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                如何去除高純氧化鋁里面的這幾種雜質?

                發布時間:2021/02/23 行業新聞 標簽:耐火磚瀏覽次數:307

                在高純氧化鋁中,雜質元素大多以K?O、Na?O、CaO、SiO?、MgO、Fe?O?、CuO等氧化物的形式存在。由于高純氧化鋁的物理化學性質會因雜質元素的存在受到嚴重影響,如:三氧化二鐵會導致發光材料的發光性能降低,二氧化硅會導致氧化鋁燒結性能的變差等,從而使高純氧化鋁在應用領域中大大受限。所以制備高純氧化鋁的工藝研究越來越受各國家科研工作者的重視。任忠勝通過微細過濾和深層過濾的方法,有效地降低了Fe、Ca、Mg等雜質的含量。

                1、Fe雜質的去除

                Fe雜質大多以二價或者三價的氧化物形式存在于主體產品中,各科研者對不同物質中Fe雜質的去除均有一定研究,如:鋁土礦、鋁酸鹽-堿性溶液等。

                鋁土礦是在熱帶或亞熱帶氣候下形成的,廣泛地存在于玄武巖、石灰巖等各種巖石和片巖中,包含的常見的雜質為鐵酸鹽、針鐵礦、石英、硅線石、剛玉、二氧化鈦等。優質的鋁土礦Al?O?含量最小為40%,SiO?含量最大為15%;低質的鋁土礦雜質主要是石英、三氧化二鐵和氧化鈣。A Aziz等在采用硫酸浸出法回收鋁土礦中氧化鋁的過程中,選用純度為68%的乙醇(C?H5-OH)幾乎完全除下了Fe雜質,但是乙醇價格昂貴,為了使該工藝更加經濟,可以通過冷凝回收法對乙醇進行二次利用。

                脫除鋁酸鹽。堿性溶液中Fe雜質最常用的純化方法是添加亞硫酸鈉的氧化鈣來處理,之前也有人采用氨基亞甲基萃取體系替代苯酚的衍生物來萃取Fe雜質。GuseinovER選用萃取劑2-羥基-5-烷基(C8-C9)芐基二乙醇胺成功地從鋁酸鹽-堿性溶液中萃取了Fe雜質,而且該技術在實際的氧化鋁生產車間已經得到了測試。

                由于Fe含量較高的硫酸鋁銨制備的氧化鋁純度較低,不能滿足高純產品的要求且對其應用有極大的限制,所以必須除去原料中的Fe。現階段比較常用的方法包括:沉淀法、有機伯胺萃取法和重結晶法。沉淀法可以通過加入助劑MnO?、KMnO4、K?[Fe(CN)6]或K4Fe(CN)6·3H?O來實現,它的優點是成本低,操作簡便;缺點是鋁離子損失量大,過程中加入助劑引入了新的雜質。有機伯胺萃取法操作麻煩,萃取劑用量大且成本高,反萃取復雜,所以難以在工業上應用。

                重結晶法設備簡單,操作容易,成本低。陸建剛采用該法獲得了符合國家質量標準的硫酸鋁銨。劉萍對該方法的提純進行了改進如下:為了提高過濾效果,將過濾介質濾布改為高分子PE微孔管;為了使晶體取出更方便,將長方形槽改為帶手柄的半圓形槽;為了促進雜質分離添加了助劑。綜合考慮,本課題最終選擇多次重結晶的方法對原料進行提純。

                2、Si雜質的去除

                Si雜質由于不活潑,較難除去。祁光霞等在恒溫130℃下,將粉煤灰與氫氧化鈉溶液混合反應1 h,對粉煤灰進行預脫Si,脫Si效率達30.0%。孫應龍等通過正交試驗研究了氫氧化鈉質量分數、灰堿比、反應時間和反應溫度對脫Si效率影響,結果時間、堿液濃度、灰堿比、反應溫度對脫Si效率的影響依次增強,并且在最佳條件下脫Si效率達38.6%。董菲等綜合利用了預脫Si和堿石灰燒結法的核心技術,并提出了有關脫Si工藝裝備適用情況的寶貴建議。

                和曉才認為焙燒后樣品中的雜質Si、Fe會暴露出來,再利用超聲波對其進行反復酸洗、水洗,最終制備的氫氧化鋁Si、Fe含量均小于0.001%。并且建議采用活性炭柱或微孔鈦過濾膜將原料進行過濾以除雜。賴浚等對高純氧化鋁制備過程中的鋁酸鈉溶液雜質Si、Fe的脫除進行了研究,用氧化鈣作脫硅劑,使之與水反應生成氫氧化鈣,氫氧化鈣再和鋁酸鈉反應生成鋁酸三鈣,硅酸根離子再和鋁酸三鈣反應生成難溶的水化石榴石,最終以沉淀形式析出,脫Si率可達到98%。另外,電廠采用氫氧化鋁吸附法、反滲透法、微泡浮選法、電凝聚法等進行Si雜質的脫除。

                以上方法中,有的會引入Na、Ca等雜質元素,有的適用于微量Si的脫除,不適于痕量Si的深度脫除,所以研究一種有效除去痕量Si的方法十分必要。

                3、Ca雜質的去除

                Ca雜質主要可通過萃取劑萃取、化學沉淀、鹽析結晶、離子交換、螯合劑螯合等種方法被脫除。

                萃取劑萃取首先可以利用硫酸鈣的難溶性,使Ca?+以CaSO4的形式沉淀析出,再結合其他方法(如:溶劑萃取、等)進行二次脫除。萃取劑P?O4,又名磷酸二院基醋、D2EHPA,價格便宜,是一種酸性萃取劑,對金屬離子的萃取順序由大到小依次為:Fe3+、Zn2+、Cu2+、CO2+、M92+、Mn2+、Ca2+。謝紅艷采用P?O4對含鈣鎂錳的混合液進行萃取,鈣離子明顯下降,但不能達到高純的要求。趙紅濤等對磷石膏中的Ca雜質行了深度脫除,經過研究磷石膏中的可溶性雜質及不可溶性雜質均可被有機溶劑磷酸三丁酯有效地萃取,最終獲得純度大于99%的硫酸鈣顆粒。

                李軍旗等利用草酸鹽使鈣離子以沉淀形式析出,鈣離子脫除率較理想。

                戴志峰等利用離子交換樹脂的高效選擇性將碳酸氫鋰體系中的鈣鎂離子有效地脫除。

                原油中Ca主要以螯合脫Ca的方法進行脫Ca,王清等對幾種脫鈣劑的脫Ca效果進行了比較性研究并分析了原因,其中HEDP的脫Ca效果優于EDTA,是最佳的脫鈣劑。HEDP又名羥基乙叉二磷酸,可與Ca2+形成六圓環的螯合物,具有很好的阻垢效果,與聚羧酸型阻垢分散劑配合使用效果更佳,通常使用濃度1~10 mg/L。

                4、Na雜質的去除

                制備氧化鋁常用的脫除鈉雜質的方法有:洗滌法、水熱處理法和添加硼酸法等。路文采用洗脫法對硫酸鋁銨晶體進行脫鈉,他認為將硫酸鋁銨晶體加熱至150-200℃,晶體中會出現鼓泡現象,從而有利于鈉雜質的洗脫。李加宏比較研究了在氧化鋁制備過程中水熱處理脫鈉法與添加硼酸脫鈉法,由于水熱法所得的氧化鋁純度高于添加硼酸法,最終選擇采用水熱法脫鈉。和曉才在煅燒氫氧化鋁的過程中,添加適量硼酸,使其與鈉雜質反應生成偏硼酸鈉,再對氧化鋁進行酸洗干燥處理,最后得到了鈉含量小于0.001%的氧化鋁。

                另外,高純的氫氧化鉀(KOH)廣泛地用于各種工業領域(例如:鉀化合物、藥物和合成樹脂的制造,半導體加工,電子領域等),特別是在電子領域其具有很高的經濟價值。它的制備原料是工業級的氯化鉀,因含有鈉離子雜質而大大影響其性能。一般情況下,通過重結晶的方法來除去鈉離子。Yoon H等提出了一種氧化鈉錳和六氰合鐵酸鉀的電化學系統,它可以選擇性地去除原料氯化鉀中約36%的鈉離子,非常利于高純氫氧化鉀的工業生產,而且這種電化學電池系統使用不僅適用于海水淡化,而且也適用于資源回收。

                這為雜質離子的除雜提供了一條新思路,可以將選擇離子分離系統應用于其他雜質離子的去除過程,如果選擇性去除鈉離子雜質,可以使用己知選擇性插入和脫嵌鈉離子的鈉離子電池材料。

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