CN113912094A

CN113912094A - 一种利用固相法制备低钠片状氧化铝微粉的方法

Info

Publication number: CN113912094A
Application number: CN202111268295.7A
Authority: CN
Inventors: 吴事江; 张雪颖; 贾振亮; 张宗喜; 张文华
Original assignee: Shandong Yilaisheng New Material Technology Co ltd
Current assignee: Shandong Yilaisheng New Material Technology Co ltd
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-01-11

Abstract

本发明公开了一种利用固相法制备低钠片状氧化铝微粉的方法，涉及无机非金属陶瓷粉体技术领域，包括以下步骤：将工业氢氧化铝、水、分散剂、除钠剂、粘结剂混合，经过球磨制浆、喷雾造粒、回转窑煅烧后，进行球磨、筛分，制得低钠片状氧化铝粉体。本发明制备的氧化铝形貌为六边形，厚度小于0.6μm，边长大于2μm，α‑Al₂O₃含量大于95%，Na₂O含量小于0.1%。本发明原料来源广泛、设备和生产工艺简单，生产成本低，操作易控，采用喷雾造粒加回转窑煅烧的复合工艺，有利于减少粉尘污染与匣钵等窑具的使用，节约成本。

Description

一种利用固相法制备低钠片状氧化铝微粉的方法

技术领域

本发明涉及无机非金属陶瓷粉体技术领域，特别涉及一种利用固相法制备低钠片状氧化铝微粉的方法。

背景技术

氧化铝存在着多种相态，α-Al₂O₃由于高硬度、高熔点和高沸点，被当成研磨助剂以及制备成各种耐火耐高温材料，广泛地运用到钢铁工业中。

片状氧化铝具有耐高温、较好的韧性、化学性质稳定等优良特性，用于聚合物的填充剂，提高聚合物器件的使用寿命；用于陶瓷的增韧剂，提高陶瓷器件的韧性；也可用于耐磨、耐腐蚀等功能涂层以及制备耐火材料，如烧结炉、烧结管等。片状氧化铝的制备方法主要有水热法、熔盐法、溶胶-凝胶法、机械法等。

公开号为CN111825112A的中国专利公开了一种片状氧化铝的制备方法，其制备方法为将γ-Al₂O₃粉、月桂酸和碳酸氢铵水溶液混合均匀，然后密封热处理后固液分离，固相物料经干燥，焙烧，得到片状氧化铝。该方法制备的片状氧化铝形态均一，但反应周期长，反应过程需要在封闭系统中进行，对设备要求高，过程复杂。

公开号为CN110436501A的中国专利公开了一种控制片状氧化铝大小和厚度的制备方法，其制备方法为（1）将铝源与水混合，调节pH，然后加入表面活性剂混合，得到混合物A；（2）将熔盐与水混合，得到混合物B；（3）将混合物B加入至混合物A中，边加入边搅拌，静置得到混合物C；（4）将硫酸镁溶液加入至混合物C中，边加入边搅拌，得到固体D；（5）将固体D干燥煅烧水洗即得氧化铝。但某些熔盐有毒性，对人体和环境有害，且采用熔盐法制备片状氧化铝，制备过程晶型难控制，成本高。

公开号为CN105347377A的中国专利公开了一种高纯片状氧化铝的制备方法，其制备方法为以高纯异丙醇铝、纯水、异丙醇为主要原料，氟化氢铵或氟化铵作晶体形貌控制剂，将高纯异丙醇铝溶解于异丙醇中配制成溶液A，将纯水、异丙醇和氟化氢铵配制成溶液B，然后以一定滴加速度将溶液A逐渐加入到溶液B中，在加热和搅拌作用下反应生成水合氧化铝，接着依次经过过滤、干燥、焙烧便得到高纯片状氧化铝。该方法原料昂贵、生产工艺复杂、生产成本高，产能小。

公开号为CN109835929A的中国专利公开了一种用匣钵煅烧制备片状α-氧化铝粉体的方法，其制备方法为以铝的氧化物或氧化铝的水合物为原料，以晶种为模板剂，以硼酸、氟化物、硅氟酸盐和碱金属氧化物为矿化剂，按一定比例混合搅拌均匀，装入匣钵中，在1300~1700℃的温度条件下，煅烧5~10h，冷却后，将煅烧产物从匣钵取出；煅烧产物经研磨、筛分后，制得片状α-氧化铝粉体。该方法煅烧温度高，耗能大，且在高温下采用匣钵煅烧会导致匣钵的使用寿命缩短，增加生产成本。

公开号为CN110563010A的中国专利公开了一种低钠正六边形片状α-氧化铝微粉的制备方法，其制备方法为将工业氢氧化铝、分散剂和去离子水混合配制成浆料，经过研磨、除钠、固液分离、一级水洗、固液分离、烘干、预烧结、二级水洗工艺，得到低钠氧化铝前驱体，加入形貌诱导剂，经搅拌混合、煅烧制得低钠正六边形片状α-氧化铝微粉。该方法需要盐酸水洗除钠，成本较高，工艺相对更复杂，后期需要对废水进行处理。同时盐酸属于管制品，生产环评审批难，不利于市场推广。此外，该方法采用搅拌磨干法混和除钠剂，难以保证混合均匀，不利于钠的脱除。

当前制备片状氧化铝钠含量高，转化率低，颗粒形貌不规整等，无法满足氧化铝陶瓷增韧，单晶硅、玻璃制品研磨抛光等质量要求。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种利用固相法制备低钠片状氧化铝微粉的方法。旨在解决现有技术中生产成本高、生产工艺复杂、钠含量高、耗能大、环境不友好等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

本发明提供一种利用固相法制备低钠片状氧化铝微粉的方法，包括以下步骤：将工业氢氧化铝、水、分散剂、除钠剂、粘结剂混合，经过球磨制浆、喷雾造粒、回转窑煅烧后，进行球磨、筛分，制得低钠片状α-Al₂O₃粉体。

优选地，所述分散剂为聚丙烯酸铵、三乙醇胺、四甲基氢氧化铵中的一种或多种，更优选为聚丙烯酸铵；所述分散剂的添加量为所述工业氢氧化铝质量的0.3~2.5%。

优选地，所述粘结剂为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇聚合度为600~2100，所述聚乙烯醇醇解度为86~90，所述聚乙烯醇添加量为所述工业氢氧化铝的0.1~3.0%。

优选地，所述除钠剂为氯化镁、硼酸的混合物；所述氯化镁与所述硼酸的比例为1:5~10；所述除钠剂添加量为所述工业氢氧化铝质量的0.3~1.5%；所述除钠剂添加形式为液相。

优选地，所述球磨过程中的研磨介质为99氧化铝球或氧化锆球，所述研磨介质大小为2.0~3.0mm；所述球磨过程中料球比为1:3~1:6。

优选地，所述料浆pH值控制在9~11之间。

优选地，所述煅烧温度为1100~1500℃，所述保温时间60~180min。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

（1）本发明制备的α-Al₂O₃含量大于95%，Na₂O含量小于0.1%。

（2）本发明所制备的低钠片状氧化铝微粉颗粒形貌为六边形，厚度小于0.6μm，边长大于2μm，尺寸为微米级。

（3）本发明采用雾化造粒加回转窑煅烧发制备片状氧化铝微粉，工艺简单，成本低，无污染。

综上所述，本发明解决了现有技术中生产成本高、生产工艺复杂、钠含量高、耗能大、环境不友好等技术问题，可以满足氧化铝陶瓷增韧，单晶硅、玻璃制品研磨抛光等质量要求。

附图说明

图1为实施例1得到的片状氧化铝微粉的SEM图；

图2为实施例1得到的片状氧化铝微粉的XRD图。

具体实施方式

本发明提供一种利用固相法制备低钠片状氧化铝微粉的方法，包括以下步骤：将工业氢氧化铝、水、分散剂、除钠剂、粘结剂混合均匀后转入球磨机制成浆料，浆料转移至喷雾塔雾化干燥成球形造粒粉；将球形造粒粉转入回转窑中煅烧；煅烧产物经过球磨、筛分后，制得低钠片状氧化铝粉体。

其中，本发明以廉价的工业氢氧化铝为原料，通过球磨细化并均化料粉，再利用喷塔雾化成球形颗粒，便于后期粉料煅烧时传热和传质，有利于制备出均匀性好、钠含量低的片状氧化铝粉体；本发明采用雾化造粒加回转窑煅烧的方法制备片状氧化铝粉，球形造粒粉有利于回转窑煅烧时的流动，提高粉体均匀性，同时相比于现有技术采用的匣钵煅烧工艺，本发明能极大降低成本，并杜绝出现匣钵腐蚀后碎片的污染现象。

优选的，本发明采用氯化镁、硼酸混合物作为除钠剂，同时以液相的形式引入，能极大程度地防止出现除钠剂与工业氢氧化铝粉混合不均匀的现象，并显著降低片状氧化铝微粉中残留的钠含量，还能起到控制晶粒尺寸大小的作用。

下面结合实施例对本发明提供的一种利用固相法制备片状氧化铝微粉的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。在本发明中，如无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。

实施例1

称取工业氢氧化铝粉100份(粉体初始颗粒尺寸为100μm、氧化钠含量为0.42wt％)、水200份、聚丙烯酸铵1.0份、聚乙烯醇0.3份（聚合度为1799）、氯化镁与硼酸1:5混合物0.5份，转入球磨机中，按照料球比1:5加入球磨介质，料浆流动性达到15~25s以内，料浆D₅₀达到0.70~0.90μm后出磨；料浆用柱塞泵喷入压力喷塔（喷塔的进口温度控制在510℃，出口温度为112℃，喷片孔径1.2mm）中雾化；将雾化造粒好的料粉直接送入回转窑中，调节转速3r/min，1350℃煅烧4h；煅烧后的铝粉经过球磨和筛分，即可得到片状氧化铝粉。

制备的低钠片状氧化铝微粉的Na₂O含量为0.06％，α-Al₂O₃含量为96.2％，颗粒形貌为六边形，厚度小于0.6μm，边长大于2μm。氧化铝微粉的SEM图和XRD图谱分别如图1和图2所示。

实施例2

称取工业氢氧化铝粉100份(粉体初始颗粒尺寸为50μm、氧化钠含量为0.3wt％)、水400份、聚丙烯酸铵0.7份、聚乙烯醇1.0份（聚合度为900）、氯化镁与硼酸1:8混合物0.8份，转入球磨机中；按照料球比1:3加入球磨介质，料浆流动性达到15~25s以内，料浆D₅₀达到0.60~0.70μm后出磨；料浆用柱塞泵喷入压力喷塔（喷塔的进口温度控制在600℃，出口温度为120℃，喷片孔径1.0mm）中雾化；将雾化造粒好的料粉直接送入回转窑中，调节转速4r/min，1450℃煅烧5h；煅烧后的铝粉经过球磨和筛分，即可得到片状氧化铝粉。

实施例3

称取工业氢氧化铝粉100份(粉体初始颗粒尺寸为80μm、氧化钠含量为0.4wt％)、水100份、聚丙烯酸铵1.5份、聚乙烯醇0.3份（聚合度为2000）、氯化镁加硼酸1:10混合物1.0份，转入球磨机中；按照料球比1:6加入球磨介质，料浆流动性达到15~25s以内，料浆D₅₀达到0.50~0.60μm后出磨；料浆用柱塞泵喷入压力喷塔（喷塔的进口温度控制在450℃，出口温度为100℃，喷片孔径1.4mm）中雾化；将雾化造粒好的料粉直接送入回转窑中，调节转速3r/min，1250℃煅烧6h；煅烧后的铝粉经过球磨和筛分，即可得到片状氧化铝粉。

实施例4

称取工业氢氧化铝粉100份(粉体初始颗粒尺寸为30μm、氧化钠含量为0.2wt％)、水200份、聚丙烯酸铵1.0份，聚乙烯醇0.3份（聚合度为2000）、氯化镁加硼酸1:10混合物1.2份，转入球磨机中；按照料球比1:4加入球磨介质，料浆流动性达到15~25s以内，料浆D₅₀达到0.65~0.75μm后出磨；料浆用柱塞泵喷入压力喷塔（喷塔的进口温度控制在500℃，出口温度为115℃，喷片孔径1.0mm）中雾化；将雾化造粒好的料粉直接送入回转窑中，调节转速3r/min，1380℃煅烧5h；煅烧后的铝粉经过球磨和筛分，即可得到片状氧化铝粉。

对比例1

具体操作过程如实施例1，区别在于不加氯化镁与硼酸。结果未见片状氧化铝。

对比例2

具体操作过程如实施例1，区别在于只加氯化镁，不加硼酸。结果未见片状氧化铝。

对比例3

具体操作过程如实施例1，区别在于料浆粒度大于0.9μm。结果未见片状氧化铝。

对比例4

具体操作过程如实施例1，区别在于回转窑温度低于1200℃。结果未见片状氧化铝。

本发明实施例制备的片状氧化铝理化性能结果如下表：

项目	参数	单位
			真密度	≥3.91	g/cm3
Na2O	≤1.0	%
			Al2O3	≥99	%
转化率	≥95	%

Claims

1.一种利用固相法制备低钠片状氧化铝微粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：将工业氢氧化铝、水、分散剂、除钠剂、粘结剂混合，经过球磨制浆、喷雾造粒、回转窑煅烧后，进行球磨、筛分，制得低钠片状α-Al₂O3粉体。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸铵、三乙醇胺、四甲基氢氧化铵中的一种或多种；

所述分散剂的添加量为所述工业氢氧化铝的0.3~2.5%。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇聚合度为600~2100，所述聚乙烯醇醇解度为86~90；

所述聚乙烯醇添加量为所述工业氢氧化铝的0.1~3.0%。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述除钠剂为氯化镁、硼酸的混合物；所述氯化镁与所述硼酸的比例为1:5~10；

所述除钠剂添加量为所述工业氢氧化铝质量的0.3~1.5%；

所述除钠剂添加形式为液相。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球磨中所用的研磨介质为99氧化铝球或氧化锆球，所述研磨介质大小为2.0~3.0mm；

所述球磨过程中料球比为1:3~1:6。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述料浆pH值控制在9-11之间。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧温度为1100~1500℃，所述保温时间60~180min。