CN102746118A

CN102746118A - 用废铝（合金）制品制备高纯铝醇盐及氧化铝粉体

Info

Publication number: CN102746118A
Application number: CN2011100960820A
Authority: CN
Inventors: 王修慧; 杨金龙
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2012-10-24

Abstract

本发明用废铝合金制品制备高纯铝醇盐及氧化铝粉体的方法，将废弃或使用过的废铝合金制品与含碳原子数目为2-4的脂肪醇或低碳醇以AlCl₃作为催化剂进行化学反应，反应温度等于或高于所采用的醇；反应完毕后，通过重结晶和减压蒸馏得到高纯铝醇盐。本发明提供一种通过完全不同的思路，利用化学手段解决现有废铝合金制品回收缺陷的方法。

Description

用废铝(合金)制品制备高纯铝醇盐及氧化铝粉体

技术领域

本发明属于废弃物利用、无机材料合成与制备的新技术，具体地说就是废铝(合金)制品制备高纯铝醇盐、镁铝双金属醇盐及氧化铝、镁铝尖晶石粉体的技术。

背景技术

铝合金作为一类性能优良的材料，近数十年来发展极其迅速，其制品为人类的进步作出了巨大的贡献。随着自然资源的逐渐枯竭和大量废铝合金制品的出现又为人类带来许多困惑。

对于工业废弃物中的铝，目前人们无一例外地通过各种技术将其预处理、熔炼的步骤再生利用，形式上仍然属于金属状态。这样存在三个方面的不足：第一，档次降低。比如废弃铝质易拉罐回收后一般不能再次应用于生产易拉罐，而只能应用于其它更低级的领域。虽然有人曾经做过努力，调整某些合金元素的比例，但效果与效率均不佳。第二，部分废弃铝回收率较低。目前，按全球平均水平计算，废铝回收率最高的行业是建筑工业，在建筑物拆除过程中废铝回收率98％；汽车废铝回收率也较高，可以达到95％；重熔铝箔的回收率为70％；铝饮料罐回收率平均仅为63％。第三，某些合金元素如Mg、Cu不能更好地利用。由于重熔工艺无法控制合金元素，如果不能进入废渣就会“无控制地”进入再生铝，对于较低档次的制品或材料来讲可能根本不需要这些合金元素，可是又无法分离，从而造成浪费。另外残渣越多，“携带”的有用元素的量越大。

另外由于铝在重熔过程中极其容易氧化，大约有四分之一到三分之一成为废渣进入三废行列。这样既浪费重生资源又使利润降低。

纳米粉体制备技术是目前国内外化学工程和新材料领域最受关注的技术之一，而溶胶凝胶技术又是近二、三十年来最为常用、最有发展前途的纳米粉体研制技术之一。从根源上讲，溶胶凝胶技术的兴起、成长、成熟、应用、以及未来的发展都归因于金属醇盐和金属醇盐化学的产生与发展，金属醇盐作为前驱物促进了溶胶凝胶技术在化学工程和新材料领域的应用发展。铝醇盐是最重要的金属醇盐之一，其最常用的制备方法就是金属铝与醇在催化剂直接反应合成法。本案发明技术就是用废铝合金制品代替工业铝甚至高纯度铝制备铝醇盐、镁铝双金属醇盐、氧化铝粉体及镁铝尖晶石粉体的改进并取得成功。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于：提供一种通过完全不同的思路，利用化学手段解决现有废铝合金制品回收缺陷的方法。

本发明的技术方案为：一种用废铝合金制品制备高纯铝醇盐的方法，该方法采依下列通用化学反应方程式进行化学反应：

将废弃或使用过的废铝合金制品与含碳原子数目为2-4的脂肪醇或低碳醇以AlCl₃作为催化剂进行化学反应，反应温度等于或高于所采用的醇；反应完毕后，通过重结晶和减压蒸馏得到高纯铝醇盐。

其中，该废铝合金中含有金属镁，则该方法还依下列通用化学反应方程式进行化学反应：

反应完毕后，通过重结晶和减压蒸馏还得到高纯镁铝双金属醇盐。

该废铝合金制品为含铝超过90wt％的废铝合金制品。

一种用废铝合金制品制备氧化铝粉体的方法，该方法采依下列通用化学反应方程式进行化学反应：

将废弃或使用过的废铝合金制品与含碳原子数目为2-4的脂肪醇或低碳醇以AlCl₃作为催化剂进行化学反应，反应温度等于或高于所采用的醇；反应完毕后，通过重结晶和减压蒸馏得到高纯铝醇盐；对该高纯铝醇盐水解、干燥、焙烧得到高纯氧化铝粉体。

反应完毕后，通过重结晶和减压蒸馏还得到高纯镁铝双金属醇盐；对该高纯镁铝双金属醇盐水解、干燥、焙烧得到高纯镁铝尖晶石粉体。

该废铝合金制品为含铝超过90wt％的废铝合金制品。

本发明的有益效果为：将这些废铝合金制品经过简单的处理，与醇反应可以合成高技术产品，使废铝应用技术上一个台阶。主要元素铝与醇反应生成铝醇盐，经过重结晶或减压蒸馏可以得到高纯(＞99％)铝醇盐，再经过水解、干燥、焙烧又进一步得到高纯(＞99％)氧化铝粉体；主要合金元素Mg可以与铝一起与醇反应生成镁铝双金属醇盐，同样可以进一步制得高纯(＞99％)镁铝尖晶石粉体；由于金属与醇反应具有选择性，铜、铅、锌等不活泼合金元素不与醇反应，留着残渣里，这样残渣就成了含铜、铅、锌量极高的“矿藏”。

本发明还有如下技术优势。

(1)利用废铝合金制品制备高档次化工产品，一方面有异于常规废弃物回收产品档次降低的思路；另一方面节省了制备这些化工产品需要高档次原料如高纯铝等。

(2)废铝合金制品的提取的有用成分极高，铝、镁的回收率可达到98％以上，其它合金元素如铜、铅、锌等也会随着“浓缩”而成为可以充分利用的原料。

(3)高技术高度环保。不仅生产工艺条件温和，设备简单，而且没有如何环境污染。整个生产过程只消耗水、产生氢气(也可以回收利用)，没有废气、废液、废热、废渣。

具体实施方式

(1)首先量取一定量的废铝破碎后放入烧瓶中(易拉罐等废铝合金制品相应事先热处理，除去内外有机物涂层)，然后加入一定量的醇，称取0.5％AlCl₃(质量-体积比)加入其中作催化剂，在一定温度下加热回流。废铝合金碎片与醇开始反应并放出氢气，经过一定的反应时间后，废铝合金碎片消失生成金属醇盐，可以用下列化学反应方程式所示：

其中，HOR代表含碳原子(C)数目为2-4的脂肪醇或低碳醇，如乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇等。

“废铝合金制品”一般是指废弃的、含铝量超过90％的铝基合金制品，如铝质易拉罐、铝质散热片、建筑废铝质制品、汽车废铝等。

“一定量的醇”和“一定量的废铝”是根据废铝与醇的化学配比选取的，一般来说可以要求醇过量一些。

“一定温度”是指由醇决定的反应温度，不同的醇沸点不同，故回流温度不同；一般来说，该温度与所使用醇的沸点相同或稍高，如异丙醇约83℃，正丁醇约120℃。

“一定的反应时间”是指由各种因素决定的合成反应进行到底所需要的时间，不同废铝与醇的反应时间是不同的。影响因素有废铝的本性、醇的本性、废铝与催化剂的比例、废铝与醇的比例等。

“废铝合金碎片消失”说明反应彻底完成，能够与醇反应的金属都与醇反应生成了相应的醇盐。

(2)其次利用重结晶使醇盐与残渣分离，得到较纯净的醇盐溶液，常压蒸馏排出多余的游离态醇，得到铝醇盐或带有少量镁铝双金属醇盐的混合醇盐。

(3)采用减压分馏技术提取高纯铝醇盐，然后再提高温度分馏出高纯镁铝双金属醇盐。

(4)高纯铝醇盐或镁铝双金属醇盐经过水解与干燥，可制得相应的高纯氢氧化铝或氢氧化镁铝粉体；再经过高温焙烧即可得到高纯氧化铝粉体或镁铝尖晶石粉体。

以下给出几种实施例。

实施例1：

第一步：称取无水氯化铝(AlCl₃)2克，加入到盛有500毫升异丙醇

的可加热容器(一般为玻璃或不锈钢材质)中并搅拌,然后加入废铝合金片或碎屑--含铝2摩尔或54克，放入回流装置加热回流，反应开始。如下列化学反应方程式所示：

回流20～50小时后，停止放出氢气，表示合成反应完毕。如果存在合金元素Mg，同时会伴随以下反应：

第二步：第一步得到的醇盐冷却后析出醇盐晶体，残渣下沉，澄清的醇盐饱和溶液位于最上层。将清液倒入另外干净容器内，向原容器中加入500毫升异丙醇，加热使醇盐溶解，再冷却，倒出清液；继续“溶解-冷却-倒出清液-加醇”过程数次，直至冷却时没有醇盐晶体析出为止。第三步：将清液——醇盐饱和溶液常压蒸馏，分馏出游离态异丙醇，直至不再流出醇为止。

第四步：利用减压蒸馏装置，继续加热醇盐并抽真空，大约在136～160℃、10mmHg下分馏出异高纯丙醇铝；继续加热，大约在280～320℃、10mmHg下分馏出高纯异丙醇镁铝。

第五步：高纯异丙醇铝或异丙醇镁铝经过水解、干燥得到高纯氢氧化铝粉体或氢氧化镁铝粉体；氢氧化铝粉体经过840℃或1200℃焙烧得到γ-氧化铝粉体或α-氧化铝粉体；氢氧化镁铝粉体经过760℃焙烧制得镁铝尖晶石粉体。

实施例2：

第一步：称取无水氯化铝(AlCl₃)2克，加入到盛有500毫升异丁醇的可加热容器(一般为玻璃或不锈钢材质)中并搅拌，然后加入废铝合金片或碎屑--含铝2摩尔或54克，放入回流装置加热回流，反应开始。如下列化学反应方程式所示：

回流10～30小时后，停止放出氢气，表示合成反应完毕。如果存在合金元素Mg，同时会伴随以下反应：

第二步：第一步得到的醇盐冷却后析出醇盐晶体，残渣下沉，澄清的醇盐饱和溶液位于最上层。将清液倒入另外干净容器内，向原容器中加入500毫升异丁醇，加热使醇盐溶解，再冷却，倒出清液；继续“溶解-冷却-倒出清液-加醇”过程数次，直至冷却时没有醇盐晶体析出为止。

第三步：将清液——醇盐饱和溶液常压蒸馏，分馏出游离态异丁醇，直至不再流出醇为止。

第四步：利用减压蒸馏装置，继续加热醇盐并抽真空，大约在190℃～220℃、10mmHg下分馏出异高纯异丁醇铝；继续加热，大约在250～280℃、10mmHg下分馏出高纯异丁醇镁铝。

第五步：高纯异丁醇铝或异丁醇镁铝经过水解、干燥得到高纯氢氧化铝粉体或氢氧化镁铝粉体；氢氧化铝粉体经过840℃或1200℃焙烧得到γ-氧化铝粉体或α-氧化铝粉体；氢氧化镁铝粉体经过760℃焙烧制得镁铝尖晶石粉体。

实施例3：

第一步：称取无水氯化铝(AlCl₃)2克，加入到盛有500毫升正丁醇的可加热容器(一般为玻璃或不锈钢材质)中并搅拌，然后加入废铝(合金)片或碎屑--含铝2摩尔或54克，放入回流装置加热回流，反应开始。如下列化学反应方程式所示：

回流4～10小时后，停止放出氢气，表示合成反应完毕。如果存在合金元素Mg，同时会伴随以下反应：

第二步：第一步得到的醇盐冷却后析出醇盐晶体，残渣下沉，澄清的醇盐饱和溶液位于最上层。将清液倒入另外干净容器内，向原容器中加入500毫升正丁醇，加热使醇盐溶解，再冷却，倒出清液；继续“溶解-冷却-倒出清液-加醇”过程数次，直至冷却时没有醇盐晶体析出为止。

第三步：将清液——醇盐饱和溶液常压蒸馏，分馏出游离态正丁醇，直至不再流出醇为止。

第四步：利用减压蒸馏装置，继续加热醇盐并抽真空，大约在220℃～250℃、10mmHg下分馏出异高纯正丁醇铝；继续加热，大约在320～350℃、10mmHg下分馏出高纯正丁醇镁铝。

第五步：高纯正丁醇铝或正丁醇镁铝经过水解、干燥得到高纯氢氧化铝粉体或氢氧化镁铝粉体；氢氧化铝粉体经过840℃或1200℃焙烧得到γ-氧化铝粉体或α-氧化铝粉体；氢氧化镁铝粉体经过760℃～950℃焙烧制得镁铝尖晶石粉体。

Claims

1.一种用废铝合金制品制备高纯铝醇盐的方法，其特征在于，该方法采用下列通用化学反应方程式进行化学反应：

将废弃或使用过的废铝合金制品与含碳原子数目为2-4的脂肪醇或低碳醇以AlCl₃作为催化剂进行化学反应，反应温度等于或高于所采用的醇；

反应完毕后，通过重结晶和减压蒸馏得到高纯铝醇盐。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该废铝合金中如含有金属镁，则还进行下列化学反应：

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该废铝合金制品为含铝超过90wt％的废铝合金制品。

4.一种用废铝合金制品制备氧化铝粉体的方法，其特征在于，该方法采依下列通用化学反应方程式进行化学反应：

反应完毕后，通过重结晶和减压蒸馏得到高纯铝醇盐；

对该高纯铝醇盐水解、干燥、焙烧得到高纯氧化铝粉体。

5.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该废铝合金中如含有金属镁，则还进行下列化学反应：

反应完毕后，通过重结晶和减压蒸馏还得到高纯镁铝双金属醇盐；

对该高纯镁铝双金属醇盐水解、干燥、焙烧得到高纯镁铝尖晶石粉体。

6.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，该废铝合金制品为含铝超过90wt％的废铝合金制品。