CN1429771A - 一种生产含有少量氧化钠的氧化铝的方法 - Google Patents

Abstract

提出了一种生产含少量氧化钠和少量硅石的氧化铝的方法。该方法包括将含有氧化钠的铝化合物与减少氧化钠的介质混合得到混合物的步骤，该减少氧化钠的介质含有硅石基材料和带有非硅石基陶瓷涂层的另一种硅石基材料，煅烧该混合物并将生成的氧化铝与减少氧化钠的介质分离。

Description

一种生产含有少量氧化钠的氧化铝的方法

技术领域

本发明涉及一种生产含有少量Na₂O的氧化铝的方法。更具体地，涉及一种利用含有高含量Na₂O的铝化合物生产含有少量Na₂O的氧化铝的方法

背景技术

氧化铝是一种陶瓷材料，广泛用于要求耐热的构件。由于具有优良的电绝缘性能，含有少量作为杂质的Na₂O(下面称作氧化钠)的氧化铝可用作发动机火花塞中的绝缘体和电子元件的陶瓷件

氧化铝可以进行工业化生产，例如，通过将矾土溶解在苛性钠中得到铝酸钠水溶液，溶液中的铝酸钠水解得到氢氧化铝，然后，将氢氧化铝进行煅烧得到氧化铝的方法来生产。在这种方法中，进行煅烧的氢氧化铝中含有氧化钠，需要进行清除。清除氧化钠可通过混合氢氧化铝和硅石基材料组成的减少氧化钠的介质得到混合物、煅烧该混合物，将产生的氧化铝与减少氧化钠的介质分离。

在上面介绍的生产氧化铝的方法中，从氧化铝中可以发现硅石污染，硅石污染可导致最终产品即含有少量氧化钠的氧化铝中硅石含量的增加。为了抑制硅石污染，已经尝试将用作减少氧化钠的介质的硅石基材料用水洗掉或尝试将氧化铝中的微粒清除。然而，针对硅石污染所作的尝试未能令人满意。

考虑到提高高温绝缘能力和/或高温强度，要求作为最终产品的氧化铝具有较低的氧化钠含量。同时，考虑到提高通过模压氧化铝得到的陶瓷的物理性能，要求氧化铝具有较低的硅石含量。如上所述，对由硅石基材料组成的减少氧化钠的介质进行混合然后煅烧得到混合物的方法对于同时减少氧化铝中氧化钠和硅石含量存在困难。即，使减少氧化钠的介质增加会导致硅石含量的增加，尽管硅石可用于减少生成的氧化铝中氧化钠的含量，而使减少氧化钠的介质数量减少可导致难以减少氧化钠含量，尽管其可减少硅石的含量。

发明内容

在这种情况下，本发明的发明人发现了一种可以得到含有少量氧化钠和氧化硅的氧化铝的方法，创立了本发明。

本发明提出了一种生产氧化铝的方法。该方法包括将含有氧化钠的铝化合物与减少氧化钠的介质混合得到混合物的步骤，该减少氧化钠的介质含有硅石基材料和带有非硅石基陶瓷涂层的另一种硅石基材料，煅烧该混合物并将产生的氧化铝与减少氧化钠的介质分离。

具体实施方式

在本发明中，将含有氧化纳的铝化合物与减少氧化钠的介质混合，该减少氧化钠的介质含有硅石基材料和带有非硅石基陶瓷涂层的另一种硅石基材料。对产生的混合物进行煅烧并分离出减少氧化钠的介质和含有少量氧化钠的氧化铝。

在本发明中与减少氧化钠的介质混合的铝化合物可以是受热能够转变为氧化铝的铝化合物，这种氧化铝具有α型晶体结构并含有氧化钠。这种铝化合物的示例包括具有水铝矿型、三羟铝石型、一水软铝石型、水铝石型晶体结构的氢氧化铝，或具有γ型、χ型、θ型、δ型、或κ型晶体结构的过渡型氧化铝。一般来说，可使用水铝矿型晶体结构的氢氧化铝或具有γ型晶体结构的过渡型氧化铝。具有水铝矿型晶体结构的氢氧化铝的生产可以通过将含有氧化铝的矿石，如铁铝氧石和铁矾土，溶解在碱性溶液如氢氧化钠和碳酸钠中，得到铝酸钠的水溶液。溶液中的铝酸钠水解得到氢氧化铝，洗选出氢氧化钠。具有γ型晶体结构的过渡型氧化铝可以通过预煅烧上面介绍的具有水铝矿型晶体结构的氢氧化铝来生产。

用于本发明的铝化合物可以含有重量百分比大约为0.2％或更高的Na₂O，其平均粒度在大约10微米到大约200微米。

在本发明中与铝化合物混合的减少氧化钠的介质可以含有硅石基材料和带有非硅石基陶瓷涂层的硅石基材料。使用由不带有涂层的硅石基材料组成的减少氧化钠的介质倾向于使生成的氧化铝中硅石含量增加，尽管其可能减少氧化钠的含量。另一方面，使用由带有陶瓷涂层的硅石基材料组成的减少氧化钠的介质倾向于难以充分减少氧化钠含量。

本发明优选出带有陶瓷涂层的硅石基材料和没有涂层的硅石基材料的用量分别为前者占总量的重量百分比在大约20到80％，后者的重量百分比大约为80到20％。

似乎存在着至少两种从铝化合物中去除氧化钠的方式，一种是使氧化钠挥发物与硅石反应并定位在硅石基材料中，另一种是使氧化钠与硅石基材料表面直接接触，因此转移到硅石基材料上并定位在那里。因而，虽然不能清楚地说明，但可以假定本发明可以成功减少氧化钠并可同时防止发生硅石污染。因为在本发明中，通过采用带有陶瓷涂层的硅石基材料代替用于定位挥发的氧化钠的硅石基材料，减少了与铝化合物直接接触的硅石基材料的数量。

本发明中使用的减少氧化钠的介质的组分之一可以是硅石基材料。这种硅石基材料可以是含有硅石的特殊材料。硅石基材料的实例包括石英岩、石英、石英砂、shamotte、nulite、硅线石、硅酸镁、水合硅酸铝或类似的物质。在这些物质中，优先选用石英岩，石英和石英砂，因为这些物质具有高效的减少氧化钠的作用。硅石基材料的平均粒度最好在大约0.3毫米到大约2毫米的范围内。

在本发明中使用的减少氧化钠的介质的另一个组分可以是带有非硅石基陶瓷涂层的硅石基材料。这种带有陶瓷涂层的硅石基材料可以通过对作为基体的硅石基材料的表面涂敷除硅石基材料以外的陶瓷材料来得到。用做基体的硅石基材料可以是如上所述的石英岩、石英、石英砂、shamotte、nulite、硅线石、硅酸镁或水合硅酸铝，也可以是与一起使用的没有涂层的硅石基材料同类或异类的材料。用作涂层的陶瓷材料可以是除了用作基体的硅石基材料以外的氧化物。陶瓷材料的实例包括具有γ型、χ型、θ型、δ型、或κ型晶体结构的过渡型氧化铝，和α型氧化铝及类似的物质。在这些物质中，最好是使用过渡型氧化铝或α型氧化铝，这些物质各自的纯度为氧化铝占到重量百分比大约95％或更高。通过使用带有这些种氧化铝涂层的硅石基材料，可以减少来自陶瓷材料的杂质。作为涂层原材料的非硅石基陶瓷最好具有特定的形状。其平均粒度可以在大约2微米或更大，优选大约20微米或更大，大约200微米或更小，最好大约100微米或更小。通过用平均粒径在上述范围内的非硅石基陶瓷进行涂复得到带有陶瓷涂层的硅石基材料，可以减少硅石污染，因此减少了在生成的含有低含量氧化钠的氧化铝中二氧化硅的含量。形成涂层的非硅石基陶瓷的数量可以是带有陶瓷涂层的硅石基材料的重量的5％或更高。考虑到在最后产品中的低硅石含量，带有陶瓷涂层的硅石基材料中最好具有较高的陶瓷含量，因为这可以导致具有更高的减少硅石污染的能力，这将导致减少含有少量氧化钠的氧化铝中二氧化硅的含量。在这个问题上，非硅石基陶瓷的数量最好占带有陶瓷涂层的硅石基材料重量的大约20％或更高。在另一方面，多余的形成涂层的陶瓷倾向于降低使氧化钠减少的作用，因此，带有陶瓷涂层的硅石基材料具有的SiO₂含量最好是带有陶瓷涂层的硅石基材料重量的50％或更高。带有陶瓷涂层的硅石基材料的平均粒度可以在大约0.3毫米到大约2毫米，这等于或稍大于一起使用的无陶瓷涂层的硅石基材料的平均粒度。制备带有陶瓷涂层的硅石基材料可以通过将上述硅石基材料与上述陶瓷混合，然后将得到的混合物通过加热炉加热，例如电炉、回转窑、辊底式炉、隧道窑和类似的炉窑。加热可在能够熔化或煅烧硅石基材料中的硅石和陶瓷中的组分(如氧化铝)的温度下进行。加热温度可以是大约1000℃或更高，最好在大约1100℃到大约1300℃的范围内。加热可在氟基物质如氟化氢和氟化氨的气氛下进行，或在氯基物质如氯化氢、氯化氨和氯气的气氛下进行。

在本发明中，将含有氧化钠的铝化合物与减少氧化钠的介质混合，其中减少氧化钠的介质包括硅石基材料和另一种带有非硅石基陶瓷涂层的硅石基材料。混合可以通过使用旋转容器混合器来进行，如水平圆柱形混合器、V形混合器和双锥形混合器，或者通过机械搅拌混合器，如螺条混合器、蜗杆混合器和针轮混合器(pin mixer)来进行。当在连续回转窑中进行后续的煅烧时，在回转窑中仍可进行混合。铝化合物和减少氧化钠的介质的数量分别是前者占总重量的大约70％到95％，而后者占总重量的大约5％到30％。

对因此得到的含有氧化钠的铝化合物和减少氧化钠的介质的混合物进行煅烧。煅烧可以在含有氧化钠的铝化合物与减少氧化钠的介质混合的同时进行。煅烧可以在碱性炉中进行，如回转窑、辊底式炉、隧道窑、电炉和类似的炉窑。煅烧炉可以是批量式或是连续式的。煅烧可以在铝化合物发生相变成为α-铝的温度下进行。煅烧温度可以是大约1000℃或更高，最好在大约1100℃到大约1400℃的范围内。煅烧时间的长短取决于使用的煅烧炉的类型和煅烧温度进行变化。煅烧的时间可以是二分钟或更长，最好是在大约10分钟到大约10小时的范围内。煅烧可以在存在矿化剂的条件下进行。使用矿化剂，煅烧可以在较低温度下进行。所使用的矿化剂的示例包括氟基物质，如氟化氢、氟化氨、氟化镁和氟化铝，和氯基物质，如氯化氢、氯化铵、氯气，和硼基物质，如氧化硼和硼酸。所使用的矿化剂的数量取决于矿化剂的类型进行变化，可以是占作为原材料的铝化合物重量的大约0.001％或更高。矿化剂的数量越大，煅烧温度可以越低，这是所希望的。矿化剂的数量可以占铝化合物重量的大约0.005％或更高。在另一方面，大量过量的矿化剂不会使煅烧温度有任何进一步的降低，因此矿化剂的数量最好占铝化合物重量的大约0.5％或更低。

在煅烧之后，然后可以将煅烧过的混合物分离成氧化铝和减少氧化钠的介质。分离可以通过干燥分选机例如筛选机进行。当使用筛选时，筛的目径在减少氧化钠的介质的粒度和氧化铝的粒度之间。目径可以根据减少氧化钠的介质的粒度和氧化铝的粒度进行适当的选择。其范围可以在大约100微米到大约300微米之间。由于减少氧化钠的介质的粒度可大于氧化铝的粒度，减少氧化钠的介质可以从干燥分选机的用于大颗粒的出口回收，氧化铝从用于小颗粒的出口回收。由此分离出的减少氧化钠的介质可以作为带有陶瓷涂层的硅石基材料循环使用。

在分离后，得到分子式Al₂O₃表示的氧化铝。所得到的氧化铝可以具有α型晶体结构，氧化钠(Na₂O)的含量为重量百分比大约0.1％或更低，硅石(SiO₂)的含量在重量百分比为大约0.1％或更低。氧化铝的硅石含量最好在重量百分比为0.05％或更低。必要的话氧化铝可以研磨成粉，用作陶瓷的原料。

根据本发明，可以从含有氧化钠的铝化合物得到含有少量氧化钠和硅石的氧化铝。

已对本发明进行了描述，很明显本发明可以不同的方式变化。这些变化将被认作未脱离本发明的精神实质和范围。并且对于所属领域的技术人员来说明显的是所有改进都未脱离下面的权利要求的范围。

在2001年6月26日提交申请的日本公开特许公报2001-192463中公开的全部内容，包括说明书、权利要求书和摘要，都参考引用于本文。示例

参考下面的示例对本发明进行详细的介绍。下面的示例应当被认作不是对本发明范围的限制。

在示例和比较示例中，Na₂O的含量、SiO₂的含量、Al₂O₃纯度、平均粒度和晶体结构如下面所介绍的进行测定。Na₂O的含量和SiO₂的含量

Na₂O的含量(％重量)和SiO₂的含量(％重量)通过X光光谱测定法进行测量。Al₂O₃纯度

使用X光光谱测定法测量Na₂O的含量(％重量)和SiO₂的含量(％重量)和Fe₂O₃的含量(％重量)。然后根据下列公式进行计算得到Al₂O₃纯度。

Al₂O₃纯度(％)＝100-(Na₂O含量+SiO₂含量+Fe₂O₃含量)平均粒度(微米)

进行测量的样品的粒度分布通过筛选方法得到。根据粒度分布可以得到累积粒度分布曲线，以粒度为横坐标，累积颗粒重量为纵坐标。在累积粒度分布曲线上累积颗粒重量达到50％重量所对应的粒度被认作是样品的平均粒度。晶体结构

进行测量的样品的X射线衍射光谱通过X射线衍射光谱法得到。根据X射线衍射光谱确定样品主要成分的晶体结构。示例1减少氧化钠的介质的制备

将100重量份平均粒度为50微米、Al₂O₃纯度为99％、具有γ型晶体结构的过渡型氧化铝(由Sumitomo Chemical有限公司生产)与14重量份平均粒度为1毫米的石英砂混合得到混合物。将该混合物提供给连续式回转窑并进行加热。所用回转窑的加热区的最高温度是1300℃、混合物在窑中的平均停留时间是4小时。冷却后，将过量的硅石通过目径是149微米的筛除去得到带有氧化铝涂层的硅石砂。带有氧化铝涂层的硅石砂具有重量百分比为25％的形成涂层的氧化铝，和重量百分比为75％的SiO₂。100重量份的带有氧化铝涂层的硅石砂再与100重量份的如上所用的同一种类硅石砂混合制备出减少氧化钠的介质。氧化铝的煅烧

在水溶液中的铝酸钠水解得到氢氧化铝，所述氢氧化铝的平均粒度为50微米，其Na₂O含量和SiO₂含量分别为重量百分比0.2％和0.01％。将100重量份所得到的氢氧化铝和9重量份上面制备的减少氧化纳的介质提供给连续式回转窑并在窑中互相混合，同时对得到的混合物煅烧。所用回转窑中加热区的最高温度是1300℃，混合物在窑中的平均停留时间是4个小时。煅烧后，混合物进行冷却，并通过目数为149微米的筛进行筛选，将其分离出减少氧化钠的介质和生成的具有少量氧化钠的氧化铝。得到的氧化铝的Na₂O含量和SiO₂含量分别为0.032％重量和0.032％重量，并具有α型晶体结构。比较示例1

使用与示例1相同的程序得到了氧化铝，除了作为减少氧化钠的介质的是只有平均粒度为1毫米的硅石砂外。氧化铝的Na₂O含量和SiO₂含量分别为0.074％重量和0.044％重量，并具有α型晶体结构。

Claims (4)

1.一种生产氧化铝的方法，所述方法包括步骤：

将含有氧化钠的铝化合物与减少氧化钠的介质混合得到混合物，所述减少氧化钠的介质含有硅石基材料和带有非硅石基陶瓷涂层的另一种硅石基材料；

煅烧所述混合物；和

将生成的氧化铝与所述减少氧化钠的介质分离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含有氧化钠的铝化合物的平均粒度从大约10微米到大约20微米。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少一种所述硅石基材料包括从石英岩、石英、石英砂中选出的至少一种化合物。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所得到的氧化铝的Na₂O含量的重量百分比为大约0.1％或更低、SiO₂含量的重量百分比大约为0.1％或更低。