Alúmina: ¡No puedo coexistir con el sodio!
La alúmina de alta temperatura se obtiene a partir de hidrato de alúmina industrial como materia prima principal mediante calcinación para su deshidratación y transformación en fase cristalina. Dado que el hidrato de alúmina industrial se prepara en un medio alcalino, la alúmina de alta temperatura inevitablemente contiene cierta cantidad de impurezas.
Peligros del óxido de sodio
Entre ellos, el contenido de impurezas de óxido de sodio es la base principal para la clasificación de productos de alúmina de alta temperatura y afecta en gran medida los indicadores físicos y químicos, la calidad del producto y el rendimiento de las aplicaciones de sus productos derivados. Por ejemplo:
Cuando se utiliza alúmina de alta temperatura como cerámica resistente al desgaste, el contenido de Na₂O afecta directamente la resistencia a la compresión y el aislamiento eléctrico de los productos de alúmina. Generalmente, cuanto mayor sea el contenido de Na₂O, mayor será la conductividad eléctrica y peor será el aislamiento eléctrico de la cerámica de alúmina y los productos resistentes al desgaste. Al mismo tiempo, esto también conduce a una menor tasa de conversión de α-Al₂O₃, lo que incumple el requisito de calidad de que el contenido de α-Al₂O₃ en la alúmina de alta temperatura sea superior al 95%, lo que provoca deformación y agrietamiento de la cerámica de alúmina y los productos resistentes al desgaste.
En la cerámica electrónica, la presencia de Na₂O no solo afecta la densidad de la cerámica electrónica, sino que también conduce a la formación de β-Al₂O₃ con cierta conductividad debido a la combinación de Na₂O y Al₂O₃, afectando así sus propiedades eléctricas.
En la cerámica electrónica, la presencia de Na₂O no solo afecta la densidad de la cerámica electrónica, sino que también hace que Na₂O se combine con Al₂O₃ para formar β-Al₂O₃ con cierta conductividad, lo que influye en sus propiedades eléctricas.
¿De donde provienen las impurezas de sodio?
El Na₂O presente en la alúmina de alta temperatura proviene del hidrato de alúmina, materia prima. El Na₂O presente en el hidrato de alúmina es una de las principales impurezas contaminantes que se forman durante el proceso de producción de alúmina. El Na₂O presente en el hidrato de alúmina se presenta en tres (o cuatro) formas.
Ⅰ. El álcali de las aguas madres es un álcali soluble en agua y se presenta en forma de álcali unido. El Na₂O puede eliminarse mediante lavado con agua; el álcali encapsulado es difícil de eliminar y solo se puede eliminar parcialmente.
Ⅱ. El álcali reticular es insoluble en agua y solo puede volverse álcali soluble en agua cuando la estructura reticular se reorganiza.
3. El álcali combinado es insoluble en agua, ácido o álcali y no se descompone incluso a altas temperaturas.
Factores que afectan el contenido de óxido de sodio en su materia prima: hidróxido de aluminio
Dado que las impurezas de sodio en la alúmina provienen principalmente de su precursor, el hidróxido de aluminio, ¿cuáles son los factores que afectan el contenido de impurezas de sodio en el hidróxido de aluminio?
Existen numerosos factores que afectan el contenido de óxido de sodio en el hidróxido de aluminio. Durante la precipitación, la concentración de la solución de descomposición original, la temperatura y el tiempo de descomposición, etc., influyen directamente en él. Sin embargo, en la práctica, los siguientes factores también influyen significativamente en el contenido de óxido de sodio:
(1) Temperatura inicial de descomposición en el proceso de precipitación sembrada
Durante el proceso de descomposición, se suelen adoptar diversas medidas de enfriamiento para mejorar la producción de hidróxido de aluminio, lo que aumenta el contenido de álcali no lavable en el producto. Diversos estudios han demostrado que el principal factor que afecta al óxido de sodio insoluble en los productos de descomposición es la temperatura inicial de descomposición. Cuanto menor sea la temperatura inicial, mayor será el contenido de óxido de sodio insoluble en el producto.
(2) Tamaño de partículas de productos de hidróxido de aluminio
Durante el proceso de precipitación de semillas del método Bayer, los materiales suelen someterse a refinaciones periódicas. El volumen de circulación de los materiales de precipitación de semillas es elevado, y cuando se inicia el ciclo de refinación, este suele durar bastante tiempo. Durante el refinado, aumenta la cantidad de licor madre arrastrado por el hidróxido de aluminio en el disco plano, lo que genera una mayor cantidad de álcali no lavable. Los materiales se unen fuertemente entre sí, lo que resulta en una baja permeabilidad al aire y una baja capacidad de filtración, lo que puede causar fácilmente contaminación cruzada y afectar el contenido de óxido de sodio de los productos.
(3) Contenido sólido en la solución de descomposición original
Existen numerosos factores que afectan el contenido de sólidos en el tanque de descomposición, como el desequilibrio entre la producción y el lavado, la baja eficiencia del filtro de semillas, la puesta en marcha o el aislamiento del tanque de descomposición y las fluctuaciones en la velocidad de descomposición. Estos factores suelen causar grandes fluctuaciones en el contenido de sólidos del tanque final. Cuando este disminuye, el material se diluye demasiado y el disco plano es propenso a la contaminación cruzada, lo que afecta la calidad del producto y provoca un aumento del contenido de óxido de sodio en el hidróxido de aluminio.
¿Cómo eliminar el sodio?
Los procesos de eliminación de sodio más habituales en la actualidad incluyen principalmente los siguientes:
El primer método es reducir el contenido de álcali cristalino y álcali intercristalino por medios tales como extender el tiempo de descomposición durante el proceso de descomposición del hidróxido de aluminio y minimizar el contenido de álcali adherido a través de múltiples lavados.
El segundo método consiste en seleccionar los mineralizadores de forma adecuada. Su función principal es aumentar los defectos reticulares de la alúmina, formando vacantes de cationes y aniones, lo que acelera la cristalización y reduce eficazmente la temperatura de transformación de la fase α. Asimismo, los mineralizadores pueden reaccionar con el óxido de sodio presente en la alúmina para formar compuestos volátiles de sodio. Por lo tanto, se utilizan ampliamente en el proceso de calcinación de alúmina a alta temperatura. Entre los mineralizadores más comunes se encuentran el fluoruro de aluminio, el ácido bórico, el óxido de magnesio y el nitrato de amonio, entre otros.
El tercer método consiste en el pretratamiento de las materias primas: se introduce ácido mediante un proceso húmedo para neutralizar el ácido-base y eliminar el sodio, y luego se enjuagan las sales generadas tras la reacción con agua caliente. El efecto de eliminación de sodio varía según las formas de óxido de sodio presentes en las materias primas, y el contenido de sodio puede reducirse a menos del 0,05 % como mínimo. Este método puede mejorar significativamente la calidad del producto.