阻燃填充剂硅酸铝简介

第一节 概述 

硅酸铝的天然矿物主要有高岭土、膨润土等。高岭土属于层状硅酸盐，一般为无色—白色的细小磷片状结晶。 粒径 0． 5～2． 0 学式为 AL2O3·SiO2·2H2O， μm，高岭土具有广泛的用途，可用于陶瓷、造纸、橡胶、玻璃、日用化工、农 业和尖端工业等部门。 

膨润土是指由蒙脱石为主的一种粘土矿，比一般粘土更能吸附水。蒙脱石 是一种具有膨胀性能，层状结构的含水硅铝酸盐矿物，一般含有少量的碱和碱 土金属。蒙脱石的晶胞由两个硅氧四面体与一个硅氧八面体平行链组成。在每 个晶状构造层间能吸附和脱附水分子，随着水分子含量增加，晶层间距自 96A 增大到 4A。此外，晶层间对阳离子具有强烈的吸附交换性能，根据吸附阳离子 的种类，可分为膨润土和钙基土。 

膨润土经过有机改性处理后，称为有机膨润土，可作为涂料工业和钻探打 井泥浆的增稠剂。 

合成硅酸铝主要有两种形式，其一是硅铝凝胶，包括含分子筛的硅铝凝胶。 而油柱成型的硅铝微球胶最早见于 1949 年。 硅铝凝胶及含分子筛硅铝凝胶主要 用作石油炼制的催化裂化催化剂。催化裂化是一种主要深度加工方法，是生产 航空汽油基础组分和高级车用汽油的重要手段。 

另一种是沉淀硅酸铝，实际上是沉淀硅铝酸钠，分子式可表为： Na2O· AL2O3· 2．3～3．2SiO2·nH2O。1962 年迪高沙（Degussa）公司将其 首先投入市场，商品名称为 P820。

沉淀硅酸铝是一种白色颜料钛白的“增量剂” ，由于它的光学隔离作用，在 白色涂料中用以代替 10～25%的钛白粉时，白色漆膜的遮盖粒力不下降，且白１5 １ 度有所提高。因此，用于室内外水基乳胶漆以及各种溶剂型白色漆中。由于硅 酸铝的这种“增量剂”作用，在不影响涂膜质量情况下，涂料成本可大大下降。 

第二节 物理化学性质 

微球硅酸铝凝胶和含分子筛的微球硅酸铝凝胶是三维空间网状的连续结 构。属于多孔性物质，其性质与硅胶很相似，将在硅胶一节中详细介绍。

 沉淀硅酸铝属于 X-射线探知的无定型结构，其原级粒子大小约为 35nμ， 而次粒子直径在 0．1～1．0 之间。其外观为松散的白色粉末，比表面 110m2/g， 折射率 1．46，白色强度（460 nμ波长）为 98%，相对白度 95%，密度 2．1。 

第三节 生产原理和方法 

一．微球硅酸铝凝胶 

首先是硅酸钠与硫酸反应生成硅酸,硅酸很不稳定,很快聚集成粒子变成溶 胶,溶胶胶凝就变成水凝胶. 

Na2O·mSiO2 + H2SO4 = Na2SO4 + mSiO2 + H2O 

其中 m 为模数，一般在 3，0～3，3 之间。

 硅水凝胶生成后，加入硫酸铝溶液，再用氨水中和，生成氢氧化铝凝胶：

 AL2（SO4）3+6NH4OH = 3（NH4）2SO4+2 AL（OH）4 

具体生产工艺流程如图 13-1 所示。工艺过程分为： 

1、原料准备 首先将模数 3．0～3．3 的硅酸钠用水稀释至 SiO2 含量为 124 ± 2．5g/L，进入计量罐计量。将硫酸铝用水溶解，稀释至 AL2O3 含量 90± 2g/L，也进入计量罐计量。将浓硫酸稀释至 295±3g/L，进入计量罐计量。氨 水稀释至含 NH3 149--168 g/L；备用。将含量为 150 g/L，ph6．0～8．0 的分 子筛浆料打入计量罐中。 

2、制备过程 在生产低铝分子筛微球时，应先向反应器中加入定量的水及２5 ２ 分子筛浆料，再加入硅酸钠溶液，搅拌均匀，然后加酸生成含有分子筛的硅水 凝胶。在生产硅酸铝微球时，则可将硅酸钠溶液和水按比例同时加入反应器中， 搅拌均匀，然后加酸生成水凝胶。生成的水凝胶（或含分子筛的硅水凝胶）经 过老化后，再加入一定量的硫酸铝溶液，最后加入氨水，使氢氧化铝凝胶生成， 并与硅水凝胶混合在一起，成为硅铝水凝胶（或含有分子筛的硅铝胶） 。将此料 浆放入中间缓冲罐，泵送至板框压滤机中，滤饼打浆后，进行喷雾干燥（压力 式） ，干燥后的产品进行洗涤，洗后滤饼再用气流干燥器干燥，干燥后成品，由 一级旋风分离器收集，包装。二级旋分离器回收物料再返回到流程中去。

 二．沉淀硅酸铝（P820）的制造方法 

沉淀硅酸铝是用硫酸铝与硅酸钠为原料，两者反应后，生成沉淀硅酸铝料 浆，经老化、过滤、干燥、气流粉碎得成品。工艺过程如土地 13-2 所示。 

选用无铁硫酸铝和硅酸钠为原料， 配制成一定浓度的溶液； 将两种料液各 以一定流量，加入带有搅拌，并事先加有水和某中添加剂的反应罐中，用蒸汽 间接加热，保持反应温度恒定，通过调节原料液的流量，使系统维持在一定 PH 值下进行反应，然后经老化后进行过滤、洗涤、烘干、气流粉碎得到合格的沉 淀硅酸铝产品。 

主要工艺条件： 

(1)原料液要求:硫酸铝使用工业无铁级,因铁杂值直接影响产品的白度。 硅酸钠为工业级中性产品，模数在 3.0～3.3。 模数低时，消耗硫酸铝太多， 废水中硅酸钠含量增加，影响硅酸铝的收率。 

(2)低液量为铝硅原料液之总量的一半，以保证两股液流在很稀的条件下 反应，形成细的一次粒子，浓度太高，易产生凝胶。

 (3)添加剂是指碱金属或碱土金属的盐类，碱金属可分 K、Na、Li 等的氯３5 ３ 化物或氢氧化物，其作用是减少在硅酸盐溶液中存在于胶体二氧化硅上的有 效电荷，避免凝胶生成。碱土金属类可以是 Ca、Mg、Ba 等的氯化物，其作用 是与硅酸钠溶液反应， 生成一种反应媒介质---细分散的碱土金属硅酸盐， 在 体系中作为沉淀核心（凝聚中心） ，可改善产品性能。应当注意，不管碱金属 或碱土金属的盐类，加入量要适当，过少，不起作用；太多，反而起副作用。 

（1） 反应过程中应控制温度、 值， PH 反应温度一般在 60℃左右最为合适； 料浆的 PH 值一直维持在偏碱性下反应为佳。 

第四节 产品质量标准 

一、 微球硅酸铝的质量指标 

表 1：微球硅酸铝的质量指标

二、 沉淀硅酸铝的质量标准

 表 2：沉淀硅酸铝的质量标准

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