李新娟

摘要：鋁粉的粒徑及分布對(duì)工業(yè)合成氫化鋁鈉的穩(wěn)定性、反應(yīng)速率和鈉的轉(zhuǎn)化率都有很大影響，在文中實(shí)驗(yàn)條件下，使用鋁粉粒徑D50為51.4um，粒徑范圍在1.66um～630.96um的鋁粉進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)劇烈，反應(yīng)的穩(wěn)定性好，金屬鈉的轉(zhuǎn)化率高于97.5%，能夠滿足工業(yè)化生產(chǎn)氫化鋁鈉循環(huán)生產(chǎn)的工藝要求。

關(guān)鍵詞：鋁粉；粒徑；氫化鋁鈉；轉(zhuǎn)化率

氫化鋁鈉（SAH）生產(chǎn)中使用的鋁粉長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，成本較高；鋁粉化學(xué)性質(zhì)活潑，易與空氣中的氧氣、水汽等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致鋁粉潮解結(jié)塊，長(zhǎng)途運(yùn)輸影響鋁粉的品質(zhì)，鋁粉國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)勢(shì)在必行。六九硅業(yè)有限公司用液態(tài)鈉、鋁粉和氫氣直接反應(yīng)生成SAH，通過實(shí)驗(yàn)確定了反應(yīng)物鋁粉的最佳粒徑分布，并研究了不同粒徑的鋁粉對(duì)反應(yīng)的影響。本文使用的鋁粉由氮?dú)忪F化法鋁粉生產(chǎn)工藝生產(chǎn)。

氫化鋁鈉應(yīng)用廣泛，是性能優(yōu)良的有機(jī)反應(yīng)的還原劑，用以還原羧基、酯基等；1997年，德國(guó)一研究所的Bogdanovic首次報(bào)道了SAH的可逆儲(chǔ)氫性能，之后研究人員對(duì)這一材料不同條件儲(chǔ)氫性能的研究進(jìn)行了多方探索。20世紀(jì)60年代，Ashby和Clasen各自通過活性鋁、Na或NaH與H2在高溫高壓下合成出SAH。

一、實(shí)驗(yàn)部分

試驗(yàn)中鋁粉1270Kg（含鈦2000ppm），金屬鈉為1030Kg，反應(yīng)溫度為140℃，壓力為13.79Mpa。通過氫氣流量來控制反應(yīng)的壓力。采用三種（1）（2）（3）不同粒徑分布的鋁粉，在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。根據(jù)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)的穩(wěn)定性及反應(yīng)產(chǎn)物固體成分來確定鋁粉的適用性。反應(yīng)中使用的鋁粉使用mastersizer2000激光粒度分析儀進(jìn)行了粒徑分布的分析，使用JSM- 6390數(shù)字化掃描電鏡對(duì)鋁粉的形貌和粒徑分布進(jìn)行了分析。試驗(yàn)中鋁粉過量，保證金屬鈉反應(yīng)完全，防止副反應(yīng)發(fā)生。金屬鈉過量時(shí)會(huì)發(fā)生如下的副反應(yīng)。

2NaAlH4+4Na+2H2=2Na3AlH6。六氫合鋁酸鈉在DME中的溶解性較差，引起產(chǎn)物的固含量升高。并且和四氟化硅反應(yīng)生成的硅烷量比與氫化鋁鈉反應(yīng)量低。因此應(yīng)盡量避免金屬鈉過量的情況發(fā)生。

二、結(jié)果與分析

1、鋁粉的形貌和粒徑分布分析。（1）鋁粉的SEM圖可看出，鋁粉成不規(guī)則的橢圓球形或球形，比表面積較大。有利于不同相之間的化學(xué)反應(yīng)。使用（1）和（2）的鋁粉合成氫化鋁鈉，化學(xué)反應(yīng)速度都比較快，鈉的轉(zhuǎn)化率均超過97.5%。但由于工業(yè)生產(chǎn)中溶劑和催化劑回收循環(huán)使用，（1）中鋁粉反應(yīng)后甲苯預(yù)混罐的固含量超過標(biāo)準(zhǔn)要求[9]（2）中鋁粉反應(yīng)后甲苯預(yù)混罐的固含量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。分析認(rèn)為：（1）是太細(xì)粒徑的鋁粉比例太大，化學(xué)反應(yīng)速率快，生成的氫化鋁鈉固體比較蓬松，顆粒沉降慢，在回收溶劑和催化劑到預(yù)混罐時(shí)，未沉降的固體顆粒回到預(yù)混罐，導(dǎo)致預(yù)混罐固含量升高。預(yù)混罐固含量高會(huì)影響后續(xù)反應(yīng)，引發(fā)質(zhì)量事故，故（1）中粒徑的鋁粉不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)氫化鋁鈉的穩(wěn)定性的要求。

2、用激光粒度分析儀對(duì)（1）（2）兩種鋁粉進(jìn)行鋁粉粒徑分析，（1）粒度分布：D10： 11.8um D50：35.5um D90：87um<45um78.6%D50：一個(gè)樣品的累計(jì)粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。它的物理意義是粒徑大于它的顆粒占50%，小于它的顆粒也占50%，D50也叫中位徑或中值粒徑。D50常用來表示粉體的平均粒度。（2）粒度分布：D10： 12.2um D50 51.4um D90 189um<45um62.4%鋁粉（1）粒徑分布在1.90um～416.87um之間，鋁粉（2）粒徑分布在1.66um～630.96um之間，都呈正態(tài)分布。（1）中鋁粉粒徑小，有利于鋁粉參與化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)速率快，反應(yīng)時(shí)間縮短，但不利于控制。因工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)進(jìn)行，鋁粉反應(yīng)后生成的氫化鋁鈉固體顆粒的沉降速度和固液兩相是否能良好的分層決定了循環(huán)生產(chǎn)的穩(wěn)定性。（2）中鋁粉粒徑小，粒徑分布范圍較窄，參與反應(yīng)生成的氫化鋁鈉固體粒徑也小，不利于沉降，固液不能很好的分層；部分懸浮固體顆粒極易回收到預(yù)混罐，導(dǎo)致預(yù)混罐的固含量超標(biāo)[9]，影響反應(yīng)的穩(wěn)定性。（2）中粒徑分布的鋁粉能較好的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物氫化鋁鈉的沉降分層。分析認(rèn)為較大粒徑的鋁粉生成的氫化鋁鈉固體顆粒沉降速度較快，對(duì)較細(xì)粒徑的固體起到了群體沉降的作用，固液之間能實(shí)現(xiàn)良好的分層，能滿足工業(yè)循環(huán)生產(chǎn)的工藝要求。反應(yīng)中鋁粉過量，設(shè)計(jì)反應(yīng)物物質(zhì)的量的配比符合工藝要求。

3、鋁粉粒徑分布（3）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)鋁粉的粒徑分布大于（2）中情形時(shí)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)的穩(wěn)定性好，滿足工業(yè)化制備氫化鋁鈉循環(huán)生產(chǎn)的需求，但金屬鈉的轉(zhuǎn)化率低于97.5%。分析認(rèn)為較大粒徑的鋁粉只有表面參與了化學(xué)反應(yīng)，生成的氫化鋁鈉附著在鋁粉的表面，阻止了反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，有部分粒徑較大的鋁粉內(nèi)部沒有參與反應(yīng)，所以直接導(dǎo)致反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率降低。另外，鋁粉粒徑過大，部分產(chǎn)物氫化鋁鈉固體會(huì)在物料轉(zhuǎn)移過程中沉降，造成轉(zhuǎn)移困難，較大顆粒的產(chǎn)物堆積在反應(yīng)釜底部，一方面可能堵塞轉(zhuǎn)移物料的浸漬管；另一方面殘留固體影響下一個(gè)批次的反應(yīng)，影響反應(yīng)的穩(wěn)定性。

三、結(jié)語(yǔ)

鋁粉粒徑（1）的鋁粉進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)劇烈，金屬鈉的轉(zhuǎn)化率平均值大于97.5%，但生成的產(chǎn)物SAH不易沉降，反應(yīng)的穩(wěn)定性差，不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)氫化鋁鈉循環(huán)生產(chǎn)的要求；鋁粉粒徑（2）的鋁粉進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)劇烈，反應(yīng)的穩(wěn)定性好，金屬鈉的轉(zhuǎn)化率平均值大于97.5%，能滿足工業(yè)化生產(chǎn)氫化鋁鈉循環(huán)生產(chǎn)的工藝要求。當(dāng)鋁粉平均粒徑大于（2）時(shí)，反應(yīng)穩(wěn)定性好，但金屬鈉的轉(zhuǎn)化率平均值低于97.5%，部分較大粒徑的鋁粉沒有全部參與反應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

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