專利名稱：一種氧化鋁粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋁粉體的制備方法，屬于無機(jī)非金屬材料粉體制備領(lǐng)域。具體的講，本發(fā)明涉及一種采用金屬鋁與季銨堿水溶液反應(yīng)制備得到氫氧化鋁，然后煅燒得到氧化鋁粉體的制備方法。

背景技術(shù)：
氧化鋁是一種具有廣泛用途的無機(jī)非金屬材料，它可應(yīng)用于各種陶瓷、稀土發(fā)光材料、磨料、填料、催化劑載體等領(lǐng)域。普通的氧化鋁是從礦用鋁土礦中得到的，但是這樣獲得的氧化鋁在很多用途中不能滿足質(zhì)量要求。為了改善氧化鋁的性能，人們開發(fā)了其他具有工業(yè)化價(jià)值的氧化鋁生產(chǎn)方法，主要有以下幾種(1)改良拜爾法。如中國專利200410023998.3和200410021968.9，以工業(yè)氫氧化鋁為原料，通過堿溶、除雜、碳分或種分、脫鈉、煅燒等步驟后可得到高純氧化鋁粉，但該方法工藝路線長，并且在生產(chǎn)過程中需要處理大量廢水。(2)硫酸鋁銨或碳酸鋁銨熱解法。中國專利文獻(xiàn)93110316.9涉及一種高純超細(xì)氧化鋁生產(chǎn)工藝及裝置，硫酸鋁銨熱分解后制得氧化鋁粉體，煅燒過程中產(chǎn)生腐蝕性氣體，具有很大的環(huán)境問題。(3)醇鋁水解法。金屬鋁在非水條件下與醇反應(yīng)生成醇鋁，醇鋁與水反應(yīng)生成氫氧化鋁，中國專利91111373.8和97103240.8公開了一種通過低碳醇鋁水解反應(yīng)制備超細(xì)高純氧化鋁的方法，能得到純度大于99.99％，粒度均勻的氧化鋁產(chǎn)品。該方法需要易燃的低碳醇為原料，在生產(chǎn)過程中存在一定的危險(xiǎn)性。(4)膽堿法。中國專利02108991.4公開了一種高純氧化鋁的制備方法，采用膽堿與高純金屬鋁反應(yīng)生成膽堿化鋁，膽堿化鋁水解生成氫氧化鋁和膽堿，將氫氧化鋁洗滌過濾析出，煅燒研磨后得到高純的氧化鋁。該方法具有產(chǎn)品質(zhì)量高、工藝條件要求低、無環(huán)境污染、成本低廉的特點(diǎn)。
盡管膽堿法具有諸多優(yōu)勢(shì)，但是膽堿(分子式[(CH3)3N(CH2CH2OH)]OH)合成制備較為困難，較難得到高純產(chǎn)品，這限制了其應(yīng)用，并且膽堿中的醇羥基會(huì)與生成的氫氧化鋁作用，從而影響氧化鋁產(chǎn)品的形貌及性能?；谝陨先秉c(diǎn)，本發(fā)明選用了一類易于合成、廉價(jià)易得的季銨堿作為堿源，并且分子結(jié)構(gòu)中不含有任何醇羥基，減少了有機(jī)堿與氫氧化鋁的作用。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氧化鋁粉體制備方法，其特征在于采用金屬鋁與季銨堿水溶液反應(yīng)一步制得氫氧化鋁沉淀，經(jīng)過濾、洗滌、干燥、煅燒、粉碎后得到氧化鋁粉體。
本發(fā)明制備氧化鋁粉體的原理是
其中R+OH-為季銨堿分子式R1R2R3R4N+OH-的簡寫。
本發(fā)明的具體工藝過程如下 (1)將金屬鋁加入到0.2-2.0mol/L的季銨堿水溶液中，控制水浴加熱溫度在50-80℃，攪拌反應(yīng)2-15小時(shí)； (2)將步驟(1)得到的反應(yīng)液通過孔徑為120-150微米的篩網(wǎng)去除未反應(yīng)金屬鋁，然后過濾，并用去離子水洗滌濾餅，得到氫氧化鋁固體； (3)將步驟(2)所得氫氧化鋁固體脫水干燥后，得到干燥氫氧化鋁粉體； (4)將步驟(3)所得氫氧化鋁在500-1200℃煅燒后，得到氧化鋁粉體； (5)將步驟(4)所得氧化鋁粉體置于氣流磨中粉碎、過篩得到不同粒徑的氧化鋁粉體； 所采用的金屬鋁可根據(jù)氧化鋁產(chǎn)品純度的要求選擇不同純度的金屬鋁片、鋁箔、鋁粉中的一種或多種，其純度范圍為99％-99.9999％。
所采用的季銨堿是指結(jié)構(gòu)通式為R1R2R3R4N+OH-的有機(jī)堿(見下圖)，其中R1、R2、R3、R4可為相同(或不同)的烷基(或芳香基團(tuán))，如(CH3)4N+OH-，(CH3CH2)4N+OH-，(CH3CH2CH2)4N+OH-，(CH3CH2CH2CH2)4N+OH-，C6H5CH2(CH3)3N+OH-，C15H31CH2(CH3)3N+OH-。在本發(fā)明中，季銨堿是以循環(huán)方式使用，其損耗主要是由于反應(yīng)過程中的熱分解以及氫氧化鋁的微量吸附造成的。

反應(yīng)過程中所使用的季銨堿可以通過電解法或陰離子交換樹脂交換法獲得，其水溶液的濃度為0.2-2.0mol/L，優(yōu)選范圍0.35-0.50mol/L。
反應(yīng)溫度控制在50-80℃，優(yōu)選范圍60-75℃為宜，溫度太低，則反應(yīng)太慢；溫度過高，則會(huì)導(dǎo)致季銨堿的分解，從而減少其循環(huán)使用的次數(shù)。
反應(yīng)過程中金屬鋁與季銨堿水溶液體積的比例為4-8克/100毫升，優(yōu)選范圍5-6克/100毫升。超出這個(gè)范圍，當(dāng)用鋁量少時(shí)，效率低，每次制備的氫氧化鋁量少；當(dāng)用鋁量大時(shí)，生成氫氧化鋁的濃度大會(huì)使后期的反應(yīng)速度減慢?？刂圃诖吮壤秶鷥?nèi)，每次的反應(yīng)時(shí)間可在2-15小時(shí)內(nèi)完成，實(shí)際操作過程中，可視金屬鋁是否消耗完為判斷依據(jù)。
為了調(diào)控氧化鋁的形貌及性能，反應(yīng)過程中在季銨堿水溶液中可以加入聚乙烯醇、乙二醇或聚吡絡(luò)烷酮，添加質(zhì)量與金屬鋁的質(zhì)量比為0.03∶1-0.20∶1。
反應(yīng)生成的氫氧化鋁反應(yīng)液需要過孔徑為120-150微米的篩網(wǎng)去除未反應(yīng)金屬鋁，然后減壓過濾，實(shí)現(xiàn)氫氧化鋁與季銨堿水溶液的固液分離，過濾后，用適量去離子水洗滌濾餅，來減少氫氧化鋁吸附造成的季銨堿損失。如果濾液達(dá)不到再循環(huán)使用要求，可以低溫減壓濃縮后再使用。
所得的氫氧化鋁濾餅經(jīng)過減壓干燥或噴霧干燥或常壓100-140℃焙燒后，得到晶相為拜耳石的氫氧化鋁干燥粉體。
干燥后的氫氧化鋁在500-1200℃煅燒，可以得到α-和γ-相氧化鋁粉體。進(jìn)一步置于氣流磨中粉碎、過篩得到不同粒徑的氧化鋁粉體。
本發(fā)明提供氧化鋁粉體制備工藝的特點(diǎn)是 (1)生產(chǎn)工藝要求低，操作簡單。
(2)生產(chǎn)過程環(huán)境友好，無有毒、有害氣體排放。
(3)成本低廉，制備過程中所用季銨堿水溶液可以循環(huán)使用。
(4)本方法制備的氧化鋁粉體特別適用于稀土發(fā)光材料、三基色熒光粉、 高級(jí)研磨材料以及精細(xì)陶瓷等領(lǐng)域。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施例1 將稱量好的6.5克99.7％金屬鋁片放入500毫升的燒杯中，然后加入100毫升0.45mol/L的四丙基氫氧化銨(分子式(CH3CH2CH2)4N+OH-)水溶液，控制水浴加熱溫度在75℃，振動(dòng)攪拌5小時(shí)后，將反應(yīng)液過孔徑為150微米的白鋼篩網(wǎng)，篩出少量未反應(yīng)的鋁屑，進(jìn)而減壓過濾并用20毫升去離子水洗滌得氫氧化鋁濾餅，濾液保留循環(huán)使用。將濾餅在120℃干燥2小時(shí)后，得到干燥的氫氧化鋁，進(jìn)一步將氫氧化鋁在1080℃煅燒6小時(shí)，得到α-相氧化鋁粉體11.6克。
實(shí)施例2 將稱量好的4.5克99.9％金屬鋁箔放入500毫升的燒杯中，然后加入100毫升0.25mol/L的四乙基氫氧化銨(分子式(CH3CH2)4N+OH-)水溶液，控制水浴加熱溫度在65℃，振動(dòng)攪拌8小時(shí)后，將反應(yīng)液過孔徑為120微米的白鋼篩網(wǎng)，篩出少量未反應(yīng)的鋁屑，進(jìn)而減壓過濾并用20毫升去離子水洗滌得氫氧化鋁濾餅，濾液保留循環(huán)使用。將濾餅在70℃，-0.08MPa壓力下減壓干燥1.5小時(shí)后，得到干燥的氫氧化鋁，進(jìn)一步將氫氧化鋁在500℃煅燒6小時(shí)，得到γ-相氧化鋁粉體8.3克。
實(shí)施例3 將稱量好的7.0克99.99％金屬鋁粉放入500毫升的燒杯中，然后加入100毫升1.5mol/L的芐基三甲基氫氧化銨(分子式C6H5CH2(CH3)3N+OH-)水溶液，控制水浴加熱溫度在70℃，振動(dòng)攪拌2小時(shí)后，將反應(yīng)液過孔徑為120微米的白鋼篩網(wǎng)，篩出少量未反應(yīng)的鋁屑，進(jìn)而減壓過濾并用20毫升去離子水洗滌得氫氧化鋁濾餅，濾液保留循環(huán)使用。將濾餅在120℃干燥2小時(shí)后，得到干燥的氫氧化鋁，進(jìn)一步將氫氧化鋁在600℃煅燒6小時(shí)，得到γ-相氧化鋁粉體13.1克。
實(shí)施例4 將稱量好的7.0克99.999％金屬鋁片放入500毫升的燒杯中，然后加入100毫升1.35mol/L的四丁基氫氧化銨(分子式(CH3CH2CH2CH2)4N+OH-)水溶液，再加入0.7克聚乙烯醇，控制水浴加熱溫度在70℃，振動(dòng)攪拌13小時(shí)后，將反應(yīng)液過孔徑為125微米的白鋼篩網(wǎng)，篩出少量未反應(yīng)的鋁屑，進(jìn)而減壓過濾并用20毫升去離子水洗滌得氫氧化鋁濾餅，濾液保留循環(huán)使用。將濾餅在120℃干燥2小時(shí)后，得到干燥的氫氧化鋁，進(jìn)一步將氫氧化鋁在1140℃煅燒6小時(shí)，得到α-相氧化鋁粉體13.1克。
實(shí)施例5 將稱量好的6.0克99％金屬鋁箔放入500毫升的燒杯中，然后加入100毫升0.35mol/L的四甲基氫氧化銨(分子式(CH3)4N+OH-)水溶液，再加入0.5克乙二醇，控制水浴加熱溫度在55℃，振動(dòng)攪拌3.5小時(shí)后，將反應(yīng)液過孔徑為150微米的白鋼篩網(wǎng)，篩出少量未反應(yīng)的鋁屑，進(jìn)而減壓過濾并用20毫升去離子水洗滌得氫氧化鋁濾餅，濾液保留循環(huán)使用。將濾餅在120℃干燥2小時(shí)后，得到干燥的氫氧化鋁，進(jìn)一步將氫氧化鋁在1200℃煅燒6小時(shí)，得到α-相氧化鋁粉體11.0克。
實(shí)施例6 將稱量好的5.5克99.96％金屬鋁片放入500毫升的燒杯中，然后加入100毫升1.0mol/L的十六烷基三甲基氫氧化銨(分子式C15H31CH2(CH3)3N+OH-)水溶液，再加入0.7克聚吡絡(luò)烷酮，控制水浴加熱溫度在80℃，振動(dòng)攪拌4小時(shí)后，將反應(yīng)液過孔徑為150微米的白鋼篩網(wǎng)，篩出少量未反應(yīng)的鋁屑，進(jìn)而減壓過濾并用20毫升去離子水洗滌得氫氧化鋁濾餅，濾液保留循環(huán)使用。將濾餅噴霧干燥后，得到干燥的氫氧化鋁，進(jìn)一步將氫氧化鋁在800℃煅燒6小時(shí)，得到γ-相氧化鋁粉體10.0克。
實(shí)施例7 將稱量好的5.0克99.99％金屬鋁箔放入500毫升的燒杯中，然后加入100毫升回收的0.45mol/L的四丙基氫氧化銨濾液，控制水浴加熱溫度在70℃，振動(dòng)攪拌3小時(shí)后，將反應(yīng)液過孔徑為125微米的白鋼篩網(wǎng)，篩出少量未反應(yīng)的鋁屑，進(jìn)而減壓過濾并用20毫升去離子水洗滌得氫氧化鋁濾餅，濾液保留循環(huán)使用。將濾餅噴霧干燥后，得到干燥的氫氧化鋁，進(jìn)一步將氫氧化鋁在1180℃煅燒6小時(shí)，得到中位粒徑為12.5微米的α-相氧化鋁粉體9.1克，進(jìn)一步經(jīng)過氣流粉碎后得到中位粒徑為0.7微米的α-相氧化鋁粉體。
實(shí)施例8 將稱量好的8.0克99.99％金屬鋁粉放入500毫升的燒杯中，然后加入100毫升回收的1.8mol/L的四丙基氫氧化銨濾液，控制水浴加熱溫度在80℃，振動(dòng)攪拌6小時(shí)后，將反應(yīng)液過孔徑為125微米的白鋼篩網(wǎng)，篩出少量未反應(yīng)的鋁屑，進(jìn)而減壓過濾并用20毫升去離子水洗滌得氫氧化鋁濾餅，濾液保留循環(huán)使用。將濾餅噴霧干燥后，得到干燥的氫氧化鋁，進(jìn)一步將氫氧化鋁在700℃煅燒6小時(shí)，得到中位粒徑為10.5微米的γ-相氧化鋁粉體14.9克，進(jìn)一步經(jīng)過氣流粉碎后得到中位粒徑為0.65微米的γ-相氧化鋁粉體。
實(shí)施例9 將稱量好的4.0克99.7％金屬鋁箔放入500毫升的燒杯中，然后加入100毫升回收的0.85mol/L的四甲基氫氧化銨濾液，控制水浴加熱溫度在50℃，振動(dòng)攪拌15小時(shí)后，將反應(yīng)液過孔徑為150微米的白鋼篩網(wǎng)，篩出少量未反應(yīng)的鋁屑，進(jìn)而減壓過濾并用20毫升去離子水洗滌得氫氧化鋁濾餅，濾液保留循環(huán)使用。將濾餅在110℃干燥后，得到干燥的氫氧化鋁，進(jìn)一步將氫氧化鋁在900℃煅燒6小時(shí)，得到γ-相氧化鋁粉體7.4克。
權(quán)利要求
1、一種氧化鋁粉體的制備方法，其特征在于采用金屬鋁與季銨堿水溶液反應(yīng)，生成氫氧化鋁沉淀，然后過濾、洗滌、干燥、高溫煅燒后制得，該方法包括以下步驟
(1)將金屬鋁加入到0.2-2.0mol/L的季銨堿水溶液中，控制水浴加熱溫度在50-80℃，攪拌反應(yīng)2-15小時(shí)；
(2)將步驟(1)得到的反應(yīng)液通過孔徑為120-150微米的篩網(wǎng)去除未反應(yīng)金屬鋁，然后過濾，并用去離子水洗滌濾餅，得到氫氧化鋁固體；
(3)將步驟(2)所得氫氧化鋁固體脫水干燥后，得到干燥氫氧化鋁粉體；
(4)將步驟(3)所得氫氧化鋁粉體在500-1200℃煅燒后，得到氧化鋁粉體；
(5)將步驟(4)所得氧化鋁粉體置于氣流磨中粉碎、過篩得到不同粒徑的氧化鋁粉體。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋁粉體的制備方法，其特征在于所述的金屬鋁為純度是99％-99.9999％的金屬鋁片、鋁箔或鋁粉中的一種或多種。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋁粉體的制備方法，其特征在于所述的季銨堿為有機(jī)堿，它的結(jié)構(gòu)通式為R1R2R3R4N+OH-，其中R1、R2、R3、R4可為相同或不同的烷基或芳香基團(tuán)。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋁粉體的制備方法，其特征在于所述的季銨堿水溶液的濃度可以為0.35-0.50mol/L。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋁粉體的制備方法，其特征在于金屬鋁質(zhì)量與季銨堿水溶液體積的比例為4克/100毫升-8克/100毫升。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋁粉體的制備方法，其特征在于金屬鋁質(zhì)量與季銨堿水溶液體積的比例為5克/100毫升-6克/100毫升。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋁粉體的制備方法，其特征在于所述的水浴加熱溫度為60-75℃。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋁粉體的制備方法，其特征在于季銨堿水溶液中可以加入聚乙烯醇、乙二醇或聚吡絡(luò)烷酮，添加量與金屬鋁的質(zhì)量比為0.03∶1-0.20∶1。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋁粉體的制備方法，其特征在于氫氧化鋁的干燥可以采用常規(guī)減壓干燥、噴霧干燥或常壓100-140℃干燥。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋁粉體的制備方法，其特征在于干燥后的氫氧化鋁在500-1200℃煅燒后，可以得到α-和γ-相氧化鋁粉體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鋁粉體的制備方法，其特征在于采用金屬鋁與季銨堿水溶液，在熱水浴中進(jìn)行反應(yīng)，制備得到氫氧化鋁沉淀，將沉淀過濾、洗滌、干燥、高溫煅燒、粉碎后得到α-和γ-相氧化鋁粉體；濾液則仍然為季銨堿水溶液，可循環(huán)使用。所述的季銨堿是指結(jié)構(gòu)通式為R1R2R3R4N+OH-的有機(jī)堿，其中R1、R2、R3、R4可為相同(或不同)的烷基(或芳香基團(tuán))。本發(fā)明具有工藝條件要求低、環(huán)境友好、成本低廉、產(chǎn)品重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)，特別適合大規(guī)模生產(chǎn)。如果采用高純鋁片為鋁源，可以制備得到高純超細(xì)氧化鋁粉體，應(yīng)用于高壓鈉燈管、長余輝發(fā)光材料、三基色熒光粉、高級(jí)研磨材料以及人工晶體等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C01F7/00GK101575110SQ20081001134
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者陳楊英, 穎 孫, 明 李, 輝 劉, 肖志國 申請(qǐng)人:大連路明納米材料有限公司