CN112939039A - 一种低钠拟薄水铝石的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无机材料制备技术领域，提供了一种低钠拟薄水铝石的制备方法。本发明的拟薄水铝石中杂质含量低，制备方法是以原铝或精制高纯铝为原料，淋洗干燥后先与醇反应生成铝醇盐，筛网过滤固体颗粒后进行水解，然后蒸发水解产生的醇获得粗制拟薄水铝石。向粗制拟薄水铝石中加入一定量去离子水和分散剂，在50℃至250℃下处理2～12h，获得拟薄水铝石的分散液，高速离心去除分散液中的沉淀物，再将净化后分散液经喷雾干燥获得低钠拟薄水铝石。本发明减少传统工艺复杂的人工操作，降低操作成本，易于实现连续大规模生产，为高端催化剂和电子元器件提供合适纯度的原料。

Description

一种低钠拟薄水铝石的制备方法
技术领域
本发明属于无机功能材料制备技术领域，特别涉及到一种低钠拟薄水铝石的制备方法。
背景技术
拟薄水铝石是一种重要的精细化学品，可用作活性氧化铝的前驱体、催化剂载体的原料和粘结剂、精细陶瓷原料和粘结剂、精细磨料的原料，等等。常见的拟薄水铝石合成方法为无机铝盐沉淀法和铝醇盐水解法。
采用无机铝盐为原料时，产品中难以避免出现Na杂质含量偏高的问题(Na2O计，杂质含量为数百ppm以上)，其原因是无机铝盐多数采用拜耳法的原料制得(涉及到铝酸钠)，产品中Na元素杂质会致高温下催化剂载体比表面积下降，也可能影响催化剂活性等；为了提高催化剂使用寿命，一些催化剂需要严格控制所用原料中的钠杂质含量。另外，钠杂质也会影响氧化铝精细陶瓷类制品的机械性能。以铝醇盐为原料(异丙醇铝、仲丁醇铝等)能够合成低钠的拟薄水铝石，因为铝醇盐一般采用低钠的金属铝(钠含量在几个到几十个ppm，通常只有几个ppm)为原料。但遗憾的是，铝醇盐合成过程比较复杂，常用的铝醇盐(如异丙醇铝或仲丁醇铝)需要采用加热蒸馏，而铝醇盐在加热条件下容易热解；实际生产中，用于加热蒸馏铝醇盐的蒸馏釜很容易出现“热解粘锅”问题，需要人工将“污垢”铲出，这造成铝醇盐法制备拟薄水铝石过程复杂，周期长，人工成本和操作成本高昂。近年来，铝醇盐精制也发展出离心分离，过滤分离和沉降分离的方式，但是由于铝醇盐易水解、固化、粘度大的特性，在实际操作中这些方法实施也遇到诸多困难。
本发明在醇盐水解技术的基础上，提出一种低钠拟薄水铝石的制备方法，解决现有铝醇盐法制备低钠拟薄水铝石过程复杂、成本高的问题，为高端催化剂和精细陶瓷材料提供高性价比的原材料。
发明内容
发明要解决的问题
本申请发明人针对上述课题反复进行深入研究，结果发现：工业原铝中钠杂质含量通常低于100ppm，多数情况下只有几个ppm；原铝中常见杂质铁和硅虽然有数千ppm，但不与醇直接反应；金属铝和醇反应后残留下铁、硅、硅铁合金、铁铝合金等杂质的细粉；在pH>3.9的条件下，加入合适的分散剂拟薄水铝石会均匀分散在水体系中，而铁，硅杂质及其衍生产物形式沉淀。本发明鉴于实际情况而提出采用滤网去除粗制铝醇盐中的固体颗粒，再水解、分散和高速离心去除铁和硅等杂质，干燥分散液制成低钠拟薄水铝石。
本发明的目的是提供一种低钠拟薄水铝石的制备方法，满足催化和光电中领域对拟薄水铝石纯度的要求。
本发明的技术方案：
一种低钠拟薄水铝石的制备方法，所述的拟薄水铝石的杂质含量低(Na2O含量低于0.002wt.％，Fe2O3含量低于0.015wt.％，SiO2含量低于0.015wt.％)；具体制备步骤如下：
步骤1.将金属铝用去离子清洗后在50～150℃下进行干燥2～6h，然后将清洗过的金属铝与醇、催化剂按照质量比100：100～500：1～20进行混合，加热回流2～24h后将所得混合物用80～150目滤网进行分离，分离后的液体为的粗制铝醇盐；
步骤2.将步骤1所得铝醇盐与去离子水以质量比4:1～1:1混合搅拌均匀(10～300r/min,搅拌1h～6h)，然后在50～250℃下加热蒸发水解产生的醇，所得固体为的粗制拟薄水铝石；
步骤3.将步骤2所得拟薄水铝石与去离子水(质量比1:1～1:5)、分散剂混合搅拌均匀后在50～250℃温度条件下处理2～12h，然后将所得混合物在不低于3000r/min的条件下进行高速离心分离，分离获得拟薄水铝石的分散液；
步骤4.将步骤3所获分散液在90～350℃下进行喷雾干燥，干燥所获固体颗粒即为低钠拟薄水铝石。
所述分散剂为聚丙烯酸铵，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇1000，聚乙二醇2000，聚乙二醇4000，聚乙二醇10000，聚乙二醇20000，EO-PO型聚醚Pluronic F127(F127)，聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物(P123)，65wt.％～68wt.％的浓硝酸，C8以下水溶性一元有机酸，C8以下水溶性二元有机酸，C8以下水溶性三元有机酸中一种或两种以上混合物，分散剂与粗制拟薄水铝石的质量比小于1:10；
所述步骤3处理后分散液pH>3.9；
所述金属铝为原铝或由原铝精制的高纯铝经加工而成的铝粒，铝豆，铝片，铝刨花，铝条，铝段，铝屑中的一种；
所述醇为异丙醇，催化剂为异丙醇铝；
所述醇为仲丁醇，催化剂为三氯化铝，氯化汞，金属汞中的一种；
所述步骤3中加热蒸发水解产生醇的方法为真空干燥，氮气循环密闭闪蒸中的一种。
本发明的有益效果：以合成的粗制铝醇盐为原料进行水解，不必进行繁琐的精制提纯，避免铝醇盐热解、水解和固化，减少复杂的人工操作；使拟薄水铝石分散于水中，铁、硅等杂质形成为易沉降的微粒，将易水解和热解的醇盐提纯变为稳定水性分散系离心分离，易于实现连续大规模生产。
附图说明
图1为具体实施例1产品的XRD谱图
图2为具体实施例2产品的XRD谱图
具体实施方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例1
取90g铝粒(由原铝切割而成)用去离子水淋洗，然后在80℃烘箱中干燥4h；干燥后的铝粒放入到容积1L的三口烧瓶中，向该三口烧瓶中加入360g异丙醇，10g异丙醇铝。将三口烧瓶内物料加热并回流4h；然后将所得产品(粗制异丙醇铝396g，灰黑色)由三口烧瓶通过100目筛网倒入1L三口烧瓶中，机械搅拌下(120r/min)向三口烧瓶中再加入120g去离子水，继续搅拌2h后将产物转入真空烘箱中，在60℃真空干燥4h；取干燥所得固体(130g，灰黑色)放入500mL水热釜中，加入250g去离子水、10g醋酸，1g聚乙烯醇混合均匀后，在160℃条件下水热处理4h；所得产品4000r/min离心3min，上层分散液(pH＝4.2)收集后在喷雾干燥器中干燥，进风温度为200℃，出风温度为100℃，所得干燥产品为低钠拟薄水铝石(白色)，Na2O含量为15ppm，Fe2O3含量为56ppm,SiO2含量为130ppm。产品的XRD谱图参见图1。
实施例2
取90kg铝粒(由原铝切割而成)用去离子水淋洗，然后在80℃烘箱中干燥4h；干燥后的铝粒放入到容积1000L的反应釜中，向该反应釜中加入360kg异丙醇，10kg异丙醇铝。将反应釜内物料加热并回流4h；然后将所得产品(粗制异丙醇铝400kg)由反应釜底部通过150目筛网导入1000L水解釜中；机械搅拌下(40r/min)向水解釜中再加入120kg去离子水，继续搅拌2h后将产物通过氮气循环闪蒸干燥机干燥(干燥器进气温度为200℃，出气温度为70℃)；取干燥所得粉体(灰色粉体，132kg)放入500L反应釜中，加入250kg去离子水、4kg浓硝酸(68wt.％)，1kg聚乙二醇2000混合均匀后，在105℃条件下回流处理2h，所得产品(pH＝3.93)通过管式离心机16000r/min连续离心分离，收集分散液后在喷雾干燥器中干燥(干燥机进风温度为320℃，出风温度为100℃)；所得干燥产品为低钠拟薄水铝石(白色)，Na2O含量为12ppm，Fe2O3含量为45ppm,SiO2含量为115ppm。产品的XRD谱图参见图2。
实施例3
取90g铝粒(由原铝切割而成)用去离子水淋洗，然后在80℃烘箱中干燥4h；干燥后的铝粒放入到容积1L的三口烧瓶中，向该三口烧瓶中加入444g仲丁醇，10g三氯化铝。将三口烧瓶内物料加热并回流8h；然后将所得产品(粗制仲丁醇铝484g)由三口烧瓶通过100目筛网倒入1L三口烧瓶中，机械搅拌下(120r/min)向三口烧瓶中再加入150g去离子水，继续搅拌2h后将产物转入真空烘箱中，在60℃真空干燥4h；取干燥所得固体(130g，灰色)放入500mL三口烧瓶中，加入250g去离子水、4g浓硝酸，1g聚乙二醇10000混合均匀后，在105℃条件下回流处理4h；所得产品5000r/min离心3min，上层分散液(pH＝3.95)收集后在喷雾干燥器中干燥，进风温度为200℃，出风温度为100℃，所得干燥产品为低钠拟薄水铝石(白色)，Na2O含量为13ppm，Fe2O3含量为57ppm,SiO2含量为89ppm。

Claims (10)

1.一种低钠拟薄水铝石的制备方法，其特征在于，得到的拟薄水铝石的Na2O杂质含量低于0.002wt.％，Fe2O3杂质含量低于0.015wt.％，SiO2含量低于0.015wt.％；具体制备步骤如下：
步骤1.将金属铝用去离子清洗后在50～150℃下进行干燥2～6h，然后将清洗过的金属铝与醇、催化剂按照质量比100：100～500：1～20进行混合，加热回流2～24h后将所得混合物用80～150目滤网进行分离，分离后的液体为粗制铝醇盐；
步骤2.将步骤1所得粗制铝醇盐与去离子水以质量比4:1～1:1混合，在10～300r/min搅拌条件下搅拌1h～6h，然后在50～250℃下加热蒸发水解产生醇，所得固体为的粗制拟薄水铝石；
步骤3.将步骤2所得粗制拟薄水铝石与去离子水按照质量比1:1～1:5、分散剂混合搅拌均匀后，在50～250℃温度条件下处理2～12h，然后将所得混合物在不低于3000r/min的条件下进行高速离心分离，分离获得pH>3.9拟薄水铝石的分散液；
步骤4.将步骤3所获液体在90～350℃下进行喷雾干燥，干燥所获固体颗粒即为低钠拟薄水铝石。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的分散剂为聚丙烯酸铵、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000、聚乙二醇10000、聚乙二醇20000、EO-PO型聚醚Pluronic F127、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物、65wt.％～68wt.％的浓硝酸、C8以下水溶性一元有机酸、C8以下水溶性二元有机酸、C8以下水溶性三元有机酸中一种或两种以上混合物，分散剂与粗制拟薄水铝石的质量比小于1:10。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的金属铝为原铝或由原铝精制的铝经加工而成的铝粒、铝豆、铝片、铝刨花、铝条、铝段、铝屑中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的醇为异丙醇，催化剂为异丙醇铝。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的醇为异丙醇，催化剂为异丙醇铝。
6.根据权利要求1、2或5所述的制备方法，其特征在于，所述的醇为仲丁醇，催化剂为三氯化铝、氯化汞、金属汞中的一种。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的醇为仲丁醇，催化剂为三氯化铝、氯化汞、金属汞中的一种。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的醇为仲丁醇，催化剂为三氯化铝、氯化汞、金属汞中的一种。
9.根据权利要求1、2、5、7或8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中加热蒸发水解产生醇的方法为真空干燥或氮气循环密闭闪蒸。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中加热蒸发水解产生醇的方法为真空干燥或氮气循环密闭闪蒸。
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