|
前言高纯超细氧化铝粉是一种重要的无机非金属材料,广泛应用于高技术产业及很多工业领域,其制备方法主要有化学沉淀法、溶胶 凝胶法、硫酸铝铵热解法、改良拜尔法和水热法等[1～5]。本工作发展了一种制备高纯超细氧化铝粉的新方法。首先采用急冷雾化技术[6]制备出活性很高的细微铝粉,再进行水解反应。该方法具有成本低、流程短、纯度可控及便于规模化生产等优点。
2 活性铝粉的制备活性铝粉是在一台自制的急冷雾化装置(冷却速率为105～107Ｋ/ｓ)上制得的。首先将金属铝熔化,待熔融金属过热到200～300℃时进行喷制,得到平均粒度为5～10μｍ的微细铝粉和水的混合物。喷制可在大气或惰性气氛下进行,伴随水冷却。这里要严格控制试验条件,使制得的铝粉具有很高的活性,才能进行水解反应。
3 水解反应急冷雾化制得的微细铝粉具有很大的内能和表面能,当能量达到某一定值时,与水接触,便自发进行水解反应。一旦达到反应条件,反应过程进行得很激烈,并为放热反应。反应过程中铝粉不断分裂、细化,最终产物为极细的灰白色粉末。这一现象引起了我们的注意。反应产物经Ｘ-光衍射(衍射仪型号为Ｄ/ｍａｘ ｒＡ12ＫＷ),分析结果如图1～2所示。从Ｘ-光衍射结果可以看到,自发反应和不完全自发反应的产物均为Ａｌ(ＯＨ)3和ＡｌＯ(ＯＨ)。ＡｌＯ(ＯＨ)的晶体结构为正交晶系,称一水软铝石;Ａｌ(ＯＨ)3的晶体结构为单斜晶系。从图1可以看到,自发快速反应产物的谱线严重宽化,说明反应产物呈贫结晶状态,并且颗粒很细。图2的反应速度较慢,得到的产物结晶比较完全,并且Ａｌ(ＯＨ)3占有的比例明显多于ＡｌＯ(ＯＨ)。在达到反应条件时,Ａｌ+Ｈ2Ｏ体系中的反应方程式如下:2Ａｌ+4Ｈ2Ｏ=2ＡｌＯ(ＯＨ)+3Ｈ2↑图1 自发快速反应产物的Ｘ-光衍射曲线
图2 自发反应不完全(再供给一定热量)的反应产物
2Ａｌ+6Ｈ2Ｏ=2Ａｌ(ＯＨ)3+3Ｈ2↑可见,在Ａｌ+Ｈ2Ｏ的反应过程中,放出大量氢气,它可能起到分散剂的作用,同时也是一种可贵的能源。
4 水解反应产物分析采用电镜(ＪＥＭ-2000ＥＸ)、表面分析仪(ＡＳＡＰ-2000型)和热分析仪(ＤＴＡ1700)对铝的水解反应产物进行分析。电镜分析反应产物的形貌如图3、图4所示。图3 反应产物原始态形貌相(×7500)图4 原始态超微粒子的组织状态(×500000)从反应产物原始态颗粒两张不同放大倍数的透射照片可以看到,在放大倍数较低时(图3)每个颗粒为形状不规则的软团聚体,取多个视场进行平均,测得颗粒的平均粒径在80ｎｍ以下。从高倍放大照片(图4)看到每个颗粒内部都有很多空洞或小颗粒。比表面测量结果指出,该种粉末的比表面积相当大,初始态粉末的比表面积高达277ｍ2/ｇ,微孔面积为73ｍ2/ｇ。可见电镜观察与表面测量结果很一致。热分析曲线如图5所示。低温出现的两个吸热峰应该对应物理吸附水和结晶水的脱出过程。在随后的升温过程中出现的热效应与一系列相变过程相关连。
图5 反应产物的ＤＴＡ曲线Ｘ-光衍射分析结果
如图6所示。900℃处理基本转变成γ Ａｌ2Ｏ3,1120℃处理得到θ-Ａｌ2Ｏ3和α Αｌ2Ｏ3的混合体,1250℃处理则得到洁白的α Αｌ2Ο3粉末。图6 反应产物在不同热处理温度下的Ｘ-光衍射图谱
5 结论(1)活性铝粉与水在适当条件下能自发产生水解连锁反应,置换出氢,并生成Ａｌ(ＯＨ)3和ＡｌＯ(ＯＨ)等水合物。(2)反应产物初始态为纳米级超微粒子,并为多孔状软团聚体颗粒。(3)反应产物经不同温度热处理可以得到一系列亚稳活性Αｌ2Ｏ3;经1250℃处理可得到稳定的α Αｌ2Ｏ3超微颗粒。(4)活性铝粉水解反应是制备高纯超细氧化铝粉的新技术,并具有流程短、成本低、纯度可控及便于规模化生产等优点。
参考文献[1] ＴａｎｉＥｉｊｉｅｔａｌ.Ｊ.Ａｍ.Ｃｅｒａｍ.Ｓｏｃ.,1983,66(1):11
[2] ＳｅａｒｃｙＡＷ.Ｊ.Ａｍ.Ｃｅｒａｍ.Ｓｏｃ.,1987,70(3):155
[3] ＨｅｎｒｙＪＬｅｔａｌ.Ｊ.Ａｍ.Ｃｅｒａｍ.Ｓｏｃ.,1965,48(4):217
[4] ＨｉｒａｎｏＳ.Ａｍｅｒ.Ｃｅｒａｍ.Ｓｏｃ.Ｂｕｌｌ.,1987,66(9):1343
[5] ＺｉｅｇｅｎｈａｉｎＷＣｅｔａｌ.ＵＳ3907512,1975
[6] 郑福前,谢明,李耀萱.中国专利ＣＮ91209848,1991粉末冶金专家韩凤麟教授到华孚公司讲学应重庆华孚工业股份有限公司董事长兼总经理李庆安的邀请,粉末冶金专家韩凤麟教授于1999年10月20～23日到华孚公司进行为期4天讲学。讲学中韩凤麟教授就粉末冶金的发展,粉末冶金结构零件在汽车、摩托车上的应用,粉末冶金设备、工艺以及生产技术中的一些具体问题进行了讲解,就华孚公司的进一步发展提出了中肯的建议,与工程技术人员进行了广泛的交流和探讨,并鼓励青年技术人员要多读书、多实践、多总结,努力使自己成为复合型人才。韩教授的讲学以渊博的知识、严谨的逻辑、生动的事例赢得了华孚公司工程技术人员的赞誉。(邓铁军)中国钢协粉末冶金协会粉末冶金设备与装置专业委员会成立中国钢协粉末冶金协会于1999年10月25～28日在昆明召开了“中国钢协粉末冶金协会二届二次理事会暨会员大会”,为了加快粉末冶金行业的振兴与发展,努力缩小与国外差距,调整产品结构,提高产品挡次,加大新产品的开发能力,与会代表一致认为:成立粉末冶金设备与装置专业委员会,组织在国内有一定生产能力和技术水平的有关粉末冶金设备与装置的制造厂家,系统地有计划性地开发、生产和推广应用适合我国国情的粉末冶金设备,积极引进国外先进技术,加快引进设备的消化吸收,力求制造出高水平粉末冶金用生产设备,以优质价廉的设备替代进口设备,促进粉末冶金行业的技术改造是当务之机,也是行业工作最重要的工作之一。在钢协粉末冶金协会的大力支持和关心下,经过半年多的努力,粉末冶金专用设备与装置专业委员会已于此届会员大会期间成立,专业委员会将与所有行业同行一道,努力开展工作,力求在“十五”期间为行业设备的更新技术改造作出贡献。(张宏才)新型立式高速回转微粉碎机研制成功一种具有高性能、广泛适用于各种干式非金属物料微粉碎,尤其适合于难以粉碎的热敏性物料微粉碎的新一代机械式粉碎设备———ＪＩＭ系列立式高速回转微粉碎机,由浙江丰利粉碎设备有限公司研制成功。这种新型立式回转微粉碎机设计独特,转子和定子表面有许多特殊形状的沟槽,物料进入高速转动的转子和定子之间的特殊形状的沟槽内,产生涡流,使物料与物料之间互相冲击和碰撞及定子与转子之间产生摩擦而使物料分解。物料细度可达5～20μｍ,且粉末流动性好,粒度分布均匀。可广泛适用于化工、食品、医药等行业,尤其适用树脂、塑料等热敏性物料的微粉碎,也可用于粉碎硬度较高的金属粉末。(耀星摘自《中国矿业报》1999.4.16)·93·
|
