铝粉粒径及分布对工业合成氢化铝钠的影响

李新娟

摘要：铝粉的粒径及分布对工业合成氢化铝钠的稳定性、反应速率和钠的转化率都有很大影响，在文中实验条件下，使用铝粉粒径D50为51.4um，粒径范围在1.66um～630.96um的铝粉进行反应，反应剧烈，反应的稳定性好，金属钠的转化率高于97.5%，能够满足工业化生产氢化铝钠循环生产的工艺要求。

关键词：铝粉；粒径；氢化铝钠；转化率

氢化铝钠（SAH）生产中使用的铝粉长期依赖进口，成本较高；铝粉化学性质活泼，易与空气中的氧气、水汽等发生化学反应导致铝粉潮解结块，长途运输影响铝粉的品质，铝粉国产化生产势在必行。六九硅业有限公司用液态钠、铝粉和氢气直接反应生成SAH，通过实验确定了反应物铝粉的最佳粒径分布，并研究了不同粒径的铝粉对反应的影响。本文使用的铝粉由氮气雾化法铝粉生产工艺生产。

氢化铝钠应用广泛，是性能优良的有机反应的还原剂，用以还原羧基、酯基等；1997年，德国一研究所的Bogdanovic首次报道了SAH的可逆储氢性能，之后研究人员对这一材料不同条件储氢性能的研究进行了多方探索。20世纪60年代，Ashby和Clasen各自通过活性铝、Na或NaH与H2在高温高压下合成出SAH。

一、实验部分

试验中铝粉1270Kg（含钛2000ppm），金属钠为1030Kg，反应温度为140℃，压力为13.79Mpa。通过氢气流量来控制反应的压力。采用三种（1）（2）（3）不同粒径分布的铝粉，在反应釜内进行反应。根据反应的转化率和反应的稳定性及反应产物固体成分来确定铝粉的适用性。反应中使用的铝粉使用mastersizer2000激光粒度分析仪进行了粒径分布的分析，使用JSM- 6390数字化扫描电镜对铝粉的形貌和粒径分布进行了分析。试验中铝粉过量，保证金属钠反应完全，防止副反应发生。金属钠过量时会发生如下的副反应。

2NaAlH4+4Na+2H2=2Na3AlH6。六氢合铝酸钠在DME中的溶解性较差，引起产物的固含量升高。并且和四氟化硅反应生成的硅烷量比与氢化铝钠反应量低。因此应尽量避免金屬钠过量的情况发生。

二、结果与分析

1、铝粉的形貌和粒径分布分析。（1）铝粉的SEM图可看出，铝粉成不规则的椭圆球形或球形，比表面积较大。有利于不同相之间的化学反应。使用（1）和（2）的铝粉合成氢化铝钠，化学反应速度都比较快，钠的转化率均超过97.5%。但由于工业生产中溶剂和催化剂回收循环使用，（1）中铝粉反应后甲苯预混罐的固含量超过标准要求[9]（2）中铝粉反应后甲苯预混罐的固含量符合标准要求。分析认为：（1）是太细粒径的铝粉比例太大，化学反应速率快，生成的氢化铝钠固体比较蓬松，颗粒沉降慢，在回收溶剂和催化剂到预混罐时，未沉降的固体颗粒回到预混罐，导致预混罐固含量升高。预混罐固含量高会影响后续反应，引发质量事故，故（1）中粒径的铝粉不能满足工业化生产氢化铝钠的稳定性的要求。

2、用激光粒度分析仪对（1）（2）两种铝粉进行铝粉粒径分析，（1）粒度分布：D10： 11.8um D50：35.5um D90：87um<45um78.6%D50：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，D50也叫中位径或中值粒径。D50常用来表示粉体的平均粒度。（2）粒度分布：D10： 12.2um D50 51.4um D90 189um<45um62.4%铝粉（1）粒径分布在1.90um～416.87um之间，铝粉（2）粒径分布在1.66um～630.96um之间，都呈正态分布。（1）中铝粉粒径小，有利于铝粉参与化学反应，反应速率快，反应时间缩短，但不利于控制。因工业生产循环进行，铝粉反应后生成的氢化铝钠固体颗粒的沉降速度和固液两相是否能良好的分层决定了循环生产的稳定性。（2）中铝粉粒径小，粒径分布范围较窄，参与反应生成的氢化铝钠固体粒径也小，不利于沉降，固液不能很好的分层；部分悬浮固体颗粒极易回收到预混罐，导致预混罐的固含量超标[9]，影响反应的稳定性。（2）中粒径分布的铝粉能较好的实现产物氢化铝钠的沉降分层。分析认为较大粒径的铝粉生成的氢化铝钠固体颗粒沉降速度较快，对较细粒径的固体起到了群体沉降的作用，固液之间能实现良好的分层，能满足工业循环生产的工艺要求。反应中铝粉过量，设计反应物物质的量的配比符合工艺要求。

3、铝粉粒径分布（3）的实验结果。当铝粉的粒径分布大于（2）中情形时，发现反应的稳定性好，满足工业化制备氢化铝钠循环生产的需求，但金属钠的转化率低于97.5%。分析认为较大粒径的铝粉只有表面参与了化学反应，生成的氢化铝钠附着在铝粉的表面，阻止了反应的进一步进行，有部分粒径较大的铝粉内部没有参与反应，所以直接导致反应的转化率降低。另外，铝粉粒径过大，部分产物氢化铝钠固体会在物料转移过程中沉降，造成转移困难，较大颗粒的产物堆积在反应釜底部，一方面可能堵塞转移物料的浸渍管；另一方面残留固体影响下一个批次的反应，影响反应的稳定性。

三、结语

铝粉粒径（1）的铝粉进行反应，反应剧烈，金属钠的转化率平均值大于97.5%，但生成的产物SAH不易沉降，反应的稳定性差，不能满足工业化生产氢化铝钠循环生产的要求；铝粉粒径（2）的铝粉进行反应，反应剧烈，反应的稳定性好，金属钠的转化率平均值大于97.5%，能满足工业化生产氢化铝钠循环生产的工艺要求。当铝粉平均粒径大于（2）时，反应稳定性好，但金属钠的转化率平均值低于97.5%，部分较大粒径的铝粉没有全部参与反应。

参考文献

[1] 六九硅业有限公司.一种氢化铝钠制备方法[P].中国：CN101531338A.2009-9-16.

[2] 常政刚.吕娜.氮气雾化微细球形铝粉的生产工艺.硫磷设计与粉体工程.2009（1）：（37-41）.

[3] 杨蕙如.蔡春立.SJ/T11598-2016，电子工业用氢化铝钠.工业和信息化部电子工业标准化研究院.2016.endprint