制取超细氢氧化铝阻燃剂的研究

武文焕 冯怡利 李建强 张树云

(山东鲁北企业集团总公司， 山东 滨州 251909)

制取超细氢氧化铝阻燃剂的研究

武文焕 冯怡利 李建强 张树云

(山东鲁北企业集团总公司， 山东 滨州 251909)

利用重溶法对氢氧化铝精液进行除杂净化，控制精液的αk为1.3～1.5，加入研磨好的氢氧化铝晶种(D50为1～2 μm)，晶种系数为10%～12%，分解温度控制在60 ℃，分解时间为24 h，可以得到D50为1～2 μm、白度为97的超细氢氧化铝阻燃剂。经检验证明，试验产品能达到国家生产标准。

阻燃剂； 超细氢氧化铝； 重溶； 机械研磨； 精液分解

0 前言

某公司拟建一套2万t/a的超细氢氧化铝阻燃剂项目，此项目串联在公司拜耳法生产氧化铝的生产线上，在建设初期，技术研发小组进行了实验室小试研究。

实验首先采用拜耳法生产母液加入超细氢氧化铝晶种进行分解，但由于母液中含有的杂质及有机物含量较高，得到的产品白度低，粒度大且分布不均匀，达不到国家生产标准。因此，采用了氢氧化铝成品重溶后再进行分解的方法，多次实验后，产品达到了国家生产标准。

本文研究了铝酸钠溶液分解法制取超细氢氧化铝阻燃剂的方法，对偏铝酸钠溶液种子分解法的实验条件进行了初步的探讨。

1 实验

1.1 实验原料

氢氧化铝、32%NaOH溶液、D50为2～5 μm的晶种，研磨至1 μm左右作为反应晶种。

1.2 主要实验设备

恒温水浴锅、可调速磁力搅拌器、电热套、激光粒度分析仪、白度分析仪。

1.3 实验过程

实验结合机械研磨法和铝酸钠溶液种子分解法来生产超细氢氧化铝阻燃剂。基本实验过程如下：利用半成品氢氧化铝(D50=95 μm左右)和浓度为32%的液碱在加热条件下进行重溶，过滤去除杂质不溶物及有机物，得到比较纯净的偏铝酸钠溶液，然后用超细氢氧化铝做晶种(晶种系数为8%～12%)进行分解。实验初期外购少量超细氢氧化铝作为晶种，实验过程中，可用分解出的部分超细氢氧化铝进行研磨，便可得到适合实验用的超细晶种。分解后得到的超细氢氧化铝，经压滤、烘干后就能得到超细氢氧化铝阻燃剂。

具体实验包含如下步骤，见图1。

(1)配碱：将32%液碱用蒸馏水配制成16.8%(苛碱浓度为220 g/L)的碱液。

(2)重溶：将上述碱液加热至105 ℃左右，在搅拌条件下加入适量的粉状氢氧化铝进行溶解，溶解时间为20 min左右。溶解完毕，趁热过滤去除其中的不溶物，分析化验出其中氧化铝含量，留存备用。

(3)分解：向上述滤液中加入一定量的超细氢氧化铝晶种，60 ℃下恒温搅拌分解。

(4)过滤烘干：分解完毕，进行热过滤，烘干得到超细氢氧化铝微粉。

(5)分析：分析成品的粒度分布及白度。

2 实验结果及分析

经过多次实验验证，影响制取超细氢氧化铝阻燃剂的实验条件有αk、晶种系数、分解时间和分解温度等。

图1 实验步骤

2.1αk对实验结果的影响

实验条件：分解时间为24 h，晶种系数为10%，分解温度60 ℃，实验结果如表1。

表1 αk对分解率的影响

由表1可知,αk控制在1.3～1.5最为合适,其分解率达到50%以上。αk低于1.3的精液处于严重的过饱和状态，极易自我分解，分解物富集在烧杯内侧，难以进行清理；αk高于1.5时，精液处于不饱和状态，难析出氢氧化铝晶体，分解率甚至低于25%，远远达不到生产要求。

2.2 晶种系数对实验结果的影响

实验条件：αk=1.35，分解时间24 h，分解温度60 ℃。不同晶种系数对实验结果的影响如图2、图3、图4所示。

由图2可知，当晶种系数为5%时：D50=1.01 μm，D90=2.99 μm。粒度小于5.00 μm的占98.05%，小于10.00 μm的为100.00%，分解率为36.9%。

由图3可知，当晶种系数为8%时：D50=0.93 μm，D90=3.07 μm。粒度小于5.00 μm的占95.91%，小于10.00 μm的为100.00%，分解率为46.8%。

由图4可知，当晶种系数为12%时：D50=0.70 μm，D90=1.22 μm。粒度小于5.00 μm为100.00%，小于10.00 μm的为100.00%，分解率为66.7%。

因此，晶种系数为12%时，晶体粒径小，粒度较均匀，分布较对称，分解率达50%以上。晶种系数为5%和8%时，粒度分布不均匀、不对称，且存在大颗粒现象，分解率也较低。

图2 晶种系数为5%

图3 晶种系数为8%

图4 晶种系数为12%

2.3 分解时间对实验结果的影响

实验条件：αk=1.31，分解温度60 ℃。不同的晶种系数下分解时间对分解率的影响如表2所示。

表2 不同晶种系数下分解时间对分解率的影响

试验表明，分解时间大于20 h，无论晶种系数是5%、8%还是12%等，对粒径、粒度分布、分解率等几乎没有影响。所以分解实验时间一般选择24 h左右。

2.4 分解温度对实验结果的影响

实验条件：αk=1.32，分解时间24 h。不同的晶种系数下分解温度对分解率的影响如表3所示。

表3 不同晶种系数下分解温度对分解率的影响

本工艺采用恒温分解，经过多次实验，在60 ℃的分解条件下分解效果较好，分解率可达50%以上。温度高的情况下，分解率较低；温度更低的情况下，分解率无显著提高，但降温需要很多冷源，所以分解温度建议选择60 ℃。

2.5 白度分析

实验做出的成品超细氢氧化铝阻燃剂白度可达97以上，符合国家生产标准。

2.6 结论与讨论

(1)实验表明，利用氢氧化铝重溶，并利用超细晶种分解出来的氢氧化铝微粉粒度分布较均匀，D50最低可达到0.90 μm，D90可达到1.42 μm，颗粒粒径全部位于5 μm以下，符合超细氢氧化铝阻燃剂标准。

(2)利用氢氧化铝重溶的方法，控制铝酸钠精液αk为1.3～1.5，晶种系数为12%，在60 ℃的条件下进行恒温分解24 h左右，会得到很好的实验效果。

(3)本实验的优势在于碱液可以循环利用，仅实验成品中携带少量碱液，其余的可以循环进行氢氧化铝的溶解。

(4)利用氢氧化铝重溶再进行分解的方法，解决了氢氧化铝纯度较低，白度不够的问题，并解决了机械研磨法导致的氢氧化铝颗粒粒度分布不均匀的问题，生产出的成品颗粒粒径小，分布均匀，白度达标(≥97)。成品达到了超细氢氧化铝阻燃剂生产要求。

3 结束语

该实验始于2014年，当时公司正在进行铝业转型工作，引进了一套超细氢氧化铝阻燃剂的生产工艺，该工艺于2014年7月正式投产，根据实验结果摸索出了该项目的生产工艺指标，初定工艺指标如下：αk为1.3～1.5，晶种系数为10%～12%，分解温度为60 ℃左右，分解率为55%～60%，最高可达65%。生产出的产品粒度D50为1.5 μm左右，产品白度达到国家生产的标准。

[1] 欧玉湘.实用阻燃技术[M].北京：化学工业出版社,2002.

[2] 王二星，刘焦萍，武运福.氢氧化铝在造纸及有机材料领域的应用[J].非金属矿,1999，22(5)：27-29.

[3] 李学峰，陈绪煌，周密.氢氧化铝阻燃剂在高分子材料中的应用[J].中国塑料,1999,13(6)：80-84.

[4] 李立全，梁小伟.我国超细氢氧化铝的生产现状及发展趋势[J].阻燃剂材料与技术,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

武文焕(1954—)，男，山东无棣人，大学本科，高级工程师，现负责山东鲁北集团海生生物有限公司铝业转型工作。

TF821

A

1008-5122(2014)06-0007-03