工业氢氧化铝重溶重结晶制备高纯氧化铝试验研究

2023年8月3日发(作者：)

第40卷第1期(总第175期)2021年2月湿法冶金Hydrometallurgy

of

ChinaVol.

40

No.

1(Sum.

175)Feb.2021工业氢氧化铝重溶重结晶制备高纯氧化铝

试验研究李中林1

,李思佳1

,耿继业1

,林杰榜1

,李义兵1

,苏积波2

,黄桃娥3(1.桂林理工大学材料科学与工程学院，广西桂林541000；2.百色百矿集团有限公司，广西

百色533000；3.广西田东锦鑫化工有限公司，广西

田东531500)摘要:研究了用高浓度氢氧化钠溶液溶解工业氢氧化铝并重结晶制备高纯度氧化铝，考察了水质、分级过筛

及洗涤、初始氢氧化铝浓度、种分时间和温度对产物中杂质含量的影响。结果表明：用高纯水配制Na?。和

A12O3初始质量浓度分别为170、184

g/L的铝酸钠溶液，并在30

t下种分60

h,所得氢氧化铝中SiO2,Fe2O3

杂质质量分数分别低于3.0X107%和5.0X10T%,纯度相对较高，但仍需深度除钠；种分氢氧化铝产物用

稀盐酸水热处理后进行焙烧，在超声波作用下，热稀酸中氧化铝晶体和晶间残留的Na?。被脱除，最终所得

A12O3产物中NaQ质量分数低至3.

8X10-2%,纯度在99.

9%以上。关键词：工业氢氧化铝；高纯氧化铝；重溶；晶种分解;水热-烧结法中图分类号：TF821；TQ420.

6

文献标识码：A

文章编号：1009-2617(2021)01-0052-05DOI：10.

13355/j.

cnki.

sfyj.

2021.

01.

010高纯氧化铝(HPA)在高温下具有较高的转

烧，所得AI2O3纯度在99.9%左右”〕，钠、硅杂质

含量有所降低，但生产效率较低，烧结温度过

高。因此，研究在简单生产条件下,用低成本原料

生产HPA有重要意义。化率、较低的钠含量m及较强的收缩性能,广泛用

于制备单晶材料、发光载体、激光材料、透明陶瓷

材料等口勺。目前，已有多种制备HPA工艺，但都存在一

些优缺点：结合有机铝醇盐水解法“勺可以获得平

均粒径25

nm、分散性好、尺寸均一、球形颗粒

试验研究了以氢氧化钠溶液溶解工业氢氧化

铝(ai(oh)3),然后重结晶氢氧化铝，焙烧制备

高纯氧化铝。a-Al2

03粉体,但制备条件要求极高，生产成本高；

碳酸铝钱结晶热解法〔呵和硫酸铝钱结晶热解

法页工艺相对简单，反应母液可循环利用〔切，但

1试验部分1.1试验材料及设备试验原料：工业氢氧化铝(w(A1(0H)3)^

制备过程中会产生大量废气造成环境污染，且K、

Ga、卤素等杂质很难去除;水热合成法生产周

期短，成本低，是制备超细粉体的一种新工艺，但

96.0%)由广西某公司提供。试验试剂：氢氧化铝、氢氧化钠，分析纯；盐

酸,购自广东西陇科学股份有限公司。试验设备:高纯水处理器，集热式恒温加热磁

其反应条件较为苛刻，需高温高压，反应时也会产

生氢气，易发生爆炸，难以实现产业化生产⑴间；

在拜耳法〔⑷基础上,采用石灰法对拜耳法生产的

力搅拌器,紫外可见分光光度计，反应釜，电热恒

温鼓风干燥箱，荧光光谱仪。高纯铝酸钠溶液进行深度脱硅，再脱钠［15'16®

收稿日期:2020-06-22基金项目：广西创新驱动发展专项资金资助项目(桂科AA17204084).第一作者简介:李中林(1997-)，男，硕士研究生，主要研究方向为有色金属冶炼。通信作者简介:李义兵(1973-),男，博士，教授级高级工程师，主要研究方向为有色金属冶炼。**********************.cn.本文引用格式:李中林，李思佳,耿继业，等.工业氢氧化铝重溶重结晶制备高纯氧化铝试验研究［J］.湿法冶金,2021,40(1)

,52-56.第40卷第1期李中林，等:工业氢氧化铝重溶重结晶制备高纯氧化铝试验研究・53・1.2试验原理及方法在一定温度下，工业A1(OH)3用NaOH重

溶为铝酸钠溶液(NaAl(OH)Q,此时，只有微量

Fe2O3杂质与NaOH反应生成NaFe(OH)4进入

溶液;而溶于水中的SiO2与苛性碱在重溶和种分

阶段反应生成的可溶性硅酸钠(Na2SiO3)则继续

与NaAl(OH)4反应生成水合铝硅酸钠沉淀

(Na2O

-

A12O3

•

1.

7SiO2

•

”巴0)。种分所得

A1(OH)3粉末中Na?。含量较高，这是A1(OH)3

晶体慢慢长大后发生团聚，晶间和晶体内会残留

和吸附一定量Na?。杂质所致;最后，在酸性水热

条件下，用超声冲击使晶体中残留的Na?。脱落,

进一步降低产物中Na^O含量。超声波波长短，近

似直线传播，能量较集中，对微粒具有分散冲击作

用，能够渗透到akoh)3晶粒微孔中，且其产生

的高压、高强冲击波可大幅度降低分子间的作用

力，能有效阻止Na?。发生团聚和吸附。整个过

程中的主要化学反应如下：A1(OH)3

+NaOH

^NaAl(OH)4;

(1)Fe2O3+2NaOH+3H2O^2NaFe(OH)4；(2)SiO2

+2NaOH

^Na2SiO3

+巴0;

(3)2NaAl(OH)4+l.

7Na2SiO3Na2O

•

AI2O3

•

1.

7SiO2

•

1.

7H2O^

+3.4NaOH

+

0.6巴0。

(4)称取

219. 4

g

NaOH

和

281.

4

g

工业

A1(OH)3,

用400

mL高纯水在95

°C水浴中搅拌至全部溶

解，过滤后定容至1

000

mL。NaAl(OH)4溶液

中，Na?。和AI2O3质量浓度分别为170、184

g/L。

加入5

g分析纯A1(OH)3作为晶种，种分后过滤

干燥，以荧光光谱法分析中间产物akoh)3粉

末中主要杂质含量；种分后中间产物ai(oh)3

粉末经过焙烧再与稀盐酸一起加入反应釜中，在

200

°C下反应4

h,沉淀物洗涤过滤后干燥、磨细；

在900

°C下焙烧1.

5

h,并在酸性环境下超声加热

0.5

h,之后洗涤至中性，干燥后测定产物A12O3

中Na?。杂质含量。2试验结果与讨论2.1工业A1(OH)3重溶及晶种分解除杂

2.1.1水质的影响分别用去离子水和高纯水配制1 000

mL

NaAl(OH)4溶液，其中Na2O和A12O3质量浓度

均为170,184

g/Lo用钳蓝光度法和邻菲啰瞅分

光光度法测定NaAl(OH)。中Si、Fe吸光度，结

果见表1

O表1水质对溶液中杂质含量的影响水质Fe吸光度Si吸光度参比组试验组参比组试验组去离子水0.

0070.

0460.

2840. 151高纯水0.

0070.0470.0180.

081由表1看出：2种水质所得NaAl(OH)4溶液

的Fe吸光度基本相等，表明去离子水不影响

Fe2O3杂质含量；去离子水配制的NaAl(OH)4

溶液Si吸光度低于参比组溶液Si吸光度，这是

因为去离子水中Si含量较高，且配制参比溶液所

用去离子水量高于配制NaAKOH)。溶液，导致

参比组中Si含量较高。综合考虑，确定整个制备

过程使用高纯水。2.1.2分级过筛及洗涤的影响取一定体积Na?。和A12O3质量浓度分别为

170,184

g/L的NaAKOH)。溶液，加入适量

A1(OH)3晶种，于30

°C下种分48

h。对种分后

的部分溶液分级过筛(用325*

945

网筛)，筛

上和筛下的中间产物A1(OH)3分别干燥后，以

荧光光谱法测定ai(oh)3中主要杂质质量分

数;剩余溶液分别洗涤一次和多次,过滤干燥后分

析杂质质量分数。试验结果见表2。表2分级过筛及洗涤对产品中杂质质量分数的影响产品

-sb/%SiO2Fe2

O3Na2O筛上物0.

025

80.0090.75筛下物0,008

70.0050.

16洗涤1次0.

008

00.0061.02洗涤多次0.008

30.0060.

16由表2看出：筛下物A1(OH)3中SiO2和

Na^O杂质质量分数明显低于筛上物，这是因为未

分级过筛的ai(oh)3颗粒较大，晶间和晶体中残

留的杂质更多;洗涤对SiO2和Fe2O3杂质质量分

数的影响较小，这是因为洗涤仅能洗去溶液中大部

分未反应的Na?。,无法脱除残留在晶体中的杂质。2.1.

3

Na2O和A12O3初始质量浓度的影响将Na?。和A12O3质量浓度170J84

g/L视

为D,配制Nag和A12O3初始质量浓度分别为

0.

50D、0.

75D、1.

00D

和

1.

25D

的

NaAl(OH)。 ・54・湿法冶金2021年2月由图2看出，种分温度在30〜45

°C条件下，

溶液各1

000

mL,每组加入5

g晶种，30

°C下种

分48

h,考察Na?。和A12O3初始质量浓度对

种分温度较低时，杂质含量较低,ai(oh)3纯度

akoh)3产物中杂质质量分数影响，试验结果如

图1所示。更高。体系温度较低时，溶液黏度较大，晶核较

多,形成的ai(oh)3颗粒较小，晶体对杂质的作

用力较小，杂质残留和吸附得更少；但温度过低，

浆料黏度过大，不利于杂质的去除。为提高分解

速度、降低中间产物akoh)3干粉中杂质质量

分数,需要采用起始始温度较高并逐渐降温的控

温方式进行种分。2.1.5种分时间的影响配制5份1

000

mL

NaAl(OH)4溶液，其中

Na?O和AI2O3初始质址浓J®/(g

•

L1)Na：。和A12O3初始质量浓度分别为170,184

g/L,

在30

°C下进行种分。种分时间对中间产物

图1

Na2O和A12O3初始质量浓度对产物A1(OH)3

杂质质量分数的影响A1(OH)3干粉中SiO2和Fe2O3杂质质量分数的

影响试验结果如图3所示。由图1看出：随Na?。和Al2O3初始质量浓

度升高，中间产物A1(OH)3干粉中SiO2质量分

数先降低后略有升高，而FezOs质量分数变化较

小；NaAl(OH)4溶液中Na?。和A12O3初始质量

浓度为

170.184

g/L

时,A1(OH)3

干粉中

SiO2

质量分数最低，仅为&0

X

io-。％。这表明：在溶

解和种分过程中，只有微量Fe2O3进入溶液，而

可溶性SiO2与NaOH生成的Na2SiO3则与

NaAl(OH)4反应生成沉淀；随溶液中Na?。和

A12O3初始质量浓度升高，溶液苛性比增大，对去

除SiO2更有利;但Na?。和A12O3初始质量浓度过

大，则溶液黏度会增大，容易发生团聚，反而不利于

杂质的去除。由图3看出：中间产物A1(OH)3干粉中

SiO2杂质质量分数随种分时间延长先降低后升

高，在36〜60

h时间范围内去除效果较好;Fe2O3

质量分数变化不大。在一定时间范围内，溶液苛

2.1.4种分温度的影响配制5份1

000

mL

NaAl(OH)4溶液，其中

性比随种分时间延长而增大;种分时间过长，晶体

颗粒过大，晶间和晶体对杂质作用力增大，晶间和

Na2O和A12O3初始质量浓度均为170,184

g/L,

在不同温度下种分48

h。种分温度对中间产物

晶体包裹的杂质会更多；但过早停止种分不仅会

降低akoh)3产率，也会降低溶液苛性比，使

A1(OH)3干粉中SiO2和Fe2O3杂质质量分数的

影响试验结果如图2所示。SiO2和Fe2O3杂质质量分数提高。综合考虑，种

分时间以60

h为宜。2.2料液酸度的影响表3为料液酸度对最终产物ALOs中杂质质

量分数的影响试验结果。可以看出：与高纯水(盐

酸质量浓度为0)相比，料液中添加适量盐酸，最

终产物AI2O3中Na?。质量分数会显著降低；随

盐酸质量浓度增大，AI2O3产物中NazO杂质质

量分数降低；用质量浓度100

g/L的盐酸溶液深

度脱钠效果最好,A12O3产物中Na2O质量分数可 第40卷第1期李中林，等:工业氢氧化铝重溶重结晶制备高纯氧化铝试验研究・55・低至3.8X10-2%。在超声波冲击下，热的酸性

环境中，焙烧中间产物ai(oh)3得到的A12O3

晶间和晶体中残留的Na?。发生脱落，但脱落

Na2O的物质的量是一定的。表3盐酸质■浓度对最终产物AljOj中N跖O

质■分数的影响盐酸质量浓度/(g

•

L-1)最终产物中b(N&zO)/10-2%042.0508.51003.81503.62004.02.3种分产物的形貌图4为Al(OH)s种分产物的SEM照片。可

以看出,A1(OH)3晶体形貌为块状颗粒上附着类

似于金字塔的细小圆锥形颗粒。结合A1(OH)3结

晶机制可知:结晶早期，NaAl(OH)。溶液处于过

饱和状态，主金字塔侧面通过填充扭结部位形成

次金字塔并继续生长，次生金字塔出现在前核簇

中，金字塔底部则通过填充螺旋结构的方式逐渐

展开;结晶后期，溶液过饱和度慢慢降低,侧面仅

通过填充扭结部位而生长,螺旋结构也逐渐收缩

变形,初始阶段的锥形颗粒渐渐变形为最终的块

状颗粒。图4

Al(OH),种分产物的SEM贖片3结论Al(OH)s重溶时，只有微量Fe2O3会与苛性

碱反应进入到溶液中，而可溶性SiO2在重溶和种

分过程中与NaOH反应生成的NaSiOa则会与

NaAKOHh反应生成沉淀。采用起始温度较高

并逐渐降低的控温方式，将较高浓度NaAKOHh

溶液置于30

9温度下进行种分，延长种分时间至

60

h左右，中间产物A1(OH)3晶体中SiO2杂质

质量分数低于3.0X-3%,Fe2O3杂质质量分数

低于5.

0

X

10~8

%,但残留和吸附的Na2

O杂质含

量相对较高，需要进一步去除。在超声波的冲击

下，热稀酸中晶体残留的部分NaAKOH)。被脱

除,最终的A12O3产物中Na2O质量分数可降至

3.8X

10-2%左右，纯度可达99.

9%。参考文献：[叮

张一雯.高纯囊化铝制备方法和生产现状研究m.世界有

色金属,2017(12),24-26.[2]

路文.A1(OH)3制备高纯A12O3及提纯技术研究[D].贵

阳;贵州师范大学,2015.[3] MARTIN

E

S»

WEAVER

M

L.

Synthesis

and

properties

of

high-purity

alumina]J].

American

Ceramic

Society

Bulletin,

1993,72(7):71-77.[4]

张中太，林元华,唐子龙，等.纳米材料及其技术的应用前景材料工程,2000(3)

： 42-48.[5]

薛涛，李侠，何力，等.醇盐水解法制备纳米«-Al2O3粉体化工新型材料,2006,34(11〉；53-55.[6]

李齐春.醇铝水解法生产高纯氧化铝工艺的改进[J].当代

化工，2013

(3〉；

346-348.[7]

王祎礼.氯化钱对AACH热分解制备纳米a-Al2O3的影响

[J].人工晶体学报,2009,38(2)

,309-312.[8]

HAYASHI

K,

KOBAYASHI

0,

TOYODA

S,

et

al.

Transmission

optical

properities

of

polycrystalline

alumina

with

submicron grains»material

transactionsEJ].

Journal of

Intelligent

Manufacturing,

1991,32(11〉：

102茁1029.[9]

杨阳.高纯超细a

Al2O3粉体的制备与表征[D].济南：山东

大学,2013.[10]

张成荣，范秀蘭，刘奎，等.高纯氧化铝制备技术及应用研

究进展[J].世界有色金属,2016(23)

J66-167.[11]

郭庆梅，沈智奇，凌凤香，等.高指数表面晶面纳米十

A12O3的合成及表征[j].当代化工,2015,44(5):951-954.[12]

付高峰，毕诗文,杨毅宏，等.异丙醇铝水解法制取高纯超

细

o-A1203

的研究[J].轻金属，1999(3〉：3-5.[13]

郑继明，李思佳,耿继业，等.用冶金级氢氧化铝制备高纯

氢氧化铝及氧化铝[J].湿法冶金,2020,39(2)

s128-133.[14]

尹中林，顾松青.并行法氧化钳生产新工艺;我国混联法氧

化铝生产工艺的发展方向[J].世界有色金属,2001(7)；

4-8.[15]

王利涛.拜耳法高浓度钳酸钠溶液深度脱硅工艺研究

[D].郑州：郑州大学,2012.[16]

陈家辉，和晓才，袁杰，等.高纯氧化铝制备方法研究进展

[J].云南冶金,2013,42(5)

：44-47.[17]

袁杰，于站良，陈家辉，等.高纯氧化铝粉制备研究进展

[J].材料导报,2014,28(1〉：

75-78.[18]

张立生，李慧，张汉鑫，等.高纯氧化铝应用及制备工艺研

究进展口].轻金属,2018(10),18-21.・56・湿法冶金2021年2月Preparation

of

High-purity

Alumina

Using

Industrial

Aluminum

Hydroxide

by

Reconstitution

and

RecrystallizationLI

Zhonglin1

,LI

Sijia1

,GENG

Jiye1

,LIN

Jiebang1

,LI

Yibing1

,SU

Jibo2,HUANG

Taoe3(1.

School

of

Materials

Science

and

Engineering

^Guilin

University

of

Technology

,Guilin

541000,C加宛a；2.

Baise

Baine

Group

Co.

9Ltd.

,Baise

533000,C加no;3.

Guangxi

Tiandong

Jinxin

Chemical

Co.

,Ltd・,Tiandong

531500Abstract：

High-purity

alumina

was

prepared

by

using

high

concentration

sodium

hydroxide

solution

to

dissolve

industrial

aluminum

hydroxide

and

recrystallizing.

The

effects

of

water

quality,

sieving

and

washing,

initial

aluminum

hydroxide

concentration,

seed

precipitation

time

and

temperature

on

impurity

content

in

product

were

examined.

The

results

show

that

under

the

conditions

of

initial

Na2

O

and

Al2

O3

mass

concentrations

of

170

and

184

g/L,

respectively

in

sodium

aluminate

solution

prepared

using

high

purity

water,

seed

precipitation

time

60

h

at

30 °C

,

the

silica

and

iron

oxide

impurities

content

in

aluminum

hydroxide

is

less

than

3.

0

X

10-3

%

and

5.

0

X

10-3

%,

and

requires

further

removal

of

sodium.

After

hydrothermal

treatment

with

dilute

hydrochloric

acid,the

alumina

crystal

and

residual

Na2O

in

the

hot

dilute

acid

are

removed

by

ultrasonic

wave.

At

last,the

Na2O

content

in

A12O3

decreases

to

about

0.

038%

,and

the

final

alumina

purity

is

over

99.

9%.Key

words:

industrial

aluminum

hydroxide；

high-purity

alumina；

reconstitution；

seed

precipitation；

hydrothermal-sintering

2023年8月3日发(作者：)

第40卷第1期(总第175期)2021年2月湿法冶金Hydrometallurgy

of

ChinaVol.

40

No.

1(Sum.

175)Feb.2021工业氢氧化铝重溶重结晶制备高纯氧化铝

试验研究李中林1

,李思佳1

,耿继业1

,林杰榜1

,李义兵1

,苏积波2

,黄桃娥3(1.桂林理工大学材料科学与工程学院，广西桂林541000；2.百色百矿集团有限公司，广西

百色533000；3.广西田东锦鑫化工有限公司，广西

田东531500)摘要:研究了用高浓度氢氧化钠溶液溶解工业氢氧化铝并重结晶制备高纯度氧化铝，考察了水质、分级过筛

及洗涤、初始氢氧化铝浓度、种分时间和温度对产物中杂质含量的影响。结果表明：用高纯水配制Na?。和

A12O3初始质量浓度分别为170、184

g/L的铝酸钠溶液，并在30

t下种分60

h,所得氢氧化铝中SiO2,Fe2O3

杂质质量分数分别低于3.0X107%和5.0X10T%,纯度相对较高，但仍需深度除钠；种分氢氧化铝产物用

稀盐酸水热处理后进行焙烧，在超声波作用下，热稀酸中氧化铝晶体和晶间残留的Na?。被脱除，最终所得

A12O3产物中NaQ质量分数低至3.

8X10-2%,纯度在99.

9%以上。关键词：工业氢氧化铝；高纯氧化铝；重溶；晶种分解;水热-烧结法中图分类号：TF821；TQ420.

6

文献标识码：A

文章编号：1009-2617(2021)01-0052-05DOI：10.

13355/j.

cnki.

sfyj.

2021.

01.

010高纯氧化铝(HPA)在高温下具有较高的转

烧，所得AI2O3纯度在99.9%左右”〕，钠、硅杂质

含量有所降低，但生产效率较低，烧结温度过

高。因此，研究在简单生产条件下,用低成本原料

生产HPA有重要意义。化率、较低的钠含量m及较强的收缩性能,广泛用

于制备单晶材料、发光载体、激光材料、透明陶瓷

材料等口勺。目前，已有多种制备HPA工艺，但都存在一

些优缺点：结合有机铝醇盐水解法“勺可以获得平

均粒径25

nm、分散性好、尺寸均一、球形颗粒

试验研究了以氢氧化钠溶液溶解工业氢氧化

铝(ai(oh)3),然后重结晶氢氧化铝，焙烧制备

高纯氧化铝。a-Al2

03粉体,但制备条件要求极高，生产成本高；

碳酸铝钱结晶热解法〔呵和硫酸铝钱结晶热解

法页工艺相对简单，反应母液可循环利用〔切，但

1试验部分1.1试验材料及设备试验原料：工业氢氧化铝(w(A1(0H)3)^

制备过程中会产生大量废气造成环境污染，且K、

Ga、卤素等杂质很难去除;水热合成法生产周

期短，成本低，是制备超细粉体的一种新工艺，但

96.0%)由广西某公司提供。试验试剂：氢氧化铝、氢氧化钠，分析纯；盐

酸,购自广东西陇科学股份有限公司。试验设备:高纯水处理器，集热式恒温加热磁

其反应条件较为苛刻，需高温高压，反应时也会产

生氢气，易发生爆炸，难以实现产业化生产⑴间；

在拜耳法〔⑷基础上,采用石灰法对拜耳法生产的

力搅拌器,紫外可见分光光度计，反应釜，电热恒

温鼓风干燥箱，荧光光谱仪。高纯铝酸钠溶液进行深度脱硅，再脱钠［15'16®

收稿日期:2020-06-22基金项目：广西创新驱动发展专项资金资助项目(桂科AA17204084).第一作者简介:李中林(1997-)，男，硕士研究生，主要研究方向为有色金属冶炼。通信作者简介:李义兵(1973-),男，博士，教授级高级工程师，主要研究方向为有色金属冶炼。**********************.cn.本文引用格式:李中林，李思佳,耿继业，等.工业氢氧化铝重溶重结晶制备高纯氧化铝试验研究［J］.湿法冶金,2021,40(1)

,52-56.第40卷第1期李中林，等:工业氢氧化铝重溶重结晶制备高纯氧化铝试验研究・53・1.2试验原理及方法在一定温度下，工业A1(OH)3用NaOH重

溶为铝酸钠溶液(NaAl(OH)Q,此时，只有微量

Fe2O3杂质与NaOH反应生成NaFe(OH)4进入

溶液;而溶于水中的SiO2与苛性碱在重溶和种分

阶段反应生成的可溶性硅酸钠(Na2SiO3)则继续

与NaAl(OH)4反应生成水合铝硅酸钠沉淀

(Na2O

-

A12O3

•

1.

7SiO2

•

”巴0)。种分所得

A1(OH)3粉末中Na?。含量较高，这是A1(OH)3

晶体慢慢长大后发生团聚，晶间和晶体内会残留

和吸附一定量Na?。杂质所致;最后，在酸性水热

条件下，用超声冲击使晶体中残留的Na?。脱落,

进一步降低产物中Na^O含量。超声波波长短，近

似直线传播，能量较集中，对微粒具有分散冲击作

用，能够渗透到akoh)3晶粒微孔中，且其产生

的高压、高强冲击波可大幅度降低分子间的作用

力，能有效阻止Na?。发生团聚和吸附。整个过

程中的主要化学反应如下：A1(OH)3

+NaOH

^NaAl(OH)4;

(1)Fe2O3+2NaOH+3H2O^2NaFe(OH)4；(2)SiO2

+2NaOH

^Na2SiO3

+巴0;

(3)2NaAl(OH)4+l.

7Na2SiO3Na2O

•

AI2O3

•

1.

7SiO2

•

1.

7H2O^

+3.4NaOH

+

0.6巴0。

(4)称取

219. 4

g

NaOH

和

281.

4

g

工业

A1(OH)3,

用400

mL高纯水在95

°C水浴中搅拌至全部溶

解，过滤后定容至1

000

mL。NaAl(OH)4溶液

中，Na?。和AI2O3质量浓度分别为170、184

g/L。

加入5

g分析纯A1(OH)3作为晶种，种分后过滤

干燥，以荧光光谱法分析中间产物akoh)3粉

末中主要杂质含量；种分后中间产物ai(oh)3

粉末经过焙烧再与稀盐酸一起加入反应釜中，在

200

°C下反应4

h,沉淀物洗涤过滤后干燥、磨细；

在900

°C下焙烧1.

5

h,并在酸性环境下超声加热

0.5

h,之后洗涤至中性，干燥后测定产物A12O3

中Na?。杂质含量。2试验结果与讨论2.1工业A1(OH)3重溶及晶种分解除杂

2.1.1水质的影响分别用去离子水和高纯水配制1 000

mL

NaAl(OH)4溶液，其中Na2O和A12O3质量浓度

均为170,184

g/Lo用钳蓝光度法和邻菲啰瞅分

光光度法测定NaAl(OH)。中Si、Fe吸光度，结

果见表1

O表1水质对溶液中杂质含量的影响水质Fe吸光度Si吸光度参比组试验组参比组试验组去离子水0.

0070.

0460.

2840. 151高纯水0.

0070.0470.0180.

081由表1看出：2种水质所得NaAl(OH)4溶液

的Fe吸光度基本相等，表明去离子水不影响

Fe2O3杂质含量；去离子水配制的NaAl(OH)4

溶液Si吸光度低于参比组溶液Si吸光度，这是

因为去离子水中Si含量较高，且配制参比溶液所

用去离子水量高于配制NaAKOH)。溶液，导致

参比组中Si含量较高。综合考虑，确定整个制备

过程使用高纯水。2.1.2分级过筛及洗涤的影响取一定体积Na?。和A12O3质量浓度分别为

170,184

g/L的NaAKOH)。溶液，加入适量

A1(OH)3晶种，于30

°C下种分48

h。对种分后

的部分溶液分级过筛(用325*

945

网筛)，筛

上和筛下的中间产物A1(OH)3分别干燥后，以

荧光光谱法测定ai(oh)3中主要杂质质量分

数;剩余溶液分别洗涤一次和多次,过滤干燥后分

析杂质质量分数。试验结果见表2。表2分级过筛及洗涤对产品中杂质质量分数的影响产品

-sb/%SiO2Fe2

O3Na2O筛上物0.

025

80.0090.75筛下物0,008

70.0050.

16洗涤1次0.

008

00.0061.02洗涤多次0.008

30.0060.

16由表2看出：筛下物A1(OH)3中SiO2和

Na^O杂质质量分数明显低于筛上物，这是因为未

分级过筛的ai(oh)3颗粒较大，晶间和晶体中残

留的杂质更多;洗涤对SiO2和Fe2O3杂质质量分

数的影响较小，这是因为洗涤仅能洗去溶液中大部

分未反应的Na?。,无法脱除残留在晶体中的杂质。2.1.

3

Na2O和A12O3初始质量浓度的影响将Na?。和A12O3质量浓度170J84

g/L视

为D,配制Nag和A12O3初始质量浓度分别为

0.

50D、0.

75D、1.

00D

和

1.

25D

的

NaAl(OH)。 ・54・湿法冶金2021年2月由图2看出，种分温度在30〜45

°C条件下，

溶液各1

000

mL,每组加入5

g晶种，30

°C下种

分48

h,考察Na?。和A12O3初始质量浓度对

种分温度较低时，杂质含量较低,ai(oh)3纯度

akoh)3产物中杂质质量分数影响，试验结果如

图1所示。更高。体系温度较低时，溶液黏度较大，晶核较

多,形成的ai(oh)3颗粒较小，晶体对杂质的作

用力较小，杂质残留和吸附得更少；但温度过低，

浆料黏度过大，不利于杂质的去除。为提高分解

速度、降低中间产物akoh)3干粉中杂质质量

分数,需要采用起始始温度较高并逐渐降温的控

温方式进行种分。2.1.5种分时间的影响配制5份1

000

mL

NaAl(OH)4溶液，其中

Na?O和AI2O3初始质址浓J®/(g

•

L1)Na：。和A12O3初始质量浓度分别为170,184

g/L,

在30

°C下进行种分。种分时间对中间产物

图1

Na2O和A12O3初始质量浓度对产物A1(OH)3

杂质质量分数的影响A1(OH)3干粉中SiO2和Fe2O3杂质质量分数的

影响试验结果如图3所示。由图1看出：随Na?。和Al2O3初始质量浓

度升高，中间产物A1(OH)3干粉中SiO2质量分

数先降低后略有升高，而FezOs质量分数变化较

小；NaAl(OH)4溶液中Na?。和A12O3初始质量

浓度为

170.184

g/L

时,A1(OH)3

干粉中

SiO2

质量分数最低，仅为&0

X

io-。％。这表明：在溶

解和种分过程中，只有微量Fe2O3进入溶液，而

可溶性SiO2与NaOH生成的Na2SiO3则与

NaAl(OH)4反应生成沉淀；随溶液中Na?。和

A12O3初始质量浓度升高，溶液苛性比增大，对去

除SiO2更有利;但Na?。和A12O3初始质量浓度过

大，则溶液黏度会增大，容易发生团聚，反而不利于

杂质的去除。由图3看出：中间产物A1(OH)3干粉中

SiO2杂质质量分数随种分时间延长先降低后升

高，在36〜60

h时间范围内去除效果较好;Fe2O3

质量分数变化不大。在一定时间范围内，溶液苛

2.1.4种分温度的影响配制5份1

000

mL

NaAl(OH)4溶液，其中

性比随种分时间延长而增大;种分时间过长，晶体

颗粒过大，晶间和晶体对杂质作用力增大，晶间和

Na2O和A12O3初始质量浓度均为170,184

g/L,

在不同温度下种分48

h。种分温度对中间产物

晶体包裹的杂质会更多；但过早停止种分不仅会

降低akoh)3产率，也会降低溶液苛性比，使

A1(OH)3干粉中SiO2和Fe2O3杂质质量分数的

影响试验结果如图2所示。SiO2和Fe2O3杂质质量分数提高。综合考虑，种

分时间以60

h为宜。2.2料液酸度的影响表3为料液酸度对最终产物ALOs中杂质质

量分数的影响试验结果。可以看出：与高纯水(盐

酸质量浓度为0)相比，料液中添加适量盐酸，最

终产物AI2O3中Na?。质量分数会显著降低；随

盐酸质量浓度增大，AI2O3产物中NazO杂质质

量分数降低；用质量浓度100

g/L的盐酸溶液深

度脱钠效果最好,A12O3产物中Na2O质量分数可 第40卷第1期李中林，等:工业氢氧化铝重溶重结晶制备高纯氧化铝试验研究・55・低至3.8X10-2%。在超声波冲击下，热的酸性

环境中，焙烧中间产物ai(oh)3得到的A12O3

晶间和晶体中残留的Na?。发生脱落，但脱落

Na2O的物质的量是一定的。表3盐酸质■浓度对最终产物AljOj中N跖O

质■分数的影响盐酸质量浓度/(g

•

L-1)最终产物中b(N&zO)/10-2%042.0508.51003.81503.62004.02.3种分产物的形貌图4为Al(OH)s种分产物的SEM照片。可

以看出,A1(OH)3晶体形貌为块状颗粒上附着类

似于金字塔的细小圆锥形颗粒。结合A1(OH)3结

晶机制可知:结晶早期，NaAl(OH)。溶液处于过

饱和状态，主金字塔侧面通过填充扭结部位形成

次金字塔并继续生长，次生金字塔出现在前核簇

中，金字塔底部则通过填充螺旋结构的方式逐渐

展开;结晶后期，溶液过饱和度慢慢降低,侧面仅

通过填充扭结部位而生长,螺旋结构也逐渐收缩

变形,初始阶段的锥形颗粒渐渐变形为最终的块

状颗粒。图4

Al(OH),种分产物的SEM贖片3结论Al(OH)s重溶时，只有微量Fe2O3会与苛性

碱反应进入到溶液中，而可溶性SiO2在重溶和种

分过程中与NaOH反应生成的NaSiOa则会与

NaAKOHh反应生成沉淀。采用起始温度较高

并逐渐降低的控温方式，将较高浓度NaAKOHh

溶液置于30

9温度下进行种分，延长种分时间至

60

h左右，中间产物A1(OH)3晶体中SiO2杂质

质量分数低于3.0X-3%,Fe2O3杂质质量分数

低于5.

0

X

10~8

%,但残留和吸附的Na2

O杂质含

量相对较高，需要进一步去除。在超声波的冲击

下，热稀酸中晶体残留的部分NaAKOH)。被脱

除,最终的A12O3产物中Na2O质量分数可降至

3.8X

10-2%左右，纯度可达99.

9%。参考文献：[叮

张一雯.高纯囊化铝制备方法和生产现状研究m.世界有

色金属,2017(12),24-26.[2]

路文.A1(OH)3制备高纯A12O3及提纯技术研究[D].贵

阳;贵州师范大学,2015.[3] MARTIN

E

S»

WEAVER

M

L.

Synthesis

and

properties

of

high-purity

alumina]J].

American

Ceramic

Society

Bulletin,

1993,72(7):71-77.[4]

张中太，林元华,唐子龙，等.纳米材料及其技术的应用前景材料工程,2000(3)

： 42-48.[5]

薛涛，李侠，何力，等.醇盐水解法制备纳米«-Al2O3粉体化工新型材料,2006,34(11〉；53-55.[6]

李齐春.醇铝水解法生产高纯氧化铝工艺的改进[J].当代

化工，2013

(3〉；

346-348.[7]

王祎礼.氯化钱对AACH热分解制备纳米a-Al2O3的影响

[J].人工晶体学报,2009,38(2)

,309-312.[8]

HAYASHI

K,

KOBAYASHI

0,

TOYODA

S,

et

al.

Transmission

optical

properities

of

polycrystalline

alumina

with

submicron grains»material

transactionsEJ].

Journal of

Intelligent

Manufacturing,

1991,32(11〉：

102茁1029.[9]

杨阳.高纯超细a

Al2O3粉体的制备与表征[D].济南：山东

大学,2013.[10]

张成荣，范秀蘭，刘奎，等.高纯氧化铝制备技术及应用研

究进展[J].世界有色金属,2016(23)

J66-167.[11]

郭庆梅，沈智奇，凌凤香，等.高指数表面晶面纳米十

A12O3的合成及表征[j].当代化工,2015,44(5):951-954.[12]

付高峰，毕诗文,杨毅宏，等.异丙醇铝水解法制取高纯超

细

o-A1203

的研究[J].轻金属，1999(3〉：3-5.[13]

郑继明，李思佳,耿继业，等.用冶金级氢氧化铝制备高纯

氢氧化铝及氧化铝[J].湿法冶金,2020,39(2)

s128-133.[14]

尹中林，顾松青.并行法氧化钳生产新工艺;我国混联法氧

化铝生产工艺的发展方向[J].世界有色金属,2001(7)；

4-8.[15]

王利涛.拜耳法高浓度钳酸钠溶液深度脱硅工艺研究

[D].郑州：郑州大学,2012.[16]

陈家辉，和晓才，袁杰，等.高纯氧化铝制备方法研究进展

[J].云南冶金,2013,42(5)

：44-47.[17]

袁杰，于站良，陈家辉，等.高纯氧化铝粉制备研究进展

[J].材料导报,2014,28(1〉：

75-78.[18]

张立生，李慧，张汉鑫，等.高纯氧化铝应用及制备工艺研

究进展口].轻金属,2018(10),18-21.・56・湿法冶金2021年2月Preparation

of

High-purity

Alumina

Using

Industrial

Aluminum

Hydroxide

by

Reconstitution

and

RecrystallizationLI

Zhonglin1

,LI

Sijia1

,GENG

Jiye1

,LIN

Jiebang1

,LI

Yibing1

,SU

Jibo2,HUANG

Taoe3(1.

School

of

Materials

Science

and

Engineering

^Guilin

University

of

Technology

,Guilin

541000,C加宛a；2.

Baise

Baine

Group

Co.

9Ltd.

,Baise

533000,C加no;3.

Guangxi

Tiandong

Jinxin

Chemical

Co.

,Ltd・,Tiandong

531500Abstract：

High-purity

alumina

was

prepared

by

using

high

concentration

sodium

hydroxide

solution

to

dissolve

industrial

aluminum

hydroxide

and

recrystallizing.

The

effects

of

water

quality,

sieving

and

washing,

initial

aluminum

hydroxide

concentration,

seed

precipitation

time

and

temperature

on

impurity

content

in

product

were

examined.

The

results

show

that

under

the

conditions

of

initial

Na2

O

and

Al2

O3

mass

concentrations

of

170

and

184

g/L,

respectively

in

sodium

aluminate

solution

prepared

using

high

purity

water,

seed

precipitation

time

60

h

at

30 °C

,

the

silica

and

iron

oxide

impurities

content

in

aluminum

hydroxide

is

less

than

3.

0

X

10-3

%

and

5.

0

X

10-3

%,

and

requires

further

removal

of

sodium.

After

hydrothermal

treatment

with

dilute

hydrochloric

acid,the

alumina

crystal

and

residual

Na2O

in

the

hot

dilute

acid

are

removed

by

ultrasonic

wave.

At

last,the

Na2O

content

in

A12O3

decreases

to

about

0.

038%

,and

the

final

alumina

purity

is

over

99.

9%.Key

words:

industrial

aluminum

hydroxide；

high-purity

alumina；

reconstitution；

seed

precipitation；

hydrothermal-sintering