CN1286725C - 高纯氧化铝粉体的制备方法 - Google Patents
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- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
本发明高纯氧化铝粉体的制备方法是将烧结法生产氧化铝工艺中的氢氧化铝溶制成铝酸钠溶液，进行除杂处理，然后添加晶种进行种子碳酸化分解制取高纯氢氧化铝，在高纯氢氧化铝中添加除钠剂后进行水热合成获取高纯度的一水软铝石，一水软铝石经过洗涤、焙烧制得高纯度氧化铝。制备成本在1.5万元/吨左右，较目前市场上制备成本在4-6万元/吨的工艺有着明显的成本优势，为其它制备工艺成本的1/3-1/4。实现低成本、无污染、规模化制备高纯氧化铝粉体，易于实现1000-5000吨/年的规模。所得高纯氧化铝纯度在99.99%以上，相关物化指标都达到了较高的水平，产品广泛应用于稀土荧光材料、高压钠灯管及相关特种氧化铝精细陶瓷领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备高纯氧化铝粉体的方法，为氧化铝精制技术。
背景技术
高纯氧化铝主要应用于稀土荧光材料、高压钠灯管、宝石及其它磨料、催化剂和特种氧化铝陶瓷等应用场合。高纯氧化铝粉体一般是指纯度≥99.99％，粒度位于微米或亚微米级，并且随其不同的用途而有不同的具体要求。目前制备高纯氧化铝粉体的方法主要有：硫酸铝铵热解法、碳酸铝铵热解法、有机铝水解法、火花放电法、氧化汞火花水解法和活性铝粉水解法等方法。中国专利文献95103368.9和95105843.6涉及一种盐析法生产氧化铝及氧化铝微粉的工艺方法，其主要缺点是纯度较低、环境污染严重。中国专利文献93110316.9涉及一种高纯超细氧化铝生产工艺及装置，铵明矾分解制得γ-Al2O3，然后转相为α-Al2O3，煅烧产生腐蚀性酸气，具有经济和环境问题。
从金属制备氧化铝的方法多种，一种是水热氧化金属铝，金属铝在高温下(350℃-400℃)及高压(68-308大气压)下生成氧化铝，这些条件需要较高压力的反应容器，使金属完全反应需要很长时间。CN1079718将纯铝片或屑放入0.5％氧化汞水溶液中活化一分钟后取出，再放入蒸馏水中水解，最后用高温热处理来控制氧化铝颗粒的尺寸和晶相。汞对环境和人体的损害是此方法的致命弱点。金属铝在非水条件下与醇反应生成醇铝，醇铝与水反应生成氢氧化物，中国专利文献91111373.8和中国专利文献97103240.8公开了一种通过低碳醇铝水解反应制备超微细高纯氧化铝的方法，能得到纯度大于99.99％，粒度均匀的氧化铝产品。此工艺需要较大量醇的存货及蒸馏系统，操作时着火和爆炸的危险性大，同时产品的成本高。CN1448340A公开了一种采用改良的硫酸铝铵法，即碳酸铝铵热解法制备高纯氧化铝，虽然避免了酸性气体的污染，但制备成本仍较高，另外纯度也受工艺条件的限制。上述这些工艺方法，都存在一个制备成本较高的问题，其制备成本一般在4万元/吨以上。这是目前日趋竞争激烈的市场所不欢迎的。
随着高纯氧化铝市场的飞速发展，国际、国内致力于应用领域的不断发展、拓宽，高纯氧化铝存在一种价值回归的现象。用户对高纯氧化铝物化指标要求提高的同时，也强烈的要求其售价的合理化，就目前的高纯氧化铝售价已对某些制备工艺提出了挑战，所以低成本、高稳定性、高质量、规模化制备高纯氧化铝粉体技术已是迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纯度高、成本低、无污染、利于工业化生产的高纯氧化铝粉体的制备方法。
本发明所述的高纯氧化铝粉体的制备方法是将烧结法生产氧化铝工艺中的氢氧化铝溶制成铝酸钠溶液，进行除杂处理，然后添加晶种进行种子碳酸化分解制取高纯氢氧化铝，在高纯氢氧化铝中添加除钠剂后进行水热合成获取高纯度的一水软铝石，一水软铝石经过洗涤、焙烧制得高纯度氧化铝。
本发明中：除杂用除杂剂可以是氢氧化铝、氢氧化铝微粉、拟薄水铝石、铝胶、活性氧化铝中的一种或几种的组合，适宜的添加量是氢氧化铝重量的6～12％。除杂剂用于吸附铝酸钠溶液中的有害杂质，如：Si、Fe、Ca、Mg、Cr、Mn、V、Ti等，进行液固分离制备高纯铝酸钠溶液。活性氧化铝是指比表面积为100～300m2/g，为常识技术要求，不再赘述。
除钠剂可以是硝酸铵、硫酸铵、硫酸铝、氯化铝、硝酸铝、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或几种的组合，适宜的添加量是氢氧化铝重量的0.5～2.0％。
水热合成中，在氢氧化铝转化为一水软铝石的同时，释放出晶间夹碱，被除钠剂中和，从而实现对高纯氢氧化铝的提纯。
工艺过程中较好的工艺参数控制为：除杂后的铝酸钠溶液控制浓度为氧化铝含量80～130g/l，在45～70℃的温度下，添加氢氧化铝重量3～10％的高纯度氢氧化铝、活性氧化铝、一水软铝石及铝胶中的一种或几种组合构成的晶种进行种子碳酸化分解；晶种的粒径为0.5～1.5μm；种子碳酸化分解时间控制为3～7小时。
对分解后的氢氧化铝首先用去离子水洗涤至中性后再进行水热合成处理，进一步除掉杂质，提高纯度。
水热合成处理的温度控制为150～230℃，时间控制为50～150分钟。
实现高纯氧化铝的制备，其粒度及相关物化指标的控制，则通过铝酸钠溶液的分解机制进行相应的控制，可实现相关粒径的控制。本工艺可制得纯度在99.99％以上，粒度在0.5-30μm的较佳物化指标的高纯氧化铝粉体。
本发明制备方法是结合烧结法生产氧化铝工艺，采用工业氢氧化铝为原料，碱溶液制备铝酸钠溶液，通过添加络合除杂剂，净化铝酸钠溶液，实现高纯铝酸钠溶液的制备，以此溶液进行相应的种子碳酸化分解工艺，控制高纯氢氧化铝的相关物化指标，再对其进行相应的焙烧处理工艺，制备成本一般在1.5万元/吨左右，较目前市场上制备成本在4-6万元/吨的工艺有着明显的成本优势，制备成本为其它制备工艺的1/3-1/4。实现低成本、无污染、无三废、规模化制备高纯氧化铝粉体，易于实现1000-5000吨/年的规模。所得高纯氧化铝纯度在99.99％以上，相关物化指标都达到了较高的水平，产品广泛应用于稀土荧光材料、高压钠灯管及相关特种氧化铝精细陶瓷领域。
附图说明
图1、本发明实施例工艺流程框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本发明所述的高纯氧化铝粉体的制备方法，以烧结法生产氧化铝工艺的中间产物氢氧化铝(可以是种分或碳分氢氧化铝中间一段产品)为原料，通过溶解制备铝酸钠溶液，添加氢氧化铝重量的9％的氢氧化铝作为除杂剂，用于吸附铝酸钠溶液中的有害杂质，搅拌45分钟后，进行液固分离制备高纯铝酸钠溶液。以此溶液为分解母液，分解温度控制为60℃，溶液中氧化铝浓度为100g/l条件下，添加7％的活性氢氧化铝作为晶种进行种子碳酸化分解，制备高纯氢氧化铝，分解时间控制在5小时，二氧化碳流量0.05m3/h·l，碳酸化分解工艺分解率控制在83％，分解完成后进行液固分离，分离的氢氧化铝用80℃的去离子水洗涤至中性。添加氢氧化铝重量的1％的硝酸铵作为除钠剂，在200℃温度下，水热合成100分钟，制备高纯度的一水软铝石，再经洗涤、焙烧制备高纯度的γ、α-Al2O3，纯度为99.993％，粒度为15μm。
其中活性氢氧化铝晶种的制备是在高速搅拌的球磨机中，以中位粒径为80微米的高纯度的氢氧化铝为原料，以高纯、耐磨的刚玉球为球磨体，在240转/分钟的转速下研磨100分钟制得。
实施例2
本发明所述的高纯氧化铝粉体的制备方法，以烧结法生产氧化铝工艺的中间产物氢氧化铝为原料，通过溶解制备铝酸钠溶液，添加氢氧化铝重量的7％的氢氧化铝微粉作为除杂剂，搅拌40分钟后，进行液固分离制备高纯铝酸钠溶液。以此溶液为分解母液，分解温度控制为65℃，溶液中氧化铝浓度为110g/l条件下，添加8％的活性氢氧化铝作为晶种进行种子碳酸化分解，制备高纯氢氧化铝，分解时间控制在6小时，二氧化碳流量0.05m3/h·l，碳酸化分解工艺分解率控制在83％，分解完成后进行液固分离，分离的氢氧化铝用82℃的去离子水洗涤至中性。添加氢氧化铝重量的1.2％的硝酸铵作为除钠剂，在220℃温度下，水热合成90分钟，制备高纯度的一水软铝石，再经洗涤、焙烧制备高纯度的γ、α-Al2O3，纯度为99.992％，粒度为18μm。
其中活性氢氧化铝晶种的制备是在高速搅拌的球磨机中，以中位粒径为85微米的高纯度的氢氧化铝为原料，以高纯、耐磨的刚玉球为球磨体，在220转/分钟的转速下研磨90分钟制得。
实施例3
本发明所述的高纯氧化铝粉体的制备方法，以烧结法生产氧化铝工艺的中间产物氢氧化铝为原料，通过溶解制备铝酸钠溶液，添加氢氧化铝重量的10％的氢氧化铝作为除杂剂，搅拌48分钟后，进行液固分离制备高纯铝酸钠溶液。以此溶液为分解母液，分解温度控制为65℃，溶液中氧化铝浓度为120g/l条件下，添加9％的高纯度氢氧化铝作为晶种进行种子碳酸化分解，制备高纯氢氧化铝，分解时间控制在6小时，通入二氧化碳，碳酸化分解工艺分解率控制在80％，分解完成后进行液固分离，分离的氢氧化铝用85℃的去离子水洗涤至中性。添加氢氧化铝重量的0.8％的硫酸铝作为除钠剂，在180℃温度下，水热合成120分钟，制备高纯度的一水软铝石，再经洗涤、焙烧制备高纯度的γ、α-Al2O3。其中活性氢氧化铝晶种的制备是在高速搅拌的球磨机中，以中位粒径为80微米的高纯度的氢氧化铝为原料，以高纯、耐磨的刚玉球为球磨体，在210转/分钟的转速下研磨130分钟制得。
实施例4
本发明所述的高纯氧化铝粉体的制备方法，以烧结法生产氧化铝工艺的中间产物氢氧化铝为原料，通过溶解制备铝酸钠溶液，添加氢氧化铝重量的10％的活性氧化铝作为除杂剂，搅拌50分钟后，进行液固分离制备高纯铝酸钠溶液。以此溶液为分解母液，分解温度控制为60℃，溶液中氧化铝浓度为82g/l条件下，添加6％的活性氢氧化铝作为晶种进行种子碳酸化分解，制备高纯氢氧化铝，分解时间控制在6小时，通入二氧化碳，碳酸化分解工艺分解率控制在80％，分解完成后进行液固分离，分离的氢氧化铝用85℃的去离子水洗涤至中性。添加氢氧化铝重量的1.3％的碳酸铵作为除钠剂，在170℃温度下，水热合成110分钟，制备高纯度的一水软铝石，再经洗涤、焙烧制备高纯度的γ、α-Al2O3。其中活性氢氧化铝晶种的制备是在高速搅拌的球磨机中，以中位粒径为80微米的高纯度的氢氧化铝为原料，以高纯、耐磨的刚玉球为球磨体，在240转/分钟的转速下研磨120分钟制得。
实施例5
本发明所述的高纯氧化铝粉体的制备方法，以烧结法生产氧化铝工艺的中间产物氢氧化铝为原料，通过溶解制备铝酸钠溶液，添加氢氧化铝重量的9％的氢氧化铝作为除杂剂，搅拌40分钟后，进行液固分离制备高纯铝酸钠溶液。以此溶液为分解母液，分解温度控制为55℃，溶液中氧化铝浓度为115g/l条件下，添加8％的氢氧化铝作为晶种进行种子碳酸化分解，制备高纯氢氧化铝，分解时间控制在5.5小时，通入二氧化碳，碳酸化分解工艺分解率控制在82％，分解完成后进行液固分离，分离的氢氧化铝用78℃的去离子水洗涤至中性。添加氢氧化铝重量的0.9％的硝酸铝作为除钠剂，在210℃温度下，水热合成120分钟，制备高纯度的一水软铝石，再经洗涤、焙烧制备高纯度的γ、α-Al2O3。其中活性氢氧化铝晶种的制备是在高速搅拌的球磨机中，以中位粒径为80微米的高纯度的氢氧化铝为原料，以高纯、耐磨的刚玉球为球磨体，在250转/分钟的转速下研磨140分钟制得。
实施例6
本发明所述的高纯氧化铝粉体的制备方法，以烧结法生产氧化铝工艺的中间产物氢氧化铝为原料，通过溶解制备铝酸钠溶液，添加氢氧化铝重量的7％的氢氧化铝和3％的铝胶混合物作为除杂剂，搅拌后，进行液固分离制备高纯铝酸钠溶液。以此溶液为分解母液，添加8％的活性氢氧化铝作为晶种进行种子碳酸化分解，制备高纯氢氧化铝，再添加氢氧化铝重量的1.4％的碳酸氢铵作为除钠剂，水热合成制备高纯度的一水软铝石，再经洗涤、焙烧制备高纯度的γ、α-Al2O3。
其它同实施例1。
实施例7
本发明所述的高纯氧化铝粉体的制备方法，以烧结法生产氧化铝工艺的中间产物氢氧化铝为原料，通过溶解制备铝酸钠溶液，添加氢氧化铝重量的8％的氢氧化铝微粉作为除杂剂，搅拌后，进行液固分离制备高纯铝酸钠溶液。以此溶液为分解母液，添加3％的活性氢氧化铝和5％的铝胶混合物作为晶种进行种子碳酸化分解，制备高纯氢氧化铝，再添加氢氧化铝重量的1％的碳酸氢铵作为除钠剂，水热合成制备高纯度的一水软铝石，再经洗涤、焙烧制备高纯度的γ、α-Al2O3。
其它同实施例1。
实施例8
本发明所述的高纯氧化铝粉体的制备方法，以烧结法生产氧化铝工艺的中间产物氢氧化铝为原料，通过溶解制备铝酸钠溶液，添加氢氧化铝重量的8％的活性氧化铝作为除杂剂，搅拌后，进行液固分离制备高纯铝酸钠溶液。以此溶液为分解母液，添加11％的活性氢氧化铝作为晶种进行种子碳酸化分解，制备高纯氢氧化铝，再添加氢氧化铝重量的0.5％的硝酸铵和0.6％的碳酸铵作为除钠剂，水热合成制备高纯度的一水软铝石，再经洗涤、焙烧制备高纯度的γ、α-Al2O3。
其它同实施例1。
实施例9
本发明所述的高纯氧化铝粉体的制备方法，以烧结法生产氧化铝工艺的中间产物氢氧化铝为原料，通过溶解制备铝酸钠溶液，添加氢氧化铝重量的7％的活性氧化铝作为除杂剂，搅拌后，进行液固分离制备高纯铝酸钠溶液。以此溶液为分解母液，添加8.5％的铝胶作为晶种进行种子碳酸化分解，制备高纯氢氧化铝，再添加氢氧化铝重量的0.4％的氯化铵和0.6％的氯化铝的混合物作为除钠剂，水热合成制备高纯度的一水软铝石，再经洗涤、焙烧制备高纯度的γ、α-Al2O3。
其它同实施例1。
Claims (10)
1、一种高纯氧化铝粉体的制备方法，其特征在于将烧结法生产氧化铝工艺中的氢氧化铝溶制成铝酸钠溶液，进行除杂处理，然后添加晶种进行种子碳酸化分解制取高纯氢氧化铝，在高纯氢氧化铝中添加除钠剂后进行水热合成获取高纯度的一水软铝石，一水软铝石经过洗涤、焙烧制得高纯度氧化铝。
2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于除杂用除杂剂是氢氧化铝、氢氧化铝微粉、拟薄水铝石、铝胶、活性氧化铝中的一种或几种的组合。
3、根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于除杂剂的添加量是氢氧化铝重量的6～12％。
4、根据权利要求1、2或3所述的制备方法，其特征在于除钠剂是硝酸铵、硫酸铵、硫酸铝、氯化铝、硝酸铝、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或几种的组合。
5、根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于除钠剂的添加量是氢氧化铝重量的0.5～2.0％。
6、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于除杂后的铝酸钠溶液控制浓度为氧化铝含量80～130g/l，在45～70℃的温度下，添加氢氧化铝重量3～10％的高纯度氢氧化铝、活性氧化铝、一水软铝石及铝胶中的一种或几种组合构成的晶种进行种子碳酸化分解。
7、根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于晶种的粒径为0.5～1.5μm。
8、根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于种子碳酸化分解时间控制为3～7小时。
9、根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于对种子碳酸化分解后的氢氧化铝首先用去离子水洗涤至中性后再进行水热合成处理。
10、根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于水热合成处理的温度控制为150～230℃，时间控制为50～150分钟。
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