结晶热解法
1、硫酸铝铵结晶热解法
硫酸铝铵法应用较广,其产品活性好,粒度均匀。精制过的硫酸铝在硫酸铵体系下进行结晶,在多次重结晶过程中硫酸铝铵被提纯,最终将提纯后的硫酸铝铵热解制得氧化铝粉体。王守平等采用分段式硫酸铝铵热解法制备高纯氧化铝,所得产品为分散性良好的类球形高纯氧化铝,粒径200~300nm,有利于后续生产利用。该法的工艺简单、成本低、粉体质量高且易于大规模工业生产,但过程中易出现热溶解现象,对于钾、钙、卤素等杂质的去除困难。
此外,热分解过程中产生的氨气和硫氧化物造成环境污染,是限制其发展的主要因素。对此,殷永泉等对硫酸铝铵热解产生的废气进行吸收、中和、浓缩处理生产硫酸铵,可实现氧化铝生产的经济性和环保性。
2、碳酸铝铵结晶热解法
对于硫酸铝铵法的完善和改进研究是多年来人们所关注的点。基于硫酸铝铵法改进后的碳酸铝铵结晶热解法一定程度上控制了空气污染问题,在目前的工业生产中应用较多,将提纯后的硫酸铝铵与碳酸氢铵反应,转化为碳酸铝铵,避免了后续热解产生硫氧化物气体。与硫酸铝铵法相比,碳酸铝铵法的产品粉体粒度分布不均匀,有团聚现象产生,生产成本也较高。林元华等研究表明反应物浓度、溶液pH和添加剂等因素均会影响产品纯度和粉体质量。生产过程中需要严格控制各参数及反应条件。
水解法
1、醇铝水解法
醇铝水解法在催化剂体系下,有机醇和金属铝反应生成醇铝溶液,然后进行水解,所得高纯氢氧化铝烧结后得到高纯氧化铝。针对该方法,保证氧化铝品质的技术关键有以下三点:一、保障原料纯度;二、醇铝的进一步精馏提纯,除去高熔点杂质;三、醇铝的干燥、烧结条件和粉体制备装置调控粉体的粒度。付高峰等使用铝含量大于99.9%的铝片和分析纯丙醇制备超细高纯氧化铝,需要恒温水浴加热、添加异丙醇和氯化汞作为催化剂,将生成的异丙醇铝经精馏、水解、老化、干燥、煅烧等工艺最终制得产品,工艺环节多。该法环境友好,对所得氧化铝的纯度高,但高纯度的有机醇前驱体造成生产成本高、工艺复杂、纯度难控制。
2、直接活化水解法
氯化汞活化水解法,使用氯化汞将铝片或铝屑活化,然后置于1%浓度的硫酸铝溶液中水解,将所得氢氧化铝溶胶高温干燥后得到凝胶,进一步高温处理制得氧化铝粉体。该工艺的重点在于铝的活化水解,要保证原料为高纯度的铝薄片,若水解不充分,产品中残留有单质铝,过程中引入的汞处理不好会污染环境,水解时产生的氢气排放也要考虑安全因素。高纯铝活化水解法生产周期短,所得氧化铝粉体可提高透明陶瓷的透过率和耐腐蚀性,但对原料金属铝的纯度要求较高,需要严格的过程控制以保证产品纯度,其苛刻的水解条件以及环保问题使该法仅限于实验室应用。
3、改良拜耳法
改良拜耳法将数次脱硅、除铁后的偏铝酸钠溶液析出氢氧化铝,在高温条件下焙烧得到所需晶型
的高纯氧化铝,溶液净化除杂和结晶过程均会对最终产品的纯度和粉体质量产生影响,是该法的关键。唐海红等为避免溶液净化过程中铝损失,探索采用铝酸钡对铝酸钠溶液进行深度净化。
此外,该法应注意对钠的脱除,在焙烧时添加矿化剂或在氢氧化铝水热转相时添加脱钠剂均是有效的除钠手段。结晶过程中溶液过饱和度、结晶温度、晶种大小等参数直接影响氧化铝的纯度及粉体质量,通过准确的控制反应条件,使结晶过程缓慢地进行,避免异常晶核的形成,有利于减少Na、Si等杂质的夹杂。该工艺成本低,原料来源广,但过程复杂,焙烧温度高,产品获得率低,纯度也相对较低。
4、溶胶凝胶法
溶胶凝胶法是一种低温制备高纯氧化铝的重要方法。将高纯度的铝盐在高纯度的无机盐或有机酸中水解生成水合物前驱体透明溶胶,然后将溶胶聚合凝胶化得到透明凝胶,凝胶进一步高温加热得高纯氧化铝。徐三魁等用高纯硝酸铝在氨水体系下形成水合物前驱体制备溶胶,在凝胶化阶段投入高纯氧化铝晶种,使用三氟化铝作为添加剂,在较低温度下制得高纯纳米氧化铝。
5、水热合成法
水热合成法对产品的纯度和粒度控制容易,利用水溶液作为反应体系,通过加热加压增大前驱体的溶解度,高纯铝与水蒸气作用直接水解为氢氧化铝,在降温的过程中析出氧化铝,避免氢氧化铝煅烧产生硬团聚,再经干燥、煅烧等工序即可制得氧化铝粉体。
Deng等首先在室温下将NaOH溶于氨水,再缓慢加入氯化铝制得乳白色絮状前驱体,然后使用水热合成法,通过调整溶液pH值制得一水软铝石纳米粉体。该法的缺点是设备投资大,高温高压具有一定的危险,氢氧化铝转化为氧化铝的效率低,通常需要添加晶种降低相转变温度。
6、沉淀法
沉淀法分为三类:直接沉淀法得到的产品粒度不均匀,分散性差;均匀沉淀法团聚少、反应速度可控性好;共沉淀法作用于混合后的溶液,各组分混合沉淀。肖劲等将硫酸铝雾化于沉淀剂碳酸铵溶液中,添加分散剂,应用沉淀-正丁醇共沸蒸馏法制备优质类球形超细α-氧化铝粉体。


关注我们