Порошок оксида алюминия Это распространенное промышленное сырье, широко используемое в нефтехимии, электронике, огнеупорных материалах, керамике, абразивах, фармацевтике и аэрокосмической отрасли.
Морфология порошка оксида алюминия различна, и разные морфологические формы подходят для разных применений. В настоящее время основными морфологическими формами оксида алюминия являются волокнистые, гранулированные, пластинчатые, сферические, стержнеобразные и пористые мембраны.
Среди этих форм сферические частицы оксида алюминия обладают правильной морфологией, относительно небольшой удельной поверхностью, более высокой насыпной плотностью и лучшей текучестью. Эти свойства могут значительно улучшить характеристики конечной продукции. Например:
- Сферические мелкодисперсные порошки обладают хорошими свойствами прессования и спекания, что очень полезно для производства высококачественных керамических изделий.
- В качестве шлифовального и полирующего материала сферическая форма оксида алюминия может предотвращать появление царапин.
- In the petrochemical industry, the pore size distribution and structure of alumina carriers are increasingly critical. Spherical alumina powders can adjust particle size distribution to control the pore structure of catalyst carrier particles.
- При непосредственном использовании в качестве катализатора сферический оксид алюминия может уменьшить износ, продлить срок службы катализатора и снизить производственные затраты.
Методы получения сферического оксида алюминия
Уже в XX веке исследователи начали изучать способы получения сферических материалов из оксида алюминия. В литературе сообщается, что основными методами получения ультрадисперсного сферического оксида алюминия являются шаровое измельчение, гомогенное осаждение, золь-гель-эмульсионный метод, капельный метод, темплатный метод, аэрозольное разложение, метод распыления и пламенный метод. Размер частиц сферического оксида алюминия, полученного этими методами, варьируется от нанометров до миллиметров.
1. Шаровая мельница Метод
Метод шарового измельчения — это механический процесс, использующий мелющие элементы для дробления исходного оксида алюминия на более мелкие частицы. Контролируя скорость измельчения, время и тип мелющих элементов, можно получить более однородные размеры частиц. Однако традиционное шаровое измельчение само по себе обычно не позволяет получить идеально сферические частицы. Для улучшения сферичности шаровое измельчение часто сочетают с последующей термической обработкой или распылительной сушкой. Этот метод прост, недорог и обладает высокой производительностью, что делает его подходящим для крупномасштабного производства порошков оксида алюминия, но для получения порошков с идеально сферической формой требуется дальнейшая обработка.
2. Метод гомогенного осаждения
При гомогенном осаждении ядра кристаллов образуются в растворе, затем агрегируются и растут, и, наконец, выпадают в осадок из раствора. Этот процесс обычно не является равновесным. Однако, если концентрация осаждающих агентов в гомогенном растворе снижается или их концентрация снижается, может образоваться большое количество однородных микроядер. Образующиеся мелкие частицы осадка равномерно распределены по всему раствору и могут длительное время поддерживать квазиравновесное состояние. Этот метод называется методом гомогенного осаждения.
Если размер частиц осадка находится в коллоидном диапазоне, метод также называется золь-гель методом. За исключением условий с присутствием SO₄²⁻, обычно трудно добиться высокой сферичности порошка оксида алюминия путем гелеобразования частиц золя. Поэтому исследователи ввели методы эмульгирования, разработав золь-гель-эмульсионный метод.
3. Метод золь-гель-эмульсии
Этот метод разработан на основе золь-гелевого процесса. Ранние золь-гелевые методы в основном использовались для приготовления золей оксида алюминия и изучения структуры гелей. Постепенно этот метод стал распространенным подходом для получения ультрадисперсных порошков. Для получения сферических частиц порошка исследователи используют межфазное натяжение между масляной и водной фазами для создания крошечных сферических капель. Формирование частиц золя и гелеобразование происходят внутри этих микрокапель, в конечном итоге образуя сферические частицы осадка.
4. Капельный метод
The droplet method involves dripping alumina sol into an oil layer (usually paraffin or mineral oil). Surface tension forms spherical sol droplets, which then gel in an ammonia solution. The gelled particles are dried and calcined to produce spherical alumina. This method is an improvement of the sol–gel–emulsion process, applying the emulsion technique to the sol aging stage while keeping the oil phase stationary. It avoids the separation process of powder from oil reagents. However, this method is typically used for larger particle sizes and mainly for adsorbents or catalyst carriers.
5. Метод шаблона
В темплатном методе сферические коллоидные частицы выступают в качестве основного темплата. В результате реакций сборки, адсорбции, золь-гелевого процесса или осаждения вокруг темплата образуется микросфера с ядром и оболочкой. Затем основной темплат удаляется путем растворения в растворителе или высокотемпературного прокаливания, в результате чего образуются полые микросферы. Этот метод позволяет точно контролировать морфологию.
Depending on the template, it is divided into hard and soft template methods. Hard templates include monodisperse inorganic, resin (micro) nanoparticles, and polymer templates. Soft templates mainly involve emulsion droplets or (reverse) micelles in solution, where chemical reactions at the interface form the core–shell structure.
6. Метод разложения аэрозолей
В процессе разложения аэрозолей в качестве сырья обычно используется алкоксид алюминия. Благодаря своим гидролизным и высокотемпературным свойствам разложения, он испаряется, а затем гидролизуется при контакте с водяным паром, после чего подвергается высокотемпературной сушке или прямому термическому разложению. Этот процесс превращает алкоксид алюминия из газообразного состояния в жидкое, а затем в твердое или непосредственно из газообразного в твердое, образуя сферические порошки оксида алюминия. Ключевую роль в этом методе играет сложное экспериментальное оборудование, включая установки для распыления и реакции.
7. Метод опрыскивания
Метод распыления обеспечивает быстрое фазовое превращение и использует поверхностное натяжение для получения сферических частиц. Его можно разделить на распылительный пиролиз, распылительную сушку и распылительное плавление.
- Пиролиз распылением: Исходный раствор распыляется на мелкие капли, которые в высокотемпературной печи вступают в физические и химические реакции, образуя сферические частицы.
- Распылительная сушка: Жидкость распыляется в поток горячего воздуха, высушивая суспензию или пульпу на водной основе до образования твердых частиц. Быстрый тепло- и массообмен приводит к образованию полых или твердых сфер.
- Распыление расплава: С помощью радиочастотной или индуктивно связанной плазмы оксид алюминия быстро плавится, а затем быстро охлаждается методом распыления, в результате чего образуется сферический оксид алюминия.
8. Гидротермальный метод
При гидротермальном методе исходные материалы и осадители равномерно смешиваются и помещаются в герметичный контейнер, обычно с футеровкой из ПТФЭ, а затем помещаются в печь. Высокотемпературная и высокодавленная герметичная среда медленно гидролизует раствор, вызывая осаждение прекурсоров оксида алюминия. Затем эти прекурсоры центрифугируют, промывают и прокаливают для получения сферических порошков оксида алюминия.
9. Метод пламени
Метод пламенной обработки, также известный как сфероидизация пламенем или плавление пламенем, использует высокотемпературное пламя для расплавления исходного порошка и его охлаждения до сферической формы. В этом процессе мелкодисперсный порошок оксида алюминия подается в высокотемпературное поле, создаваемое газокислородным пламенем, плавится и затвердевает в сферы за счет поверхностного натяжения. Преимуществами являются контролируемое производство, простота промышленного масштабирования, высокая сферичность и высокая чистота.
Краткое содержание
Каждый метод получения сферического оксида алюминия имеет свои особенности:
- Шаровое измельчение — простой, недорогой и высокопроизводительный метод, но он не позволяет легко получать порошки сферической формы.
- Однородное осаждение происходит в умеренной среде, но для получения сферических порошков обычно требуется сульфат алюминия, который в процессе прокаливания образует вредные сульфиды.
- Метод золь-гель-эмульсия требует больших количеств органических растворителей и поверхностно-активных веществ, а отделение сферических порошков от эмульсии является сложной задачей. Сохранение сферичности в процессе сушки и прокаливания также затруднительно.
- Метод капельного нанесения подходит для крупных однородных частиц, но требует горячего масла и длительного времени капания.
- Метод с использованием шаблона основан на строгом контроле качества шаблона для определения морфологии порошка.
- Методы аэрозольного разложения и распыления позволяют получать сферические порошки микронного и наноразмерного масштаба и проще в промышленном применении, хотя и требуют сложного оборудования.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с представителем Zelda Online по любым вопросам.
— Опубликовано Эмили Чен