制取超細氫氧化鋁阻燃劑的研究

武文煥 馮怡利 李建強 張樹云

(山東魯北企業(yè)集團總公司， 山東 濱州 251909)

制取超細氫氧化鋁阻燃劑的研究

武文煥 馮怡利 李建強 張樹云

(山東魯北企業(yè)集團總公司， 山東 濱州 251909)

利用重溶法對氫氧化鋁精液進行除雜凈化，控制精液的αk為1.3～1.5，加入研磨好的氫氧化鋁晶種(D50為1～2 μm)，晶種系數(shù)為10%～12%，分解溫度控制在60 ℃，分解時間為24 h，可以得到D50為1～2 μm、白度為97的超細氫氧化鋁阻燃劑。經(jīng)檢驗證明，試驗產(chǎn)品能達到國家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

阻燃劑； 超細氫氧化鋁； 重溶； 機械研磨； 精液分解

0 前言

某公司擬建一套2萬t/a的超細氫氧化鋁阻燃劑項目，此項目串聯(lián)在公司拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的生產(chǎn)線上，在建設(shè)初期，技術(shù)研發(fā)小組進行了實驗室小試研究。

實驗首先采用拜耳法生產(chǎn)母液加入超細氫氧化鋁晶種進行分解，但由于母液中含有的雜質(zhì)及有機物含量較高，得到的產(chǎn)品白度低，粒度大且分布不均勻，達不到國家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。因此，采用了氫氧化鋁成品重溶后再進行分解的方法，多次實驗后，產(chǎn)品達到了國家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

本文研究了鋁酸鈉溶液分解法制取超細氫氧化鋁阻燃劑的方法，對偏鋁酸鈉溶液種子分解法的實驗條件進行了初步的探討。

1 實驗

1.1 實驗原料

氫氧化鋁、32%NaOH溶液、D50為2～5 μm的晶種，研磨至1 μm左右作為反應(yīng)晶種。

1.2 主要實驗設(shè)備

恒溫水浴鍋、可調(diào)速磁力攪拌器、電熱套、激光粒度分析儀、白度分析儀。

1.3 實驗過程

實驗結(jié)合機械研磨法和鋁酸鈉溶液種子分解法來生產(chǎn)超細氫氧化鋁阻燃劑?；緦嶒炦^程如下：利用半成品氫氧化鋁(D50=95 μm左右)和濃度為32%的液堿在加熱條件下進行重溶，過濾去除雜質(zhì)不溶物及有機物，得到比較純凈的偏鋁酸鈉溶液，然后用超細氫氧化鋁做晶種(晶種系數(shù)為8%～12%)進行分解。實驗初期外購少量超細氫氧化鋁作為晶種，實驗過程中，可用分解出的部分超細氫氧化鋁進行研磨，便可得到適合實驗用的超細晶種。分解后得到的超細氫氧化鋁，經(jīng)壓濾、烘干后就能得到超細氫氧化鋁阻燃劑。

具體實驗包含如下步驟，見圖1。

(1)配堿：將32%液堿用蒸餾水配制成16.8%(苛堿濃度為220 g/L)的堿液。

(2)重溶：將上述堿液加熱至105 ℃左右，在攪拌條件下加入適量的粉狀氫氧化鋁進行溶解，溶解時間為20 min左右。溶解完畢，趁熱過濾去除其中的不溶物，分析化驗出其中氧化鋁含量，留存?zhèn)溆谩?/p>

(3)分解：向上述濾液中加入一定量的超細氫氧化鋁晶種，60 ℃下恒溫攪拌分解。

(4)過濾烘干：分解完畢，進行熱過濾，烘干得到超細氫氧化鋁微粉。

(5)分析：分析成品的粒度分布及白度。

2 實驗結(jié)果及分析

經(jīng)過多次實驗驗證，影響制取超細氫氧化鋁阻燃劑的實驗條件有αk、晶種系數(shù)、分解時間和分解溫度等。

圖1 實驗步驟

2.1αk對實驗結(jié)果的影響

實驗條件：分解時間為24 h，晶種系數(shù)為10%，分解溫度60 ℃，實驗結(jié)果如表1。

表1 αk對分解率的影響

由表1可知,αk控制在1.3～1.5最為合適,其分解率達到50%以上。αk低于1.3的精液處于嚴(yán)重的過飽和狀態(tài)，極易自我分解，分解物富集在燒杯內(nèi)側(cè)，難以進行清理；αk高于1.5時，精液處于不飽和狀態(tài)，難析出氫氧化鋁晶體，分解率甚至低于25%，遠遠達不到生產(chǎn)要求。

2.2 晶種系數(shù)對實驗結(jié)果的影響

實驗條件：αk=1.35，分解時間24 h，分解溫度60 ℃。不同晶種系數(shù)對實驗結(jié)果的影響如圖2、圖3、圖4所示。

由圖2可知，當(dāng)晶種系數(shù)為5%時：D50=1.01 μm，D90=2.99 μm。粒度小于5.00 μm的占98.05%，小于10.00 μm的為100.00%，分解率為36.9%。

由圖3可知，當(dāng)晶種系數(shù)為8%時：D50=0.93 μm，D90=3.07 μm。粒度小于5.00 μm的占95.91%，小于10.00 μm的為100.00%，分解率為46.8%。

由圖4可知，當(dāng)晶種系數(shù)為12%時：D50=0.70 μm，D90=1.22 μm。粒度小于5.00 μm為100.00%，小于10.00 μm的為100.00%，分解率為66.7%。

因此，晶種系數(shù)為12%時，晶體粒徑小，粒度較均勻，分布較對稱，分解率達50%以上。晶種系數(shù)為5%和8%時，粒度分布不均勻、不對稱，且存在大顆粒現(xiàn)象，分解率也較低。

圖2 晶種系數(shù)為5%

圖3 晶種系數(shù)為8%

圖4 晶種系數(shù)為12%

2.3 分解時間對實驗結(jié)果的影響

實驗條件：αk=1.31，分解溫度60 ℃。不同的晶種系數(shù)下分解時間對分解率的影響如表2所示。

表2 不同晶種系數(shù)下分解時間對分解率的影響

試驗表明，分解時間大于20 h，無論晶種系數(shù)是5%、8%還是12%等，對粒徑、粒度分布、分解率等幾乎沒有影響。所以分解實驗時間一般選擇24 h左右。

2.4 分解溫度對實驗結(jié)果的影響

實驗條件：αk=1.32，分解時間24 h。不同的晶種系數(shù)下分解溫度對分解率的影響如表3所示。

表3 不同晶種系數(shù)下分解溫度對分解率的影響

本工藝采用恒溫分解，經(jīng)過多次實驗，在60 ℃的分解條件下分解效果較好，分解率可達50%以上。溫度高的情況下，分解率較低；溫度更低的情況下，分解率無顯著提高，但降溫需要很多冷源，所以分解溫度建議選擇60 ℃。

2.5 白度分析

實驗做出的成品超細氫氧化鋁阻燃劑白度可達97以上，符合國家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 結(jié)論與討論

(1)實驗表明，利用氫氧化鋁重溶，并利用超細晶種分解出來的氫氧化鋁微粉粒度分布較均勻，D50最低可達到0.90 μm，D90可達到1.42 μm，顆粒粒徑全部位于5 μm以下，符合超細氫氧化鋁阻燃劑標(biāo)準(zhǔn)。

(2)利用氫氧化鋁重溶的方法，控制鋁酸鈉精液αk為1.3～1.5，晶種系數(shù)為12%，在60 ℃的條件下進行恒溫分解24 h左右，會得到很好的實驗效果。

(3)本實驗的優(yōu)勢在于堿液可以循環(huán)利用，僅實驗成品中攜帶少量堿液，其余的可以循環(huán)進行氫氧化鋁的溶解。

(4)利用氫氧化鋁重溶再進行分解的方法，解決了氫氧化鋁純度較低，白度不夠的問題，并解決了機械研磨法導(dǎo)致的氫氧化鋁顆粒粒度分布不均勻的問題，生產(chǎn)出的成品顆粒粒徑小，分布均勻，白度達標(biāo)(≥97)。成品達到了超細氫氧化鋁阻燃劑生產(chǎn)要求。

3 結(jié)束語

該實驗始于2014年，當(dāng)時公司正在進行鋁業(yè)轉(zhuǎn)型工作，引進了一套超細氫氧化鋁阻燃劑的生產(chǎn)工藝，該工藝于2014年7月正式投產(chǎn)，根據(jù)實驗結(jié)果摸索出了該項目的生產(chǎn)工藝指標(biāo)，初定工藝指標(biāo)如下：αk為1.3～1.5，晶種系數(shù)為10%～12%，分解溫度為60 ℃左右，分解率為55%～60%，最高可達65%。生產(chǎn)出的產(chǎn)品粒度D50為1.5 μm左右，產(chǎn)品白度達到國家生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 歐玉湘.實用阻燃技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[2] 王二星，劉焦萍，武運福.氫氧化鋁在造紙及有機材料領(lǐng)域的應(yīng)用[J].非金屬礦,1999，22(5)：27-29.

[3] 李學(xué)峰，陳緒煌，周密.氫氧化鋁阻燃劑在高分子材料中的應(yīng)用[J].中國塑料,1999,13(6)：80-84.

[4] 李立全，梁小偉.我國超細氫氧化鋁的生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].阻燃劑材料與技術(shù),2003(6)：13-17.

Research on Making Superfine Aluminum Hydroxide Flame Retardant

WU Wen-huan, FENG Yi-li, LI Jian-qiang, ZHANG Shu-yun

By re-dissolving aluminum hydroxide, purifying aluminum hydroxide concentrates, controllingαkat 1.3～1.5 and adding grinded aluminum hydroxide seed(D50=1～2 μm)into the concentrates, then a superfine aluminum hydroxide flame retardant with D50 1～2 μm and 97 whiteness is obtained under the following conditions: seed coefficient is 10%～12%, temperature is 60 ℃, decomposition time is 24 h. Test proves that the product meet the National Standards.

flame retardant; superfine aluminum hydroxide; re-dissolving; mechanical grinding; decomposition

2014-08-21

武文煥(1954—)，男，山東無棣人，大學(xué)本科，高級工程師，現(xiàn)負責(zé)山東魯北集團海生生物有限公司鋁業(yè)轉(zhuǎn)型工作。

TF821

A

1008-5122(2014)06-0007-03