CN113233488A - 一种原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及一种原晶粒度分布窄的α‑氧化铝的制备方法，属于无机非金属材料技术领域，制备过程以氢氧化铝(Na₂O含量为0.35‑0.5％)为原料，添加适量的籽晶和煅烧助剂，均匀混料后在回转窑中以1300℃‑1500℃煅烧20min～60min，冷却后球磨至一定粒度，即可获得所述原晶粒度窄分布煅烧α‑氧化铝(D90/D10≤4)，最后包装成成品进行销售。通过晶种诱导制备α‑氧化铝，降低了α‑氧化铝相变温度，减少了粉体团聚，控制煅烧α‑氧化铝原晶粒度窄分布(D90/D10≤4)，显著增强了α‑氧化铝粉体材料的再烧结活性、比表面积以及下游制品的机械、抗压等性能。

Description

一种原晶粒度分布窄的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技术领域，特别涉及一种原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法。

背景技术

煅烧α-氧化铝以耐火、硬度、隔热和电绝缘等优异性能而闻名，广泛应用于研磨材料、耐火材料、特种玻璃、等结构陶瓷和功能陶瓷领域。随着对产品性能要求不断提高，工业生产中对α-氧化铝粉体原晶粒度分布要求也越来越高。

为控制原晶粒度和晶粒发育，实现原晶粒度窄分布，提高粉体再烧结活性和比表面积，目前已经提出过许多方法，包括溶胶-凝胶法、水热合成法以及醇铝水解法等，但这些方法效果有限，产品存在原晶粒度分布宽(D90/D10＞15)、粒度分布不稳定，团聚多、再烧结活性差等问题，而且工艺流程复杂，成本高，难以实现大规模工业化生产窄分布煅烧α氧化铝。

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原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法。

本发明实施例提供了一种原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，所述方法包括：

将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料；所述籽晶为原位生长的α-氧化铝新晶相；

将所述煅烧混合料机械能煅烧和冷却，获得α-氧化铝初品；

将所述α-氧化铝初品进行球磨，获得原晶粒度分布窄的α-氧化铝。

可选的，所述将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料中，以重量分数计，所述籽晶的添加量为所述氢氧化铝的0.1％-20％。

可选的，所述将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料中，所述煅烧助剂为卤素化合物。

可选的，所述卤素化合物为氟化合物和/或氯化合物。

可选的，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，所述将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料中，以重量分数计，所述煅烧助剂的添加量为所述氢氧化铝的0.01％-10％。

可选的，所述将所述煅烧混合料机械能煅烧和冷却，获得α-氧化铝初品中，所述煅烧的温度控制在1300℃-1500℃，所述煅烧的时间控制在20min-60min。

可选的，所述将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料中，以重量分数计，所述氢氧化铝中Na₂O的含量为0.35％-0.5％。

可选的，所述籽晶以固体的形式添加。

可选的，所述煅烧助剂以固体或液体的形式添加。

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原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，方法包括：将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料；所述籽晶为原位生长的α-氧化铝新晶相；将所述煅烧混合料机械能煅烧和冷却，获得α-氧化铝初品；将所述α-氧化铝初品进行球磨，获得原晶粒度分布窄的α-氧化铝；通过晶种诱导制备窄分布煅烧α-氧化铝，具有流程简单稳定、成本低的优点，有效降低α-氧化铝相变温度，减少粉体团聚，制得煅烧α-氧化铝产品原晶粒度在1-4μm之间，具有晶粒发育完善、附聚少、原晶粒度分布窄、比表面积大、再烧结活性高的特点，更易于烧结收缩成致密陶瓷体，使粉体可应用于高端耐火材料和先进陶瓷等高端领域。

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方法的流程框图。

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。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

申请人在发明过程中发现：现有技术存在不足，没有一种稳定、低成本的工艺生产原晶粒度窄分布煅烧α-氧化铝的方法，本发明目的在于提供一种工业上通过晶种诱导制备窄分布煅烧α氧化铝的方法，可有效稳定控制原晶粒度在1-4μm之间，晶粒发育完善，原晶粒度分布窄(D90/D10≤4)，提升氧化铝粉体再烧结活性等性能，使粉体可应用于高端耐火材料和先进陶瓷等高端领域。

本发明提供了一种工业上通过晶种诱导制备窄分布煅烧α-氧化铝的方法，可降低α-氧化铝相变温度，减少粉体团聚，控制煅烧α-氧化铝原晶粒度在1-4μm之间，晶粒发育完善，原晶粒度分布窄(D90/D10≤4)，显著增强α-氧化铝粉体材料的再烧结活性、提高比表面积以及下游制品的机械、抗压等性能。在制备过程中以氢氧化铝为原料，添加适量的籽晶和煅烧助剂，均匀混料后在回转窑中进行煅烧，冷却后球磨至一定粒度，即可获得所述原晶粒度窄分布煅烧α-氧化铝，最后包装成成品进行销售。

根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，所述方法包括：

S1.将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料；所述籽晶为原位生长的α-氧化铝新晶相。

作为一种可选的实施方式，将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料中，以重量分数计，所述籽晶的添加量为所述氢氧化铝的0.1％-20％。

控制籽晶的添加量为所述氢氧化铝的0.1％-20％的原因是起晶种诱导作用，降低α-氧化铝相变温度，减少粉体团聚，控制晶粒尺寸，增强粉体再烧结活性，提高比表面积，减少下游制品内部缺陷，提高性能，该添加量取值过大的不利影响是成本升高，经济性下降，过小的不利影响是无法起到晶种诱导作用，进而无法控制相变温度、晶粒尺寸和比表面积等。

作为一种可选的实施方式，将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料中，所述煅烧助剂为卤素化合物。

本实施例中，卤素化合物为氟化合物和/或氯化合物，具体而言，氟化合物可以选自氟化铝、氟化铵和氟化钙中的至少一种，氯化合物可以选自氯化铵和氯化镁中的至少一种。

本实施例中，将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料中，以重量分数计，所述煅烧助剂的添加量为所述氢氧化铝的0.01％-10％。

控制煅烧助剂的添加量为所述氢氧化铝的0.01％-10％有利于脱出氧化钠，降低α氧化铝转相温度及控制α氧化铝的原晶粒度，过量煅烧助剂会造成原晶粒度的异常长大，并且对设备有腐蚀性，过小的不利影响是脱钠效果不明显，该添加量取值无法起到矿化煅烧的作用。

作为一种可选的实施方式，将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料中，以重量分数计，所述氢氧化铝中Na₂O的含量为0.35％-0.5％。

一般情况下，氢氧化铝中Na₂O的含量基本为0.35％-0.5％。

需要强调的是，在回转窑中煅烧过程中，煅烧助剂可以以固体或液体形式添加，籽晶和煅烧助剂需在煅烧前与原料混合均匀。

S2.将所述煅烧混合料机械能煅烧和冷却，获得α-氧化铝初品；

作为一种可选的实施方式，将所述煅烧混合料机械能煅烧和冷却，获得α-氧化铝初品中，所述煅烧的温度控制在1300℃-1500℃，所述煅烧的时间控制在20min-60min。

控制煅烧的温度为1300℃-1500℃，煅烧的时间为20min-60min的原因是α氧化铝在高温下晶粒生长较快，在保证晶相转化完全的情况下，应尽量缩短物料在烧成带的停留时间，该取值过小的不利影响是会增加能耗导致成本上升，过大的不利影响是会导致晶相转化不充分、晶粒发育不完善，与矿化剂反应不充分，脱钠不完全。

S3.将所述α-氧化铝初品进行球磨，获得原晶粒度分布窄的α-氧化铝。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法进行详细说明；需要注意的是，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

一种原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，方法包括：

S1.以氢氧化铝A为原料,Na₂O含量为0.35-0.5％；

S2.添加0.05％的氟化铝(加入量占氧化铝重量％)，以固体形式加入；添加5％的籽晶α-Al₂O₃(加入量占氧化铝重量％)S3.将籽晶与氢氧化铝、氟化铝混合均匀，获得混合料，在回转窑中以1450℃的温度煅烧30min；

S4.煅烧冷却降温，球磨至一定粒度，即可获得所述原晶粒度窄分布煅烧α-氧化铝。

实施例2

一种原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，方法包括：

S1.以氢氧化铝A为原料,Na₂O含量为0.35-0.5％；

S2.添加0.05％的氟化铝(加入量占氧化铝重量％)，以固体形式加入；添加8％的籽晶α-Al₂O₃(加入量占氧化铝重量％)

S3.将籽晶与氢氧化铝、氟化铝混合均匀，获得混合料，在回转窑中以1450℃的温度煅烧30min；

S4.煅烧冷却降温，球磨至一定粒度，即可获得所述原晶粒度窄分布煅烧α-氧化铝。

实施例3

一种原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，方法包括：

S1.以氢氧化铝A为原料,Na₂O含量为0.35-0.5％；

S2.添加0.05％的氟化铝(加入量占氧化铝重量％)，以固体形式加入；添加15％的籽晶α-Al₂O₃(加入量占氧化铝重量％)

S3.将籽晶与氢氧化铝、氟化铝混合均匀，获得混合料，在回转窑中以1450℃的温度煅烧30min；

S4.煅烧冷却降温，球磨至一定粒度，即可获得所述原晶粒度窄分布煅烧α-氧化铝。

对比例1

一种α-氧化铝的制备方法，方法包括：

S1.以氢氧化铝A为原料,Na₂O含量为0.35％-0.5％；

S2.添加0.05％的氟化铝(加入量占氧化铝重量％)，其中氟化铝以固体形式加入；

S3.将氢氧化铝、氟化铝混合均匀，获得混合料，在回转窑中以1450℃的温度煅烧30min；

S4.煅烧冷却降温，球磨至一定粒度，即获得产品。

对比例2

一种α-氧化铝的制备方法，方法包括：

S1.以氢氧化铝A为原料,Na₂O含量为0.35％-0.5％；

S2.添加8％的籽晶α-Al₂O₃(加入量占氧化铝重量％)；

S3.将籽晶与氢氧化铝混合均匀，获得混合料，在回转窑中以1450℃的温度煅烧30min；

S4.煅烧冷却降温，球磨至一定粒度，获得产品。

实验例：

将实施例1和对比例1-2制得的α-氧化铝进行检测，结果如下表所示。

由上表可得，采用本发明提供的方法制备的α-氧化铝，其中的Na₂O含量稳定在0.02％-1％之间，原晶粒度在1-4μm之间，α-Al₂O₃含量在90％-98％之间，粒度分布窄D90/D10≤4，通过对比例1和实施例1数据对比可得，当仅添加煅烧助剂时，会发生转相温度升高，团聚增多，原晶粒度较大，原晶粒度分布宽，α-Al₂O₃含量不高，影响粉体再烧结活性和比表面积，进而影响下游制品性能；通过对比例2和实施例数据对比可得，当仅添加籽晶时，会发生氧化钠含量较高，产品纯度下降，煅烧过程中生成β相，α-Al₂O₃含量较低，晶型晶貌发育不完善，进而导致陶瓷烧结不致密，会降低陶瓷产品机械强度、导热和绝缘等性能。

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)本发明提供的方法通过晶种诱导制备α-氧化铝，降低了α-氧化铝相变温度，减少了粉体团聚，控制煅烧α-氧化铝原晶粒度窄分布(D90/D10≤4)，显著增强了α-氧化铝粉体材料的再烧结活性、比表面积以及下游制品的机械、抗压等性能；

(2)本发明提供的方法具有流程简单稳定、成本低的优点，有效降低α-氧化铝相变温度，减少粉体团聚，制得煅烧α-氧化铝产品原晶粒度在1-4μm之间，具有晶粒发育完善、附聚少、原晶粒度分布窄、比表面积大、再烧结活性高的特点，更易于烧结收缩成致密陶瓷体，使粉体可应用于高端耐火材料和先进陶瓷等高端领域；

(3)本发明提供的方法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0.02％-1％之间，原晶粒度在1-4μm之间，α-Al₂O₃含量在90％-98％之间，粒度分布窄D90/D10≤4。

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 (10)

1.一种原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料；所述籽晶为原位生长的α-氧化铝新晶相；

将所述煅烧混合料机械能煅烧和冷却，获得α-氧化铝初品；

将所述α-氧化铝初品进行球磨，获得原晶粒度分布窄的α-氧化铝。

2.根据权利要求1所述的原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，其特征在于，所述将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料中，以重量分数计，所述籽晶的添加量为所述氢氧化铝的0.1％-20％。

3.根据权利要求1所述的原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，其特征在于，所述将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料中，所述煅烧助剂为卤素化合物。

4.根据权利要求3所述的原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，其特征在于，所述卤素化合物为氟化合物和/或氯化合物。

5.根据权利要求4所述的原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，其特征在于，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。

6.根据权利要求1所述的原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，其特征在于，所述将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料中，以重量分数计，所述煅烧助剂的添加量为所述氢氧化铝的0.01％-10％。

7.根据权利要求1所述的原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，其特征在于，所述将所述煅烧混合料机械能煅烧和冷却，获得α-氧化铝初品中，所述煅烧的温度控制在1300℃-1500℃，所述煅烧的时间控制在20min-60min。

8.根据权利要求1所述的原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，其特征在于，所述将籽晶和煅烧助剂混合于原料氢氧化铝中，获得煅烧混合料中，以重量分数计，所述氢氧化铝中Na₂O的含量为0.35％-0.5％。

9.根据权利要求1所述的原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，其特征在于，所述籽晶以固体的形式添加。

10.根据权利要求1所述的原晶粒度分布窄的α-氧化铝的制备方法，其特征在于，所述煅烧助剂以固体或液体的形式添加。

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