本發(fā)明專利涉及一種高性能活性氧化鋁球的制備方法，特別指具有較高比表面積、孔容、強(qiáng)度及低磨耗率的活性氧化鋁球的制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋁作為重要的化工產(chǎn)品，已知的Al2O3結(jié)晶形態(tài)有8種，包括χ-、η-、γ-、δ-、κ-、θ-、ρ-和α-Al2O3，它們的分子式可以寫成Al2O3·nH2O，其中n代表氧化鋁所含結(jié)晶水的數(shù)量，結(jié)晶水含量在0-0.6之間。由于它們的堆積密度、孔容、孔徑大小及分布、比表面積以及表面酸性各不相同，在工業(yè)上有不同的應(yīng)用。在無特殊說明情況下，工業(yè)上使用的活性氧化鋁一般指γ-Al2O3。
活性氧化鋁為純氧化鋁制品，內(nèi)部具有豐富的互相連通的孔道，并具有較大的孔容和比表面積，是一種多孔、高分散度的固體物料?；钚匝趸X既有良好的吸附性能，又有良好的耐壓、耐磨損和耐熱性能，被廣泛用于石油化工、化肥和鋼鐵等行業(yè)?；钚匝趸X的形狀一般呈球狀、柱狀或粉狀。其中，球形活性氧化鋁在使用過程中具有粒度均勻、機(jī)械強(qiáng)度大、床層壓降小、裝填方便、再生簡單等優(yōu)勢，在工業(yè)上的使用量最大。
球形氧化鋁的制備方式主要有：混捏擠出成球、轉(zhuǎn)盤成球、噴霧成球、熱油柱成球、油氨柱成球。從活性氧化鋁的產(chǎn)量、成本、性能控制等多方面考慮，以轉(zhuǎn)盤成球的產(chǎn)量最大。轉(zhuǎn)盤成球法主要是采用普通氫氧化鋁作為原料，在高溫爐中快速脫水生成ρ-氧化鋁。來自焙燒流程的ρ-氧化鋁，在成球盤上經(jīng)過噴水、滾動一定時間，形成一定粒度的活性氧化鋁生球，生球物料進(jìn)入熟化箱靜置，充分熟化焙燒后得到最終產(chǎn)品。
活性氧化鋁的孔道、孔容和比表面積直接決定了其吸附、催化等性能，強(qiáng)度和磨耗率則影響活性氧化鋁的使用壽命。品質(zhì)越高的氧化鋁，對其孔道、孔容、比表面積、強(qiáng)度以及磨耗率等制備要求越高。在工業(yè)生產(chǎn)中，作為活性氧化鋁的主要生產(chǎn)原料，ρ-氧化鋁遇水變硬，但比表面積、孔容都較小，轉(zhuǎn)盤成球制備的活性氧化鋁球強(qiáng)度較高但比表面積、孔容不高。而采用具有高比表面積、孔容的擬薄水鋁石為原料，可以制備較大比表面積與孔容的活性氧化鋁。但擬薄水鋁石在工業(yè)生產(chǎn)中遇水會變成無粘結(jié)性的膠狀物，采用轉(zhuǎn)盤成球困難，而采用擠出成球法制備的氧化鋁球強(qiáng)度較差，成本較高，且產(chǎn)量較低。單純的將擬薄水鋁石與ρ-氧化鋁物理混合，在水作用下，擬薄水鋁石極易形成大顆粒膠狀物，使得轉(zhuǎn)盤成球制備的氧化鋁球出現(xiàn)明顯的脫殼現(xiàn)象，嚴(yán)重影響氧化鋁球的產(chǎn)品質(zhì)量。如何制備即具有高比表面積、孔容，又具有高強(qiáng)度、低磨耗率的活性氧化鋁球，成為工業(yè)生產(chǎn)急需解決的關(guān)鍵問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種高性能活性氧化鋁球的制備方法，該制備方法中將ρ-氧化鋁和擬薄水鋁石作為主要生產(chǎn)原料，配合成型機(jī)，制備得到的活性氧化鋁球具有高比表面積、孔容，又具有高強(qiáng)度和低磨損率，通過控制制備方法中的工藝參數(shù)，使制得的活性氧化鋁球具有了更好的性能。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種高性能活性氧化鋁球的制備方法，包括如下步驟：將70-95重量份的ρ-氧化鋁和5-30重量份的擬薄水鋁石混合均勻后，放置于成球盤中，轉(zhuǎn)盤成球法成球，成球過程中噴淋占固體原料25-35％粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑為有機(jī)酸的水溶液或無機(jī)酸的水溶液或有機(jī)酸和無機(jī)酸的混合物的水溶液。
擬薄水鋁石，又名一水合氧化鋁、假一水軟鋁石，無毒、無味、無臭，具有比表面積高、孔容大等特點(diǎn)。
優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑為有機(jī)酸的脫鹽水溶液或無機(jī)酸的脫鹽水溶液或有機(jī)酸和無機(jī)酸的混合物的脫鹽水溶液。
脫鹽水是指將所含的強(qiáng)電解質(zhì)除去或減少到一定程度的水，其中的含鹽量應(yīng)為1-5毫克/升，又稱去離子水或純水。
如果使用的水中含有一定量的鹽分，會對制備的氧化鋁球的比表面積、強(qiáng)度和耐磨性產(chǎn)生不利影響，所以，一般使用去離子水。
轉(zhuǎn)盤成球法是指將粉料置于轉(zhuǎn)動的成球盤中，噴淋適量的水或粘結(jié)劑，潤濕的粉料互相粘附，滾動中逐漸長大為球形顆粒。其中成球盤又叫圓盤造粒劑、成球機(jī)和盤式造粒機(jī)，是一種通過成球盤的圓盤傾斜轉(zhuǎn)動，將在成球盤內(nèi)的物料滾動成球和顆粒的設(shè)備。
其中，ρ-氧化鋁是由氫氧化鋁加熱脫水制備而來，ρ-氧化鋁作為原料制備活性氧化鋁可以提高制備得到的活性氧化鋁球的強(qiáng)度，擬薄水鋁石的比表面積、孔容較大，對提高活性氧化鋁的比表面積和孔容起到較大的貢獻(xiàn)。同時，擬薄水鋁石粉體的表面與無機(jī)酸或有機(jī)酸接觸后反應(yīng)，生成具有粘度的鋁溶膠，提高了擬薄水鋁石之間的粘結(jié)強(qiáng)度，使得到的球體更加致密，改善了擬薄水鋁石粉的脫落情況，提高了活性氧化鋁的強(qiáng)度。同時粉體之間的粘結(jié)強(qiáng)度較大，降低了活性氧化鋁球產(chǎn)品的磨耗率。
優(yōu)選的，粘結(jié)劑的濃度為0.1％-5％，進(jìn)一步優(yōu)選為0.3％-1％。(其中的％是指質(zhì)量百分?jǐn)?shù))
粘結(jié)劑的濃度過大，生成的鋁溶膠的量較大，在成球過程中，會堵塞一部分孔徑，不利于提高制備得到的活性氧化鋁球的比表面積和孔容，同時，粘結(jié)劑的濃度較大，粘結(jié)作用就會相應(yīng)提高，成球速度快，不容易控制得到的活性氧化鋁球的直徑，降低了活性氧化鋁球的質(zhì)量。
粘結(jié)劑的濃度偏小，在擬薄水鋁石和ρ-氧化鋁的表面形成的鋁溶膠的量較少，且形成鋁溶膠的速度較慢，活性氧化鋁球的成球困難，制備得到的活性氧化鋁球的強(qiáng)度不高等弊端。粘結(jié)劑的種類和量對制備的活性氧化鋁的質(zhì)量有較大的影響。
優(yōu)選的，噴淋粘結(jié)劑的過程是以分散噴頭霧化噴淋的方式進(jìn)行噴淋。采用霧化噴淋的方式，有助于快脫粉、擬薄水鋁石的粘合均勻，利于微球氧化鋁的形成，微球氧化鋁作為氧化鋁球的種子，在轉(zhuǎn)盤中滾雪球般長大。若采用其他方法，很容易導(dǎo)致氧化鋁在成球中的粘結(jié)或變形，無法達(dá)到球形的目標(biāo)。
分散噴頭是指多個噴頭均勻布置在成球盤的上方，通過均勻布置的噴頭將粘結(jié)劑均勻噴涂在擬薄水鋁石和ρ-氧化鋁的表面，保證制備得到的活性氧化鋁球的質(zhì)量。
優(yōu)選的，上述制備方法中還包括對成球后的顆粒進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、焙燒處理的步驟。
成球后的顆粒經(jīng)過養(yǎng)護(hù)、焙燒后，制得活性氧化鋁球。
優(yōu)選的，所述擬薄水鋁石的比表面積≥300m2/g，孔容0.4-1.1cm3/g，進(jìn)一步的，所述擬薄水鋁石的比表面積≥350m2/g，孔容≥0.7cm3/g。
由于擬薄水鋁石在活性氧化鋁的制備過程中主要起到增大比表面積和孔容的作用，所以，要求擬薄水鋁石具有較高的比表面積和孔容。
優(yōu)選的，所述的有機(jī)酸為乙酸、檸檬酸、草酸中的一種或兩種的混合物或三種的混合物。
優(yōu)選的，所述的無機(jī)酸為硝酸。采用鹽酸作為粘結(jié)劑，會在產(chǎn)品焙燒時嚴(yán)重?fù)p壞焙燒爐；硫酸作為無揮發(fā)性的酸，無法焙燒完全去除，不能作為粘結(jié)劑。
上述制備方法制備得到的活性氧化鋁球，其比表面積≥300m2/g，孔容≥0.6cm3/g，強(qiáng)度大于150N/粒，磨耗率≤0.2％。
本發(fā)明的有益效果為：
1、以ρ-氧化鋁為主要生產(chǎn)原料，其中，ρ-氧化鋁的使用量在75％以上，保證了活性氧化鋁球的機(jī)械強(qiáng)度，降低了產(chǎn)品的成本。
2、在ρ-氧化鋁中加入高品質(zhì)的擬薄水鋁石，有效地提高活性氧化鋁的比表面積與孔容。
3、在粘結(jié)劑中加入無機(jī)酸和/或有機(jī)酸，使得擬薄水鋁石的表面與酸溶液反應(yīng)生成具有粘度的鋁溶膠，保證了擬薄水鋁石與ρ-氧化鋁的粘結(jié)強(qiáng)度，防止了擬薄水鋁石粉的脫落，降低了活性氧化鋁球產(chǎn)品的磨耗率，提高了活性氧化鋁的質(zhì)量。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例中使用到的雙螺旋混料機(jī)一般用于粉體與粉體的混合或固體與液體的混合。
實(shí)施例1：
將氫氧化鋁快脫后制備的ρ-氧化鋁與擬薄水鋁石共同加入雙螺旋混料機(jī)中混合均勻，ρ-氧化鋁含量為80％(％，質(zhì)量分?jǐn)?shù))，擬薄水鋁石為20％(％，質(zhì)量分?jǐn)?shù))。其中，擬薄水鋁需經(jīng)機(jī)械磨研磨、篩分后使用，篩分后粒度可以根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整，一般制作活性氧化鋁球的粒度控制在325目-500目。同時，配置濃度為0.3％(％，質(zhì)量分?jǐn)?shù))的硝酸溶液備用。
ρ-氧化鋁粉與擬薄水鋁石粉混合均勻的物料由喂料口螺旋均勻地放入轉(zhuǎn)盤成球機(jī)中，硝酸溶液通過霧化噴頭噴人轉(zhuǎn)盤成球機(jī)的轉(zhuǎn)盤中。在轉(zhuǎn)盤離心力的作用下，ρ-氧化鋁粉與擬薄水鋁石粉遇酸溶液粘結(jié)成一定粒度的生球?？刂妻D(zhuǎn)盤的傾斜角度，待生球滾動生長到一定尺寸大小時，由轉(zhuǎn)盤成球機(jī)甩出。篩分后，生球進(jìn)入養(yǎng)護(hù)房中保溫放熱，養(yǎng)護(hù)48小時后，進(jìn)入焙燒爐中進(jìn)行高溫焙燒，得到活性氧化鋁球產(chǎn)品。
保持硝酸溶液的濃度不變，調(diào)整ρ-氧化鋁和擬薄水鋁石的配比，制備得到的活性氧化鋁球的性能如表1所示。
表1
實(shí)施例2：
將氫氧化鋁快脫后制備的ρ-氧化鋁與擬薄水鋁石共同加入雙螺旋混料機(jī)中，ρ-氧化鋁含量為75％(％，質(zhì)量分?jǐn)?shù))，擬薄水鋁石為25％(％，質(zhì)量分?jǐn)?shù))。其中，擬薄水鋁需經(jīng)機(jī)械磨研磨、篩分后使用，篩分后粒度可以根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整，一般制作活性氧化鋁球的粒度控制在325目-500目。同時，配置0.5％(％，質(zhì)量分?jǐn)?shù))的檸檬酸溶液備用。
ρ-氧化鋁粉與擬薄水鋁石粉混合好的物料由喂料螺旋均勻放入轉(zhuǎn)盤成球機(jī)中，檸檬酸溶液通過霧化噴頭噴人轉(zhuǎn)盤中。在轉(zhuǎn)盤離心力的作用下，ρ-氧化鋁粉與擬薄水鋁石粉遇酸溶液粘結(jié)成一定粒度的生球。控制轉(zhuǎn)盤機(jī)傾斜角度，待生球滾動生長到一定尺寸大小時，由成球機(jī)甩出。篩分后，生球進(jìn)入養(yǎng)護(hù)房中保溫放熱，養(yǎng)護(hù)48小時后，通過焙燒爐高溫焙燒，轉(zhuǎn)化為活性氧化鋁球產(chǎn)品。
實(shí)施例3：
其他參數(shù)與實(shí)施例2相同，改變酸溶液為乙酸溶液，濃度為0.5％(％，質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
實(shí)施例4：
其他參數(shù)與實(shí)施例2相同，改變酸溶液為檸檬酸和乙酸的混合溶液，檸檬酸的含量為0.25％，乙酸的含量為0.25％(％，質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
實(shí)施例5：
其他參數(shù)與實(shí)施例2相同，改變酸溶液為硝酸、檸檬酸和乙酸的混合溶液，硝酸的含量為0.15％，檸檬酸的含量為0.15％，乙酸的含量為0.2％(％，質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
上述雖然對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。