CN112209415B - 一种高纯超细氧化铝粉生产中醇水回收的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种高纯超细氧化铝粉生产中醇水回收的工艺。一种高纯超细氧化铝粉生产中醇水回收的工艺，采用醇铝水解法生产高纯超细氧化铝粉的生产工艺中，设置有三次水解过程，对每次水解反应后的溶液进行减压蒸馏，得到回收液，回收液不进行醇水分离处理；二次水解反应后得到的所述回收液用于进行一次水解；三次水解反应后得到的所述回收液用于进行二次水解。本发明提供了一种高纯超细氧化铝粉制备过程中高效低成本醇水回收技术，用该方法制备的高纯超细氧化铝粉生产流程短、实现了异丙醇的高效循环，极大程度降低了生产成本，无废液排放，同时可制得纯度≥99.999％、粒径D50<20μm的高纯超细氧化铝粉，且该方法操作简单，环境友好，安全可靠。

Description

一种高纯超细氧化铝粉生产中醇水回收的工艺
技术领域
本发明具体涉及一种高纯超细氧化铝粉生产中醇水回收的工艺。
背景技术
高纯超细氧化铝粉体是纯度在99.99％以上的超微细粉体材料，其纯度高、粒径小，具有多孔性、高分散性、绝缘性、耐热性、高硬度、高亮度、耐磨损性和强耐腐蚀性等特点，一般4N5以上高纯氧化铝系列主要用于LED人造蓝宝石晶体，高级陶瓷，PDP荧光粉以及一些高性能材料。高纯超细氧化铝粉体为高压钠灯管、荧光粉和催化剂载体的必备原料，利用其较小一次粒子特性可降低陶瓷体烧结温度，某些场合还可制成高级坩埚代替价格昂贵的铂金坩埚。
氧化铝陶瓷作为现代工业的基础材料，广泛应用于第三代半导体的气相沉积时的蓝宝石衬底、耐磨陶瓷、高级耐火材料、溅射靶材、军工、新能源锂电池的隔膜、民用高级手表蓝宝石表壳、手机摄像头保护壳等众多的领域。作为氧化铝陶瓷原料的高纯超细氧化铝粉的制备尤为关键。高纯氧化铝粉的制备方法有胆碱水解法、直接水解法、硫酸/碳酸铝铵热解法、改良拜耳法、醇铝水解法等几大方法。硫酸/碳酸铝铵热解法生产过程中排放有毒有害废气废液，严重污染环境；胆碱水解法、改良拜耳法和直接水解法生产纯度无法达到99.999％以上；而醇铝水解法可稳定生产99.999％以上纯度的高纯氧化铝，且生产粉体粒径小，环境友好，适合高纯超细氧化铝粉的制备。但醇铝水解法制备高纯超细氧化铝粉中存在大量的醇水损耗、生产流程长的缺陷，使其成为高成本、低利润的工艺，其高昂的成本使得在高纯超细粉体行业内发展较慢。
现有技术公开了一种高纯氧化铝生产中醇水溶液分离回收的方法，该法将水解后得到的醇水溶液，使用磷酸调节醇水溶液的pH值至中性或弱酸，在初蒸塔中进行常压蒸馏，得到醇水蒸汽，送往片碱吸水塔中吸收醇水蒸汽中的部分水，之后进入分子筛膜分离器进行彻底脱水，达到醇的回收目的。但是，该法的缺点是醇回收过程较长，生产效率低，且回收过程中醇接触的磷酸及片碱会对醇造成一定污染，对于生产高纯度氢氧化铝/氧化铝会造成污染，无法满足高纯度要求，其次分子筛膜分离器设备投资高，处理负荷较重，对设备的损耗较大，不适用于含水量较高的醇水分离使用。
有鉴于此，为解决醇铝水解法制备高纯超细氧化铝粉中存在的大量醇水损耗问题，降低醇铝水解法制备高纯超细氧化铝粉的成本，本发明提出一种新的高纯超细氧化铝粉生产中醇水回收的工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高纯超细氧化铝粉生产中醇水回收的工艺，在现有技术的基础上大大降低了生产成本，操作简单、可执行性高，实现了异丙醇的高效循环，解决了现存技术中生产流程长、成本居高不下带来的产品利润低的缺点。
为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
一种高纯超细氧化铝粉生产中醇水回收的工艺，采用醇铝水解法生产高纯超细氧化铝粉的生产工艺中，设置有三次水解过程，对每次水解反应后的溶液进行减压蒸馏，得到回收液，回收液不进行醇水分离处理；
二次水解反应后得到的所述回收液用于进行一次水解；
三次水解反应后得到的所述回收液用于进行二次水解。
进一步地，所述的一次水解过程中，采用含水量为10-15％的异丙醇，异丙醇中的水与异丙醇铝的质量比为1:5；
所述的二次水解过程中，采用含水量为20-25％的异丙醇，此次加入的异丙醇中的水与一次水解过程中加入的异丙醇铝的质量比为1:3；
所述的三次水解过程中，加入高纯水，高纯水与一次水解过程中加入的异丙醇铝的质量比为1:4。
再进一步地，对所述的一次水解反应后的溶液进行减压蒸馏回收，回收量为一次水解过程中含水异丙醇加入量的60-70％；
对所述的二次水解反应后的溶液进行减压蒸馏回收，回收量为一次水解过程中含水异丙醇加入量的90-100％；
对所述的三次水解反应后的溶液进行减压蒸馏，至干燥。
再进一步地，对所述的一次水解反应后的溶液进行减压蒸馏回收，回收量为一次水解过程中含水异丙醇加入量的70％；
对所述的二次水解反应后的溶液进行减压蒸馏回收，回收量为一次水解过程中含水异丙醇加入量的100％。
再进一步地，所述的一次水解反应后得到的回收液为无水异丙醇；
所述的二次水解反应后得到的回收液为含水量为10-15％的异丙醇；
所述的三次水解反应后得到的回收液为含水量为20-25％的异丙醇。
再进一步地，所述的一次水解反应后得到的回收液为无水异丙醇，用于与铝合成异丙醇铝。
进一步地，所述的减压蒸馏的温度为90℃。
进一步地，所述的一次水解的反应时间为1h；
所述的二次水解的反应时间为1h；
所述的三次水解的反应时间为0.5h。
一种高纯氢氧化铝粉，采用上述的工艺生产，所述的高纯氢氧化铝粉纯度不小于99.9995％。
一种高纯超细氧化铝粉，采用上述的工艺生产，所述的高纯超细氧化铝粉纯度不小于99.9995％，粒径D50小于20μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明能够实现高纯超细氧化铝粉制备过程中高效的回收醇，实现醇的内部自循环，具有生产流程短、成本低、过程无废液排放、环境友好的优点，最终的氧化铝粉产品纯度达到99.9995％以上，粒径D50在20μm以下，可用于高纯超细氧化铝粉的工业化大规模连续型生产。
2、本发明与现有技术相比，打破传统的醇水分离方式，摒弃现有醇水分离环节，通过工艺优化改进让含水醇在水解过程中达到醇水的进出平衡，实现醇的内部无限自循环，同时无废液排放，对环境友好，又能制备出纯度99.9995％以上、粒径D50在20μm以下高纯超细氧化铝粉，在醇铝水解法行业中还未出现此技术。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明一种高纯超细氧化铝粉生产中醇水回收的工艺，达到预期发明目的，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种高纯超细氧化铝粉生产中醇水回收的工艺，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
在详细阐述本发明一种高纯超细氧化铝粉生产中醇水回收的工艺之前，有必要对本发明中提及的相关方法做进一步说明，以达到更好的效果。
醇铝水解法，主要过程为铝和异丙醇通过合成、提纯、水解干燥后形成氢氧化铝粉，再通过焙烧加工，制成高纯超细氧化铝粉。
醇铝水解法使用的原料为高纯铝及异丙醇，此两者价格昂贵，醇极大程度的消耗造成此法生产成本较高，目前行业内均采用醇回收技术，故醇的回收能力是使用此法生产高纯氧化铝成本高低的关键点。现有醇回收技术一般采用三次水解，第一步利用醇铝盐自身吸水反应特性使用含水量10-15％的异丙醇作为水解液，同时完成醇铝盐的水解反应，并进行无水醇的回收，用于合成工序；第二步使用含水量20-25％的异丙醇作为二次水解液，完成氢氧化铝粉的细化及水解未反应完全的异丙醇铝，回收含水量较低的异丙醇进行醇水分离，用于一次水解；第三步添加高纯水对物料中的残留醇进行洗涤，回收醇水混合物进行醇水分离，并对物料进行干燥产出氢氧化铝。在醇回收过程中二次水解回收液及三次水解回收液均需进行醇水分离后才能满足一次水解液和二次水解液的含水量要求，而醇水分离过程延长了生产时间，增加了生产成本，劳动强度高，产生了大量废液。
在了解了本发明中提及的相关方法之后，下面将结合具体的实施例，对本发明一种高纯超细氧化铝粉生产中醇水回收的工艺做进一步的详细介绍：
本发明的技术方案为：
一种高纯超细氧化铝粉生产中醇水回收的工艺，采用醇铝水解法生产高纯超细氧化铝粉的生产工艺中，设置有三次水解过程，对每次水解反应后的溶液进行减压蒸馏，得到回收液，回收液不进行醇水分离处理；
二次水解反应后得到的所述回收液用于进行一次水解；
三次水解反应后得到的所述回收液用于进行二次水解。
优选地，所述的一次水解过程中，采用含水量为10-15％的异丙醇，异丙醇中的水与异丙醇铝的质量比为1:5；
所述的二次水解过程中，采用含水量为20-25％的异丙醇，此次加入的异丙醇中的水与一次水解过程中加入的异丙醇铝的质量比为1:3；
所述的三次水解过程中，加入高纯水，高纯水与一次水解过程中加入的异丙醇铝的质量比为1:4。
上述所有异丙醇均为当次水解加入的异丙醇，不包含其前一次或后一次的。
进一步优选地，对所述的一次水解反应后的溶液进行减压蒸馏回收，回收量为一次水解过程中含水异丙醇加入量的60-70％。
对所述的二次水解反应后的溶液进行减压蒸馏回收，回收量为一次水解过程中含水异丙醇加入量的90-100％。
对所述的三次水解反应后的溶液进行减压蒸馏，至干燥。
一次水解回收量为60-70％，体系中剩余异丙醇进入二次水解的体系中，在二次水解过程中加入含水率高的异丙醇，在反应后可回收到含水量为10-15％的异丙醇。
为保证满足一次水解加入量及控制三次水解回收液的含水量，二次水解回收量为90-100％，体系中剩余的异丙醇和水进入三次水解体系中，在三次水解过程中加入水，保证异丙醇铝完全反应掉，且减少氢氧化铝粉的异丙醇残留，及调节三次水解回收液的含水量。
通过对一、二次水解时异丙醇铝与异丙醇中含有水的比例及一、二次异丙醇回收量的控制，同时对三次水解加水量的控制，可以保证三次水解直至干燥后回收液的含水量可以达到20-25％，满足二次水解液的指标。
进一步优选地，对所述的一次水解反应后的溶液进行减压蒸馏回收，回收量为一次水解过程中含水异丙醇加入量的70％；
对所述的二次水解反应后的溶液进行减压蒸馏回收，回收量为一次水解过程中含水异丙醇加入量的100％。
进一步优选地，所述的一次水解反应后得到的回收液为无水异丙醇；
所述的二次水解反应后得到的回收液为含水量为10-15％的异丙醇；
所述的三次水解反应后得到的回收液为含水量为20-25％的异丙醇。
进一步优选地，所述的一次水解反应后得到的回收液为无水异丙醇，用于与铝合成异丙醇铝。
优选地，所述的减压蒸馏的温度为90℃。
优选地，所述的一次水解的反应时间为1h；
所述的二次水解的反应时间为1h；
所述的三次水解的反应时间为0.5h。
一种高纯氢氧化铝粉，采用上述的工艺生产，所述的高纯氢氧化铝粉纯度不小于99.9995％。
一种高纯超细氧化铝粉，采用上述的工艺生产，所述的高纯超细氧化铝粉纯度不小于99.9995％，粒径D50小于20μm。
本发明的技术方案中二次水解回收液含水量在10-15％之间，不需进行醇水分离，可直接用于一次水解作为一次水解液使用；三次水解回收液含水量在20-25％之间，不需进行醇水分离，可直接用于二次水解作为二次水解液使用。本发明的工艺实现了异丙醇在水解工序的无限内循环，并且无醇水分离环节，无废液排放。
实施例1.
具体操作步骤如下：
(1)向水解干燥多功能一体机中加入267kg的含水量为15％的异丙醇；
(2)根据含水异丙醇中的水与异丙醇铝的质量比为1:5，加入200kg的异丙醇铝；
(3)打开搅拌，搅拌1h；
(4)再打开90℃热水夹套阀门，开加热，通过减压蒸馏冷凝回收无水醇；
(5)回收无水异丙醇质量达到一次水解过程中含水异丙醇加入量的60％，即160kg时，停止搅拌，关加热；
(6)二次水解：加入267kg的含水量为25％的异丙醇，即此次加入的含水异丙醇中水的质量与一次水解过程中异丙醇铝加入量(200kg)的质量比为1：3；
(7)打开搅拌，搅拌1h；
(8)再打开90℃热水夹套阀门，开加热，通过减压蒸馏冷凝回收二次水解液，回收液质量到240kg时，即为一次水解液过程中含水异丙醇加入量的90％时，停止回收，停搅拌，关加热，此时回收液含水量为13％；
(9)三次水解：加入50kg高纯水，即高纯水与一次水解过程中加入的异丙醇铝的质量比为1：4；
(10)打开搅拌，搅拌0.5h；
(11)再打开90℃热水夹套阀门，开加热通过减压蒸馏冷凝回收三次水解液，直至干燥。
整个水解过程耗时14h完成，所的二次水解回收液含水量为13％，三次水解回收液含水量为22％，氢氧化铝粉纯度99.9997％，经过1100℃焙烧后，氧化铝粉纯度99.9995％，粒径D50为19.525μm。
实施例2.
具体操作步骤如下：
(1)向水解干燥多功能一体机中加入600kg的含水量为10％的异丙醇；
(2)根据含水异丙醇中的水与异丙醇铝的质量比为1:5，加入300kg的异丙醇铝；
(3)打开搅拌，搅拌1h；
(4)再打开90℃热水夹套阀门，开加热，通过减压蒸馏冷凝回收无水醇；
(5)回收无水异丙醇质量达到一次水解过程中含水异丙醇加入量的70％，即420kg时，停止搅拌，关加热；
(6)二次水解：加入455kg的含水量为22％的异丙醇，即此次加入的含水异丙醇中水的质量与一次水解过程中异丙醇铝加入量(300kg)的质量比为1：3；
(7)打开搅拌，搅拌1h；
(8)再打开90℃热水夹套阀门，开加热，通过减压蒸馏冷凝回收二次水解液，回收液质量到600kg时，即为一次水解液过程中含水异丙醇加入量的100％时，停止回收，停搅拌，关加热，此时回收液含水量为11％；
(9)三次水解：加入高纯水75kg，即高纯水与一次水解过程中加入的异丙醇铝的质量比为1：4；
(10)打开搅拌，搅拌0.5h；
(11)再打开90℃热水夹套阀门，开加热，通过减压蒸馏冷凝回收三次水解液，直至干燥。
整个水解过程耗时18h完成，所的二次水解回收液含水量为11％，三次水解回收液含水量为23％，氢氧化铝粉纯度99.9996％，经过1100℃焙烧后，氧化铝粉纯度99.9995％，粒径D50为17.168μm。
本发明是通过对加入的异丙醇铝与一、二次异丙醇中含有水及三次高纯水的比例的控制，和一次、二次回收量的控制，使得二次水解回收液含水量满足一次水解液要求，三次水解回收液含水量满足二次水解液要求，实现了异丙醇在异丙醇铝水解体系内部自循环，直接省去了醇水分离环节，极大程度降低了成本，无废液排放，对环境友好。
以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种高纯超细氧化铝粉生产中醇水回收的工艺，其特征在于，采用醇铝水解法生产高纯超细氧化铝粉的生产工艺中，设置有三次水解过程，对每次水解反应后的溶液进行减压蒸馏，得到回收液，回收液不进行醇水分离处理；
二次水解反应后得到的所述回收液用于进行一次水解；
三次水解反应后得到的所述回收液用于进行二次水解；
其中，所述的一次水解过程中，采用含水量为10-15％的异丙醇，异丙醇中的水与异丙醇铝的质量比为1:5；
所述的二次水解过程中，采用含水量为20-25％的异丙醇，此次加入的异丙醇中的水与一次水解过程中加入的异丙醇铝的质量比为1:3；
所述的三次水解过程中，加入高纯水，高纯水与一次水解过程中加入的异丙醇铝的质量比为1:4；
对所述的一次水解反应后的溶液进行减压蒸馏回收，回收量为一次水解过程中含水异丙醇加入量的60-70％；
对所述的二次水解反应后的溶液进行减压蒸馏回收，回收量为一次水解过程中含水异丙醇加入量的90-100％；
对所述的三次水解反应后的溶液进行减压蒸馏，至干燥。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，
对所述的一次水解反应后的溶液进行减压蒸馏回收，回收量为一次水解过程中含水异丙醇加入量的70％；
对所述的二次水解反应后的溶液进行减压蒸馏回收，回收量为一次水解过程中含水异丙醇加入量的100％。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，
所述的一次水解反应后得到的回收液为无水异丙醇；
所述的二次水解反应后得到的回收液为含水量为10-15％的异丙醇；
所述的三次水解反应后得到的回收液为含水量为20-25％的异丙醇。
4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，
所述的一次水解反应后得到的回收液为无水异丙醇，用于与铝合成异丙醇铝。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，
所述的减压蒸馏的温度为90℃。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，
所述的一次水解的反应时间为1h；
所述的二次水解的反应时间为1h；
所述的三次水解的反应时间为0.5h。
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