氢氧化铝粉体制备过程形貌控制研究

中南大学

硕士学位论文

氢氧化铝粉体制备过程形貌控制研究

姓名：范伟东

申请学位级别：硕士

专业：有色金属冶金

指导教师：彭志宏

20041201

中南大学硕士学位论文第三章无机铝盐体系制各氢氧化铝过程中形貌控制研究

图３－３ｐＨ值为５．Ｏ一５．５时陈化所得粉体扫描电镜照片

反应条件：ｍ＝１．５０ｘ１０４ｍｏｌ，ｌ（ｇ，温度６０℃，添加剂为Ａ（５９），

陈化时间为４小时

图３．４ｐＨ值为４．０—４．５时陈化所得粉体扫描电镜照片

反应条件：ｍ＝Ｉ．５０×ｌＯ。ｍｏＪ＾唔，温度６０℃，添加剂为＾（５９），

陈化时间为４小时

图３．３和图３４为在其它条件相同时，使用氨水中和硝酸铝溶液时，快速滴定至ｐＨ值为４．Ｏ－４．５，然后缓慢滴定至ｐＨ值为５．Ｏ·５．５，最后陈化和快速滴定至ｐＨ值为４．０－４．５，然后直接陈化所得产品的扫描电镜照片。

从图３．３和图３－４可知，快速滴定至溶液ｐＨ值为４．０－４．５，然后陈化，会得到形貌较好的氢氧化铝粉体。

在成核过程，溶液中的反应应该是一个析出和溶解的双向过程。因此加快成核反应速度，可以尽可能使得晶核同步长大。由图３．１和图３－２可知，在ｐＨ值为４．Ｏ时是成核过程，此时溶液处于亚稳态，比较稳定。此时生长基元符合负离子配位多面体结构形式生长基元理论：晶体结构形貌与晶体生长基元——负离子配位多面体及其连接方式直接有关，而生长基元以及生长基元维度与生长的溶液物理化学条件有关。通过添加适当的添加剂以及控制好其它的实验条件，使得反应有利于晶核的长大，就可以得到形貌较好的粉体。成核结束后，若继续中和，则溶液会变成过饱和溶液，会快

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图３－６添加剂为Ｃ时所得粉体扫描电镜照片

图３．７添加剂为Ｄ时所得粉体扫描电镜照片

图３—８添加剂为Ｅ时所得粉体扫描电镜照片

以上照片实验条件：ｍ＝１．５０×ｌ矿ｍ０１，ｋｇ，温度６０℃，陈化时间为４小时

从上边的照片可以看出，添加剂为Ａ时，所得的产品有向规则形状生长的趋势，但同时还析出一部分细小的微粒，这说明此时添加剂影响方式应该是进入晶体，使得各个晶面上的质点结合能变得不完全相同，进而改变了各晶面的相对生长速度，从而得到一定形貌的氢氧化铝粉体。其念滚加剂所得到的产品虽然都没有规则的形貌，但分散性很好，大颗粒应该均为软团聚。这些添加剂应该是没有改变晶核的各个晶面的相对生长速度，但它们均匀地改变了溶液中所有质点的结合能，因而使得最终所得粉体的分散性较好。

当使用添加剂Ｂ时，所得的粉体颗粒过滤较快，粉体分散性较好，在未干燥时，取部分样品使用１０００倍的显微镜观测，可以发现产品为球形翻但干燥后所得粉体没有规则的形貌。使用其余添加剂则过滤非常困难，得不到分散的粉体。所得结果照片见图３—９和图３一１０：

图３毋添加剂为Ｂ时粉体干燥前显微镜照片

３ｌ

图３．１０添加剂为Ｂ时粉体干燥后扫描电镜照片

以上照片实验条件：ｍ＝１．５０×１０４ｍｏＩ＾嘻。温度６０℃，陈化时间为４小时

这说明所得的球形微粒主要是团聚所得，球形微粒应该是疏松的，主要是由于在溶液中，成核后的微粒在添加剂及溶液的性质共同作用下，微粒为生长基元，其生长以碰撞凝并生长为主，无定型胶核往往具有各向同性，各个方向发生碰撞、聚集生长的几率基本相同，所以最终所得产品为成疏松的球状粒子。而在干燥过程中，由于使用的是普通的干燥方式，粒子间的水会通过毛细管力把它们拉紧、拉近，且在脱水的最后阶段，其它金属的盐类杂质还会在颗粒问形成结晶盐圃相桥，从而形成团聚体。这种团聚过程是不可逆的，团聚一旦形成，就很难将它们彻底分离开．虽然使用无水乙醇洗去水分子以取代粒子表面的羟基基团，从而减小团聚有一定的效果，但由于粉末的表面效应，在使用普通的干燥过程仍然不能解决粉末团聚的问题。故干燥后的粉体有硬团聚，效果不是很好。

使用氨水中和硝酸铝溶液时，主要使用的添加剂为Ａ及Ｂ。使用添加剂Ｂ时，所得粉体颗粒过滤非常困难，稍有些胶状，发青色。干燥后所得产品为发青色的坚硬的块状大颗粒。使用添加剂Ａ时，产品过滤很好，干燥后所得的粉体分散性能好，有规则的形貌，所得照片见图３—１１。

图３．１１添加剂为Ａ时粉体干燥后扫描电镜照片

反应条件：ｍ＝１．５０×１０。ｍｏＵｋｇ，温度６０℃，舔加剂Ａ（５９），

陈化时间为６小时

中南大学硕士学位论文第三章无机铝盐体系制备氢氧化铝过程中形貌控制研究

图３．１２温度为４０℃时所得粉体扫描电镜照片

图３．１３温度为６０℃时所得粉体扫描电镜照片

图３．１４温度为８０℃时所得粉体扫描电镜照片

以上照片试验条件为ｍ＝１．５０×１矿ｍｏⅣｋｇ。添加剂Ａ添加量为５９，

陈化时间为４小时

从图３．１２～图３。１４可以看出，在温度为４０℃时，尽管有少部分规则的粒子生成，但绝大部分是非常细小的粒子．这主要是因为，在成核后形成的微粒生长方式有两种，一是碰撞、聚集生长方式，一是有选择的生长方式。前者主要是在成核粒子过饱和度较高的情况下发生，而后者则是在过饱和度较低的情况下发生。另外，在温度较低时，微粒布朗运动不是很激烈，在一定程度上降低了碰撞聚集的几率，从而使得晶核在一定程度上可以有选择的生长。从照片可以推断出溶液在４０℃时过饱和度应该还是比较高的，此时尽管有少部分是有选择的生长，但大部分是以碰撞、聚集生长

中南大学硕士学位论文第三章无机铝盐体系制各氧氧化铝过程中形貌控制研究

方式进行的。另可以从照片中看出用Ａ作为添加剂时，所得的产品分散性较好。在６０℃时，结晶状况比较好，说明此时溶液的过饱和度低，符合负离子配位多面体结构形式生长基元理论，较有利于有选择的生长，得到规则的形貌。而在８０℃时，因过饱和度过低，反应就比较难以控制，溶液滴定至ＰＨ值为４时，仍然无沉淀析出，滴定至５。５时溶液才开始变浑浊，而溶液ＰＨ值为６左右，反应即宣告结束，故反应控制及其困难；且在８０℃时，微粒的布朗运动会比较剧烈，此时在一定程度上会提高微粒碰撞聚集的几率；还有因本实验装备不是密封的，在整个反应过程不随时补水，当温度为８０℃时，蒸发比较严重，也使得过程控制比较难以驾驭，故８０℃时所得的粉体形貌并不好。

从以上结果可以看出，温度为６０℃时，较容易控制整个反应过程，且溶液过饱和度适中，有利于得出形貌较好的粉体。

３．４浓度对粉体形貌的影响

研究浓度对最终氢氧化铝粉体的影响，实质上也是在研究过饱和度的大小对最终产品的影响。过饱和度是结晶的驱动力，不同过饱和度会产生不同的生长机制，过饱和度对晶体生长速度、质量和晶体外形影响都很大。晶体在低饱和度下生长时，速度较慢，晶面发展比较充分，一些高指数的次要晶面容易出露。随着过饱和度的增加，逐渐减轻到最后消失。

在考察浓度对产品形貌的影响时，使用氨水来中和硝酸铝溶液，添加剂为Ａ。所得氢氧化铝粉体扫描电镜照片如图３－１５～图３—１７所示：

图３．１５浓度为ｍ＝２．２５×ｌ矿ｍｏ啦时所得粉体扫描电镜照片