一種高純超細(xì)氧化鋁粉的制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高純超細(xì)氧化鋁粉的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]高純氧化鋁粉用途廣泛、價(jià)格高、市場量相對較大，各國采用不同的生產(chǎn)工藝競相生產(chǎn)。目前，按原料分類的高純氧化鋁粉主要生產(chǎn)方法有:
(I)以高純鋁(鋁粉)為原料，與水反應(yīng)，或加入有機(jī)物(如膽堿)形成有機(jī)物，再水解，析出的氫氧化鋁經(jīng)煅燒得高純氧化鋁粉。該方法制得的氧化鋁粉的純度取決于鋁或鋁粉的純度，與水反應(yīng)也是影響純度的一個(gè)因素。另外，還有氫氣析出速率控制問題。該類方法雖工藝簡單，但也存在過程可控性差、產(chǎn)品純度難保證、成本高等缺點(diǎn)。
[0003](2)以鋁鹽(如硫酸鋁、氯化鋁、硝酸鋁)為原料，通過溶液凈化或多次結(jié)晶，獲得純?nèi)芤?，然后加堿(如氨水、氫氧化鈉等)中和，析出氫氧化鋁，煅燒得純氧化鋁粉。該類方法產(chǎn)品純度易控制，但流程較長、原料成本高、廢渣和廢水多、成本相對較低。
[0004](3)以工業(yè)氫氧化鋁為原料，通過硫酸或鹽酸溶解，制得硫酸鋁、氯化鋁溶液，然后溶液凈化或多步結(jié)晶，獲得純?nèi)芤?，再加入氨水，多步結(jié)晶，得硫酸鋁銨，或轉(zhuǎn)化為碳酸鋁銨，再熱分解，得高純氧化鋁粉。該類方法是工業(yè)生產(chǎn)的主要方法，產(chǎn)品純度可控，但過程中廢渣、廢水和廢氣多，環(huán)境污染嚴(yán)重。
[0005](4)以醇鋁為原料，通過多步純化，獲得純醇鋁，再水解得氫氧化鋁，煅燒得高純氧化鋁粉，該方法產(chǎn)品純度高，質(zhì)量可控，但流程長、成本高。
[0006](5)以氧化鋁企業(yè)鋁酸鈉溶液為原料，脫硅凈化溶液，然后低濃度溶液碳分得氫氧化鋁、再轉(zhuǎn)變物相為一水軟鋁石、焙燒后用濃酸洗滌，得高純氧化鋁粉(CN102602968A、CN201410110524.6)，或通過種分得氫氧化鋁，再轉(zhuǎn)變物相為一水軟鋁石脫鈉、洗滌得高純氧化鋁(CN200410023998.3 )，或種分得氫氧化鋁，酸溶解、再堿中和得氫氧化鋁、焙燒得高純氧化鋁(US2013/0052124A)。該類原料成本低，但溶液純化流程簡單，溶液中雜質(zhì)多；且煅燒中加入添加劑、易引入新的雜質(zhì)；濃酸處理氧化鋁時(shí)，進(jìn)入晶格中的雜質(zhì)難以除去，因而產(chǎn)品純度低，且廢濃酸處理難。
[0007]現(xiàn)有制備高純氧化鋁粉的工藝存在成本高、污染嚴(yán)重、生產(chǎn)流程復(fù)雜等缺點(diǎn)，限制了高純氧化鋁的廣泛應(yīng)用。為了低成本、環(huán)境友好地制備高純氧化鋁粉，國內(nèi)外一直在不斷地改進(jìn)現(xiàn)有的醇鋁水解法、鋁直接水解法和碳酸鋁銨熱分解法，但仍不能有效地解決成本、簡單流程和環(huán)境保護(hù)間的矛盾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有制備高純氧化鋁粉的工藝存在成本高、污染嚴(yán)重、生產(chǎn)流程復(fù)雜等缺點(diǎn)，提供一種高純超細(xì)氧化鋁粉的制備工藝，本發(fā)明的工藝符合當(dāng)今高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的要求，具有低成本、無廢渣和廢水排放等特點(diǎn)。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案: 本發(fā)明是以工業(yè)鋁酸鈉溶液為原料，或以工業(yè)氫氧化鋁堿溶調(diào)配成的鋁酸鈉溶液為原料；基于離子價(jià)態(tài)調(diào)控和沉淀吸附原理，進(jìn)行溶液二段凈化，獲得純鋁酸鈉溶液；純鋁酸鈉溶液中加入晶種弓I發(fā)劑和鈉析出抑制劑制備晶種漿液；在純鋁酸鈉溶液中加入鈉析出抑制劑和其它雜質(zhì)抑制劑，加入晶種漿液，在高溫下近似均相條件下種分，得純氫氧化鋁；旨在抑制粒子團(tuán)聚和脫除雜質(zhì)，純氫氧化鋁經(jīng)短時(shí)間活化焙燒，得無定形氧化鋁，然后洗滌，得高純活性氧化鋁粉；旨在揮發(fā)除去雜質(zhì)，進(jìn)一步純化并獲得純a -Al2O3相的產(chǎn)品，活性氧化鋁經(jīng)高溫煅燒，洗滌，得高純氧化鋁粉，產(chǎn)品純度>99.99%，平均粒徑〈5 μ m，純a -Al2O3相，溶液凈化渣、種分母液、洗液進(jìn)拜耳法系統(tǒng)。
[0010]一種高純超細(xì)氧化鋁粉的制備工藝，步驟如下:
(1)一段溶液凈化:以鋁酸鈉溶液為原料，加入氧化劑和含鈣物質(zhì)進(jìn)行一段溶液凈化，脫硅、除鐵、除有機(jī)物，然后加入絮凝劑進(jìn)行沉降、過濾；加入氧化劑，使低價(jià)金屬離子氧化成高價(jià)金屬離子，有利于生成溶解度小、粒度極細(xì)的沉淀，同時(shí)將有機(jī)物氧化成無色的有機(jī)物或轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓岣x子；加入石灰或其它含鈣物質(zhì)，使溶液中二氧化硅生成水化石榴石、碳酸鈣，并同時(shí)作為吸附劑，吸附溶液中粒度極細(xì)的金屬離子生成的沉淀、有機(jī)物；再加入絮凝劑，沉降、過濾；
(2)二段溶液凈化:在步驟(I) 一段溶液凈化后的溶液中加入沉淀劑，在40~70°C下使溶液中鋅、鈣、鉛、銻、鋰、鎂等生成不溶于水的沉淀；然后加入易分離的吸附劑，吸附上述雜質(zhì)，靜置后過濾，得純鋁酸鈉溶液，堿濃度10~170g/L，苛性比為1.3-2.5 ；
(3)晶種制備:取步驟(2)得到的純鋁酸鈉溶液，加入晶種引發(fā)劑和鈉析出抑制劑，在較低溫度、較低濃度和強(qiáng)攪拌條件下，制備活性氫氧化鋁晶種漿液，控制分解率大于20% ；
(4)溶液種分:取步驟(2)得到的純鋁酸鈉溶液，加入鈉析出抑制劑和金屬離子析出抑制劑，得到種分原液，將晶種漿液倒入種分原液中，晶種漿液和種分原液的比例以能夠?qū)崿F(xiàn)絕大多數(shù)晶種被溶解，短時(shí)間里溶液清亮，達(dá)到近似均相體系為準(zhǔn)，控制晶種的溶解程度，70~90°C時(shí)在近似均相的條件下開始種分，種分末溫在50~65°C，種分時(shí)間24~46小時(shí)，分解率大于20%，種分產(chǎn)品經(jīng)充分洗滌后得高純超細(xì)氫氧化鋁粉；鋁酸鈉溶液堿濃度優(yōu)選為30~130g/L,更優(yōu)選為70~120g/L ;鋁酸鈉溶液苛性比優(yōu)選為1.4-1.8，更優(yōu)選為1.4-1.6 ；種分開始溫度優(yōu)選為75~80°C，種分末溫優(yōu)選為60~65°C ;種分時(shí)間優(yōu)選為24~36小時(shí)；分解率優(yōu)選為45~60% ；
(5)高純超細(xì)氧化粉的制備:純氫氧化鋁粉在400~1000°C優(yōu)選為600~800°C的條件下快速活化焙燒5~60min優(yōu)選為15~30min,得無定形氧化銷，主要呈無定形，含少量一水軟鋁石相，經(jīng)水淬后加入絡(luò)合劑，再充分洗滌過濾得純活性氧化鋁粉，純活性氧化鋁粉在1200~1600°C優(yōu)選為1300~1400°C的條件下煅燒20~240min，優(yōu)選為60~90min，再經(jīng)充分洗漆后，得純α -Al2O3相的尚純超細(xì)氧化銷；
其中凈化渣、種分母液和洗液進(jìn)拜耳法系統(tǒng)，一段含鈣凈化渣進(jìn)入拜耳法溶出系統(tǒng)，代替部分石灰；二段含氧化鋁凈化渣進(jìn)拜耳法溶出系統(tǒng)，相當(dāng)于一水軟鋁石礦；種分母液進(jìn)拜耳法蒸發(fā)系統(tǒng)；水洗液進(jìn)入拜耳法赤泥洗滌系統(tǒng)，相當(dāng)于洗水；稀硫酸洗液進(jìn)換熱器結(jié)垢酸洗系統(tǒng)。
[0011]所述步驟(I)中的氧化劑為雙氧水、過氧化鈉或過硫酸鈉中的至少一種，加入量為0.l~20g/Lo
[0012]所述步驟(I)中的絮凝劑為含羥肟酸的絮凝劑或聚丙烯酰胺絮凝劑中的至少一種，加入量為l~5mL/L，所述絮凝劑的重量濃度為1%。。
[0013]所述步驟(2)中的沉淀劑為磷酸鈉、氟化鈉、硫化鈉、碳酸鈉或氟硅酸中的至少兩種，加入量為0.2~20g/L，其中硫化鈉加入量0.l~5g/L,磷酸鈉加入量0.l~5g/L，氟化鈉加入量為0.l~10g/L，碳酸鈉加入量0.l~5g/L，氟硅酸加入量為0.l~10g/Lo
[0014]所述步驟(2)中的吸附劑為大孔陰離子樹脂、活性碳、氧化鋁焙燒爐的煙塵或400~800°C煅燒氧化鋁粉中的一種或兩種混合物，加入量為l~10g/L，可多次循環(huán)使用。
[0015]所述步驟(3)中晶種引發(fā)劑為雙氧水、碳酸氫鈉、硫酸鋁或硫酸中的至少一種，加入量為2~10g/L。
[0016]所述步驟(3)和步驟(4)中鈉析出抑制劑為硬脂酸、甘露醇、環(huán)糊精中一種或多種混和物，加入量為0.05~lg/L，優(yōu)選為0.1-0.2g/L。
[0017]所述步驟(4)中金屬離子析出抑制劑為檸檬酸、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸鈉或酒石酸中的一種或多種混和物，