專利名稱：超微細高純氧化鋁的制備方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種通過低碳醇鋁水解反應制備氧化鋁的方法，特別指制得超微細高純氧化鋁。
迄今，人們對超細的定義尚未統(tǒng)一認識，一般認為顆粒小于1微米為超細粒子，純度達99.9%以上被認為高純，超細高純氧化鋁用途甚廣，例如用于透光性氧化鋁燒結體、螢光體用載體，特別氣體用添加劑、單晶材料、高級瓷器、高壓鈉燈管、人工骨、半導體及集成電路基板、錄音磁帶填充劑、渦輪機、原子能設備和機器、藍寶石、軸承、催化劑及其載體、研磨材料、激光材料、切削工具等等。超細高純氧化鋁制造方法主要有以下幾種;銨明礬熱解法、有機鋁水解法、氯乙醇法、火花放電法、碳酸鋁銨熱分解法等，其中有機鋁法以醇鋁水解法文獻報導較多，日本公開特許昭63.185.802涉及到一種金屬烷氧基化合物加入水/油類乳狀液中水解最終制得球狀Al2O3的方法，《硅酸鹽通報》86年第4期涉及到一種由有機鋁水解產物在110℃下干燥，1000℃燒成γ-Al2O3，1100～1250℃燒成α-Al2O3的方法。上述兩遍文獻均未涉及得到一種高純超微細的氧化鋁產品的具體方法，日本公開特許昭58.02.205則公開了一種能得到粒徑為0.5μm(平均值)而純度為98～100%的α-Al2O3的方法，該方法系將金屬烷氧化合物(金屬包括Al、Mg、Si……)加熱至粘滯，然后呈醬色，最后成為氧化物，具體方法步驟如異丙醇鋁于反應器中加熱至120℃，然后以1℃/分升溫至沸點249℃，回流1.5小時再于1大氣壓下升至300℃，然后碾磨24小時于1200℃燒成得98～100%的α-Al2O3，進一步碾磨至粒徑為0.5μm的產品，如何得到純度高粒徑又細的無水氧化鋁是目前正致力于研究的課題。
本發(fā)明的目的是要提供一種制造高純度超細微的無水氧化鋁方法，制得的產品具有廣泛的應用前景。
該發(fā)明采用低碳醇鋁水解反應方法，其特點是選用純度達99.99%的低碳醇鋁參加水解反應，反應完成而分離老化后，首先得到一水氧化鋁，進而焙燒制得高純超微細氧化鋁，焙燒速度的控制為用4-6小時使其從室溫升溫至500℃±50℃，從500℃±50℃升至燒成γ或α-Al2O3溫度時間為3～6小時，維持燒成溫度時間為2～6小時。
對焙燒速度與溫度的控制能得到顆粒均勻微細的γ或α-Al2O3，本發(fā)明的另一特點是在水解反應后在沸程為80℃～450℃的烴類化合物存在下進行老化，將能得顆粒更為均勻微細，純度≥99.99%的Al2O3，老化的溫度為50～180℃，時間為0.5～160小時，烴類化合物的加入量為低碳醇鋁的1.5～7倍(重量)。
通過控制老化時間等條件，進而對焙燒條件的規(guī)律性控制，克服了顆粒團聚現(xiàn)象，能得到純度≥99.99%，粒度均勻，粒徑＜0.1μm、＜0.3μm、0.3～0.6μm等不同等級的超微細高純氧化鋁，得到的產品本身特征呈球狀粒子，超微細，粒徑分布均勻，粉末的體積密度和壓縮粉體的體積密度大，在較低的燒結溫度下可得高的燒結密度，燒結時難以引起異常的粒子成長等。表1為本發(fā)明各實施例得到的制品物化性能指標。
本發(fā)明涉到的低碳醇鋁包括仲丁醇鋁、異丙醇鋁、乙醇鋁等。低碳醇鋁的水解一般與相應的低碳醇-水共沸物進行回流攪拌水解反應，水解反應溫度為60～130℃，最好也是在低沸點的烴類化合物存在下與含水量低于化學計量的低碳醇-水共沸物進行水解反應，當然也可不加上述的烴類化合物，但加入將有助于水解，就象有助于老化，加入烴類化合物可在水解反應前加入，也可以在水解反應后蒸出脫水低碳醇后或蒸出低碳醇-水共沸物后加入。水解反應后在一定溫度下老化再蒸出可作下次老化或/與水解用輔助劑用的溶劑，得到的一水氧化鋁直接可進入焙燒，該工藝特點不需要象以往的工藝那樣先分離含水氧化鋁中的醇和其他溶劑、過濾、烘干的幾道工序，簡化了工藝，有利于降低成本。當然，老化后不直接蒸出溶劑也可用去離子水低碳醇或及其溶液先分離出烴類化合物后，過濾、烘干首先制得一水氧化鋁。
下面用實施例進一步說明本發(fā)明例1.在10升帶攪拌和回流冷凝管的三口燒瓶里，放有2210克純度＞99.99%的異丙醇鋁，加入2100毫升汽油(沸程145-200℃)，在攪拌下加熱升溫到82℃，將加熱到80℃的3738.6毫升化學純異丙醇和403毫升去離子水及10毫升分析純鹽酸混合液(相當于88%異丙醇)滴加入燒瓶中，進行4小時回流水解反應，蒸出2500毫升含水量0.2%的異丙醇，加入486毫升去離子水，蒸出含水量為12%的異丙醇3080毫升，在120℃下老化4小時后又在80-90℃老化120小時，加入50%的異丙醇水溶液以分離汽油，攪拌1小時后進行分離過濾，濾液中汽油與異丙醇水溶液分層可分別作下次分解分離循環(huán)使用。濾餅在140℃下烘8小時后移入高溫爐中進行焙燒，從常溫至500℃時慢速升溫，用6小時將溫度升至500℃，再用5小時將溫度從500℃升至1250℃，在1250℃下恒溫焙燒2小時，冷卻后取出氧化鋁，得α-氧化鋁重542克，氧化鋁得率為98%，氧化鋁為球形狀，粒徑分布為0.03～0.09微米，平均粒徑為0.05微米，其他物化性能指標見表1。
例2.在10升帶攪拌和回流冷凝管的三口燒瓶里，放有1656克純度＞99.99%的異丙醇鋁，加入2291克汽油(沸程145～200℃)，在攪拌下加熱升溫至82℃，將加熱至80℃的2369克含水量為12%的高質量的工業(yè)異丙醇滴加入燒瓶中，進行4小時回流水解反應，蒸出含水量0.19%的異丙醇1415克、加入去離子水352克，蒸出含水量11.84%異丙醇1966克。在140℃下老化4小時，升溫至200℃，蒸出汽油1209克，得一水Al2O31300克，放在高溫爐中焙燒，在4小時內將爐溫升至500℃±50℃，再用3小時將爐溫從500℃升至1250℃，並在1250℃里燒4小時，冷卻后得α-Al2O3，403.5克，Al2O3得率為98%，異丙醇回收率為85.1%，溶劑回收率為52.7%，氧化鋁為球形狀，平均粒徑為0.32微米，其他物化性能指標見表1。
例3.在10升帶攪拌機回流冷凝管的三口燒瓶中，放有2490克純度為99.99%的異丙醇鋁，加熱升溫至85℃，在攪拌下將加熱至80℃的含水量為12%的異丙醇4663毫升滴加入燒瓶中，進行5小時回流水解反應，其他方法步驟同例2。只是不老化差別，得到Al2O3粒度較大，為球形或架接為菱形狀，為0.45微米，其他物化性能指標見表1。
例4.在10升帶攪拌和回流冷凝管的三口燒瓶中，放有2210克純度＞99.99%的異丙醇鋁，加熱至90℃，在攪拌下將加熱至80℃的含水為12%的異丙醇4142毫升與3300毫升的汽油(145-200℃)混合液滴加入燒瓶中，進行6小時回流水解反應，蒸出0.2%異丙醇2845毫升，加去離子水485毫升，蒸出含水量12%的異丙醇2390毫升。140℃下老化8小時后又在50℃～60℃老化40小時，蒸出汽油，得一水Al2O3放在高溫爐中，以5小時內將爐溫升至500℃后以5小時將爐溫升到1150℃，並在1150℃下恒溫焙燒5小時，冷后得α-Al2O3呈球形狀粒徑范圍為0.08-0.41微米，平均粒徑為0.21微米，其他物化性能指標見表1。
例5.在500毫升帶有攪拌和回流冷凝管的三口燒瓶中，盛有100克純度＞99.99%的異丙醇鋁，加熱升溫至90℃，將170毫升高質量的工業(yè)異丙醇，18.2毫升去離子水和200毫升汽油混合液加熱至80℃后滴加入燒瓶，在攪拌下進行4小時回流水解反應，蒸出含水量0.2%的異丙醇134毫升加入22毫升去離子水，蒸出含水量12%異丙醇75毫升，老化8小時后蒸出汽油后得一水Al2O3，經(jīng)測試其比表面為380m2/g，孔體積為1.188m2/g?？装霃綖?3A，將一水Al2O3置于高溫爐中焙燒以5小時將爐溫升至500℃，再以5小時將爐溫升至1250℃，再在1250℃下燒3小時，得α-Al2O3為球形狀，其粒徑范圍為0.12～0.45μm，平均粒徑為0.25μm，其他物化性能指標見表1。
例6.改汽油為煤油(沸程175～325℃)，其他同例5，其結果與例5相似，焙燒后得α-Al2O3接近球形狀，粒徑范圍為0.08～0.55μm，平均粒徑為0.28微米。
例7.在10升帶攪拌和回流冷凝管的三口燒杯中，放有2200克純度＞99.99%的異丙醇鋁，加熱升溫至90℃，將加熱至80℃的4141毫升含水量為12%的異丙醇和3300毫升汽油(沸程145-200℃)滴入燒杯，在攪拌下進行5小時回流水解反應，蒸出含水量0.2%異丙醇2550毫升，加去離子水486毫升和4150毫升汽油，蒸出含水量12%異丙醇2000毫升，在120℃下老化8小時后又在70-80℃下老化64小時再蒸出汽油，得一水Al2O3置于高溫爐焙燒，以5小時將爐溫升至500℃，再以3小時將溫度升至1050℃，在1050℃恒溫兩小時，以1小時升溫至1150℃，並在1150℃恒溫2小時，得α-Al2O3為球形狀其粒徑范圍為0.05μm～0.40μm，平均粒徑為0.17微米，其他物化性能見表1。
例8.本實例改變例7的焙燒溫度，即將所得一水Al2O3放在高溫爐中，以5小時將爐溫升至500℃，再以5小時將爐溫升至980℃，並在980℃下恒溫焙燒2小時，冷后得γ-Al2O3為無定型帶球形狀，粒徑范圍為0.05～0.38微米，平均粒徑為0.12微米，其他性能見表1。
例9.在1升攪拌和回流冷凝管的三口燒瓶中，盛有50克純度＞99.99%乙醇鋁，加熱至85℃，將加熱至75℃的166克含水量為4.5%的乙醇與350克白油(沸程350～450℃)混合液滴加入燒瓶中，在攪拌下進行4小時回流水解反應，蒸出含水量0.3%的乙醇50g，加去離子水8克，蒸出含水量4.5%乙醇148克，在180℃下老化4小時，過濾，得一水Al2O3置于高溫爐中焙燒，以4小時將爐溫升至500℃，以3小時升至1150℃並在1250℃下煅燒6小時，得α-Al2O3，接近球形狀，其粒徑范圍為0.06μm～0.50μm，平均粒徑為0.24微米。
表1 產品物化性能指標
注1.微量雜質含量用石墨爐原子吸收分光光度計測定;或用發(fā)射光譜儀測定。
2.粒徑用電子顯微鏡掃描測定，用多次拍片的粒徑分布情況統(tǒng)計出粒徑范圍和平均粒徑。
3.純度據(jù)雜質測定結果統(tǒng)計確定。
4.晶型用X-衍射儀測定。
權利要求
1.一種超微細高純氧化鋁的制備方法，采用低碳醇鋁水解反應方法制備，其特征在于采用純度大于99.99%的低碳醇鋁參加水解反應，得到的一水氧化鋁進行焙燒制得高純超微細氧化鋁，焙燒速度的控制為用4-6小時使其從室溫升溫至500℃±50℃，從500℃±50℃升至燒成γ或а-Al2O3溫度為3-6小時，維持燒成溫度時間2～6小時。
2.根據(jù)權利要求1所述的超微細高純度氧化鋁的制備方法，其特征在于水解反應后在沸程為80℃～450℃的烴類化合物存在下進行老化，老化的溫度為50～180℃，時間為0.5～160小時，烴類化合物的加入量為低碳醇鋁的1.5～7倍(重量)。
3.根據(jù)權利要求2所述的超微細高純度氧化鋁的制備方法，其特征在于老化后直接蒸出烴類化合物，得到的一水氧化鋁也直接進入焙燒。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的超微細高純氧化鋁的制備方法;其特征在于水解反應時間為2～48小時，反應溫度為60～130℃。
全文摘要
本發(fā)明關于一種通過低碳醇鋁水解反應制備超微細高純氧化鋁的方法，其特點是采用純度大于99.99％的低碳醇鋁參加水解反應，通過對中間產物制品一水氧化鋁的焙燒溫度控制，將得到超微細高純無水氧化鋁，進一步對水解反應中老化等條件的控制，能得到純度大于99.99％，粒度均勻，粒徑＜0.1μm、＜0.3μm、＜0.6μm等不同等級的超微細高純氧化鋁產品。
文檔編號C01F7/36GK1062124SQ9111137
公開日1992年6月24日 申請日期1991年12月11日 優(yōu)先權日1991年12月11日
發(fā)明者張美鴿, 林蘭生, 趙高倫, 白東文 申請人:浙江省明礬石綜合利用研究所