摘要：球形氧化铝具有高填充性、高热传导率和低磨损性的特征，其作为一种重要的生产原料和填充剂材料，在现代工业中的应用极为普遍。本文在阐述球形氧化铝制备及成形工艺的同时，就其制备过程中的影响因素进行分析，期望能提升球形氧化铝制备的效率和质量，继而实现现代工业的有序发展。本文基于球形氧化铝制备和成形工艺，就球形氧化铝制备过程中影响因素展开分析。
关键词：球形氧化铝；制备；影响因素；工艺
一、球形氧化铝制备及成形工艺
1、球形氧化铝制备工艺
球形氧化铝的制备工艺具有多样性的特征，具体而言，其包含了以下类型：其一，采用金属铝和盐酸制成铝胶，然后在油柱成形法的支撑下，制备获得氧化铝小球。从制备过程来看，该工艺下的球形氧化铝强度较高，然而容易造成酸性气体挥发，并导致设备损坏，故而制造过程经济效益较低，难以是实现大范围的推广和应用。其二，水解有机醇铝盐是球形氧化铝制备的又一方式，在水解反应后，有机醇铝盐会转化为氢氧基团，并且在基团缩合后形成烷氧基团，然后逐渐形成稳定的胶体；最后在油注成形法的支撑下形成球形氧化铝。与金属铝和盐酸制备工艺相比，该方式价值成本仍然较高，然球形氧化铝的纯度高，比表面积和孔容最大。其三，在铝盐或氯酸盐中加入沉淀剂也是球形氧化铝制备的有效方式，其能产生一些湿性小球体，在老化、干燥及煅烧后，即可形成氧化铝。
2、球形氧化铝成型工艺
喷雾干燥、转动滚球、油柱成型、氢氨柱成型、挤出成型、喷腾成型等都是油性氧化铝成型控制的主要方式[1]。球形氧化铝制备过程中，成型方式不同，其所得产品的特征也就存在差异。故而在球形氧化铝制备过程中，应结合实际应用需求，进行成型工艺的合理选择。现阶段，油柱成型法在球形氧化铝成型中的应用较为广泛，故以此为对象，分析铝源、加料方式、扩孔剂用量对球形氧化铝性质的影响，期望能为现代工业制球形氧化铝提供帮助。
二、球形氧化铝制备阶段影响因素实验设计
1、球形氧化铝制备实验设备
球形氧化铝制备过程中，为确保制备试验的有序进行，需对实验设备应用进行控制。目前，实验设备主要包含了高速搅拌器、可控液体泵、反应釜、老化釜、油柱成型装置、真空干燥箱、煅烧活化炉等设备。同时，为确保实验数据的有效测量，还应准备液氮吸附仪、压泵仪、智能强度测定仪等仪器。
2、球形氧化铝实验操作
球形氧化铝实验操作过程中，选用不同的原料和工艺制备水合氧化铝，并向一或两种水合氧化铝中添加胶溶剂，获得定量的铝溶胶；然后将铝溶胶输送到滴球器中，并当其陈化达到油柱成型要求时，将其滴入油柱内，形成球形氧化铝。本次试验中，实验人员对铝溶胶的滴定速度进行控制，确保所获得的氧化铝粒径保持在1~3.5mm。最后当氧化铝小球经过老化、干燥和煅烧后，获得试验所需的球形氧化铝。
三、球形氧化铝制备过程中的影响因素
1、铝源合成
作为球形氧化铝制备的过渡阶段，水合氧化铝通常采用沉淀法进行生产。碱沉淀法和酸沉淀法是水和氧化铝沉淀成型的两种主要方式。就碱沉淀法而言，其实在铝盐中加入适量的碱性沉淀剂，从而得到水合氧化铝。现阶段，硝酸铝、氯化铝、硫酸铝及明矾是铝盐的主要类型，而碱性沉淀剂包含了氨水、碳酸钠、氢氧化钠等物质。本次试验中，对铝源应用进行控制，制备形成多种水合氧化铝；并依次制成铝溶胶和球形氧化铝。不同铝源下球形氧化铝参数如表1所示。
由上表可知，采用偏铝酸钠和硝酸进行球形氧化铝制备过程中，其比表面积为230m2/g，孔容为0.52cm3/g；可见表面积适 中，孔容最小。在应用过程中，该方式的成本较低，然容易造成孔道堵塞的状况。采用硫酸铝和沉淀剂制备球形氧化铝时，水合氧化铝的比表面积适中，孔容最大；当这些水合氧化铝转化为球形氧化铝后，合成无得比表面积最小，仅为170m2/g，而孔容最大，达到了1.20cm3/g。其有助于大分子反应产生，同时延长催化剂使用寿命，避免催化剂结焦现象发生。此外，硝酸铝和氨水制备的球形氧化铝比表面积最大，为260m2/g；孔容适中，为0.6cm3/g。该工艺下，球形氧化铝的纯度较高，杂质容易脱除，且三水铝石产量较少。工业生产中，如果球形氧化铝对于阴离子的含量无明显要求，则可选用硫酸铝、偏铝酸钠和氢氧化钠等低成本原料；否则就必须选用硝酸铝或氯化铝进行生产。
2、加料方式
球形氧化铝的生产受到加料方式的直接影响。现阶段，变pH和等pH是球形氧化铝制备过程中加料方式应用的两种基本形态；变pH加料的胶料过程存在一定间歇，而等pH加料过程具有连续性。需要注意的是，变pH加料法在工业生产中的应用较为普遍，其又可分为正加法、反加法和并流加料法三种形式。在一定程度上，加料方式的变化会引起球形氧化铝表观密度、强度和吸水率的变化。本实验采用三种不同加料方式调价球形氧化铝生产原料。
从球形氧化铝生产过程来看，采用正加法时，材料的中和pH会逐渐上升，反应生成的无定形凝胶会在老化条件下转化为水硬铝石。而在反加法中，pH会逐渐降低，此时，无定形凝胶会在老化条件下转为三水氧化铝，且老化速度尤为迅速。此外，并流加料过程中，反应物的体系较为均匀稳定，且pH值基本不变。现阶段，并流加料在球形氧化铝生产中的应用较为普遍，其表观密度为0.3g/ml；而强度为17N/粒，材料吸水率能达到190%。
3、扩孔剂用量
球形氧化铝应用过程中，扩孔剂的应用极为广泛。通常，当制备的球形氧化铝孔容超过1.0cm3/g时，均需加入扩孔剂进行合成效率优化。生产过程中，扩孔剂的加入方式包含两种形态。其一，在水合氧化铝生产中，添加扩孔剂可以改变载体的孔结构；其二，在油柱成型环节中加入扩孔剂。相对而言，起着的操作工艺较为复杂，且难度较高；而后者的操作方式较为简便。以活性炭扩孔剂为实验对象，就其在油柱成型阶段的用量进行分析；研究可知，压汞孔容与碳粉扩孔剂的用量呈现出正相关关系。当碳粉用量低于5%时，扩孔剂用量太小，扩孔效果相对有限。而当扩孔剂用量逐渐增加时，其扩孔效果会有所增加。需要注意的是，当扩孔剂用量超过一定标准是，球形氧化铝的强度会受到影响。故而在球形氧化铝工业生产中，应注重扩孔剂用量的合理把控。
结论
铝源、加料方式、扩孔剂用量等因素对于球形氧化铝的产率和质量具有较大影响。实践过程中，人们只有充分掌握球形氧化铝的生产工艺，并进行制备过程的严格控制，才能有效的提升球形氧化铝制备的效率和质量，实现现代工业的有序发展。
参考文献：
[1]陈文波，陈伦江，刘川东.射频热等离子体制备球形氧化铝粉末的数值模拟及实验研究[J].无机材料学报，2018，33（5）：550-556
论文作者:黄云飞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/16
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