专利名称：一种超细氧化铝制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种超细氧化铝制备方法。
背景技术：
近10年来，超细氧化铝粉末在冶金、化工、电子、国防、航天等高科领域得到了广泛的应用，而且需求量逐年增加，目前国内超细氧化铝的年需求量约10万吨，同时以每年20%的速率增长。而我国需求的超细氧化铝主要依赖进口，同时随着国内国际两个市场的进一步融合，以及适应加入WTO的要求，超细氧化铝的价格还要上涨，目前超细氧化铝的市场售价约为20万元/吨，是普通氧化铝价格的几十倍以上。实际上超细氧化铝的生产成本只是普通氧化铝的2 3倍，因此超细氧化铝是附加值很高的材料之一。山西省有丰富的铝土矿资源，在晋南地区有全国最大的氧化铝生产基地，所以铝业是我省支柱产业之一，尽快提高我省铝产品的科技含量和产品的附加值是我省铝产品生产企业的发展方向，也是我省工业结构调整的重要方向，可成为我省未来的重要经济增长点。氧化铝及其前驱物氢氧化铝粉末是铝生产企业的主要半成品，长期以来由于氧化铝粉末颗粒度太粗，导致产品的附加值不高，而且使应用范围受到了极大的限制。而超细氧化铝作为一种特种功能材料，具有高强度、高硬度、抗磨损、耐腐蚀、抗氧化、表面积大、在低温下可进行塑性形变、易于成型等许多优点，已在人工晶体、精密陶瓷、隐身材料、催化剂和生物材料等方面得到了广泛的应用。随着高新科技的不断发展，对原材料的要求越来越高，如粒度的超细化、颗粒均匀化、组分高纯化等，对氧化铝的需求量也越来越大。防团聚是制备纳米氧化铝粉体的最关键技术。传统的防团聚方法一般是制备工艺和分散工艺分几步进行，不仅在制备过程中加大了成本，而且存在工艺流程长，能耗大，效率低等问题。这种状况严重制约着超细氧化铝粉体事业的规模。因此，为了适应行业发展的需要，有必要研究一种新的制备技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种超细氧化铝制备方法。本发明的技术方案如下一种超细氧化铝制备方法，包括以下步骤(I)氢氧化铝和氢氧化钠按照I : 4的摩尔比称取，把氢氧化钠在瓷研钵中研碎，迅速和氢氧化铝粉末混合，放入铁坩埚中，升温至3000C，铁坩埚中的混合物由粉末状变为粘稠状，粘度由稀变稠，直至结块；(2)等冷却后，将坩埚中的块状生成物用去离子溶解；(3)过滤； (4)将稀硝酸以60滴/分的速度缓慢加入滤液，搅拌计迅速搅拌，逐渐有白色絮状沉淀生成，随着稀硝酸的滴入，胶体浓度越来越大，不断用玻璃棒蘸取胶体少许，滴在广泛、pH试纸上，观察其颜色，直至试纸出现浅绿色为止，停止稀硝酸的滴入；(5)对白色胶体进行抽滤，等过滤完毕后，把滤饼再放入到烧杯中，加入IOOml温度为90°C的去离子水，用超声波进行超声分散15min，直至出现白色均匀浑浊，更换滤纸，加水洗涤再次迅速进行过滤，这种过程重复三次；(6)把水洗好的滤饼放入到烧杯中，加入无水乙醇，搅拌，超声分散，均匀分散后，更换滤纸，进行抽滤，等过滤完毕后，再把滤饼醇洗一次；(7)把醇洗好的滤饼放入到表面皿中，置于真空恒温干燥箱中，真空度压强为
0.09MPa，缓慢均匀升温到80°C，在该温度下恒温干燥3h，把干燥好的疏松胶体放入到玻璃 研钵中，用研锤研成粉末；(8)按Al (OH)3与CH3 (CH2)16COOH摩尔比I : 3称取硬脂酸，放入到反应容器中，启动恒温水浴槽，逐步升温，使其恒温在90°C，把步骤(7)研磨好的粉末均匀缓慢加入到反应容器中，同时增力搅拌计以130转/分的速度均匀搅拌，30 70min后，变为透明的淡黄色凝胶；(9)把步骤⑶所得凝胶冷却后，研成粉末，升温速率为10 V /min,在5000C -1200°C恒温3h，冷却后，凝胶变为白色泡状结构，即得。本发明打破了传统的在水溶液中制备超细粉体的方法，采用在非水介质一熔融的硬脂酸中来合成超细粉体。以工业氢氧化铝和廉价的硬脂酸为原料，用溶胶凝胶法在非水介质中合成硬脂酸铝前驱体，探讨其合成的条件，比如温度、时间、摩尔比等因素的影响，并对合成的硬脂酸铝前驱体和煅烧后的氧化铝粉末进行测试表征，进行物相、形貌等分析，同时研究洗涤分离氢氧化铝时加快过滤速度的问题，从而加快过滤速度，为解决目前制备超细粉体沉淀难以洗涤分离的弊端提供借鉴，为超细氧化铝的工业化生产提供了条件。
图I :A1 (OH)3溶解度与pH值的关系；图2 :反应温度对Al2O3粒径和转化率的影响；图3 :反应时间对粒径和和转化率的影响；图4 A1 (OH)3: CH3 (CH2)16COOH硬脂酸用量对粒径和和转化率的影响；图5 :凝胶的傅立叶红外光谱图；图6 a, 800°C煅烧X-射线衍射分析图；b，1200°C煅烧X射线衍射分析图；图7 :透射电镜形貌图，a,800°C的煅烧形貌；b，1200°C的煅烧形貌；图8 :一个月后粉体的透射电镜形貌图，a，800°C的形貌；b，1200°C的形貌；图9 :a，800°C煅烧制得粉末的粒径分析图；b，1200°C煅烧制得粉末的粒径分析图；图10 :比表面积测定分析图。
具体实施例方式以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。实施例I(I)氢氧化铝和氢氧化钠按照I : 4的摩尔比称取，把氢氧化钠在瓷研钵中研碎，迅速和氢氧化铝粉末混合，放入铁坩埚中，升温至300 V，铁坩埚中的混合物由粉末状变为粘稠状，并发出“丝丝”的响声，粘度由稀变稠，直至结块。(2)等冷却后，将坩埚中的块状生成物放入500ml玻璃烧杯中，用IOOml的量筒量取I升的去离子水倒入烧杯中，把烧杯置于磁力搅拌计上搅拌30min，直至全部溶解。(3)把直径为11. 5cm快速定量滤纸叠成1/4圆，用剪刀剪去半径为2cm的纸片，把剩下的滤纸展开铺在布氏漏斗上，用去离子水浸湿，安装在干净的抽滤瓶上，用循环水式真空泵抽滤，直至其压强为0. 09Mpa，把溶液用玻璃棒引入到漏斗中，进行过滤。(4)把滤液倒入到烧杯中，置于磁力搅拌计上，滴液漏斗固定在铁架台上，里面装A 250ml的稀硝酸，以60滴/分的速度缓慢加入，同时搅拌计迅速搅拌，逐渐有白色絮状沉淀生成，随着稀硝酸的滴入，胶体浓度越来越大，不断用玻璃棒蘸取胶体少许，滴在广泛PH试纸上，观察其颜色，直至试纸出现浅绿色(pH = 7 8)为止，证明其反应已到终点，停止稀硝酸的滴入。 (5)把白色胶体引入到布氏漏斗中，进行抽滤，操作过程如步骤2，等过滤完毕后，把滤饼再放入到烧杯中，加入IOOml温度为90°C的去离子水，用超声波进行超声分散15min,直至出现白色均匀浑浊，更换滤纸，加水洗涤再次迅速进行过滤，这种过程重复三次。(6)把水洗好的滤饼放入到烧杯中，加入适量(10-30ml)的无水乙醇，搅拌，超声分散，均匀分散后，更换滤纸，进行抽滤，等过滤完毕后，再把滤饼醇洗一次.(7)把醇洗好的滤饼放入到表面皿中，置于真空恒温干燥箱中，真空度压强为
0.09MPa，缓慢均匀升温到80°C，在其温度下恒温干燥3h。把干燥好的疏松胶体放入到玻璃研钵中，用研锤研成粉末。(8)按I 3的摩尔比称取硬脂酸，放入到三口烧瓶中，启动恒温水浴槽，逐步升温，使其恒温在90°C，硬脂酸的熔点是70°C左右，硬脂酸开始融化为液体，把研磨好的粉末均匀缓慢加入到三口烧瓶中，同时增力搅拌计以130转/分的速度均匀搅拌。大约5min后，溶液中有白色泡沫形成，随着不断的搅拌，加热30 70min，逐渐出现白色的溶胶体，呈粘稠状，发出“丝丝”的响声，粘度越来越大，逐渐变为透明的淡黄色凝胶。(9)把凝胶冷却后，研成粉末，盛入到瓷坩埚中，把其放到恒温马弗炉中，调节电流使升温速率为10°c /min,分别在500°C、800°C、1200°C恒温3h。冷却后，凝胶变为白色泡状结构，像蚕吐的白丝一样洁白，研磨后放入干燥皿中。实施例2步骤(4)反应作用方式对实验结果的影响向偏铝酸钠溶液中滴入稀硝酸时，体系中可能发生以下反应首先，稀硝酸中和溶液中的氢氧化钠HN03+Na0H — NaN03+H20 ①使体系的pH下降，偏铝酸钠溶液的稳定性随pH降低而明显下降。故随pH的下降，溶液会发生如下自发水解分解，析出氢氧化铝沉淀NaA102+H20 — Al (OH) 3+NaOH ②自发分解生成的NaOH被继续滴入的稀硝酸所中和，因而上述自发分解反应也得以继续进行，直至达到所要求的分解深度(由体系的PH值来控制)。同时也有部分稀硝酸和偏铝酸钠直接相互作用，而发生如下中和反应NaA102+HN03+H20 — Al (OH) 3+NaN03 ③其中②和③是平行反应，在实际过程中，由反应条件决定哪个反应是主要的反应一般情况下，水解反应②在温度较高是较快，而在较低温度和稀硝酸量较大的情况下，NaAlO2溶液的中和反应③占绝对优势。当采用反加法，即向稀硝酸溶液中滴入偏铝酸钠溶液时，体系中可能发生以下反应首先，偏招Ife纳溶液中的NaOH先中和稀硝酸Na0H+HN03 — NaN03+H20 ④当NaOH中和反应完毕后，偏铝酸钠与稀硝酸发生中和反应
NaA102+HN03+H20 — Al (OH) 3+NaN03 ⑤生成的Al (OH) 3胶体是两性氢氧化物，在酸性环境下，又与稀硝酸反应生成了铝离子Al (OH) 3+3HN03 — Al (NO3) 3+3H20 ⑥随着偏铝酸钠溶液的不断滴入，稀硝酸量也不断减小，Al3+浓度不断增加，与NaOH发生中和反应Al (NO3) +3Na0H — Al (OH) 3+3NaN03 ⑦反应④⑤⑥随着偏铝酸钠的滴入，依次进行，而反应⑦在过程中，是交叉进行的，反应进行的彻底程度与铝离子的浓度有关。表I反应作用方式对实验结果的影响
权利要求
1. 一种超细氧化铝制备方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)氢氧化铝和氢氧化钠按照I: 4的摩尔比称取，把氢氧化钠在瓷研钵中研碎，迅速和氢氧化铝粉末混合，放入铁坩埚中，升温至300°C，铁坩埚中的混合物由粉末状变为粘稠状，粘度由稀变稠，直至结块； (2)等冷却后，将坩埚中的块状生成物用去离子溶解； (3)过滤； (4)将稀硝酸以60滴/分的速度缓慢加入滤液，搅拌计迅速搅拌，逐渐有白色絮状沉淀生成，随着稀硝酸的滴入，胶体浓度越来越大，不断用玻璃棒蘸取胶体少许，滴在广泛PH试纸上，观察其颜色，直至试纸出现浅绿色为止，停止稀硝酸的滴入； (5)对白色胶体进行抽滤，等过滤完毕后，把滤饼再放入到烧杯中，加入IOOml温度为90°C的去离子水，用超声波进行超声分散15min，直至出现白色均匀浑浊，更换滤纸，加水洗涤再次迅速进行过滤，这种过程重复三次； (6)把水洗好的滤饼放入到烧杯中，加入无水乙醇，搅拌，超声分散，均匀分散后，更换滤纸，进行抽滤，等过滤完毕后，再把滤饼醇洗一次； (7)把醇洗好的滤饼放入到表面皿中，置于真空恒温干燥箱中，真空度压强为.0.09MPa，缓慢均匀升温到80°C，在该温度下恒温干燥3h，把干燥好的疏松胶体放入到玻璃研钵中，用研锤研成粉末； (8)按Al(OH)3与CH3 (CH2)16COOH摩尔比I 3称取硬脂酸，放入到反应容器中，启动恒温水浴槽，逐步升温，使其恒温在90°C，把步骤(7)研磨好的粉末均匀缓慢加入到反应容器中，同时增力搅拌计以130转/分的速度均匀搅拌，30 70min后，变为透明的淡黄色凝胶； (9)把步骤⑶所得凝胶冷却后，研成粉末，升温速率为10°C/min，在500°C -1200°C恒温3h，冷却后，凝胶变为白色泡状结构，即得。
全文摘要
本发明公开了一种超细氧化铝制备方法，包括以下步骤氢氧化铝和氢氧化钠按照1∶4的摩尔比熔融；等冷却后，将坩埚中的块状生成物用去离子溶解；过滤；将稀硝酸以60滴/分的速度缓慢加入滤液，直至试纸出现浅绿色为止，停止稀硝酸的滴入；对白色胶体进行抽滤；把水洗好的滤饼放入到烧杯中，超声分散、抽滤；把醇洗好的滤饼真空恒温干燥按Al(OH)3与CH3(CH2)16COOH摩尔比1∶3称取硬脂酸，放入到反应容器中，水浴恒温90℃，把研磨好的粉末均匀缓慢加入到反应容器中，同时增力搅拌计以130转/分的速度均匀搅拌，30～70min后，变为透明的淡黄色凝胶；所得凝胶冷却后，研成粉末，升温速率为10℃/min，在500℃-1200℃恒温3h，冷却后，凝胶变为白色泡状结构，即得。
文档编号C01F7/02GK102745728SQ20121020102
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者张少明, 曹雄, 胡双户, 赵海霞 申请人:中北大学