A alumina de alta temperatura é produzida a partir de hidrato de alumina industrial como principal matéria-prima, através de calcinação para desidratação e transformação da fase cristalina. Como o hidrato de alumina industrial é preparado em meio alcalino, a alumina de alta temperatura inevitavelmente contém uma certa quantidade de impurezas.
Perigos do óxido de sódio
Dentre eles, o teor de impurezas de óxido de sódio é a principal base para a classificação de produtos de alumina de alta temperatura e afeta, em grande medida, os indicadores físico-químicos, a qualidade do produto e o desempenho de aplicação de seus produtos derivados. Por exemplo:
Quando a alumina de alta temperatura é utilizada como cerâmica resistente ao desgaste, o teor de Na₂O afeta diretamente a resistência à compressão e o isolamento elétrico dos produtos de alumina. De modo geral, quanto maior o teor de Na₂O, maior a condutividade elétrica e pior o desempenho de isolamento elétrico das cerâmicas de alumina e dos produtos resistentes ao desgaste. Ao mesmo tempo, isso também leva a uma menor taxa de conversão de α-Al₂O₃, o que impede o atendimento ao requisito de qualidade de que o teor de α-Al₂O₃ na alumina de alta temperatura seja superior a 95%, resultando em deformação e fissuras nas cerâmicas de alumina e nos produtos resistentes ao desgaste.
Em cerâmicas eletrônicas, a presença de Na₂O não afeta apenas a densidade do material, mas também leva à formação de β-Al₂O₃ com certa condutividade devido à combinação de Na₂O e Al₂O₃, afetando assim suas propriedades elétricas.
Em cerâmicas eletrônicas, a presença de Na₂O não só afeta a densidade do material, como também faz com que o Na₂O se combine com o Al₂O₃ para formar β-Al₂O₃ com determinada condutividade, influenciando assim suas propriedades elétricas.
De onde vêm as impurezas de sódio?
O Na₂O na alumina de alta temperatura provém da matéria-prima hidrato de alumina. O Na₂O no hidrato de alumina é uma das principais impurezas poluentes formadas durante o processo de produção de alumina. O Na₂O presente no hidrato de alumina existe em três (ou quatro) formas.
I. O álcali da solução-mãe pertence à categoria de álcalis solúveis em água e existe na forma de álcalis aderidos. O Na₂O pode ser removido por lavagem com água; o álcali encapsulado é difícil de remover e só pode ser parcialmente retirado.
II. Os álcalis de rede são insolúveis em água e só podem se tornar álcalis solúveis em água quando a estrutura da rede se rearranja.
III. O álcali combinado é insolúvel em água, ácido ou álcali, e não se decompõe mesmo em altas temperaturas.
Fatores que afetam o teor de óxido de sódio em sua matéria-prima — hidróxido de alumínio
Uma vez que as impurezas de sódio na alumina provêm principalmente de seu precursor, o hidróxido de alumínio, quais são os fatores que afetam o teor de impurezas de sódio no hidróxido de alumínio?
Existem muitos fatores que afetam o teor de óxido de sódio no hidróxido de alumínio. Durante a operação de precipitação por semeadura, a concentração da solução de decomposição original, a temperatura de decomposição, o tempo de decomposição, etc., todos têm um impacto direto sobre ele. No entanto, na prática de produção, os seguintes fatores também afetam significativamente o seu teor de óxido de sódio:
(1) Temperatura inicial de decomposição no processo de precipitação semeada
No processo de decomposição, diversas medidas de resfriamento são geralmente adotadas para melhorar a taxa de produção de hidróxido de alumínio, o que leva a um aumento no teor de álcalis não recicláveis no produto. Vários estudos demonstraram que o principal fator que afeta o óxido de sódio insolúvel nos produtos da decomposição é a temperatura inicial de decomposição. Quanto menor a temperatura inicial, maior o teor de óxido de sódio insolúvel no produto.
(2) Tamanho das partículas dos produtos de hidróxido de alumínio
Durante o processo de precipitação de sementes pelo método Bayer, os materiais frequentemente passam por refino periódico. Nesse processo, o volume de circulação dos materiais precipitados pelas sementes é grande e, quando chega o momento do ciclo de refino, este costuma ser relativamente longo. Durante o refino, a quantidade de solução-mãe retida pelo hidróxido de alumínio no disco plano aumenta, resultando em maior quantidade de álcali não lavável. Os materiais se ligam fortemente uns aos outros, o que prejudica a permeabilidade ao ar e o desempenho de filtração, podendo causar contaminação cruzada e afetar o teor de óxido de sódio nos produtos.
(3) Conteúdo sólido na solução de decomposição original
Diversos fatores afetam o teor de sólidos no tanque de decomposição, como desequilíbrio entre produção e lavagem, baixa eficiência do filtro de sementes, comissionamento ou isolamento do tanque de decomposição e flutuações na taxa de decomposição. Esses fatores frequentemente causam grandes flutuações no teor de sólidos no tanque final. Quando o teor de sólidos diminui, o material fica muito diluído e o disco plano fica propenso à contaminação cruzada, o que afeta a qualidade do produto e leva a um aumento no teor de óxido de sódio no hidróxido de alumínio.
Como remover o sódio?
Os processos de remoção de sódio atualmente mais comuns incluem principalmente os seguintes:
O primeiro método consiste em reduzir o teor de álcalis cristalinos e intercristalinos por meio de técnicas como prolongar o tempo de decomposição durante o processo de decomposição do hidróxido de alumínio e minimizar o teor de álcalis aderidos através de lavagens múltiplas.
O segundo método consiste na seleção criteriosa de mineralizadores. A principal função dos mineralizadores é aumentar os defeitos na estrutura cristalina da alumina, formando vacâncias catiônicas e aniônicas, o que auxilia na aceleração da cristalização e reduz efetivamente a temperatura de transformação da fase α. Ao mesmo tempo, os mineralizadores também podem reagir com o óxido de sódio presente na alumina, formando compostos voláteis de sódio. Portanto, os mineralizadores são amplamente utilizados no processo de calcinação da alumina em altas temperaturas. Os mineralizadores mais comuns incluem fluoreto de alumínio, ácido bórico, óxido de magnésio e nitrato de amônio, entre outros.
O terceiro método consiste no pré-tratamento da matéria-prima: a introdução de ácido por meio de um processo úmido para realizar a neutralização ácido-base e remover o sódio, seguida da lavagem dos sais gerados após a reação com água quente. A eficácia da remoção do sódio varia de acordo com as formas de óxido de sódio presentes na matéria-prima, podendo o teor de sódio ser reduzido para menos de 0,05%. Este método pode melhorar significativamente a qualidade do produto.