CN110156057A - 高纯氧化铝的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高纯氧化铝的制备方法，包括以下步骤：第一步、以拟薄水铝石为原料，加入酸制备铝溶胶溶液A，铝溶胶溶液A中氧化铝浓度为5‑30%；第二步、采用阳离子交换树脂法将第一步中的铝溶胶溶液A进行脱碱处理，得到铝溶胶溶液B；第三步、在第二步得到的铝溶胶溶液B中加入酸和0.05%‑1%的氧化剂，通过氢型阳离子交换树脂薄膜进行过滤分离，得到铝溶胶溶液C；第四步、将第三步得到的铝溶胶溶液C凝胶化，得到铝凝胶；第五步、将第四步得到的铝凝胶干燥处理，得到氢氧化铝粉末；第六步、将氢氧化铝粉末进行烧制处理，得到高纯度氧化铝。本发明以低成本的拟薄水铝石为原料，制成高纯度氧化铝，纯度≧99.999%。

Description

高纯氧化铝的制备方法

技术领域

本发明属于高纯材料制备领域，尤其涉及一种高纯氧化铝的制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的进步，工业生产对材料的需求提出了越来越严格的要求。在许多领域，传统的低纯材料已经难以满足客户的实际需求。高纯氧化铝是高科技领域基础的材料之一，由于其具有高纯度、高熔点、高硬度、高导热系数、耐酸碱腐蚀等优势，已被广泛应用于用于蓝宝石晶体、锂电池隔膜涂层、YAG激光晶体、透明陶瓷等工业制造中。

目前，现有的高纯度氧化铝方法有胆碱法、硫酸铝氨法、改良拜耳法、醇盐法等几种方法，其中：胆碱法是采用高纯铝粉为原料，加入有机物胆碱，与水进行水解反应，析出氢氧化铝经过煅烧制备高纯氧化铝粉。该方法制备的产品纯度取决于原料铝粉的纯度，加上生产过程的不可控，虽然该方法工艺简单，但工艺过程中无提纯工艺，存在可控风险，产品纯度难保证，成本高等缺点；硫酸铝氨法是采用工业氢氧化铝为原料，通过硫酸或盐酸溶解制备硫酸铝或氯化铝溶液，然后结晶，再加入氨水，多步结晶，制备硫酸铝氨，或者转化成碳酸铝氨，热分解制备高纯氧化铝。该方法生产过程中释放出大量的二氧化硫或者二氧化碳，环境污染严重；改良拜耳法是以铝酸钠为原料，经脱硅，碳化，焙烧，酸洗等过程后制备高纯氧化铝，此方法成本低，但杂质含量高，纯度相对较低；醇铝法是已原料铝与异丙醇反应制备异丙醇铝，然后提纯，水解，煅烧制备高纯氧化铝，该方法产品纯度高，质量可控，但工艺复杂，流程长，成本很高。

发明内容

本发明的目的在于客服现有技术的不足，提供一种以低成本的拟薄水铝石为原料，制成高纯度氧化铝的制备方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种高纯氧化铝的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步、以拟薄水铝石为原料，加入酸制备铝溶胶溶液A，铝溶胶溶液A中氧化铝浓度为5-30%；

第二步、采用阳离子交换树脂法将第一步中的铝溶胶溶液A进行脱碱处理，得到铝溶胶溶液B；

第三步、在第二步得到的铝溶胶溶液B中加入酸和0.05%-1%的氧化剂，通过氢型阳离子交换树脂薄膜进行过滤分离，得到铝溶胶溶液C；

第四步、将第三步得到的铝溶胶溶液C凝胶化，得到铝凝胶；

第五步、将第四步得到的铝凝胶干燥处理，得到氢氧化铝粉末；

第六步、将氢氧化铝粉末进行烧制处理，得到高纯度氧化铝。

优选的，所述拟薄水铝石从铝盐中制备、铝酸盐中制备或者从醇铝中制备获得。

优选的，所述第一步中的铝溶胶溶液A中氧化铝浓度为10-20%。

优选的，所述第二步中铝溶胶溶液A的脱碱处理需要在PH4.0以下进行脱碱。

优选的，所述第二步中为氢型阳离子交换树脂法。

优选的，所述第三步中氧化剂为过氧化氢，酸为硝酸、乙酸、柠檬酸或者醋酸的一种或多种。

优选的，所述第三步中氢型阳离子交换树脂薄膜形状为强酸性型串珠状、纤维状和十字交叉状的一种。

优选的，所述第四步中凝胶化方法可以为加热铝溶胶溶液C，调整PH值到4.0-8.0让其凝胶化，或者采用长时间放置让其凝胶化。

优选的，所述第五步中干燥处理采用冷冻干燥或者真空干燥处理。

优选的，所述第六步中烧制处理温度为1200-1250摄氏度。

本发明采用低成本的拟薄水铝石为原料，通过脱碱处理、过滤分离处理、胶凝化处理、干燥处理和烧制处理。得到高纯度氧化铝，纯度≧99.999%，大大降低产品成本。

具体实施方式

以下给出实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：第一步，通过醇铝法制成拟薄水铝石为原料，加高纯水，制成氧化铝浓度为6%的铝溶胶溶液A，拟铝溶胶溶液A重量为1000g。铝溶胶溶液A里的氧化铝的浓度最好在5-30%，更好一点的话就在10-20%。该浓度未满2%重量时，后述的第三步里的胶凝就会很难，同时脱水时会需要更多的能量，工业适用性低。另一方面，超过30%重量时，则容易导致第一阶段得到的铝溶胶溶液变得不稳定。根据计算比例很容易获得，将其用高纯水溶解，可以得到上述的最佳的浓度范围。

第二步，给铝溶胶溶液A填充氢型阳离子交换树脂，然后用分离柱子通液脱碱，得到了氧化铝浓度5%，PH值2.5的铝溶胶溶液B，重量为1150g。上述脱碱处理中，最好的是用氢型阳离子交换树脂法。

第三步，在第二步得到的铝溶胶溶液B里再加乙酸，调整PH值为1.0 ； 氧化剂的量的话，根据铝溶胶水溶液B里的氧化铝的重量，添加了2000ppm的过氧化氢。其后，给该铝溶胶溶液B填充了氢型阳离子交换树脂100ml，再用分离柱子通液，得到了除去微量的金属离子的高纯度铝溶胶溶液C。氧化剂为过氧化氢。添加的氧化剂，可以促进铝溶胶溶液B里含有的微量重金属的离子化，促进下一阶段提高重金属除去率。上述氧化剂，用最合适的使用量的0.05%-1%。酸为硝酸，乙酸，醋酸，柠檬酸等，这些酸单独使用或者多种搭配一起使用都是可以的。铝溶胶水溶液B暂且变成酸性，再过一段时间后，就会引起凝胶化现象。像上述那样，加入氧化剂的铝溶胶水溶液B通过氢型阳离子交换树脂薄膜进行分离。该处使用的氢型阳离子交换树脂薄膜，没有特别限定，可以用市场上的强酸性型串珠状的，纤维状的，十字交叉状等的氢型阳离子交换树脂薄膜。通液方法当然也是不设限定的。例如，也可以用众所周知的在圆柱上填充上述氢型阳离子交换树脂来通液的方法，也可以用水铝溶胶和氢型阳离子交换树脂分批方式进行处理等的方法。另外，已使用过的氢型阳离子交换树脂，通常的方法，也就是使用盐酸，硫酸，硝酸等酸，可以再生氢。铝溶胶水溶液B通过氢型阳离子交换树脂薄膜分离处理后，水溶液中的微量重金属，大部分是可以除去的。例如，每一公斤铝溶胶水溶液可以通过氢型阳离子交换树脂膜通液20g~200g就最好了。

第四步，在第三步得到的铝溶胶溶液C里添加氨水，当铝溶胶溶液C的PH值达到3.5时放置室温下，使铝溶胶水溶液全部凝胶化，得到了铝凝胶820g。凝胶方法也没有特别限定，用通常的方法即可。也就是说使用以下方法也可以，例如，加热铝溶胶溶液C的方法；调整铝溶胶溶液的PH值到4.0-8.0让其凝胶化的方法；也可以通过长时间放置促使其凝胶化。铝溶胶水溶液因为是酸性的，要把PH值提高那就需要使用碱剂了。从得到高纯度角度出发，作为碱剂，最好是使用氨或者氨水。

第五步，把该铝凝胶在90℃下干燥10小时，得到了75g的氢氧化铝。

第六步，第五步得到的高纯度氢氧化铝，在1200℃下烧制4小时，得到了高纯度氧化铝。所得到的高纯度氧化铝的分析值在表1中可以看到。

实际例子2：

将实施例1中第一步的醇铝法替换为采用铝盐法制成拟薄水铝石原料，铝溶胶溶液A的氧化铝的浓度变为3.5%，其他跟实际例子1一样，得到了高纯度氧化铝。所得到的高纯度氧化铝的分析值在下记的表1中可以看到。

实际例子3：

将实施例1中第一步的醇铝法替换为铝盐法制成拟薄水铝石原料，铝溶胶溶液A的氧化铝的浓度变为7.5%重量，其他跟实际例子1一样，得到了高纯度氧化铝。所得到的高纯度氧化铝的分析值在下记的表1中可以看到。

实际例子4：

第二步里的脱碱处理，增加一倍离子交换树脂的量，所得到的铝溶胶溶液B的PH值变为4.0, 其他跟实际例子1一样，得到了高纯度氧化铝。所得到的高纯度氧化铝的分析值在下记的表1中可以看到。

实际例子5：

第二步的脱碱处理，用阴阳两离子交换膜和每四张交互配置的电解透析槽，给铝溶胶通3A/d㎡的直流电流进行透析脱碱，直到PH值变为了8.0。其他跟实际例子1相同，得到了高纯度氧化铝粉。所得到的高纯度氧化铝粉的分析值在下记的表1中可以看到。

实际例子6：

第三步里用过氧化氢作为氧化剂，添加100ppm。其他跟实际例子1一样，得到了高纯度氧化铝。所得到的高纯度氧化铝的分析值在下记的表1中可以看到。

实际例子7：

第三步里用过氧化氢作为氧化剂，添加10ppm。其他跟实际例子1一样，得到了高纯度氧化铝粉。所得到的分析值在下记的表1中可以看到。

实际例子8：

第三步里把过氧化氢换为乙酸，使用了2000ppm。其他跟实际例子1一样，得到了高纯度氧化铝粉。所得到的分析值在下记的表1中可以看到。

实际例子9：

第三步里调整PH值用的乙酸换为硝酸，其他跟实际例子1一样，得到了高纯度氧化铝粉。所得到的分析值在下记的表1中可以看到。

实际例子10：

第三步里调整PH值用的乙酸换为柠檬酸，其他跟实际例子1一样，得到了高纯度氧化铝粉。所得到的分析值在下记的表1中可以看到。

在生产实验中为了得到高纯度氧化铝，还产生了一些失败的例子，下面对失败的例子做比较并记录。

比较例子1：

在第三步没有使用过氧化氢，其他跟实际例子1一样，得到了氧化铝。所得到的氧化铝的分析值在下记的表1中可以看到。

比较例子2：

在第三步没有使用酸，其他跟实际例子1一样，得到了氧化铝粉。所得到的分析值在下记的表1中可以看到。

比较例子3：

没有进行第三阶段，其他跟实际例子1一样，得到了氧化铝。所得到的氧化铝的分析值在下记的表1中可以看到。

比较例子4：

醇铝法拟薄水律石的分析值在下记的表1中可以看到。

比较例子5：

铝盐法拟薄水律石的分析值在下记的表1中可以看到。

下列为表1，参照实施例和比较例子得出的氧化铝制备分析：

表1

从表1中可以看出，实施例1-10采用的制备方法制成的氧化铝中含有杂质金属元素数值较小，纯度≧99.999%。比较例1-5中制备的氧化铝杂质金属元素含量较高，得到的氧化铝纯度较低。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高纯氧化铝的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步、以拟薄水铝石为原料，加入酸制备铝溶胶溶液A，铝溶胶溶液A中氧化铝浓度为5-30%；

第二步、采用阳离子交换树脂法将第一步中的铝溶胶溶液A进行脱碱处理，得到铝溶胶溶液B；

第三步、在第二步得到的铝溶胶溶液B中加入酸和0.05%-1%的氧化剂，通过氢型阳离子交换树脂薄膜进行过滤分离，得到铝溶胶溶液C；

第四步、将第三步得到的铝溶胶溶液C凝胶化，得到铝凝胶；

第五步、将第四步得到的铝凝胶干燥处理，得到氢氧化铝粉末；

第六步、将氢氧化铝粉末进行烧制处理，得到高纯度氧化铝。

2.根据权利要求1所述的高纯氧化铝的制备方法，其特征在于：所述拟薄水铝石铝盐中制备、铝酸盐中制备或者从醇铝中制备获得。

3.根据权利要求1所述的高纯氧化铝的制备方法，其特征在于：所述第一步中的铝溶胶溶液A中氧化铝浓度为5-30%。

4.根据权利要求1所述的高纯氧化铝的制备方法，其特征在于：所述第二步中铝溶胶溶液A的脱碱处理需要在PH4.0以下进行脱碱。

5.根据权利要求1所述的高纯氧化铝的制备方法，其特征在于：所述第二步中为氢型阳离子交换树脂法。

6.根据权利要求1所述的高纯氧化铝的制备方法，其特征在于：所述第三步中氧化剂为过氧化氢，酸为硝酸、乙酸、柠檬酸或者醋酸的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的高纯氧化铝的制备方法，其特征在于：所述第三步中氢型阳离子交换树脂薄膜形状为强酸性型串珠状、纤维状和十字交叉状的一种。

8.根据权利要求1所述的高纯氧化铝的制备方法，其特征在于：所述第四步中凝胶化方法可以为加热铝溶胶溶液C，调整PH值到4.0-8.0让其凝胶化，或者采用长时间放置让其凝胶化。

9.根据权利要求1所述的高纯氧化铝的制备方法，其特征在于：所述第五步中干燥处理采用冷冻干燥或者真空干燥处理。

10.根据权利要求1所述的高纯氧化铝的制备方法，其特征在于：所述第六步中烧制处理温度为1200-1250摄氏度。