[发明专利]一种利用盐酸水解生产高纯氧化铝的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于高纯氧化铝制备技术领域，特别涉及一种利用盐酸水解法生产高纯氧化铝的装置和方法。

背景技术

氧化铝主要是用来作为金属铝制造的原材料。从应用来看，全球90％氧化铝用于铝加工，被称为冶金级氧化铝(SGA)，剩余的10％是专用于非冶金市场，也就是用于工业用途。高纯氧化铝是指最低纯度为99.99％的氧化铝，现已成为先进无机非金属材料中的一大重要分支，是20世纪以来新材料产业中产量大、产值高、用途广的的高端材料产业之一。

高纯纳米氧化铝通常具有多孔性、高分散性、绝缘性、耐热性等特点，依据不同的纯度和粒径大小应用于不同领域，一般3N高纯氧化铝系列主要应用于先进陶瓷，4N高纯氧化铝系列主要应用于荧光粉，4N5以上高纯氧化铝系列则应用于蓝宝石晶体、锂电池隔膜、高级陶瓷、PDP荧光粉及一些高性能材料(如锂电池隔膜)，可以显著提高产品的性能和附加值。

目前，制备高纯氧化铝粉体的方法主要有胆碱化铝水解法、硫酸铝铵热解法、碳酸铝铵热解法、异丙醇铝水解法、高纯铝活化水解法，处于中试及实验阶段的方法还有氯化汞化水解法、等离子体法、喷雾热解法、低碳烷基铝水解法、水热法、水析络合法、溶胶-凝胶法等。

胆碱化铝水解法，首先将纯度为99.996％的精铝制成厚度为0.1mm左右的铝箔，并采用强阴离子交换树脂将氯化胆碱转化生成胆碱；之后将一定量的铝箔加入胆碱溶液中进行反应。该技术的实质是以胆碱取代拜耳工艺中的氢氧化钠的循环反应-析出过程，与拜耳法相比，这种技术具有如下特点：通过调整工艺条件，可以生产出不同粒度的优质产品；以胆碱溶液为反应溶液，反应条件温和，对环境友好，无毒无污染；胆碱可循环利用，成本相对较低；但是这种方法容易带进杂质，产品纯度不高。

硫酸铝铵热解法，先用硫酸溶解氢氧化铝制得硫酸铝溶液，之后往溶液中加入硫酸铵与之反应制得铵明矾，再根据纯度要求多次重结晶得到精制铵明矾，然后将得到精制铵明矾在1250℃下分解制得氧化铝粉。该方法工艺较为简单，成本也相对较低，但是生产周期长，存在热溶解现象，且分解过程中产生的NH₃、SO₃会对环境造成严重污染。

碳酸铝铵热解法，先把硫酸铝铵加入碳酸氢铵中，反应转化为碱式碳酸铝，再把高纯碱式碳酸铝铵加热分解便可制得氧化铝前驱体，热解制得的无定形前驱体再经转相和粉碎便可得到高纯氧化铝粉体。该方法实为改良硫酸铝铵热解法，它虽然克服了硫酸铝铵热解法排放SO₃污染环境的缺点，但使生产周期加长，增加了生产成本。

异丙醇铝水解法是目前国内制备高纯氧化铝粉主要采用的工业生产技术。该方法采用有机合成法将铝和异丙醇加催化剂后通过合成、提纯、水解和焙烧等工艺制得高纯超细氧化铝粉体。这种方法生产的氧化铝粉体纯度高、粒径小，但其工艺过程复杂，过程控制比较困难且生产成本高，因此利润空间较小。

高纯铝活化水解法首先需将金属铝急冷雾化制成活性粉末，之后以简单的Al-H₂O为反应体系激活其水解反应并使反应维持，水解反应方程式可表示如下：

2Al+6H₂O→2Al(OH)₃+3H₂

2Al(OH)₃→Al₂O₃+3H₂O

水解产物经煅烧处理便可制得高纯超细氧化铝粉体。与传统方法相比，该工艺简单、无污染、成本低。但工艺过程要求严格，生产过程不具有提纯性，产品纯度只能与高纯铝接近或有不同程度的下降。

从以上方法看出，硫酸铝铵热解法和碳酸铝铵热解法由于自身技术缺陷、污染大等原因正被逐渐淘汰。胆碱化铝水解法和高纯铝活化水解法虽具有成本低等优点，但产品纯度无法满足产品质量需求。有机醇盐水解法可生产5N级高纯氧化铝，但其工艺复杂、成本较高、利润空间较小。

发明内容