專利名稱：一種球形高純氧化鋁的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種球形高純氧化鋁的制備方法，涉及一種用以硫酸鋁銨和碳酸氫銨為原料，通過化學(xué)反應(yīng)及調(diào)控反應(yīng)器內(nèi)流體的徑向和軸向運動速度，實現(xiàn)對合成目標(biāo)產(chǎn)物顆粒宏觀形貌的控制制備球形高純氧化鋁的方法。
背景技術(shù)：
氧化鋁是許多發(fā)光材料的基質(zhì)材料。因為發(fā)光材料對微量雜質(zhì)非常敏感，故用于制備發(fā)光材料的氧化鋁必須有很高的化學(xué)純度，并且還必須具有良好的晶體形貌。這也就是說，氧化鋁的晶體形貌對制備發(fā)光材料是至關(guān)重要的。
目前，規(guī)?；a(chǎn)高純氧化鋁采用的方法，主要有異丙醇鋁水解法(CN1342609A)、高純金屬鋁膽堿水解法(CN1374252A)、硫酸鋁銨熱解法和碳酸鋁銨熱解法等。所得顆粒形貌不規(guī)則，多為蠕蟲狀、四方塊狀和空心絮狀晶體，燒結(jié)反應(yīng)后制備的熒光粉為六角片狀，熒光粉易團聚，制漿后流動性差，噴涂時黏度大，涂層不均勻，光亮度差。制備球形顆粒的熒光粉可改善上述缺陷，但制備球形熒光粉需采用球形高純氧化鋁為原料。
制備球形氧化鋁的方法主要有轉(zhuǎn)盤法、噴霧法和油滴法。轉(zhuǎn)盤造粒是一種最為人們所熟悉的造球技術(shù)，氧化物或氫氧化物粉體在水和粘結(jié)劑的存在下隨著轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)象滾雪球一樣一層一層的疊加成球形顆粒。用該工藝所制備的球粒粒徑在毫米級范圍，強度較低。噴霧造粒也是一種使用非常廣泛的造球技術(shù)，含固懸浮液經(jīng)高速噴射入高溫區(qū)，由于界面張力或界面能的突變而使顆粒團聚成球形顆粒，通常所得球粒粒徑在微米級范圍內(nèi)，強度較低，尤其是難以調(diào)控球粒粒徑分布。專利文獻CN1123379C給出了一種球形氧化鋁的制備方法，采用鋁溶膠為結(jié)合劑，噴霧霧化后經(jīng)熱處理獲得球形或近球形氧化鋁顆粒。專利文獻CN1158821A給出了一種通過在制備氧化鋁的過程中引入適量的氟離子，增加氧化鋁晶體成長速度，使之收縮呈球形或亞球形的晶體顆粒。專利文獻CN1048229C給出了一種低密度大孔容球形氧化鋁的制備工藝，以鋁鹽和/或鋁酸鹽為原料首先制備擬薄水鋁石晶種，然后并流中和生成以擬薄水鋁石為主的氧化鋁水合物，經(jīng)過濾、水洗、酸化處理得到鋁溶膠，鋁溶膠經(jīng)油柱成型后直接進行快速干燥，后經(jīng)焙燒得到顆粒直徑0.5-3.5mm，堆密度0.15-0.38g/cm3的顆粒。近年來，一些研究者綜合溶膠-凝膠制備技術(shù)和界面張力(能)突變技術(shù)，還開發(fā)了油滴法，油滴成球-焙燒法和噴霧-油滴成型連續(xù)合成法等顆粒球化工藝。。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)品質(zhì)量高、工藝條件要求低、無環(huán)境污染、成本低的在碳酸鋁銨熱解法制備高純氧化鋁的基礎(chǔ)上、開發(fā)的適宜產(chǎn)業(yè)化的球形高純氧化鋁的制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的。
一種球形高純氧化鋁的制備方法，其特征在于采用硫酸鋁銨和碳酸氫銨為原料在帶攪拌的反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)生成納米結(jié)構(gòu)球形碳酸鋁銨AACH，AACH經(jīng)過濾、洗滌、焙燒得到納米結(jié)構(gòu)球形γ-Al2O3和納米結(jié)構(gòu)球形α-Al2O3；其中硫酸鋁銨與碳酸氫銨的反應(yīng)溫度為25℃～60℃，硫酸鋁銨濃度控制在0.2～0.6M，碳酸氫銨濃度控制在2.0～2.5M。
所述的高純硫酸鋁銨為重結(jié)晶提純，主要雜質(zhì)含量Si＜5ppm，F(xiàn)e＜5ppm。
所述的高純硫酸鋁銨是采用絡(luò)合劑EDTA強化提純過程而制得的。
所述的反應(yīng)是在內(nèi)壁襯有聚四氟乙烯的不銹鋼容器中進行，攪拌速度≮1000rpm，使流體處于高速湍流狀態(tài)，雷諾數(shù)Re≥2800。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)產(chǎn)品氧化鋁晶體呈球形結(jié)構(gòu)，粒度分布均勻；(2)產(chǎn)品純度高，最終產(chǎn)品氧化鋁純度可達99.99％；(3)產(chǎn)品流動性好，堆密度高，用來制造熒光粉時，裝料容量大，混料均勻；(4)用該發(fā)明的氧化鋁制造的熒光粉發(fā)光效率高；(5)在帶攪拌的內(nèi)壁襯有聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)器中以溫和的工藝條件操作，對環(huán)境友好，無毒害無污染；(6)制造工藝簡單，成本較低，經(jīng)濟上具有吸引力。
該發(fā)明是在碳酸鋁銨熱解法制備高純氧化鋁的工藝基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。在帶攪拌的反應(yīng)器中以溫和的工藝條件操作，對環(huán)境友好，經(jīng)濟上具有吸引力。
本發(fā)明球形高純氧化鋁制備過程化學(xué)反應(yīng)式為
碳酸鋁銨(Ammonium Aluminium Carbonate Hydroxide，簡稱AACH)的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為NH4AlO(OH)HCO3，是一種片鈉鋁石型化合物，故又稱銨片鈉鋁石。
本發(fā)明采用加入絡(luò)合劑EDTA經(jīng)強化提純的高純硫酸鋁銨為原料，主要雜質(zhì)含量Si＜5ppm，F(xiàn)e＜5ppm。
碳酸氫銨采用高純?nèi)ルx子水經(jīng)吸氨器循環(huán)吸收氨氣得到高純氨水，高純氨水再經(jīng)碳化塔循環(huán)吸收二氧化碳氣體，得到碳酸氫銨結(jié)晶體。
反應(yīng)容器由搪瓷反應(yīng)釜、聚乙烯槽、內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)器等組成，溫度通過夾套內(nèi)循環(huán)水和蒸汽壓力控制，反應(yīng)速度及反應(yīng)PH由反應(yīng)介質(zhì)的流量控制，反應(yīng)物通過老化、沉降、過濾、洗滌等處理進入焙燒工序。焙燒后經(jīng)篩分、均化、檢驗、包裝得到最終產(chǎn)品。
反應(yīng)器中生產(chǎn)的球形碳酸鋁銨的粒度決定于合成溫度、反應(yīng)終點PH、反應(yīng)過程流量、攪拌速度等因素。在工業(yè)規(guī)模的操作中，可以通過調(diào)整修改這些參數(shù)來改變粒度及粒度分布。
生產(chǎn)出球形碳酸鋁銨后，采用隧道窯煅燒工藝生產(chǎn)γ或α相氧化鋁。通過調(diào)節(jié)煅燒、分級操作可以使最終的氧化鋁產(chǎn)品的性質(zhì)最優(yōu)化，以滿足具體應(yīng)用的需要。
本方法制備的氧化鋁特別適用于用作緊湊型熒光燈、PDP、LED用發(fā)光材料以及透明陶瓷、藍寶石單晶、紅寶石單晶、轎車漆膜拋光等領(lǐng)域。
圖1為實施例1的球形碳酸鋁銨(AACH)電鏡照片(放大倍數(shù)200X)圖2為實施例1的球形高純γ-氧化鋁電鏡照片(放大倍數(shù)200X)圖3為實施例2的球形碳酸鋁銨(AACH)電鏡照片(放大倍數(shù)1000X)圖4為實施例2的球形高純γ-氧化鋁電鏡照片(放大倍數(shù)1000X)圖5為實施例3的球形高純α-氧化鋁電鏡照片(放大倍數(shù)200X)圖6為實施例4的球形高純α-氧化鋁電鏡照片(放大倍數(shù)1000X).
具體實施例方式
一種球形高純氧化鋁的制備方法，其特征在于采用硫酸鋁銨和碳酸氫銨為原料在帶攪拌的反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)生成納米結(jié)構(gòu)球形碳酸鋁銨AACH，AACH經(jīng)過濾、洗滌、焙燒得到納米結(jié)構(gòu)球形γ-Al2O3和納米結(jié)構(gòu)球形α-Al2O3；其中硫酸鋁銨與碳酸氫銨的反應(yīng)溫度為25℃～60℃，硫酸鋁銨濃度控制在0.2～0.6M，碳酸氫銨濃度控制在2.0～2.5M。在內(nèi)壁襯有聚四氟乙烯的不銹鋼容器中進行，攪拌速度≮1000rpm，使流體處于高速湍流狀態(tài)，雷諾數(shù)Re≥2800。
實施例1將預(yù)先配制好的0.1M的高純硫酸鋁銨溶液和1.0M的高純碳酸氫銨溶液分別經(jīng)蠕動泵以15ml/min的速度流入帶攪拌的10升反應(yīng)器中，攪拌速度1000rpm，溫度控制在25±1℃，反應(yīng)終點PH控制在9.0，漿液在反應(yīng)器內(nèi)停留時間為7小時，流入老化沉降槽內(nèi)，在室溫下靜置老化2小時，經(jīng)壓濾、洗滌得到碳酸鋁銨(AACH)濾餅(如圖1所示)，附水為51％，濾餅用高溫馬弗爐在900℃煅燒1小時，得到γ-Al2O3粉體(如圖2所示)。粉體平均顆粒直徑為5.3μm，BET比表面積為240.5m2/g。
實施例2將預(yù)先配制好的0.2M的高純硫酸鋁銨溶液和2.0M的高純碳酸氫銨溶液分別經(jīng)蠕動泵以20ml/min的速度流入帶攪拌的10升反應(yīng)器中，攪拌速度1500rpm，溫度控制在35±1℃，反應(yīng)終點PH控制在9.5，漿液在反應(yīng)器內(nèi)停留時間為8小時，流入老化沉降槽內(nèi)，在室溫下靜置老化2小時，經(jīng)壓濾、洗滌得到碳酸鋁銨(AACH)濾餅(如圖3所示)，附水為48％，濾餅用高溫馬弗爐在900℃煅燒1小時，得到γ-Al2O3粉體(如圖4所示)，粉體平均顆粒直徑為7.6μm，BET比表面積為230.84m2/g。
實施例3將實施例1中的γ-氧化鋁在1200℃煅燒1小時，得到α-Al2O3粉體(如圖5所示)，粉體平均顆粒直徑為4.7μm，BET比表面積為5.2m2/g，松裝密度0.35g/cm3。
實施例4將實施例2中的γ-氧化鋁在1220℃煅燒1小時，得到α-Al2O3粉體(如圖6所示)，粉體平均顆粒直徑為6.3μm，BET比表面積為4.8m2/g，松裝密度0.42g/cm3。
權(quán)利要求
1.一種球形高純氧化鋁的制備方法，其特征在于采用硫酸鋁銨和碳酸氫銨為原料在帶攪拌的反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)生成納米結(jié)構(gòu)球形碳酸鋁銨AACH，AACH經(jīng)過濾、洗滌、焙燒得到納米結(jié)構(gòu)球形γ-Al2O3和納米結(jié)構(gòu)球形α-Al2O3；其中硫酸鋁銨與碳酸氫銨的反應(yīng)溫度為25℃～60℃，硫酸鋁銨濃度控制在0.2～0.6M，碳酸氫銨濃度控制在2.0～2.5M。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形高純氧化鋁的制備方法，其特征在于所述的高純硫酸鋁銨為重結(jié)晶提純，主要雜質(zhì)含量Si＜5ppm，F(xiàn)e＜5ppm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形高純氧化鋁的制備方法，其特征在于所述的高純硫酸鋁銨是采用絡(luò)合劑EDTA強化提純過程而制得的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形高純氧化鋁的制備方法，其特征在于所述的反應(yīng)是在內(nèi)壁襯有聚四氟乙烯的不銹鋼容器中進行，攪拌速度≮1000rpm，使流體處于高速湍流狀態(tài)，雷諾數(shù)Re≥2800。
全文摘要
一種球形高純氧化鋁的制備方法，涉及一種特別適于用作緊湊型熒光燈、PDP、LED用發(fā)光材料以及透明陶瓷、藍寶石單晶、紅寶石單晶、轎車漆膜拋光等領(lǐng)域的高純氧化鋁的制備。其特征在于采用硫酸鋁銨和碳酸氫銨為原料在帶攪拌的反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)生成納米結(jié)構(gòu)球形碳酸鋁銨AACH，經(jīng)過濾、洗滌、焙燒得到納米結(jié)構(gòu)球形γ－Al
文檔編號C01F7/30GK1631788SQ20041010097
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者李旺興, 李東紅, 沈湘黔, 王慶偉, 王舟 申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司