、可量产,故无规则氧化铝是工业化大批量生产的最佳原料。采用等离子体法时,产物球化率高、污染小,但产物的粒度和分散性与球化设备有关,且工艺条件苛刻需要在高温高压下进行,未来应该着重解决能量消耗高的问题。


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