超细氢氧化铝的制备方法

[摘 要]超细氢氧化铝的生产方法可分为机械法和化学法二大类。化学法有微乳液法、金属醇盐法、超重力法、固相法及铝酸钠溶液碳分法、种子分解法等。

[关键词]超细；氢氧化铝；粒度

中图分类号：TQ133.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0034-01

1 前言

超细氢氧化铝具有阻燃、填充、消烟等多重功能，能与磷等多种物质产生协同阻燃效应，是一种用途广泛的化工产品，已成为化工、电子、电缆、橡胶、塑料等行业中重要的环保型阻燃剂。随着新兴材料工业的兴起及人类对环保要求的提高，其需求量越来越大，同时对产品的质量和使用性能也提出了更为严格的要求。与国外同类产品相比，我国用铝酸钠溶液制备的超细氢氧化铝产品，存在粒度分布宽、容重偏低、颗粒形貌难以有效控制等问题，影响了产品的使用性能。

2 超细氢氧化铝的制备方法

超细氢氧化铝的生产方法可分为机械法和化学法二大类。化学法有微乳液法、金属醇盐法、超重力法、固相法及铝酸钠溶液碳分法、种子分解法等。

2.1 机械粉碎法

机械粉碎法就是在粉碎力的作用下，使固体料块或粒子发生变形进而破裂，产生更微细的颗粒。机械粉碎法主要用于制备脆性材料的微粉，具有产量大、生产工艺简单等优点，主要用于生产一些对纯度和粒度要求较低的粉体[1]。

机械法制备超细氢氧化铝微粉是将普通冶金级氢氧化铝进行洗涤、烘干，之后采用搅拌磨或球磨等将其加工成氢氧化铝微粉。采用雷蒙磨、球磨等机械生产的氢氧化铝微粉粒度较粗，粒度分布宽，颗粒形貌不规则，最大颗粒可达15――20um，在电线、电缆的生产过程中，加工性能差，抗折强度、延伸率较低，与化学法生产的氢氧化铝相比其氧指数小，阻燃效果差。采用气流磨等粉碎机械虽可以加工生产平均粒径小于1.5～2.0um的超细粉体，但产品存在颗粒形貌不规则、吸油值高等问题，影响其使用性能，而且设备复杂、生产能耗高。

2.2 微乳液法

微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂、油相、水或电解质水溶液组成，是透明的、具有各相同性的热力学稳定体系。微乳液中的微小“水滴"被表面活性剂或助表面活性剂所组成的单分子层所包围并形成微乳颗粒。这些微乳颗粒大小在几十至几百纳米之间。微乳颗粒不停地做布朗运动并与其他颗粒碰撞，组成界面的表面活性剂和助表面活性剂的碳氢链互相渗入，与此同时，水相中物质可以穿过界面，进入另一颗粒与其他物质发生反应。由于反应是在微小的水核内发生的，反应产物的生长受乳液中水核大小的限制，水核半径直接决定了超细颗粒的尺寸。该法实验装置简单，操作容易，并可人为控制合成颗粒大小。另外，由于粒子表面包裹一层或几层表面活性剂分子，可以有效防止细小颗粒的团聚发生。

由于微乳液法适用范围有限，且体系中含水溶液较少（约1/10），导致单位体积产出率极低，加之产物的分离又有一定困难，致使该法目前主要停留在实验室研究阶段，未实现工业化生产。

2.3 金属醇盐水解法

在适当催化剂的作用下，将含铝金属醇盐进行水解，生成的沉淀经过滤、干燥即得氢氧化铝超细微粒。此方法优点是操作简单，制得的样品粒径小；缺点是样品团聚严重，使用的有机原料成本高。刘卫等进行了有机醇铝盐水解制备超微细氢氧化铝的试验研究，研究了影响醇盐水解的主要工艺条件，采用醇铝盐水解工艺制取了超纯、超细的氢氧化铝粉体[2]。

醇铝盐水解法可以制备出高纯度的氢氧化铝粉体，且工艺比较简单，但由于反应原料醇铝盐的制备工艺较复杂，原料成本高，制约了该工艺在国内的工业化应用。

2.4 超重力法

超重力法是一项突破性的过程强化新技术，广泛应用于传质过程和传质――反应过程，在化工、材料、能源、环保、生物化学等领域具有很好的商业化应用前景。采用超重力法制备出了纳米碳酸钙、碳酸钡、氢氧化铝等多种超细粉体材料。

超重力法可以强化传质和多相反应过程，日益受到各个领域科学工作者的重视，对该技术的基础理论研究虽已取得了一定的成果，但还有待于进一步深入研究。目前，超重力制备超细粉体大多还停留在实验室研究阶段，由于大型化超重力设备的生产及其经济运行尚存在较多的困难，该技术的工业化应用还有许多问题要解决。

2.5 碳分法

碳分分解法制备氢氧化铝是将C02气体通入铝酸钠溶液，通过复分解反应沉淀析出氢氧化铝晶体的过程。铝酸钠溶液中通入二氧化碳气体后，铝酸钠溶液的苛性碱与二氧化碳气体发生中和反应，降低溶液的苛性比，增加铝酸钠溶液的过饱和度，从而使大量的氢氧化铝晶核快速析出，这些微小晶核进一步长大得到超细氢氧化铝粉体。

碳分法具有工艺简单、原料成本低、生产效率高等优点，但由于碳酸化分解过程中反应速度快，析出的Al（0H）3颗粒表面粗糙，结晶度较差，颗粒团聚严重，附聚体内部粒子之间及结晶体中存在气孔。由于空气的折光率为1.0，A1（OH）3的折光率为1.57，而树脂的折光率～般在1.45--1.52之间，空气的折光率与树脂的折光率相差较大，填充树脂后容易产生光散射，从而使制品色泽泛白且透明度下降。另外，由于碳分法制备的氢氧化铝结晶疏松，导致产品的吸油值高，粘度大，填充性能差[3]，影响氢氧化铝填料在有机聚合物中的填充量。

2.6 铝酸钠溶液种分法

铝酸钠溶液种子分解法具有原料来源广，生产成本低，产品质量好等优点，是主要的超细氢氧化铝制备工艺。铝酸钠种子分解法根据种子制备方法的不同，分为机械粉碎种子分解法和化学合成种子分解法二种。

随着国内外对超细氢氧化铝无机阻燃剂需求量的不断增大，国内外加大了超细氢氧化铝生产技术的开发力度。林齐等采用机械粉碎种子分解法，经过二段分解制备出了超细氢氧化铝。该分解工艺所得氢氧化铝平均粒度细，但由于机械法粉碎的种子粒度分布宽且容易夹杂粒度较大的冷颗粒，导致分解的氢氧化铝产品粒度分布宽，部分颗粒粒径超过10um，给产品的使用性能带来不利影响。

陈肖虎[4]等以工业铝酸钠溶液为原料，通过添加钡盐对铝酸钠溶液进行深度净化，采用以碳酸氢钠与铝酸钠反应生成的高活性超细氢氧化铝为晶种进行分解，得到的氢氧化铝经过酸洗脱除氧化钠，制得平均粒径小于2um的高纯度超细氢氧化铝。

有国外研究人员研究了分解温度、晶种表面积、添加剂等对产品粒度和纯度的影响，通过控制分解温度和铝酸钠溶液浓度等，得到平均粒径为lum的非冶金氢氧化铝，认为硫酸铝添加剂对产品的粒度的影响最显著，提出超细氢氧化铝晶体的生长机理是种子溶解、成核、附聚和生长。

参考文献

[1] 徐羽展.超细粉体的制备方法[J].浙江教育学院学报，2005（5）：53-59.

[2] 刘卫，吴贤熙，陈肖虎，等.醇盐水解工艺制备超微细氢氧化铝的研究[J].轻金属，2004（1）：11-13.

[3] 高建阳.A1（oH）3的物化指标对其制品的影响[J].化学工程师，2006（1）：62―64.

[4] 陈肖虎，张春.晶种分解法制以超细氢氧化铝粉实验[J].贵州科学，1999.