降低氫氧化鋁填料色差實(shí)驗(yàn)室研究

（中鋁山東有限公司 山東 淄博 255052）

1 前言

部分高端客戶反映我公司瑪瑙填料氫氧化鋁存在色差，與高檔產(chǎn)品比較有一定差距，我們首先做了實(shí)驗(yàn)室研究。影響瑪瑙氫氧化鋁色度因素較多，主要有：鋁酸鈉溶液質(zhì)量、二氧化碳?xì)怆s質(zhì)、洗滌用水的質(zhì)量、烘干條件、氫氧化鋁的粒度等。

2 實(shí)驗(yàn)室基本條件

2.1 實(shí)驗(yàn)所用儀器

①恒溫水?。?01型超級(jí)恒溫水浴。②攪拌：100W。③烘箱：室溫～300℃。④標(biāo)準(zhǔn)篩：上虞標(biāo)準(zhǔn)篩一套。⑤氣液分離器：自制。⑥瑪瑙鑄塊磨具。⑦色度儀：Spectraflash600。⑧粒度儀：馬爾文。⑨真空過濾設(shè)備。⑩燒杯等。

2.2 原材物料

①鋁酸鈉溶液：粗液、三次精液。②氫氧化鈉：分析純。③生石灰。④二氧化碳?xì)怏w濃度：37～40%。⑤瑪瑙樹脂。⑥洗滌用水種類：去離子水、蒸餾水、軟化水、粗水、循環(huán)水。

2.3 色度指標(biāo)

碳分瑪瑙AH和種分瑪瑙AH的鑄塊和粉體色度指標(biāo)見下表1。這里需要說明的是，判定瑪瑙填料氫氧化鋁色度的好壞，鑄塊色度指標(biāo)是最直接的判定標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)殍T塊本身上就是一小塊人造大理石板材樣本。而氫氧化鋁粉體色度指標(biāo)只能反映氫氧化鋁本身的色度的一致性，不能反映人造大理石板材色度的好壞。因此，本研究課題仍然以鑄塊色度指標(biāo)作為判定標(biāo)準(zhǔn)，粉體色度指標(biāo)只作參考。

表1 色度指標(biāo)

3 實(shí)驗(yàn)工藝

3.1 氫氧化鋁分解實(shí)驗(yàn)

3.1.1 碳分氫氧化鋁分解實(shí)驗(yàn)

將恒溫水浴保持到實(shí)驗(yàn)所需溫度后，取一定體積的鋁酸鈉溶液到入燒杯，將燒杯置入恒溫水浴中，開動(dòng)攪拌。當(dāng)鋁酸鈉溶液與恒溫水浴溫度相差2℃以內(nèi)時(shí)，通入二氧化碳?xì)忾_始分解。當(dāng)鋁酸鈉溶液中的氧化鋁含量達(dá)到15g/l左右時(shí)，停止通氣，繼續(xù)攪拌0.5小時(shí)，然后在真空漏斗上進(jìn)行液固分離，用85℃以上的熱水洗滌，直到洗水PH值達(dá)到7～8，然后在110℃下烘干得到產(chǎn)品。

3.1.2 種分氫氧化鋁分解實(shí)驗(yàn)

將恒溫水浴保持到實(shí)驗(yàn)所需溫度后，取一定體積的鋁酸鈉溶液到入燒杯，將燒杯置入恒溫水浴中，開動(dòng)攪拌。當(dāng)鋁酸鈉溶液與恒溫水浴溫度相差2℃以內(nèi)時(shí)，加入氫氧化鋁種子進(jìn)行分解。當(dāng)鋁酸鈉溶液中的氧化鋁含量達(dá)到50g/l左右時(shí)，在真空漏斗上進(jìn)行液固分離，用85℃以上的熱水洗滌，直到洗水PH值達(dá)到7～8，然后在110℃下烘干得到產(chǎn)品。

3.2 二氧化碳測(cè)定

在車間的二氧化碳?xì)夤苌辖映鲆桓?xì)管，引出二氧化碳?xì)?，?jīng)過氣體流量計(jì)測(cè)定V米3/小時(shí)，然后進(jìn)入氣液分離器，進(jìn)行氣液分離，一段時(shí)間T小時(shí)后，收集氣液分離器中的液體，測(cè)定液體體積L升。液體進(jìn)行真空過濾分離，得到固體G1克。溶液放置24小時(shí)后，再次進(jìn)行過濾分離，得到固體G2克。

3.3 鑄塊色度測(cè)定

取樹脂200克，加入一塑料杯中，加入300克氫氧化鋁，攪拌均勻，加入5毫升固化劑，攪拌均勻，然后到入模具中，混合料為100±1克，在25℃下固化48小時(shí)，然后移入烘箱中，保持溫度85℃，繼續(xù)固化48小時(shí)，得到瑪瑙鑄塊?，旇цT塊在色度儀上進(jìn)行測(cè)定L、a、b值。

4 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

4.1 二氧化碳?xì)怏w對(duì)碳分瑪瑙填料氫氧化鋁色度的影響

目前，我公司二氧化碳?xì)鈦碜允覡t，爐氣經(jīng)過過濾、洗滌、壓縮、風(fēng)包除水，然后輸送到分解槽，此二氧化碳?xì)庵锌赡芎惺?、煤灰、水、油等雜質(zhì)。另外，由于用鋼管輸送，還存在鐵銹及鐵膠體。經(jīng)過測(cè)定，在目前情況下，車間的CO2氣含液體0.060升/米3，液體PH值為6，呈酸性。液體中沒有油，有黃褐色的固體漂浮物，用磁鐵能吸引，說明固體漂浮物有鐵銹，含量為0.06克/升（液體）。液體經(jīng)過過濾，無色透明，但在室溫下放置24小時(shí)后，液體變?yōu)辄S褐色，說明液體中溶解了部分鐵銹，液體中固體漂浮物為0.02克/升（液體）。液體中固體雜質(zhì)為0.08克/升（液體）。這些固體雜質(zhì)對(duì)產(chǎn)品粒度、色度均有影響。

4.1.1 二氧化碳?xì)怏w中的雜質(zhì)對(duì)碳分瑪瑙氫氧化鋁粒度的影響

二氧化碳?xì)怏w中的雜質(zhì)在鋁酸鈉溶液分解過程中起到種子作用，對(duì)氫氧化鋁的粒度有影響，而粒度對(duì)產(chǎn)品的色度有影響。實(shí)驗(yàn)以純凈的鋁酸鈉溶液為原料，用凈化的二氧化碳?xì)庵泻?，分解溫度?5℃，分解時(shí)間為3小時(shí)，控制分解母液為10g/L，在開始通氣時(shí)，加入從二氧化碳?xì)庵蟹蛛x出來的固體雜質(zhì)，考察雜質(zhì)含量與粒度之間的關(guān)系。結(jié)果見表2。結(jié)果表明，二氧化碳?xì)庵械碾s質(zhì)對(duì)碳分氫氧化鋁粒度有影響，雜質(zhì)越多，產(chǎn)品粒度越細(xì)。

表2 二氧化碳?xì)怏w中的雜質(zhì)含量與氫氧化鋁粒度之間的關(guān)系

4.1.2 二氧化碳?xì)怏w中的雜質(zhì)對(duì)產(chǎn)品色度的影響

將4.1.1中五種氫氧化鋁為原料，用250目、150目的標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，得到+250目～-150目的氫氧化鋁，這些氫氧化鋁的粒度比較接近，可以消除粒度對(duì)瑪瑙鑄塊和粉體色度影響。直接測(cè)氫氧化鋁粉體色度和瑪瑙鑄塊色度，結(jié)果見表3。從結(jié)果上看，隨雜質(zhì)含量的升高，鑄塊L值逐漸下降，b值逐漸升高，當(dāng)雜質(zhì)含量較高時(shí)，b值升高速度加快。表明二氧化碳?xì)庵械碾s質(zhì)含量對(duì)產(chǎn)品的色度有影響，雜質(zhì)越高，產(chǎn)品色度越差。

表3 二氧化碳?xì)怏w中的雜質(zhì)含量與色度之間的關(guān)系

4.2 氫氧化鋁粒度對(duì)產(chǎn)品色度的影響

以4.1.1中的二氧化碳?xì)夤腆w雜質(zhì)為0的氫氧化鋁為原料，篩分成各種粒級(jí)，獲得+100目、-100目～+200目、-200目～+320目、-320目四種氫氧化鋁，其常規(guī)物理、化學(xué)成分基本一致，僅粒度不同，然后直接測(cè)定粉體色度和瑪瑙鑄塊色度，考察粒度與色度的關(guān)系，結(jié)果見表4。結(jié)果表明，粒度越大其鑄塊色度越好，但粒度越大，鑄塊的落球沖擊強(qiáng)度越低[1]。粒度越細(xì)產(chǎn)品加工粘度越大。因此碳分瑪瑙氫氧化鋁應(yīng)當(dāng)除去粗粒和細(xì)粒氫氧化鋁。一般用-100目～+200目（即75～95μm）的碳分氫氧化鋁作為瑪瑙氫氧化鋁產(chǎn)品。

表4 氫氧化鋁粒度與色度之間的關(guān)系

4.3 鋁酸鈉溶液質(zhì)量對(duì)瑪瑙填料氫氧化鋁色度的影響

4.3.1 鋁酸鈉溶液顏色對(duì)產(chǎn)品色度的影響

在燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁過程中，熟料溶出的鋁酸鈉溶液為粗液，其顏色為深藍(lán)色，然后經(jīng)高壓脫硅，加鈣硅渣、石灰乳進(jìn)行三次脫硅，鋁酸鈉溶液逐漸變淺，當(dāng)三次脫硅后，溶液為淺黃綠色，有時(shí)達(dá)到無色。而鋁酸鈉進(jìn)行氫氧化鋁分解后，種分、碳分母液為無色，表明鋁酸鈉溶液中的有色物質(zhì)進(jìn)入氫氧化鋁產(chǎn)品中，這將對(duì)瑪瑙氫氧化鋁的色度產(chǎn)生影響。本實(shí)驗(yàn)取我公司生產(chǎn)的燒結(jié)法粗液，加石灰進(jìn)行脫硅，同時(shí)除去有色物質(zhì)，獲得不同色澤的鋁酸鈉溶液，然后進(jìn)行碳酸化分解，得到氫氧化鋁產(chǎn)品，再進(jìn)行色度分析。從結(jié)果上看，隨著鋁酸鈉溶液脫硅深度增加，鑄塊L值上升，b值下降。當(dāng)進(jìn)行三次脫硅，鋁硅比達(dá)到1000左右后，再進(jìn)行脫硅對(duì)產(chǎn)品色度影響不大。目前我公司的燒結(jié)法三次精液的鋁硅比接近1000，因此采用三次精液生產(chǎn)出高質(zhì)量的瑪瑙氫氧化鋁比較合適。

4.3.2 鋁酸鈉溶液中的浮游物對(duì)產(chǎn)品色度影響

在生產(chǎn)過程中，一方面由于設(shè)備原因，另一方面由于鋁酸鈉溶液的性質(zhì)，在鋁酸鈉溶液中存在一些浮游物。經(jīng)過測(cè)定，這些浮游物中有鈣化合物、氧化鋁水合物。這些物質(zhì)存在對(duì)氫氧化鋁產(chǎn)品的粒度有影響，其作用原理與4.1.1中二氧化碳雜質(zhì)對(duì)產(chǎn)品粒度影響相似。在目前生產(chǎn)中，三次精液的浮游物含量較低，為20mg/L以下。只要不發(fā)生跑渾現(xiàn)象，對(duì)瑪瑙氫氧化鋁色度影響極小。所以不做研究。

4.4 洗滌用水對(duì)產(chǎn)品色度影響

我們?nèi)∥夜镜亩喾N水樣，有去離子水、蒸餾水、軟化水、粗水、循環(huán)水。在上述水樣中加入碳酸鈉，發(fā)現(xiàn)在軟化水、粗水、循環(huán)水中出現(xiàn)大量的絮狀物資。表明，軟化水、粗水、循環(huán)水能與碳酸鈉反應(yīng)，因此也能與碳分母液、種分母液反應(yīng)，析出非氫氧化鋁物質(zhì)，涂敷在氫氧化鋁表面，影響瑪瑙氫氧化鋁鑄塊的色度。為了驗(yàn)證，取車間的氫氧化鋁漿液（D50=85.27μm），分離去母液，分別用上述五種水樣洗滌。結(jié)果表明，采用去離子水和蒸餾水洗滌瑪瑙氫氧化鋁的色度符合質(zhì)量要求，而其它三種水洗滌的瑪瑙氫氧化鋁色度較差。究其原因，軟化水、粗水、循環(huán)水中含有較多的鈣、鎂離子，當(dāng)遇到堿時(shí)，析出極細(xì)的氫氧化鈣和氫氧化鎂，使產(chǎn)品白度增高。由于折光率與氫氧化鋁不同，導(dǎo)致色度變差。

4.5 烘干制度對(duì)瑪瑙氫氧化鋁色度影響

氫氧化鋁開始分解溫度在200℃～220℃，但在180℃左右時(shí)，氫氧化鋁表面已經(jīng)開始有初步分解現(xiàn)象，從差熱圖譜上可以看到，在180℃左右有一個(gè)平緩的吸熱峰，表明此時(shí)已經(jīng)有反應(yīng)，氫氧化鋁的表面的折光率可能也發(fā)生了改變。

取車間的氫氧化鋁（D50=80.34μm），分成兩部分，一部分在110℃下烘干2小時(shí)，另一部分在180℃～190℃下烘1小時(shí)。在180℃溫度下，烘干速度快，因此只干燥1小時(shí)。然后測(cè)定其粉體和鑄塊色度。在180℃溫度下烘干，氫氧化鋁的水分幾乎沒有損失，但其色度b值大幅增加，說明氫氧化鋁性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生改變。在生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)保持烘干溫度在180℃以下。

5 實(shí)驗(yàn)室結(jié)論

二氧化碳?xì)怏w含塵量越高，對(duì)碳分瑪瑙AH的色度影響越大。分解原液A/S越高，浮游物越低，瑪瑙AH色度越好。洗滌用水硬度越低，浮游物越低，瑪瑙填料氫氧化鋁的色度越好。烘干溫度超過180℃嚴(yán)重影響瑪瑙填料氫氧化鋁的色度。