摘要:表面活性剂在吸附作用的基础上发挥出润湿、乳化、泡沫等丰富的作用性能。本文分析了铝酸钠溶液中加入有机表面活性剂可以强化分解过程，增加产品氢氧化铝的粒度。其中加入硬脂酸是吸附在颗粒表面，使种子表面疏水；而石蜡油的加入可强化疏水性质，并在2个或多个固体颗粒粘结时起着“桥梁”作
用。
关键词：分解；添加剂；诱导疏水；中性油
分散作用从广义上讲是指固体物质粉碎并分散于固体、液体和气体等介质中的作用。分散体系由于具有很大的相界面和界面能，因而有自动减小界面、粒子相互聚结的趋势，即为热力学不稳定体系。为获得良好的分散体系，需要采取适当的方法将物体分散成粒子，并使其具有良好的润湿性，以提高分散体系的稳定
性，通常的方法是使用分散剂。分散剂可分为无机分散剂、低相对分子质量有机分散剂和高分子化合物等，一般而言，低相对分子质量有机分散剂和部分高分子
化合物都属于表面活性剂。
一、表面活性剂分子有序组合体
表面活性剂有序组合体是指表面活性剂分子或离子在水中或有机溶剂中形成的有序聚集结构。以在水中为例，表面活性剂的亲水基朝向水，疏水基朝内远离水，有序排列形成胶束等聚集体;若溶剂为极性低的有机溶剂，则可能会形成亲水基朝内、疏水基朝向溶剂的反胶束结构。表面活性剂常见的有序组合体有胶束、反胶束、囊泡、液晶等。除了表面活性剂分子的几何结构外，形成何种结构的有序组合体还与浓度、温度、pH、盐浓度等环境因素有关。
二、表面活性剂加强氧化铝种分分解粒度分布研究
1.实验。（1）种分实验。将分析纯氢氧化钠溶于一定体积的蒸馏水中配成氢氧化钠溶液,再称取一定量的氢氧化铝(长城铝业公司)加入溶液中溶解,以滤纸过滤得到纯净的αk=1.51铝酸钠溶液。将稀释到Na2O=150g/L的铝酸钠溶液800mL加入50℃,搅拌速度400 r/min的1L密封的自制分解槽中(图1),分解槽为不锈钢间歇式反应釜,同时加入种子比为2.43的晶种氢氧化铝(长城铝业公司碳分晶种),待溶液稳定后加入一定量的有机添加剂,作空白对比实验。种分72h后,取10mL浆液放入离心机离心5min,溶液滴定分析,浆液再加蒸馏水稀释,再离心,反复3次,固体样作粒度分析。
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图1分解槽配件示意图
（2）苛碱和氧化铝浓度分析。苛碱分析以BaCl2除去溶液中的CO32-,以水杨酸钠掩蔽溶液中的Al3+,绿光酚酞作指示剂,盐酸标定;氧化铝分析则用二甲酚橙作指示剂,采用标准锌溶液滴定过量的EDTA的方法。（3）产品氢氧化铝测试分析。经过清洗的固体样在MALVERN颗粒粒度分布仪上测试粒度;再取部分溶液过滤后,在空气中自然晾干,然后在TGA/SDTA851e热重差热同步测试仪进行热重分析;取热重测试后的样品进行红外光谱分析。以研究该有机物经过焙烧后是否被带进后序铝电解工序中。
2.结果与讨论。（1）添加剂单独加入的影响。单独加石蜡油和单独加硬脂酸(甲苯作溶剂)的聚团效果很差,甚至起反作用。硬脂酸可以吸附在颗粒表面,形成诱导疏水颗粒,可使其表面疏水,有利于两个或多个氢氧化铝细颗粒聚集在一起,形成粗颗粒。而石蜡油是非极性油,在疏水颗粒表面铺展,增强微粒的疏水性,从而强化了聚团程度,同时可在聚团中的颗粒之间形成“油桥”,显著提高聚团的抗碎裂能力,达到对疏水絮凝的强化作用。当未加进硬脂酸﹑接触角为零时,石蜡油是不能引起颗粒产生聚团的,随着颗粒接触角的增大,非极性油的强化作用显示出来。可见两种表面活性剂是必不可少,相辅相成的。（2）硬脂酸用量影响。随着硬脂酸用量的增加,氢氧化铝颗粒粒度增加。我们知道有机疏水表面活性剂可以通过化学吸附,物理吸附或化学反应吸附在颗粒表面,并通过其疏水基团即碳氢链部分,可使颗粒表面润湿角变大,导致诱导疏水效应。因此,随着硬脂酸用量的增加,可以使氢氧化铝颗粒表面的疏水性增强,可增强其颗粒聚集在一起的能力。（3）甲苯用量的影响。我们知道,硬脂酸在常温下是白色或黄色颗粒固体,不溶与水,溶与醚、醇等有机溶剂,熔点是70～71℃,而种分实验温度是50℃,为了改善硬脂酸的溶解性,加入甲苯作为溶剂。当硬脂酸与甲苯比例为(质量比)1:1时,比1:2的效果要好,原因是总的添加剂用量是溶液质量的0.5%,在石蜡油一定时,比例越低,硬脂酸用量越少,颗粒表面疏水性能变小,接触角越小,效果就越差。（4）石蜡油用量的影响。石蜡油的加入有利于颗粒变得更粗,但当石蜡油用量过多时,效果反倒较差。从疏水絮凝机理可以看出,中性油分子与吸附在颗粒表面的疏水剂非极性烃链缔合,增加颗粒表面疏水性和溶解性,中性油在疏水颗粒表面吸附铺展,形成“油桥”,使颗粒疏水凝聚作用加大。当中性油用量越好,因为有机物的加入对于后序作业来说是杂质。添加剂最低用量为溶液质量的0.5%,最高用量为溶液质量的2%。与空白对比样相比,大于45μm的产品最低从59.21%提高到67.34%(体积百分比),最高可从79.73%提高到98.42%。表明在一定范围内,随着添加剂的增加,氢氧化铝的粒度也增加。（6）溶液分解率的影响。从表1中可以看出,添加剂的加入,并没有减少溶液分解率,当添加剂用量较大时,溶液的分解率反倒增加,表明晶种表面并未被有机物严密覆盖,有很为零时,聚团较小,为枝链结构,当用量较低时,为悬摆结构,随用量增加,聚团粒度增加,当聚团中颗粒空隙全部被非极性油充填,聚团粒度和强度达到峰值,为毛细结构,若进一步增加,聚团以“糊团”形式存在,此时疏水颗粒基本是分散在油相中,失去了强化形成疏水聚团作用。
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表1溶液分解率的变化
（6）添加剂用量影响。添加剂的加入有一个最佳用量配比,并非越多大的漏洞,以便铝酸钠溶液可以扩散到晶种表面,增加的原因应该是添加剂本身是表面活性剂,可降低表面张力,并且硬脂酸与强碱发生反应释放出氢氧化铝,苛碱浓度减少就是一个证据（7）热重分析。操作条件是:高纯氧气50m L/min,升温速率10℃/min,温度范围25～1 000℃。我们知道种分氢氧化铝在热失重过程中是经过一系列相变.8红外光谱分析红外光谱的测量是在Nicolet公司的5DX傅立叶变换红外光谱仪上进行。结果显示空白和有添加剂的样品红外光谱图是一致的,见图2。
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图 2 红外光谱分析结果
从图2可看出,3 446.35cm-1和1 635.57cm-1是OH的伸缩和弯曲振动峰,2 360.21cm-1是CO32-的吸收峰,1 384.69cm-1和561.90cm-1是氢氧化铝分解成α-Al2O3的一系列中间产物的峰值。说明有机物在小于1 000℃时已全部烧掉,而实际生产中焙烧温度均在1 300℃以下。
在氧化铝种分生产工艺过程中添加有机表面活性剂硬脂酸和石蜡油,在不改变工艺条件和分解率下,可以较大幅度提高产品粒度,有使粉状氧化铝变成砂状氧化铝的可能性。对产品氢氧化铝进行热重和红外光谱分析。结果表明在低于1 000℃时进行焙烧,即可使产品中的有机物分解,不会对后续工艺铝电解产生影响。
参考文献:
［1］刘红莉．表面活性剂的性能与应用(Ⅰ):表面活性剂的胶束及其应用［J］．日用化学工业，2018，44(1):10－14．
［2］赵宝．表面活性剂的性能与应用(Ⅱ):表面活性剂的反胶束及其应用［J］．日用化学工业，2018，44(2):66－69，74．