降低氢氧化铝填料色差实验室研究

2021-01-25

世界有色金属 2020年20期

关键词：氢氧化铝色度玛瑙

（中铝山东有限公司山东淄博 255052）

1 前言

部分高端客户反映我公司玛瑙填料氢氧化铝存在色差，与高档产品比较有一定差距，我们首先做了实验室研究。影响玛瑙氢氧化铝色度因素较多，主要有：铝酸钠溶液质量、二氧化碳气杂质、洗涤用水的质量、烘干条件、氢氧化铝的粒度等。

2 实验室基本条件

2.1 实验所用仪器

①恒温水浴：501型超级恒温水浴。②搅拌：100W。③烘箱：室温～300℃。④标准筛：上虞标准筛一套。⑤气液分离器：自制。⑥玛瑙铸块磨具。⑦色度仪：Spectraflash600。⑧粒度仪：马尔文。⑨真空过滤设备。⑩烧杯等。

2.2 原材物料

①铝酸钠溶液：粗液、三次精液。②氢氧化钠：分析纯。③生石灰。④二氧化碳气体浓度：37～40%。⑤玛瑙树脂。⑥洗涤用水种类：去离子水、蒸馏水、软化水、粗水、循环水。

2.3 色度指标

碳分玛瑙AH和种分玛瑙AH的铸块和粉体色度指标见下表1。这里需要说明的是，判定玛瑙填料氢氧化铝色度的好坏，铸块色度指标是最直接的判定标准，因为铸块本身上就是一小块人造大理石板材样本。而氢氧化铝粉体色度指标只能反映氢氧化铝本身的色度的一致性，不能反映人造大理石板材色度的好坏。因此，本研究课题仍然以铸块色度指标作为判定标准，粉体色度指标只作参考。

表1 色度指标

3 实验工艺

3.1 氢氧化铝分解实验

3.1.1 碳分氢氧化铝分解实验

将恒温水浴保持到实验所需温度后，取一定体积的铝酸钠溶液到入烧杯，将烧杯置入恒温水浴中，开动搅拌。当铝酸钠溶液与恒温水浴温度相差2℃以内时，通入二氧化碳气开始分解。当铝酸钠溶液中的氧化铝含量达到15g/l左右时，停止通气，继续搅拌0.5小时，然后在真空漏斗上进行液固分离，用85℃以上的热水洗涤，直到洗水PH值达到7～8，然后在110℃下烘干得到产品。

3.1.2 种分氢氧化铝分解实验

将恒温水浴保持到实验所需温度后，取一定体积的铝酸钠溶液到入烧杯，将烧杯置入恒温水浴中，开动搅拌。当铝酸钠溶液与恒温水浴温度相差2℃以内时，加入氢氧化铝种子进行分解。当铝酸钠溶液中的氧化铝含量达到50g/l左右时，在真空漏斗上进行液固分离，用85℃以上的热水洗涤，直到洗水PH值达到7～8，然后在110℃下烘干得到产品。

3.2 二氧化碳测定

在车间的二氧化碳气管上接出一根细管，引出二氧化碳气，经过气体流量计测定V米3/小时，然后进入气液分离器，进行气液分离，一段时间T小时后，收集气液分离器中的液体，测定液体体积L升。液体进行真空过滤分离，得到固体G1克。溶液放置24小时后，再次进行过滤分离，得到固体G2克。

3.3 铸块色度测定

取树脂200克，加入一塑料杯中，加入300克氢氧化铝，搅拌均匀，加入5毫升固化剂，搅拌均匀，然后到入模具中，混合料为100±1克，在25℃下固化48小时，然后移入烘箱中，保持温度85℃，继续固化48小时，得到玛瑙铸块。玛瑙铸块在色度仪上进行测定L、a、b值。

4 实验室实验结果及讨论

4.1 二氧化碳气体对碳分玛瑙填料氢氧化铝色度的影响

目前，我公司二氧化碳气来自石灰炉，炉气经过过滤、洗涤、压缩、风包除水，然后输送到分解槽，此二氧化碳气中可能含有石灰、煤灰、水、油等杂质。另外，由于用钢管输送，还存在铁锈及铁胶体。经过测定，在目前情况下，车间的CO2气含液体0.060升/米3，液体PH值为6，呈酸性。液体中没有油，有黄褐色的固体漂浮物，用磁铁能吸引，说明固体漂浮物有铁锈，含量为0.06克/升（液体）。液体经过过滤，无色透明，但在室温下放置24小时后，液体变为黄褐色，说明液体中溶解了部分铁锈，液体中固体漂浮物为0.02克/升（液体）。液体中固体杂质为0.08克/升（液体）。这些固体杂质对产品粒度、色度均有影响。

4.1.1 二氧化碳气体中的杂质对碳分玛瑙氢氧化铝粒度的影响

二氧化碳气体中的杂质在铝酸钠溶液分解过程中起到种子作用，对氢氧化铝的粒度有影响，而粒度对产品的色度有影响。实验以纯净的铝酸钠溶液为原料，用净化的二氧化碳气中和，分解温度为85℃，分解时间为3小时，控制分解母液为10g/L，在开始通气时，加入从二氧化碳气中分离出来的固体杂质，考察杂质含量与粒度之间的关系。结果见表2。结果表明，二氧化碳气中的杂质对碳分氢氧化铝粒度有影响，杂质越多，产品粒度越细。

表2 二氧化碳气体中的杂质含量与氢氧化铝粒度之间的关系

4.1.2 二氧化碳气体中的杂质对产品色度的影响

将4.1.1中五种氢氧化铝为原料，用250目、150目的标准筛进行筛分，得到+250目～-150目的氢氧化铝，这些氢氧化铝的粒度比较接近，可以消除粒度对玛瑙铸块和粉体色度影响。直接测氢氧化铝粉体色度和玛瑙铸块色度，结果见表3。从结果上看，随杂质含量的升高，铸块L值逐渐下降，b值逐渐升高，当杂质含量较高时，b值升高速度加快。表明二氧化碳气中的杂质含量对产品的色度有影响，杂质越高，产品色度越差。

表3 二氧化碳气体中的杂质含量与色度之间的关系

4.2 氢氧化铝粒度对产品色度的影响

以4.1.1中的二氧化碳气固体杂质为0的氢氧化铝为原料，筛分成各种粒级，获得+100目、-100目～+200目、-200目～+320目、-320目四种氢氧化铝，其常规物理、化学成分基本一致，仅粒度不同，然后直接测定粉体色度和玛瑙铸块色度，考察粒度与色度的关系，结果见表4。结果表明，粒度越大其铸块色度越好，但粒度越大，铸块的落球冲击强度越低[1]。粒度越细产品加工粘度越大。因此碳分玛瑙氢氧化铝应当除去粗粒和细粒氢氧化铝。一般用-100目～+200目（即75～95µm）的碳分氢氧化铝作为玛瑙氢氧化铝产品。

表4 氢氧化铝粒度与色度之间的关系

4.3 铝酸钠溶液质量对玛瑙填料氢氧化铝色度的影响

4.3.1 铝酸钠溶液颜色对产品色度的影响

在烧结法生产氧化铝过程中，熟料溶出的铝酸钠溶液为粗液，其颜色为深蓝色，然后经高压脱硅，加钙硅渣、石灰乳进行三次脱硅，铝酸钠溶液逐渐变浅，当三次脱硅后，溶液为浅黄绿色，有时达到无色。而铝酸钠进行氢氧化铝分解后，种分、碳分母液为无色，表明铝酸钠溶液中的有色物质进入氢氧化铝产品中，这将对玛瑙氢氧化铝的色度产生影响。本实验取我公司生产的烧结法粗液，加石灰进行脱硅，同时除去有色物质，获得不同色泽的铝酸钠溶液，然后进行碳酸化分解，得到氢氧化铝产品，再进行色度分析。从结果上看，随着铝酸钠溶液脱硅深度增加，铸块L值上升，b值下降。当进行三次脱硅，铝硅比达到1000左右后，再进行脱硅对产品色度影响不大。目前我公司的烧结法三次精液的铝硅比接近1000，因此采用三次精液生产出高质量的玛瑙氢氧化铝比较合适。

4.3.2 铝酸钠溶液中的浮游物对产品色度影响

在生产过程中，一方面由于设备原因，另一方面由于铝酸钠溶液的性质，在铝酸钠溶液中存在一些浮游物。经过测定，这些浮游物中有钙化合物、氧化铝水合物。这些物质存在对氢氧化铝产品的粒度有影响，其作用原理与4.1.1中二氧化碳杂质对产品粒度影响相似。在目前生产中，三次精液的浮游物含量较低，为20mg/L以下。只要不发生跑浑现象，对玛瑙氢氧化铝色度影响极小。所以不做研究。

4.4 洗涤用水对产品色度影响

我们取我公司的多种水样，有去离子水、蒸馏水、软化水、粗水、循环水。在上述水样中加入碳酸钠，发现在软化水、粗水、循环水中出现大量的絮状物资。表明，软化水、粗水、循环水能与碳酸钠反应，因此也能与碳分母液、种分母液反应，析出非氢氧化铝物质，涂敷在氢氧化铝表面，影响玛瑙氢氧化铝铸块的色度。为了验证，取车间的氢氧化铝浆液（D50=85.27µm），分离去母液，分别用上述五种水样洗涤。结果表明，采用去离子水和蒸馏水洗涤玛瑙氢氧化铝的色度符合质量要求，而其它三种水洗涤的玛瑙氢氧化铝色度较差。究其原因，软化水、粗水、循环水中含有较多的钙、镁离子，当遇到碱时，析出极细的氢氧化钙和氢氧化镁，使产品白度增高。由于折光率与氢氧化铝不同，导致色度变差。

4.5 烘干制度对玛瑙氢氧化铝色度影响

氢氧化铝开始分解温度在200℃～220℃，但在180℃左右时，氢氧化铝表面已经开始有初步分解现象，从差热图谱上可以看到，在180℃左右有一个平缓的吸热峰，表明此时已经有反应，氢氧化铝的表面的折光率可能也发生了改变。

取车间的氢氧化铝（D50=80.34µm），分成两部分，一部分在110℃下烘干2小时，另一部分在180℃～190℃下烘1小时。在180℃温度下，烘干速度快，因此只干燥1小时。然后测定其粉体和铸块色度。在180℃温度下烘干，氢氧化铝的水分几乎没有损失，但其色度b值大幅增加，说明氢氧化铝性质已经发生改变。在生产中应当保持烘干温度在180℃以下。