Allumina: non può coesistere con il sodio!
L'allumina ad alta temperatura si ottiene dall'idrato di allumina industriale come materia prima principale, mediante calcinazione per la disidratazione e la trasformazione della fase cristallina. Poiché l'idrato di allumina industriale viene preparato in un ambiente alcalino, l'allumina ad alta temperatura contiene inevitabilmente una certa quantità di impurità.
Pericoli dell'ossido di sodio
Tra questi, il contenuto di impurità di ossido di sodio è la base principale per la classificazione dei prodotti di allumina ad alta temperatura e influenza in larga misura gli indicatori fisici e chimici, la qualità del prodotto e le prestazioni applicative dei prodotti a valle. Ad esempio:
Quando l'allumina ad alta temperatura viene utilizzata come ceramica resistente all'usura, il contenuto di Na₂O influisce direttamente sulla resistenza alla compressione e sull'isolamento elettrico dei prodotti in allumina. In generale, maggiore è il contenuto di Na₂O, maggiore è la conduttività elettrica e peggiore è la prestazione di isolamento elettrico delle ceramiche di allumina e dei prodotti resistenti all'usura. Allo stesso tempo, ciò comporta anche un tasso di conversione inferiore di α-Al₂O₃, che non soddisfa il requisito di qualità che prevede un contenuto di α-Al₂O₃ nell'allumina ad alta temperatura superiore al 95%, con conseguente deformazione e fessurazione delle ceramiche di allumina e dei prodotti resistenti all'usura.
Nella ceramica elettronica, la presenza di Na₂O non solo influenza la densità della ceramica elettronica, ma porta anche alla formazione di β-Al₂O₃ con una certa conduttività dovuta alla combinazione di Na₂O e Al₂O₃, influenzandone così le proprietà elettriche.
Nella ceramica elettronica, la presenza di Na₂O non solo influenza la densità della ceramica elettronica, ma fa anche sì che Na₂O si combini con Al₂O₃ per formare β-Al₂O₃ con una certa conduttività, influenzandone così le proprietà elettriche.
Da dove provengono le impurità di sodio?
L'Na₂O presente nell'allumina ad alta temperatura proviene dalla materia prima idrato di allumina. L'Na₂O presente nell'idrato di allumina è una delle principali impurità inquinanti che si formano durante il processo di produzione dell'allumina. L'Na₂O presente nell'idrato di allumina esiste in tre (o quattro) forme.
Ⅰ. L'alcali del liquido madre appartiene agli alcali idrosolubili ed esiste sotto forma di alcali legati. Na₂O può essere rimosso mediante lavaggio con acqua; l'alcali incapsulato è difficile da lavare via e può essere rimosso solo parzialmente.
Ⅱ. Gli alcali reticolari sono insolubili in acqua e possono trasformarsi in alcali idrosolubili solo quando la struttura reticolare si riorganizza.
Ⅲ. Gli alcali combinati sono insolubili in acqua, acidi o alcali e non si decompongono nemmeno ad alte temperature.
Fattori che influenzano il contenuto di ossido di sodio nella sua materia prima: l'idrossido di alluminio
Poiché le impurità di sodio presenti nell'allumina provengono principalmente dal suo precursore, l'idrossido di alluminio, quali sono i fattori che influiscono sul contenuto di impurità di sodio nell'idrossido di alluminio?
Molti fattori influenzano il contenuto di ossido di sodio nell'idrossido di alluminio. Durante l'operazione di precipitazione, la concentrazione della soluzione di decomposizione originale, la temperatura di decomposizione, il tempo di decomposizione, ecc., hanno tutti un impatto diretto su di esso. Tuttavia, nella pratica produttiva, anche i seguenti fattori influenzano significativamente il contenuto di ossido di sodio:
(1) Temperatura iniziale di decomposizione nel processo di precipitazione seminata
Nel processo di decomposizione, vengono solitamente adottate diverse misure di raffreddamento per migliorare la velocità di produzione dell'idrossido di alluminio, il che porta a un aumento del contenuto di alcali non lavabili nel prodotto. Diversi studi hanno dimostrato che il fattore principale che influenza la presenza di ossido di sodio insolubile nei prodotti di decomposizione è la temperatura iniziale di decomposizione. Minore è la temperatura iniziale, maggiore è il contenuto di ossido di sodio insolubile nel prodotto.
(2) Dimensione delle particelle dei prodotti di idrossido di alluminio
Durante il processo di precipitazione dei semi secondo il metodo Bayer, i materiali vengono spesso sottoposti a raffinazione periodica. Nel frattempo, il volume di circolazione dei materiali di precipitazione dei semi è elevato e, al momento del ciclo di raffinazione, questo dura spesso per un tempo relativamente lungo. Durante la raffinazione dei materiali, la quantità di liquido madre trascinata dall'idrossido di alluminio sul disco piatto aumenta, con conseguente formazione di una maggiore quantità di alcali non lavabili. I materiali si legano molto strettamente tra loro, con conseguente scarsa permeabilità all'aria e scarsa capacità di filtrazione, che può facilmente causare contaminazione tra zone e influire sul contenuto di ossido di sodio dei prodotti.
(3) Contenuto solido nella soluzione di decomposizione originale
Molti fattori influenzano il contenuto solido nel serbatoio di decomposizione, come lo squilibrio tra produzione e lavaggio, la scarsa efficienza del filtro dei semi, la messa in servizio o l'isolamento del serbatoio di decomposizione e le fluttuazioni nella velocità di decomposizione. Questi fattori causano spesso ampie fluttuazioni nel contenuto solido del serbatoio finale. Quando il contenuto solido diminuisce, il materiale diventa troppo diluito e il disco piatto è soggetto a contaminazione tra le zone, il che influisce sulla qualità del prodotto e porta a un aumento del contenuto di ossido di sodio nell'idrossido di alluminio.
Come eliminare il sodio?
I processi di rimozione del sodio attualmente più comuni includono principalmente quanto segue:
Il primo metodo consiste nel ridurre il contenuto di alcali cristallini e intercristallini mediante misure quali l'estensione del tempo di decomposizione durante il processo di decomposizione dell'idrossido di alluminio e la riduzione al minimo del contenuto di alcali attaccati mediante lavaggi multipli.
Il secondo metodo consiste nel selezionare in modo razionale i mineralizzanti. La funzione principale dei mineralizzanti è quella di aumentare i difetti reticolari dell'allumina, formando lacune cationiche e anioniche, contribuendo così ad accelerare la cristallizzazione e a ridurre efficacemente la temperatura di trasformazione della fase α. Allo stesso tempo, i mineralizzanti possono anche reagire con l'ossido di sodio presente nell'allumina per formare composti volatili del sodio. Pertanto, i mineralizzanti sono ampiamente utilizzati nel processo di calcinazione dell'allumina ad alta temperatura. Tra i mineralizzanti comunemente utilizzati figurano fluoruro di alluminio, acido borico, ossido di magnesio e nitrato di ammonio, ecc.
Il terzo metodo consiste nel pretrattare le materie prime: l'introduzione di acido attraverso un processo a umido per effettuare la neutralizzazione acido-base e la rimozione del sodio, seguita dal lavaggio con acqua calda dei sali generati dopo la reazione. L'effetto di rimozione del sodio varia a seconda delle forme di ossido di sodio presenti nelle materie prime, e il contenuto di sodio può essere ridotto al minimo a meno dello 0,05%. Questo metodo può migliorare significativamente la qualità del prodotto.