用含鋁工業(yè)固廢生產(chǎn)阻燃用氫氧化鋁及其它高附加值化合物，是對含鋁固廢進(jìn)行高附加值綜合利用的重要途徑。為增進(jìn)大家對含鋁工業(yè)固廢高值化利用的認(rèn)識(shí)，此就阻燃用氫氧化鋁及生產(chǎn)工藝做簡單介紹。
一、
性能
氫氧化鋁((aluminium hydroxid，ATH)亦名三水合氧化鋁，分子式為Al(OH)3或Al2O3·3H2O，Al(OH)3的相對分子質(zhì)量為78.00，Al2O3·3H2O的相對分子質(zhì)量為156.00。氦氧化鋁為白色粉末，無球、無毒，相對密度2.42，200℃以上開始失水，變成Al2O3，不溶于水或醇，溶于熱硫酸、鹽酸及堿中。
氫氧化鋁是正氫氧化鋁[三水合氧化鋁Al(OH)3]和偏氫氧化鋁[單水合氧化鋁Al(OH)]的統(tǒng)稱。水合氧化鋁并非真正的水合物，而是一種結(jié)晶的氫氧化鋁，鋁和氫氧根之間的健是離子鍵，且所有的氫氧根基本上是等價(jià)的。
三水合氧化鋁(Al2O3·3H2O)的變體很多，如α-三水合氧化鋁[α-Al(OH)3]、β1-三水合氧化鋁[β1-Al(OH)3]、β2-三水合氧化鋁[β2-Al(OH)3]、α-單水合氧化鋁[α-Al(OH)]、β-單水合氧化鋁[β-Al(OH)]等，作為阻燃劑的ATH，主要是α-三水合氧化鋁，常以α-Al(OH)3表示。氫氧化鋁可以是結(jié)晶的或無定形的，α-Al(OH)3屬單斜晶系。
氫氧化鋁受熱時(shí)脫水(主要在230-330℃進(jìn)行，吸熱量約2kJ/g)和發(fā)生相變，其差熱曲線上有三個(gè)吸熱峰(見圖9-4)，說明其結(jié)晶水的釋出是分三個(gè)階段進(jìn)行的。第一個(gè)吸熱峰位于230℃左右，相當(dāng)于α-三水合氧化鋁部分分解轉(zhuǎn)化為α-單水合氧化鋁[Al(OH)3→Al(OH)+H2O]；第二個(gè)吸熱峰位于300℃左右，相當(dāng)于α-單水合氧化鋁分解轉(zhuǎn)化為某種晶型的氧化鋁；第三個(gè)吸熱峰為位于500℃處的寬吸熱峰，相當(dāng)于α-單水合氧化鋁分解轉(zhuǎn)化為?-氧化鋁[2Al(OH)→Al2O3+H2O]。此外，Al(OH)3的起始脫水溫度和吸熱峰的位置，依其粒度及粒度分布、雜質(zhì)含量及加熱條件不同而略有差異。而且，由圖9-4可以看出，氫氧化鋁在210℃左右即有脫水發(fā)生，而近來的研究表明，氫氧化鋁在120℃經(jīng)500h可放出10%的結(jié)晶水，150℃經(jīng)100h可放出15%的結(jié)晶水。
阻燃級(jí)Al(OH)3的化學(xué)組成、主要物理性能及熱力學(xué)參數(shù)分別見表1、表2及表3。
二、
技術(shù)規(guī)格
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4294-1997的規(guī)定，我國生產(chǎn)的Al(OH)3 AH-2、微AH-2及特微AH-2的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合表4的要求。
表4 我國生產(chǎn)的Al(OH)3的技術(shù)規(guī)格
氫氧化鋁的粒徑與性能有很大關(guān)系，粒徑越小，比表面積就越大，阻燃效果就越好。我國已能生產(chǎn)平均粒徑小于1um的Al(OH)3。美國 Huber公司開發(fā)的新品種Micral 1000和Micral 1500粒徑分別為1.0um和1.5um，而且粒度分布范圍窄，可改善注塑和擠塑加工工藝。美國 Climax公司的 Hydrax系列氫氧化鋁有5個(gè)品種，均具極窄的粒度分布范圍。Alcoa公司的S-13超細(xì)氫氧化鋁粒平均粒徑在0.2~0.5um之間，粒度分布范圍控制嚴(yán)格。國外還有不少公司也生產(chǎn)平均粒徑在0.8~1.5um的Al(OH)3。表5是Huber公司生產(chǎn)的一般粒徑Al(OH)3的化學(xué)組成及技術(shù)規(guī)格。表6是國外幾家公司生產(chǎn)的超細(xì)A(OH)3的化學(xué)組成及技術(shù)規(guī)格。
①為100g Al(OH)3所吸收的煮沸過粗亞麻仁油量（mL）。
表6國外生產(chǎn)的超細(xì)Al(OH)3的化學(xué)組成及技術(shù)指標(biāo)
為了改善氫氧化鋁作為阻燃劑的性能，提高其耐熱性、消煙性、耐濕性、與被阻燃基材的相容性及電絕緣性等，人們已進(jìn)行過很多研究，如使粒徑細(xì)微化和超徽細(xì)化，控制合理的顆粒形狀和合理的粒度分布，對其進(jìn)行表面處理，盡量降低氫氧化鋁的Na+含量等。美國Solem公司的牌號(hào)為 Halofree的無鹵、低煙、低毒、無腐蝕性及高熱穩(wěn)定性阻燃劑，即是以改型氫氧化鋁為基的無機(jī)阻燃劑，其主要技術(shù)規(guī)格見表7。
?、?05℃、2h測定的質(zhì)量損失。
三、
制法
作為阻燃劑使用的Al(OH)3，大部分采用拜耳法生產(chǎn)，只有少部分是由堿-石灰燒結(jié)法生產(chǎn)的。
拜耳法生產(chǎn)的Al(OH)3，其中含有少量礦石中原存的有機(jī)物，白度小于90%，不宜直接用為阻燃劑，故需將其進(jìn)行二次處理，即將其溶于苛性堿中，制得較純凈的鋁酸鈉溶液，再分解制得高白度的、可用為阻燃接的Al(OH)3。分解工藝可分為種分工藝和碳分工藝兩種。
種分工藝包括氫氧化鋁晶體的長大；氫氧化鋁品種的附聚；次生晶核的形成；氫氧化鋁晶粒的破裂和磨損等。種分工藝分解速度非常緩慢，分解產(chǎn)物的粒度分布是上述作用的綜合結(jié)果。分解技術(shù)條件及參數(shù)為：種子系數(shù)2.65；種子粒度d50=30um；壓縮空氣(0.4MPa)攪拌；分解初溫85℃；分解終溫60℃；分解時(shí)間72h；分解率50%。
碳分工藝是向精制鋁酸鈉溶液中通入濃度為35%的CO2氣體進(jìn)行分解，即得產(chǎn)品氫氧化鋁。其又可分為單槽碳分工藝和連續(xù)碳分工藝。分解條件及參數(shù)為：CO2濃度35%；CO2通氣量70m3/(m2·h)；初溫85℃；終溫78℃；分解率91%。反應(yīng)過程表示為： 
燒結(jié)法生產(chǎn)的Al(OH)3因經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)工序，礦石中含有的有機(jī)物已全部分解，故產(chǎn)品白度一般大于95%，且Fe、Ni、Co的含量也低于5×10-6，可直接用于阻燃高聚物而不影響制品色澤。另外，燒結(jié)法采用的碳酸化分解法易于控制ATH的晶型及粒度級(jí)別。
四、
用含鋁工業(yè)固廢生產(chǎn)阻燃級(jí)氫氧化鋁
二次鋁灰、大修渣、粉煤灰、煤矸石中含有鋁元素，可作為生產(chǎn)阻燃級(jí)氫氧化鋁的原料，由含鋁工業(yè)固廢生產(chǎn)阻燃級(jí)氫氧化鋁，是經(jīng)濟(jì)效益十分顯著的工業(yè)固廢綜合利用途徑。
1、由二次鋁灰或大修渣生產(chǎn)阻燃級(jí)氫氧化鋁
將二次鋁灰或大修渣做無害化處置（脫氮、除氟等）后進(jìn)行堿熔，再經(jīng)浸出、過濾脫硅、除鐵制得純度符合技術(shù)要求的鋁酸鈉溶液。將鋁酸鈉溶液種分、碳分、過濾、洗滌、干燥等制得阻燃用氫氧化鋁產(chǎn)品。碳分母液經(jīng)苛化回收氫氧化鈉和碳酸鈣，氫氧化鈉返回堿熔工序循環(huán)使用，碳酸鈣作為商品出售。生產(chǎn)過程對環(huán)境無影響。
2、由煤矸石生產(chǎn)阻燃用氫氧化鋁聯(lián)產(chǎn)二氧化硅氣凝膠并回收煤炭
將煤矸石粉碎后直接送酸堿聯(lián)浸工序，經(jīng)處理制得含有硫酸鋁和硫酸鐵及硫酸亞鐵的酸浸出液和水玻璃，并收得煤炭。分離出酸浸出液中的鋁，得粗氫氧化鋁，堿熔粗氫氧化鋁得純凈的鋁酸鈉溶液，采用種分、碳分工藝處理鋁酸鈉溶液得阻燃用氫氧化鋁。以所得水玻璃為原料經(jīng)水解、縮聚、干燥得二氧化硅氣凝膠。生產(chǎn)過程對環(huán)境無影響。
3、由粉煤灰生產(chǎn)阻燃級(jí)氫氧化鋁聯(lián)產(chǎn)高分散白炭黑和氧化鐵
將粉煤灰直接送酸堿聯(lián)浸工序，經(jīng)處理制得含有硫酸鋁和硫酸鐵及硫酸亞鐵的酸浸出液和水玻璃。分離出酸浸出液中的鋁，得粗氫氧化鋁，堿熔粗氫氧化鋁得純凈的鋁酸鈉溶液，采用種分、碳分工藝處理鋁酸鈉溶液得阻燃用氫氧化鋁。以所得水玻璃為原料經(jīng)碳析、過濾、洗滌、干燥制得輪胎用高分散白炭黑。氫氧化鋁和白炭黑所產(chǎn)生的母液送苛化工序，經(jīng)苛化處理收得氫氧化鈉返回系統(tǒng)循環(huán)使用，所得碳酸鈣作為商品出售。將分離鋁后含鐵酸浸出液還原凈化后送氧化鐵顏料生產(chǎn)工序，采用堿循環(huán)無害化工藝，控制工藝條件生產(chǎn)氧化鐵工業(yè)顏料或軟磁鐵氧體用氧化鐵。生產(chǎn)過程對環(huán)境無影響。
目前，阻燃用氫氧化鋁出廠價(jià)約6000元/噸，二氧化硅氣凝膠出廠價(jià)格約100000元/噸，高分散輪胎用白炭黑約5500/噸，氧化鐵工業(yè)顏料平均價(jià)格約6500元/噸，高純超細(xì)鐵氧體用氧化鐵出廠價(jià)格15000—35000元/噸。產(chǎn)品附加值較高。
