CN1316382A - 醇铝水解法制备高纯超细氧化铝粉体技术 - Google Patents
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Abstract
一种用铝在催化剂存在下与异丙醇反应生成醇铝，经水解成氢氧化铝、再焙烧制成氧化铝的方法。在合成醇铝中用加入醇的速度和釜内换热器通冷却水的办法使反应平稳、安全、有效。水解采用在醇、水介质中减压进行。产品纯度在99.99－99.999%，粒经＜10μm，全程收率＞92%。
Description
本发明涉及的是金属铝化合物的生产技术。
氧化铝是重要的化学物质，广泛应用于石油、化工、陶瓷、建材，以及军工国防等工业。传统的制法是以铝矾土为原料，经高温焙烧、碱液浸出、酸中和、加热分解等步骤制得。石油与化学工业大量使用的是活性氧化铝，作为催化剂及载体要求其表面积、孔径、吸附能力比较严格，其生产方法是以工业氢氧化铝或铝酸盐为原料，以碱、酸或酸中和成氢氧化铝，干燥活化而成；也有用铝溶胶与环六次甲基四胺胶凝成球，经老化、洗涤、干燥、煅烧制成。这些方法所生产的产品的纯度和粒度能满足本行业的技术要求。现代化学、化工、特别是精细陶瓷、精细化工，需要纯度为99.99-99.999％及更高；粒径达几十埃至数百埃，这是一般技术难以达到的。
制造微粒粉体可采用粉碎和反应造粒法，粉碎法操作中难免混入杂质，且粒度不匀；只有用化学反应沉淀法能够得到化学纯度高，均匀微粉。醇盐水解法是推荐的重要方法之一([日]工业调查会编辑部《最新精细陶瓷技术》陈俊彦译中国建筑工业出版社1988年版)。其制备工艺原理是将金属在催化剂存在下与异丙醇反应得异丙醇铝，经水解、熟化、过滤、干燥和焙烧而得，其化学反应式为： (舒万艮《有色金属精细化工产品生产与应用》中南工业大学出版社1995年版)。目前有关这一制法有专利报导(如CN1195646A等)。
众所周知，活泼金属(如Na,k)与醇反应不用催化剂，激烈异常；铝与醇反应是需要催化剂促进起动，如铝与异丙醇，需要氯化汞、氯化铝或其他催化剂起动反应(且需加热)，但是一经起动反应是很激烈的，如果产生反应热不迅速导出会很快使物料沸腾，操作上不易控制，稍有不慎则即刻冒锅、冲料、甚至造成事故。
针对以上现有技术存在的缺点，本发明提供一种新的工艺条件和操作方法，使反应平稳、有效进行，而且使得工艺制得的产品达到高质量、高效率、低成本。
本发明所述原料铝无需高纯度，如铝纯度为99.5％即可。
本发明的工艺流程如附图所示，铝屑与异丙醇(下简称醇)在催化剂存在下在反应釜中反应，反应物进行减压蒸馏得高纯度的三异丙醇铝(以下简称醇铝)。将醇铝加热水解，水解后过滤，滤液蒸出的异丙醇都进行回收精制进行循环再利用。所得滤并进行干燥，粗粉碎以防结块并利于焙烧。最后进行焙烧使氢氧化铝脱水成氧化铝。工艺流程中最关键的是醇铝的制备这一步。醇与铝的反应，起动时需加热，反应启动后则是放热反应；生成物浓度低时反应速度缓慢，起动后，反应很激烈，放出大量的热，随着反应后期反应平缓，其后需保持一定温度使其反应完全。针对这一特点，本发明采用两项有效措施：一是将铝屑与催化剂全部置入反应釜内，加热至74-83℃逐渐加入醇参与反应，较长时间内保持铝过量和反应物液中生成物浓度较高。用这一办法控制反应能平稳进行，另一措施是反应釜的外夹套用作加热，而釜内加装换热器(常用蛇管)，通过冷水冷却。这种冷却面积可以比外夹套大；当需起动反应时外夹套加热，反应起动后停止加热，釜内夹套通冷水以导出反应热，当醇加至计算用量时，停止冷却，让其自然反应，冷却水流量采用温度压力控制法进行调节，釜内物料温度高了，冷却水流量加大，反之则减少。这两项措施可以保证醇与铝的反应平稳而有效地进行。另外这一步反应所用的醇量比现有技术中少得多，且还进行回收。
水解工序中本发明采用加入含水醇和高纯度水，并在减压下进行水解、回收醇和干燥，反应更为完全。
本发明的工艺条件和操作程序为(1)合成、原料摩尔配比：铝∶异丙醇=1.0-1.2∶2.9-3.3，催化剂氯化汞为加料总量的0.002-0.006％或醇铝18-22％。反应温度74-83℃，反应时间30-60min，而后145-155℃保温120min，减压蒸馏，釜温150-165℃，真空需666Pa,138℃流出。(2)水解、干燥：水解用异丙醇和水作水解介质，异丙醇量为醇铝量50-60％，纯水量为30-40％，醇也可以用含水14-16％的醇，真空2000-4000pa(15-30mmHg),50-70℃,30min；干燥为90-98℃,600min。(3)焙烧：750-1180℃,200-220min，升温速度为3-4℃/min，其中各种晶形的焙烧温度为：
γ 750℃
θ 920℃
α 1180℃
θ、α1060℃按本发明制得的氧化铝，其纯度达99.99-99.999％，粉体粒度很细达微米级，其料径为＜10μm。
若生产采用连续化，第一步合成反应完毕，反应物料输送去减压蒸馏时留下18-22％，作为下批反应的催化剂，反应时容易进行；也就是长年生产时，只在第一批生产时需外加催化剂，以后再也不用外加催化剂，这种连续生产时其产品纯度可保持在99.99％以上。
与现有技术比，本发明具有的特点为：(1)工艺合理，操作平稳、安全、高效，特别是醇铝的合成工序，工艺合理，容易操作，避免现有技术中易爆沸，甚至造成事故的现象产生，(2)产品收率高、纯度高、粒度细。
附图为本发明工艺流程图，其中(1)为醇铝，(2)为氢氧化铝，(3)为氧化铝。
以下实例详细具体说明本发明，并证实其优越性。
实例
1、合成反应：加料：铝(99.5％以上)13.5kg，异丙醇90kg,Hgcl20.5g,74-83℃反应30min,154-155℃120min，反应物料100kg，减压蒸馏，加热料温150℃，真空度666pa，出馏温度138℃，出馏物三异丙醇铝95kg，单程收率93.1％，蒸出醇2.4kg，渣3kg。
2、水解、烘干：加料醇铝95kg,85％异丙醇65kg，纯水23.2kg；水解温度60℃，真空度2333pa(17.5mmHg)30min完成，过滤，滤并于95℃干燥600min，得氢氧化铝粉35.6Kg。单程收率98％醉回收异丙醇：无水82kg；86％醇60kg。
3、焙烧：35.6kg入焙烧炉，以3.5℃/min速度升温，在750℃3.5h，得γ-Al2O323.5kg总收率92.2％
Claims (3)
1、一种用铝在催化剂存在下与醇反应生成醇铝，经水解成氢氧化铝而后焙烧制造氧化铝的方法，其特征为工艺条件和操作程序是：
(1)合成：原料摩尔比：
铝∶异丙醇=1.0-1.2∶2.9-3.3。催化剂氯化汞为总加料量的0.002-0.006％；反应温度为74-83℃，反应时间30-60min，加料方式是铝屑和催化剂全部加到反应釜中，逐渐加醇入其中；反应完在145-155℃保温120min，而后减压蒸馏：666Pa,138℃馏出。
(2)水解、干燥：水解用异丙醇与纯水为介质，其用量以醇铝为100％，则异丙醇为50-60％，纯水为30-40％，可以用含水14-16％的醇；水解条件：真空度200-4000Pa,50-70℃、30min，干燥条件为90-98℃,600min。
(3)焙烧：750-1180℃,200-220min，升温速度3-4℃/min。
2、如权利要求1所述方法，其特征为所述的醇铝合成温度可以用调节加入醇的速度和在反应釜内的热交换器中通入冷却水的方法来维持，冷却水的流量采用温度压力控制法进行调节。
3、如权利要求1所述方法，其特征为所述醇铝合成用的催化剂氯化汞可以不用，以上次反应终了的反应液取代，且量为反应液的18-22％。
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