CN112678854A

CN112678854A - 一种低钠微晶α氧化铝的制备方法

Info

Publication number: CN112678854A
Application number: CN202110122670.0A
Authority: CN
Inventors: 赵善雷; 齐波; 王少武; 常帅
Original assignee: Chalco Shandong Co ltd
Current assignee: Chalco Shandong Co ltd
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2021-04-20

Abstract

本发明特别涉及一种低钠微晶α氧化铝的制备方法，属于无机非金属材料合成技术领域，方法包括：获取原料，原料包括氢氧化铝或氧化铝；将脱钠剂和煅烧助剂混合与原料，获得煅烧混合料，脱钠剂的有效成分包括二氧化硅；将煅烧混合料进行煅烧，冷却后获得低钠微晶α氧化铝；制得的低钠微晶α氧化铝具有独特的优良性能，化学纯度高、原晶粒度小、易粉磨、流动性佳，陶瓷烧结温度更低，易于烧结收缩成致密陶瓷体；整个工艺避免了外来物质的不利影响，如大量矿化剂对产品和环境的污染；且采用的脱钠剂成本低，可以多次重复使用。

Description

一种低钠微晶α氧化铝的制备方法

技术领域

本发明属于无机非金属材料合成技术领域，特别涉及一种低钠微晶α氧化铝的制备方法。

背景技术

低钠微晶α氧化铝是特种结构陶瓷、功能陶瓷不可替代的关键基础原料，广泛应用于电子电力、冶金化工、机械、能源、环保等行业，而且在航天航空、无线通讯、半导体、芯片封装、消费电子、国防军工等高科技领域及新型产业中也获得越来越多的应用。

为实现低钠微晶α氧化铝，目前的方法大致包括在真空条件下煅烧、酸洗、或是直接矿化脱钠煅烧等。申请人在发明过程中发现：真空条件下煅烧脱钠对设备要求苛刻，成本也相应上升；酸洗脱钠并不彻底，一般产品Na₂O≥0.10％；直接矿化煅烧需要大量矿化剂的参与，与钠离子反应形成气态的含钠化合物，在窑内形成严重的循环载荷，造成原晶粒度的异常长大，残留在α氧化铝中的矿化剂也会给陶瓷制品的生产带来副作用。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的低钠微晶α氧化铝的制备方法。

本发明实施例提供一种低钠微晶α氧化铝的制备方法，所述方法包括：

获取原料，所述原料包括氢氧化铝或氧化铝；

将脱钠剂和煅烧助剂混合与所述原料，获得煅烧混合料，所述脱钠剂的有效成分包括二氧化硅；

将所述煅烧混合料进行煅烧，冷却后获得所述低钠微晶α氧化铝。

可选的，以重量计，所述二氧化硅占所述脱钠剂的30％以上。

可选的，以重量计，所述脱钠剂的加入量占所述原料的0.5％-10％(折合氧化铝重量计)。

可选的，所述脱钠剂的粒度为20目-30目。

可选的，所述煅烧助剂为卤代化合物和/或硼化合物；以重量计，所述煅烧助剂的加入量占所述原料的0.05％-1％(折合氧化铝重量计)。

可选的，所述卤代化合物为氟化合物和/或氯化合物；

所述氟化合物包括氟化铝、氟化铵和氟化钙中的至少一种；

所述氯化合物包括氯化铵和氯化镁中的至少一种。

可选的，所述硼化合物为硼酸或有机硼化物。

可选的，所述将所述煅烧混合料进行煅烧中，煅烧温度控制在1250℃-1500℃，煅烧时间控制在1h-4h。

可选的，以重量计，所述氢氧化铝中含有0.1％-0.35％的Na₂O；

所述氧化铝中含有0.2％-0.55％的Na₂O。

可选的，所述方法还包括：所述低钠微晶α氧化铝过筛以分离所述脱钠剂。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供的低钠微晶α氧化铝的制备方法，包括：获取原料，所述原料包括氢氧化铝或氧化铝；将脱钠剂和煅烧助剂与原料混合，获得煅烧混合料，脱钠剂的有效成分包括二氧化硅；将煅烧混合料进行煅烧，冷却后获得所述低钠微晶α氧化铝；制得的低钠微晶α氧化铝具有独特的优良性能，化学纯度高、原晶粒度小、易粉磨、流动性佳，进而使得陶瓷烧结温度更低，易于烧结收缩成致密陶瓷体；整个工艺避免了外来物质的不利影响，如大量矿化剂对产品和环境的污染；且采用的脱钠剂成本低，可以多次重复使用，因此本申请提供的方法是一种制备低钠微晶α氧化铝的理想工艺。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的工艺流程图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

为实现低钠微晶α氧化铝，目前的方法大致包括在真空条件下煅烧、酸洗、或是直接矿化脱钠煅烧等。申请人在发明过程中发现：真空条件下煅烧脱钠对设备要求苛刻，成本也相应上升；酸洗脱钠并不彻底，一般产品Na₂O≥0.10％；而直接矿化煅烧需要大量矿化剂的参与，与钠离子反应形成气态的含钠化合物，在窑内形成严重的循环载荷，造成原晶粒度的异常长大，残留在α氧化铝中的矿化剂也会给陶瓷制品的生产带来副作用；为此，申请人对低钠微晶α氧化铝的制备工艺进行了大量研究，本申请实施例意在提供一种成本经济可行、稳定可靠、环境友好的生产高品质的低钠微晶α氧化铝的制备方法。

根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种低钠微晶α氧化铝的制备方法，所述方法包括：

S1.获取原料，所述原料包括氢氧化铝或氧化铝；

S2.将脱钠剂和煅烧助剂混合与所述原料，获得煅烧混合料，所述脱钠剂的有效成分包括二氧化硅；

S3.将所述煅烧混合料进行煅烧，冷却后获得所述低钠微晶α氧化铝；

S4.低钠微晶α氧化铝过筛以分离所述脱钠剂。

氢氧化铝或氧化铝原料高温煅烧时，伴随向α晶相的转化，晶体由铝氧四面体结构向八面体结构转变，在结构重排过程中，晶间钠离子逐渐游离到氧化铝颗粒表面，并在高于1150℃的热场环境下，逐渐气化升华为气态钠，同时，脱钠剂，在高于870℃时，由稳定相的石英转化为高活性的鳞石英、方石英，SiO₂的相变导致其晶粒表面积异常增大、活性迅速升高，可以高效吸附气态钠离子并与之反应生成硅酸钠或是铝硅酸钠，致使钠离子与氧化铝脱除分离，最终实现深度净化；采用本方法制得的低钠微晶α氧化铝中的Na₂O可稳定到0.05％以下，具有独特的优良性能，化学纯度高；且由于大大减少了矿化剂的加入量，原晶粒度可稳定到2μm以下，产品原晶粒度小、易粉磨、流动性佳，进而使得陶瓷烧结温度更低，易于烧结收缩成致密陶瓷体；整个工艺避免了外来物质的不利影响，如大量矿化剂对产品和环境的污染；且采用的脱钠剂成本低，可以多次重复使用。

作为一种可选的实施方式，以重量计，所述二氧化硅占所述脱钠剂的30％以上；脱钠剂的加入量占所述原料的0.5％-10％(折合氧化铝重量计)，更优化的，脱钠剂的加入量占所述原料的1％-5％；脱钠剂的粒度为20目-30目。

脱钠剂的选择主要依赖于被处理的原料、深度脱钠剂的品种、颗粒尺寸、煅烧温度等因素。深度脱钠剂必须在高温条件下能够与钠离子结合，必须含有足量的硅化合物，需要说明的是，脱钠剂最好在加热过程中不会崩碎，以便于脱钠反应后颗粒仍保持完整并足够坚固，可以与产品轻松分离。控制二氧化硅占所述脱钠剂的30％以上的原因是:二氧化硅是脱钠的有效成分，含量不能过低。占比值过小的不利影响是：致使α氧化铝煅烧过程中脱钠效果不佳；控制脱钠剂的加入量占所述原料的0.5％-10％的原因是：可以实现最佳脱钠效果，该占比值过大的不利影响是：增加成本，增加硅污染，过小的不利影响是：无法有效地脱钠，达不到低钠微晶α氧化铝产品的性能要求。

作为一种可选的实施方式，煅烧助剂为卤代化合物和/或硼化合物，；以重量计，所述煅烧助剂的加入量占所述原料的0.05％-1％；卤代化合物为氟化合物和/或氯化合物；所述氟化合物包括氟化铝、氟化铵和氟化钙中的至少一种；所述氯化合物包括氯化铵和氯化镁中的至少一种，具体而言，可以选自氟化铝和氟化铵、氟化钙、氯化铵、氯化镁中的一种或多种，所述硼化合物为硼酸或有机硼化物。

煅烧助剂的目的是降低煅烧温度，促进钠离子的气化升华，控制煅烧助剂的加入量占所述原料的0.05％-1％的原因是：降低α氧化铝转相温度的同时控制α氧化铝的原晶粒度，该占比过小的不利影响是：不能发挥矿化煅烧的作用，该占比过大的不利影响是：过量煅烧助剂会造成原晶粒度的异常长大，残留在α氧化铝中的煅烧助剂也会给陶瓷制品的生产带来副作用。

作为一种可选的实施方式，将所述煅烧混合料进行煅烧中，煅烧温度控制在1250℃-1500℃，煅烧时间控制在1h-4h。

作为一种可选的实施方式，以重量计，所述氢氧化铝中含有0.1％-0.35％的Na₂O；所述氧化铝中含有0.2％-0.55％的Na₂O；需要说明的是，原料是冶金级工业氢氧化铝或氧化铝，原料的粒度大小并不重要，且当以氢氧化铝为原料时，可能脱钠效果稍微更好一些，产品的原晶粒度也更细小。

需要说明的是，深度脱钠剂以固体形式添加，无论在煅烧前、煅烧中，都以固体的形式存在，煅烧助剂可以以固体或液体形式添加，两者均需在煅烧前与原料混合均匀，通过控制深度脱钠剂及煅烧助剂的加入量，可以对α氧化铝的Na₂O含量及原晶粒度进行控制，一般Na₂O含量稳定在0.05％以下，原晶粒度稳定在2μm以下。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的低钠微晶α氧化铝的制备方法进行详细说明。需要说明的是，实施例中出现范围值，表示以此范围作等差取点值进行了多次试验，换而言之，以下的一个实施例可能并不仅表示一次实验，可能表示一组实验。

实施例1

S1.以工业氧化铝A(Na₂O含量为0.48％)为原料；

S2.添加1％-5％的深度脱钠剂和0.1％-0.5％的氯化铵(加入量占氧化铝重量％)，其中深度脱钠剂以颗粒形式加入，氯化铵以固体形式加入；

S3.将深度脱钠剂、煅烧助剂与原料混合均匀；以箱式马弗炉在1250-1300℃的温度范围内煅烧，保温1-4h；

S4.煅烧结束自然降温，以40目筛对产品与反应后的深度脱钠剂筛分分离。

实施例2

S1.以工业氧化铝A(Na₂O含量为0.48％)为原料；

S3.将深度脱钠剂、煅烧助剂与原料混合均匀；以箱式马弗炉在1300-1350℃的温度范围内煅烧，保温1-4h；

实施例3

S1.以工业氧化铝B(Na₂O含量0.30％)为原料；

S2.添加1％-3％的深度脱钠剂和0.05％-0.1％的氟化铝(加入量占氧化铝重量％)，其中深度脱钠剂以颗粒形式加入，氟化铝以固体形式加入；

S3.将深度脱钠剂、煅烧助剂与原料混合均匀；以箱式马弗炉在1350-1500℃的温度范围内煅烧，保温1-4h；

实施例4

S1.以工业氢氧化铝C(Na₂O含量0.30％)为原料；

S2.添加1％-5％的深度脱钠剂和0.1％-0.5％的硼酸(加入量占氧化铝重量％)，其中深度脱钠剂以颗粒形式加入，硼酸以液体均匀喷洒的形式加入；

S3.将深度脱钠剂、煅烧助剂与原料混合均匀；以箱式马弗炉在1300～1400℃的温度范围内煅烧，保温1-4h；

实施例5

S1.以工业氢氧化铝D(Na₂O含量0.10％)为原料；

S2.添加1％-3％的深度脱钠剂和0.05％-0.3％的硼酸(加入量占氧化铝重量％)，其中深度脱钠剂以颗粒形式加入，硼酸以固体形式加入；

S3.将深度脱钠剂、煅烧助剂与原料混合均匀；以箱式马弗炉在1250-1320℃的温度范围内煅烧，保温1-4h；

实施例6

S1.以工业氢氧化铝C(Na₂O含量0.30％)为原料；

S2.以固体形式添加0.1％-0.5％硼酸(加入量占氧化铝重量％)；再添加5％(折合氧化铝重量％)的深度脱钠剂A(二氧化硅含量55％)；

S3.将深度脱钠剂、煅烧助剂与原料混合均匀；以箱式马弗炉在1300-1400℃的温度范围内煅烧，保温1-4h；

实施例7

S1.以工业氢氧化铝C(Na₂O含量0.30％)为原料；

S2.以固体形式添加0.1％-0.5％硼酸(加入量占氧化铝重量％)；再添加5％(折合氧化铝重量％)的深度脱钠剂B(二氧化硅含量98％)；

实施例8

S1.以工业氧化铝B(Na₂O含量0.30％)为原料；

S2.添加0.5％的深度脱钠剂和0.05％-0.1％的氟化铝(加入量占氧化铝重量％)，其中深度脱钠剂以颗粒形式加入，氟化铝以固体形式加入；

实施例9

S1.以工业氧化铝B(Na₂O含量0.30％)为原料；

S2.添加10％的深度脱钠剂和0.05％-0.1％的氟化铝(加入量占氧化铝重量％)，其中深度脱钠剂以颗粒形式加入，氟化铝以固体形式加入；

对比例1

S1.以工业氧化铝B(Na₂O含量0.30％)为原料；

S2.添加0.1％的深度脱钠剂和0.05％-0.1％的氟化铝(加入量占氧化铝重量％)，其中深度脱钠剂以颗粒形式加入，氟化铝以固体形式加入；

对比例2

S1.以工业氧化铝B(Na₂O含量0.30％)为原料；

S2.添加11％的深度脱钠剂和0.05％-0.1％的氟化铝(加入量占氧化铝重量％)，其中深度脱钠剂以颗粒形式加入，氟化铝以固体形式加入；

实验例

将实施例1-9和对比例1-2制得的α氧化铝进行检测，测试结果如下表所示。

	产品平均Na<sub>2</sub>O含量	产品原晶粒度D<sub>50</sub>
			实施例1	0.06％左右	≤1.5μm
实施例2	≤0.05％	≤1.5μm
			实施例3	≤0.04％	≤2.0μm
实施例4	≤0.04％	≤1.7μm
			实施例5	≤0.04％	≤1.5μm
实施例6	≤0.04％	≤1.8μm
			实施例7	≤0.04％	≤1.8μm
实施例8	≤0.04％	≤2.0μm
			实施例9	≤0.04％	≤1.9μm
对比例1	≤0.2％	≤2.3μm
			对比例2	≤0.04％	≤1.μm

由表中数据可得，通过实施例数据可得，本申请实施例提供的方法制备的α氧化铝的Na₂O含量稳定在0.05％左右，原晶粒度稳定在2μm以下，通过实施例6和7的数据可得，采用二氧化硅含量在55％和98％的脱钠剂，最终的产品具有近乎相同的性质；通过实施例数据和对比例数据可得，原料Na₂O含量越高，所需脱钠剂和助剂掺量也会相应变大；温度越高脱钠效果越好；脱钠剂掺加量在超过一定限度后继续掺加，并不会进一步降低产品Na₂O含量；脱钠剂掺量不足会影响煅烧过程中α氧化铝的脱钠效果。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：

(1)本发明实施例中，制备的低钠微晶α氧化铝具有独特的优良性能，化学纯度高、原晶粒度小、易粉磨、流动性佳，陶瓷烧结温度更低，易于烧结收缩成致密陶瓷体。；

(2)本发明实施例提供的低钠微晶α氧化铝的制备方法，减少了外来物质的不利影响，如大量矿化剂对产品和环境的污染。深度脱钠剂成本低，可以多次重复使用；

(3)本发明实施例制备的α氧化铝尤其适用于特种结构陶瓷、功能陶瓷等各种先进陶瓷领域；

(4)本发明实施例提供的低钠微晶α氧化铝的制备方法，经济可行、稳定可靠、环境友好。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种低钠微晶α氧化铝的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

获取原料，所述原料包括氢氧化铝或氧化铝；

2.根据权利要求1所述的低钠微晶α氧化铝的制备方法，其特征在于，以重量计，所述二氧化硅占所述脱钠剂的30％以上。

3.根据权利要求1所述的低钠微晶α氧化铝的制备方法，其特征在于，以重量计，所述脱钠剂的加入量占所述原料的0.5％-10％。

4.根据权利要求1所述的低钠微晶α氧化铝的制备方法，其特征在于，以重量计，所述脱钠剂的加入量占所述原料的1％-5％。

5.根据权利要求1所述的低钠微晶α氧化铝的制备方法，其特征在于，所述脱钠剂的粒度为20目-30目。

6.根据权利要求1所述的低钠微晶α氧化铝的制备方法，其特征在于，所述煅烧助剂为卤代化合物和/或硼化合物；以重量计，所述煅烧助剂的加入量占所述原料的0.05％-1％。

7.根据权利要求6所述的低钠微晶α氧化铝的制备方法，其特征在于，所述卤代化合物为氟化合物和/或氯化合物；

所述氟化合物包括氟化铝、氟化铵和氟化钙中的至少一种；

所述氯化合物包括氯化铵和氯化镁中的至少一种；

所述硼化合物为硼酸或有机硼化物。

8.根据权利要求1所述的低钠微晶α氧化铝的制备方法，其特征在于，所述将所述煅烧混合料进行煅烧中，煅烧温度控制在1250℃-1500℃，煅烧时间控制在1h-4h。

9.根据权利要求1所述的低钠微晶α氧化铝的制备方法，其特征在于，以重量计，所述氢氧化铝中含有0.1％-0.35％的Na₂O；

所述氧化铝中含有0.2％-0.55％的Na₂O。

10.根据权利要求1所述的低钠微晶α氧化铝的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：所述低钠微晶α氧化铝过筛以分离所述脱钠剂。