铝合金表面处理工业废渣制备氢氧化铝阻燃剂研究

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作者王晓
来源北京化工大学
出版年2015
摘要
铝合金表面处理过程中有2-7%的铝基材溶解,产生大量含铝工业废渣,目前普遍采用填埋法进行处理,不仅严重污染环境,还会造成大量的铝资源与土地资源的浪费。氢氧化铝是目前产量最大的环保型无机阻燃剂,目前国内氢氧化铝制各一般以铝土矿为原料,但面临铝土矿资源短缺、品位下降、生产能耗高的现状。本论文研究了以铝合金表面处理工业废渣为原料,采用碱浸提-酸沉淀法和碱浸提-超重力碳分法制备氢氧化铝的过程,制备了不同粒径的氢氧化铝产品(ATH),并考察了氢氧化铝产品的阻燃性能,实现了铝合金表面处理工业废渣的高值资源化利用。论文采用X射线荧光光谱仪(XRF), X射线衍射仪(XRD),热重一差热综合热分析仪(TG-DTA)等分析了铝合金表面处理工业废渣的化学组成、结构和热失重行为。研究结果表明,铝合金表面处理工业废渣样品的含水率约为40.4%,废渣的主要成分为晶体Al(OH)3, Al元素的折干含量为28.7%,室温至800℃范围内废渣热失重为33.4%。优化了以铝合金表面处理工业废渣为原料,采用碱浸提一酸沉淀法制备氢氧化铝的过程,重点探讨了碱酸浓度及用量、温度、时间等对制备过程的影响,采用正交实验确定了浸提最佳工艺条件。采用NaOH溶液浸提工业废渣中的A1元素的最佳工艺条件为:加入NaOH与废渣中Al(OH)3的摩尔比为2.88:1、反应温度为75℃、反应时间为55 min。在最佳浸提工艺条件下,A1元素的浸出率达到97.5%。采用H2SO4沉淀法从铝元素浸出液中沉淀制各A1(OH)3的最佳条件为:加入H2SO4与浸出液中初始Al元素的摩尔比为(0.95~1.10):1,pH=5.5。最佳沉淀条件下,A1(OH)3沉淀收率为89.2%。A1(OH)3产品为无定型白色粉末,粒径约为17 μm,纯度为95.5%,A1元素的总回收率为87.1%。为制备小粒径的氢氧化铝产品,研究了超重力碳分制备氢氧化铝的过程,探讨了浸出液中NaA102浓度、气液比、反应温度对氢氧化铝粒度的影响。最佳工艺条件为:浸出液中NaA102浓度为2.0-2.5 mol·L-1,气液比为0.75-1.05,反应温度为30℃以下。在最佳制备条件下,反应液中ATH粒度均小于0.9 μm,烘干后的ATH粒度约为4 μm。ATH产品中A1203含量为69.9%,超过了国家标准(GB/T 4294-2010),其它指标与国标接近。产品中ATH的主要存在形式为AlOOH。考察了两种方法制备的不同粒径的氢氧化铝产品在聚丙烯(PP)基材中的阻燃性能,分析测试了聚丙烯一氢氧化铝(PP-ATH)复合材料的氧指数、烟密度、锥形量热性能、热稳定性和力学性能。实验结果说明,氢氧化铝产品添加到聚丙烯材料中能有效增强复合材料的阻燃效果,但材料的力学性能有所降低。ATH产品粒度越小,越有利于提高复合材料的阻燃性能并保持其力学性能。

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