Alumina: Eu não posso coexistir com sódio!
A alumina de alta temperatura é produzida a partir do hidrato de alumina industrial como principal matéria-prima, por meio 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 elas, 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 parte os indicadores físicos e químicos, a qualidade do produto e o desempenho da aplicação de seus produtos subsequentes. 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. Geralmente, 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 não atende ao requisito de qualidade de que o teor de α-Al₂O₃ na alumina de alta temperatura seja superior a 95%, resultando em deformação e rachaduras nas cerâmicas de alumina e nos produtos resistentes ao desgaste.
Em cerâmicas eletrônicas, a presença de Na₂O não afeta apenas a densidade das cerâmicas eletrônicas, 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 afeta apenas a densidade das cerâmicas eletrônicas, mas também faz com que o Na₂O se combine com o Al₂O₃ para formar β-Al₂O₃ com certa condutividade, influenciando assim suas propriedades elétricas.
De onde vêm as impurezas de sódio?
O Na₂O presente na alumina de alta temperatura provém da matéria-prima, o hidrato de alumina. O Na₂O presente no hidrato de alumina é uma das principais impurezas poluentes formadas durante o processo de produção da alumina. O Na₂O presente no hidrato de alumina existe em três (ou quatro) formas.
Ⅰ. O álcali da solução-mãe pertence ao álcali solúvel em água e existe na forma de álcali ligado. O Na₂O pode ser removido por lavagem com água; o álcali encapsulado é difícil de lavar e só pode ser removido parcialmente.
Ⅱ O álcali reticular é insolúvel em água e só pode se tornar álcali solúvel em água quando a estrutura reticular se reorganiza.
Ⅲ O álcali combinado é insolúvel em água, ácido ou álcali e não se decompõe mesmo em altas temperaturas.
Fatores que afetam o conteúdo de óxido de sódio em sua matéria-prima – hidróxido de alumínio
Como as impurezas de sódio na alumina vêm principalmente de seu precursor, o hidróxido de alumínio, quais são os fatores que afetam o conteúdo 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., têm um impacto direto sobre ele. No entanto, na prática de produção, os seguintes fatores também afetam significativamente o 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 laváveis no produto. Diversos estudos demonstraram que o principal fator que afeta o óxido de sódio insolúvel nos produtos de decomposição é a temperatura inicial de decomposição. Quanto menor a temperatura inicial, maior o teor de óxido de sódio insolúvel no produto.
(2) Tamanho de partícula dos produtos de hidróxido de alumínio
Durante o processo de precipitação de sementes pelo método Bayer, os materiais frequentemente passam por refinamentos periódicos. Ao mesmo tempo, o volume de circulação dos materiais de precipitação de sementes é grande e, quando o ciclo de refinamento ocorre, ele costuma durar um tempo relativamente longo. Quando os materiais são refinados, a quantidade de licor-mãe arrastado pelo hidróxido de alumínio no disco plano aumenta, resultando em álcalis mais difíceis de lavar. Os materiais se ligam fortemente uns aos outros, resultando em baixa permeabilidade ao ar e baixo desempenho de filtragem, o que pode facilmente causar contaminação entre zonas e afetar o teor de óxido de sódio dos produtos.
(3) Conteúdo sólido na solução de decomposição original
Existem muitos fatores que afetam o teor de sólidos no tanque de decomposição, como desequilíbrio entre a produção e a 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 do tanque final. Quando o teor de sólidos diminui, o material se torna muito diluído e o disco plano fica sujeito à contaminação entre zonas, o que afeta a qualidade do produto e leva a um aumento no teor de óxido de sódio no hidróxido de alumínio.
Como remover sódio?
Os processos de remoção de sódio atualmente comuns incluem principalmente os seguintes:
O primeiro método é reduzir o conteúdo de álcali cristalino e álcali intercristalino por meios como estender o tempo de decomposição durante o processo de decomposição do hidróxido de alumínio e minimizar o conteúdo de álcali ligado por meio de múltiplas lavagens.
O segundo método consiste em selecionar mineralizadores de forma criteriosa. A principal função dos mineralizadores é aumentar os defeitos de rede da alumina, formando vacâncias de cátions e ânions, ajudando assim a acelerar a cristalização e reduzindo efetivamente a temperatura da transformação da fase α. Ao mesmo tempo, os mineralizadores também podem reagir com o óxido de sódio da alumina para formar compostos voláteis de sódio. Portanto, os mineralizadores são amplamente utilizados no processo de calcinação de alumina de alta temperatura. Os mineralizadores comumente utilizados incluem fluoreto de alumínio, ácido bórico, óxido de magnésio e nitrato de amônio, entre outros.
O terceiro método consiste no pré-tratamento das matérias-primas: a introdução de ácido por via úmida para realizar a neutralização ácido-base e a remoção do sódio, seguida da lavagem dos sais gerados após a reação com água quente. O efeito da remoção do sódio varia dependendo das formas de óxido de sódio presentes nas matérias-primas, e o teor de sódio pode ser reduzido para, no mínimo, menos de 0,05%. Este método pode melhorar significativamente a qualidade do produto.