关键词： 高铝粉煤灰   低温液相法   物相转变   铝酸钠晶体   高白氢氧化铝  

摘要： 高铝粉煤灰是内蒙中西部、山西北部等地区的一种新型资源，其Al2O3含量通常可达50％左右，相当于我国中低品位铝土矿中Al2O3的含量，年排放量巨大。利用高铝粉煤灰提取氧化铝可以有效缓解我国氧化铝行业的优质资源短缺瓶颈。高白氢氧化铝作为特殊化学品氢氧化铝，附加值高，市场容量大。本文基于研究团队在亚熔盐清洁生产方面的研究积累，提出了高铝粉煤灰低温液相法制备高白氢氧化铝工艺路线，针对低碱预脱硅、高碱浸出提铝、高苛性比铝酸钠结晶、高白氢氧化铝种分分解四个主要过程，开展了深入的基础研究。取得主要成果如下:\n (1)开展了高铝粉煤灰低温液相法提取氧化铝工艺过程条件优化研究。考察了高铝粉煤灰原料矿相组成，发现高铝粉煤灰主要为非晶态玻璃相包裹针状莫来石结构。采用单因素实验，考察工艺条件对稀碱预脱硅、浓碱浸出提铝过程的影响规律，研究发现浓碱浸出提铝过程氧化铝浸出率随反应温度增加、反应时间延长、碱灰比增加、以及钙硅比增大均先增加而后保持不变;在溶出温度280℃，溶出时间2h，碱灰比6∶1，钙硅比1.0的优化工艺条件下，氧化铝溶出率大于85％。\n (2)采用ICP-OES、XRF、XRD、FT-IR、SEM-EDS等手段，对稀碱预脱硅-浓碱浸出提铝过程的物相转变以及调控进行了深入研究。结果表明脱硅粉煤灰在浓碱溶液提取氧化铝过程中，通过添加氧化钙可以同时沉淀析出具有规则杆状或棒状形貌的NaCaHSiO4物相，以及较为细小的副产物类沸石相(1.2Na2O·0.8CaO·Al2O3·2SiO2·H2O);通过调控碱灰比、钙硅比可以控制脱铝尾灰的物相生成，碱灰比低于4或钙硅比低于0.5时，可以定向调控生成六面或八面沸石结构类沸石相;碱灰比大于6或钙硅比大于1.0时，可以定向调控生成棒状或杆状的硅酸钠钙相;碱灰比与钙硅比介于两者之间时，两种物相均有生成。\n (3)初步开展了高苛性比铝酸钠溶液结晶制备铝酸钠晶体、低苛性比铝酸钠溶液种分制备高白氢氧化铝的工艺过程研究。结果表明，温度升高、氧化钠含量降低、以及氧化硅含量升高，均不利用铝酸钠结晶过程的进行，优化条件下所得结晶产物为水合铝酸钠晶体，结晶率可达76.4％;低苛性比铝酸钠溶液种分结晶可以获得高白氢氧化铝，分解初温、分解原液苛性比对高白氢氧化铝产品的质量影响较大。

关键词： 超声波   溶胶-凝胶自蔓延   纳米Al2O3   粉体  

摘要： 超声空化作用已经被证明是制备纳米粉体有效技术,可以防止团聚体生成。本文以柠檬酸为络合剂,在超声波中制得溶胶,用凝胶自蔓延法合成出了纳米Al2O3粉体。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析,探讨了不同比例金属离子与柠檬酸对纳米粉体的形成和粉末晶粒尺寸大小的影响。研究结果表明,超声空化可以减少团聚,金属离子与柠檬酸比例为0.6∶1干凝胶在600℃燃烧,保温60 min,可以得到团聚少、颗粒尺寸为20～30 nm的纳米Al2O3粉体。

关键词： 高纯   α-Al2O3粉体   LED衬底材料   制备  

摘要： LED是21世纪重要的照明设备,随着科技的发展和社会的进步得到了越来越多地应用。做为LED衬底材料使用最广泛的蓝宝石材料,其主要成分高纯超细氧化铝,是具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、绝缘、热力学稳定性及化学稳定性高等良好物理化学性能的特种功能材料,被广泛应用于陶瓷、机械、化工、电子、生物医学与航空航天等领域。高纯超细氧化铝粉体的制备方法很多,为了提高纯度降低生产成本以及更加适用于LED衬底材料,结合国内外最新研究方法本文提出了新的高纯氧化铝制备方法。本论文以工业电解铝为原料,氢氧化钠溶液溶解后经CO碳酸化分解、脱杂、煅烧得到高纯α-AlO粉体,原则工艺流程包括破碎、碱溶、脱硅、碳分、脱钠、煅烧等几个主要步骤。研究并探索了氧化钙脱硅机理与二氧化碳碳酸化分解机理。通过单因素设计实验,系统地探索考查了各工艺流程阶段最优参数的范围,研究了多个工艺条件对产物脱杂效果的影响,获得了最优实验条件:碱溶段氢氧化钠溶液浓度112.4g/L、温度55℃、时间5h、液固比20:1,脱硅段氧化钙添加量8g/L偏铝酸钠液、反应温度80℃～85℃、时间2h,碳分段反应温度50℃、通气速率15L/h～20L/h、分解时间20min、CO纯度5%,脱钠段预煅烧温度580℃左右、稀盐酸浓度15g/L、时间30min、温度40℃～45℃、液固比12.5:1并进行超声脱杂,煅烧温度1450℃,升温速率10K/min、保温时间30min。煅烧时发生的相变反应过程为前驱体(拜耳石+三水铝石)→无定型AlO → η-AlO →θ—AlO → α-AlO。通过采用XRD、TG-DSC、SEM、ICP-OES等系列现代分析手段对各个阶段所获得的产物的纯度、粒径、形貌以及组成等进行了表征。实验结果表明:制备得到了纯度为99.9959%、平均粒径22.3μm的近似球形α-AlO粉体。

关键词： 非水解溶胶-凝胶法   钛酸铝粉体   低温合成   超细  

摘要： 钛酸铝是一种重要的低膨胀陶瓷材料，具有耐高温、耐磨损、抗酸碱腐蚀等优点，成为现代工业迫切需求的新型高温陶瓷材料。目前钛酸铝粉体的合成方法主要有固相法、溶胶-凝胶法和气相合成法，分别存在着合成温度高、粉体团聚严重和对设备要求高等问题，限制了钛酸铝粉体的进一步推广应用。本文以铝粉和四氯化钛为前驱体原料，采用非水解溶胶-凝胶法,结合回流和容弹两种不同凝胶化工艺低温下合成了钛酸铝粉体。通过DTA-TG、 XRD、 TEM和FT-IR等分析测试手段确定了钛酸铝干凝胶热处理过程中的物相变化，同时探讨了原料混合顺序、氧供体种类及用量、溶剂种类、催化剂的种类、凝胶化工艺对钛酸铝粉体合成的影响;研究了分散剂PEG1000对钛酸铝合成及分散效果的影响;对比了回流和容弹两种不同凝胶化工艺制备的钛酸铝粉体的烧结性能。得出结论如下: 以Al粉和TiCl4为前驱体，分别采用无水乙醇和AlCl3为氧供体和催化剂，经80℃回流24h形成凝胶、750℃低温煅烧可以合成钛酸铝粉体。无水乙醇由于活性高、烷基链短，作为氧供体合成钛酸铝粉体的效果要优于异丙醇和正丁醇。FeCl3和AlCl3相比共价性弱的MgCl2更适合作为反应的催化剂，但FeCl3作为催化剂存在引入杂质和引起粉体团聚等问题，因此AlCl3是最佳催化剂，且添加次序为先加TiCl4再加AlCl3，TiCl4在活化铝粉的同时形成氯代钛醇盐TiCl2(OEt)2·EtOH，有利于铝钛醇盐的异质聚合反应。回流过程中添加分散剂PEG1000可以减少粉体的团聚，但过多的分散剂将会阻碍前驱体胶粒发生非水解凝胶化缩聚反应。 在钛酸铝凝胶化过程中采用容弹工艺可以形成辅助压力场，750℃煅烧后获得粒径200nm、均匀分散的钛酸铝粉体，其中前驱体的浓度为2.5mol/L，容弹温度为110℃，容弹填充率为30%。随着容弹温度的升高，钛酸铝晶化程度提高，但过高的温度导致粉体团聚，同时，填充率过大将会影响Al-O-Ti异质键合的形成。此外，将回流和容弹工艺制得粉体压制成型后在空气气氛下1450℃下烧结2h，由于容弹工艺制得的超细粉体具有良好的分散和较高的表面能，因此粉体的烧结性能要优于常压下回流凝胶化制得的粉体，其中，抗折强度为14.3MPa，吸水率为1.9%，显气孔率为6.3%。非水解溶胶-凝胶法结合容弹工艺有望成为一种制备超细钛酸铝粉体的有效手段，得到进一步推广应用。

关键词： 雾化制粉   气力输送   气流分级   静电   安全生产  

摘要： 本文针对吉林石化公司铝粉生产装置技术改造,将空气雾化改造为氮气雾化生产超细球形铝粉,将机械输送改为稀相气力输送,采用微正压操作工艺,增加产品分级系统,重新设计管线的管径,以满足整个系统的工艺要求。 将雾化制粉、气力输送、粉体冷却、粉体收集、粉体分级、粉体包装等铝粉生产的主要环节联为一体,形成封闭系统,生产过程用氮气做为保护气体,氮气通过循环系统循环使用。 与铝粉接触的主要设备和管线材质为不锈钢或铝制,以保证产品的质量,同时防止铝粉输送产生静电。设计中采用防电气火花、静电火花、机械火花及雷电侵袭的有效措施,防止意外事故发生。系统设备按铝粉最大爆炸压力来设计,并有爆破膜作为泄爆装置,包装单元室内门口安装有人体静电接地导出装置。包装工位专门设计双阀不同时开关方式,可有效防止包装过程粉尘外泄,减少环境污染,保证生产安全。

关键词： 粉煤灰   预处理   碱熔融   水热合成   沸石  

摘要： 随着我国电力工业的快速发展,粉煤灰的排放量日益增长。粉煤灰的大量排放对生产及人们的生活环境造成极大危害。大唐集团内蒙古大唐国际托克托发电公司的高铝粉煤灰中氧化铝和二氧化硅含量高达80%以上,为了减少粉煤灰的危害,同时充分利用资源,本文提出了以高铝粉煤灰为基本原料,通过探索粉煤灰预处理条件,不同原料配比、碱度、陈化时间、晶化温度、晶化时间以及洗涤工艺对合成4A沸石的影响,得到利用粉煤灰合成沸石的最佳工艺条件,制备出符合工业要求的4A沸石,并采用X射线衍射、SEM扫描电镜、激光粒度分析、差热分析、氮气吸附-脱附分析等手段对制备的4A沸石样品进行表征。本文主要研究内容及结论如下： (1)通过对粉煤灰煅烧除碳、加碱煅烧熔融、酸洗除铁等预处理过程中各个因子进行实验研究,确定了粉煤灰煅烧除碳、加碱煅烧熔融的最佳温度为850℃,煅烧时间2h;粉煤灰酸洗除铁最佳条件为：盐酸浓度20%、酸浸温度85℃、酸浸液固比5：1、酸浸搅拌时间60min。 (2)对高铝粉煤灰直接合成沸石过程中的铝硅比、碱度、.陈化时间、晶化温度和晶化时间五个主要影响因子进行了探究。结果表明,高铝粉煤灰直接合成沸石时,莫来石的溶解温度和碱度都不利于沸石的合成,主要是因为大唐高铝粉煤灰是由传统煤粉炉产生的,粉煤灰中莫来石含量较高达到70%,提高温度和体系碱度虽然能促进莫来石相溶解,但高温和高碱度下不利于沸石合成而是促进方钠石生成,反应产物中未有NaA沸石出现。 (3)对碱熔融-水热合成4A沸石过程中的碱熔温度、原料配比、碱度、陈化时间、晶化时间和晶化温度进行了详细的考察,得到加碱熔融煅烧水热合成4A沸石的最佳工艺条件是：碱熔温度为850℃,硅铝比为0.8,NaOH浓度为2.5mol/L,陈化时间为6h,晶化时间为24h,晶化温度为90℃。 (4)对本实验合成沸石样品进行SEM扫描电镜分析、粒度分析、热稳定性分析和氮气吸附-脱附分析,结果表明：最佳条件下制得得沸石产品为立方晶体,晶体结晶完整、结晶度高,粒度大小分布均匀,结构规整,存在高度集中的微孔,热稳定性良好,各种性能指标与样品沸石接近。

关键词： 材料科学   纳米铝粉   包覆   全氟十四酸   点火   燃烧性能  

摘要： 在氮气气氛下,采用全氟十四酸(FS)对纳米铝粉(nmAl)进行了表面包覆,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外(FT-IR)光谱对其形貌和结构进行了表征。用激光点火装置和低压火药燃烧测试装置对表面处理前后纳米铝粉的点火燃烧性能进行了研究。结果表明,全氟十四酸包覆的纳米铝粉(nmAl/FS),其分散性提高,颗粒分布更均匀;全氟十四酸羧基中的两个氧原子与纳米铝粉表面的Al原子以桥接的方式相结合;与未处理的纳米铝粉相比,在激光热流密度较低时,nmAl/FS的点火延迟时间短;在激光点火燃烧过程中,nmAl/FS的燃烧反应较剧烈,火焰亮度高,在低压火药燃烧测试装置中燃烧时,其燃烧火焰更集中,火焰亮度更高,燃烧更充分。

关键词： 纳米氧化铝   超声振荡   亚饱和  

摘要： 在超声振荡和搅拌条件下,向碳酸氢钠溶液中缓慢滴加硫酸铝钾,在亚饱和状态下生成富含碳酸的氧化铝前驱体沉淀,分离清洗后的前驱体高温煅烧制得纳米氧化铝粉体。用SPA 400扫描探针显微镜的DFM模式表征粉体颗粒。结果表明:反应溶液浓度0.3mol/L,反应终点pH7,前驱体沉淀600℃煅烧5h,获得的氧化铝粉体呈不规则等轴颗粒状,粒度分布为2～63nm,平均粒径为38nm。

关键词： 纳米晶   纯铝   粉体   低温球磨   微观组织  

摘要： 采用低温球磨的方法制备了纳米晶纯铝粉体。利用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对经低温球磨前后的纯铝粉体的化学成分、颗粒形貌及尺寸、微观组织进行研究。结果表明,随着球磨时间的增加,纯铝粉体的颗粒尺寸分布呈现出"宽-窄-宽"式演化规律,这与存在于整个球磨过程中的"破碎-焊合"综合作用密切相关。低温球磨早期,位错胞演化机理主导纯铝粉体的晶粒细化;低温球磨后期,断裂冷焊机理则为纯铝粉体晶粒细化的主要机制。

关键词： 溶胶-凝胶法   纳米氧化铝粉体   红外吸收  

摘要： 通过溶胶-凝胶法制备出不同晶型和相应颗粒尺寸的纳米氧化铝粉体;通过XRD分析及TEM表征,分析勃姆石凝胶-经干燥烧结后的氧化铝晶型相变及相应颗粒尺寸分布变化,800℃至1050℃γ-Al2O3向θ-Al2O3相变过程中颗粒尺寸变化不大,到完全相变为α-Al2O3时,颗粒尺寸急剧增大,并有大颗粒形成;同时对不同晶型和对应的颗粒尺寸纳米氧化铝粉体样品的红外吸收性能进行了研究,结果表明:带边吸收的蓝移、红移主要由晶型和量子尺寸效应共同作用,但晶型起主要作用。