制备AlN粉末的方法
【专利摘要】本发明涉及化工领域，具体而言，涉及制备AlN粉末的方法，该制备AlN粉末的方法，包括如下步骤：将低品位铝土矿和氟化物混合，反应，最终得到AlF3粉末；利用所述AlF3粉末制备AlN粉末。本发明提供的制备AlN粉末的方法，与相关技术中的制备AlN粉末的方法相比，由于其使用的是价格低廉的低品质铝土矿，且通过与氟化物反应，制备AlF3粉末的纯度高、颗粒均匀、产率高，进而利用AlF3粉末生成AlN粉末的纯度高、颗粒均匀，生成AlN粉末的产率高，所以降低了AlN粉末的生产成本。
【专利说明】制备AIN粉末的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化工领域，具体而言，涉及制备AlN粉末的方法。
【背景技术】
[0002]AlN (氮化铝)是原子晶体，属类金刚石氮化物。由于AlN具有高导热性、低热膨胀系数、高电绝缘性、优良的抗热震性、机械强度高、优良的抗腐蚀性，而且无毒等特性，所以被广泛应用于集成电路、微波集成电路、电力电子模块、激光二极管、坩埚、刀具材料和电子半导体等领域。在当代社会中，AlN是应用在高新【技术领域】中最广泛的材料之一。 [0003]目前，相关技术中制备AlN粉末的方法主要有以下几种:直接氮化法、自蔓延高温合成法、化学气相沉淀法和碳热还原法等。直接氮化法是在高温氮气中，铝粉直接与氮气化合生成AlN粉末，但是，直接氮热法中所用的铝粉价格高，且所述制备AlN粉末的颗粒不均匀、粒径较粗、成分纯度低；自蔓延高温合成法将铝粉在高压氮气中被外界热源点燃后，金属铝和氮气之间的高化学反应热使反应自维持下去，直到铝粉完全转化成为AlN粉末，其实质与直接氮热法相同；化学气相沉积法是利用铝的挥发性化合物，即有机铝与氨气或氮气反应，从气相中沉淀析出AlN粉末，但是化学气相沉积法中，所用到的有机铝的价格很高，且生成AlN粉末的产率不高，难以得到广泛的工业应用；碳热还原法是以氧化铝和碳粉的混合粉末为原料，在高温下的流动氮气中发生还原氮化反应生成AlN粉末，但是，碳热还原法对于Al2O3纯度和粒径，碳粉的纯度和粒径要求都很高。
[0004]上述几种制备AlN粉末的方法，由于对原材料的要求均很高，需要利用铝粉、有机铝、氧化铝和碳粉等作为原材料，而且对其纯度要求高，故原材料的价格较高，再加上制备得到的AlN粉末的纯度低、AlN粉末的颗粒不均匀，或者生成AlN粉末的产率低等因素，导致AlN粉末的生产成本增加。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供制备AlN粉末的方法，以解决上述的问题。
[0006]在本发明的实施例中提供了制备AlN粉末的方法，包括如下步骤:
[0007]将低品位铝土矿和氟化物混合，反应，最终得到AlF3粉末；
[0008]利用AlF3粉末制备AlN粉末。
[0009]进一步地，将低品位铝土矿和氟化物混合，反应，最终得到AlF3粉末的步骤中，低品位铝土矿中Al的质量百分含量为50%~60% ;氟化物占低品位铝土矿和氟化物总重量的重量百分比为20%~60% ；
[0010]和/或，步骤利用AlF3粉末制备AlN粉末中，AlN粉末的纯度为99%~99.9%，粒径为30nm~3 μ m。
[0011]进一步地，氟化物为固态氟化物，上述步骤将低品位铝土矿和氟化物混合，煅烧，最终得到AlF3粉末，具体包括如下步骤:
[0012]将低品位铝土矿和固态氟化物混合，得到混合粉末；[0013]将混合粉末煅烧，得到含有气态AlF3的混合气体；
[0014]将混合气体骤冷至300°C~500°C，得到AlF3粉末。
[0015]进一步地，混合粉末的粒径≤3mm ;固态氟化物为以下物质中任一种:NH4HF2、CaF2' NaF、NH4F ；
[0016]和/或，煅烧的温度为1250°C~1500°C，煅烧时间为3h~15h ；
[0017]和/或，将混合气体骤冷至300°C~500°C，得到AlF3粉末的步骤中，骤冷的速率为 500C /min ~300°C /min ；A1F3 纯度为 99% ~99.9%。
[0018]进一步地，氟化物为液态氟化物，上述步骤将低品位铝土矿和氟化物混合，反应，最终得到AlF3粉末，具体包括如下步骤:
[0019]将低品位铝土矿和液态氟化物混合，得到混合物；
[0020]将混合物在预定温度下反应，得到含有固态AlF3混合物，将含有固态AlF3混合物升温至1300°C升华提纯后得到AlF3粉末。
[0021 ] 进一步地，液态氟化物为HF ；
[0022]和/或，在将混合物在预定温度下反应，得到含有固态AlF3混合物的步骤中，预定温度为95°C~295°C，反应时间为3h~15h。
[0023]进一步地,步骤利用所述AlF3粉末制备AlN粉末,具体包括如下步骤:
[0024]将AlF3粉末煅烧，得到气态AlF3 ；
[0025]将气态AlF3与水蒸汽进行水解反应，生成固体Al2O3和气态HF的气固混合物；
[0026]将气固混合物骤冷至100°C~200°C，经过聚集、分离、脱酸处理，得到Al2O3粉末；
[0027]将Al2O3粉末与碳黑粉末混合，并在N2环境下煅烧，得到含有AlN颗粒的固体混合物；
[0028]将固体混合物加热至600°C~800°C，进行脱碳处理，得到AlN粉末。
[0029]进一步地，将AlF3粉末煅烧，得到气态AlF3的步骤中，煅烧的温度为1250°C~1500°C，时间为 2h ~15h。
[0030]和/或，将气态AlF3与水蒸汽进行水解反应，生成固态Al2O3和气态HF的气固混合物的步骤中，水解温度为1000°C~1200°C，固态AlF3与水蒸汽的体积比为1: 1.5~100 ;
[0031]和/或，将气固混合物骤冷至100°C~200°C，得到Al2O3粉末的步骤中，冷却速率为 500C /min ~600°C /min ；A1203 粉末的纯度为 99.9% ~99.99%，粒径≤ IOOnm0
[0032]和/或，将Al2O3粉末与碳黑粉末混合，并在N2环境下煅烧，得到含有AlN颗粒的固体混合物的步骤中，Al2O3粉末与碳黑粉末的质量摩尔分数比为1: 3~5;碳黑粉末的粒径≤I μ m ;煅烧的温度为1500°C~1700°C，时间为2h~6h。
[0033]进一步地，步骤利用AlF3粉末制备AlN粉末，具体包括如下步骤:
[0034]将AlF3粉末煅烧至1250°C~1500°C，得到气态AlF3 ；
[0035]将气态AlF3与氨气反应，得到AlN粉末。
[0036]进一步地，将AlF3粉末煅烧至1250°C~1500°C，得到气态AlF3的步骤中，煅烧时间为2h~5h ;
[0037]和/或，将气态AlF3与氨气反应，得到AlN粉末的步骤中，气态AlF3与氨气体积比为I~50: I。
[0038]本发明实施例提供的制备AlN粉末的方法，与相关技术中的制备AlN粉末的方法相比，由于其使用的是价格低廉的低品质铝土矿，且通过与氟化物反应，制备AlF3粉末的纯度高、颗粒均匀、产率高，进而利用AlF3粉末生成AlN粉末的纯度高、颗粒均匀，生成AlN粉末的产率高，所以降低了 AlN粉末的生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1示出了本发明提供的制备AlN粉末的方法的总体流程图；
[0040]图2示出了本发明提供的制备AlN粉末的方法的一种制备AlF3粉末的流程图；
[0041]图3示出了本发明提供的制备AlN粉末的方法的另一种制备AlF3粉末的流程图；
[0042]图4示出了本发明提供的一种实施例制备AlN粉末的流程图；
[0043]图5示出了本发明提供的另一种实施例制备AlN粉末的流程图。
【具体实施方式】
[0044]下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0045]本发明实施例提供了制备AlN粉末的方法，如图1所示，包括如下步骤:
[0046]步骤101:将低品位铝土矿和氟化物混合，反应，最终得到AlF3粉末；
[0047]步骤102:利用AlF3粉末制备AlN粉末。
[0048]本发明实施例中提供的制备AlN粉末的方法中，利用氟化物(AFz)中F元素与低品位铝土矿(MxOy.HAl2O3)`中的Al元素发生反应，生成高纯度、且粒径小而均匀的AlF3粉末，如式(I);再将AlF3粉末经过水解，得到Al2O3粉末，如式(2)，Al2O3粉末与碳黑粉末反应得到AlN粉末，如式(3);或者，直接将AlF3粉末与NH3反应得到AlN粉末，如式(4)。该方法的反应方程通式如下:
[0049]MxOy.nAl203+AFz — Mx0y+A20z+A1F3 (I)
[0050]2A1F3+3H20 — A1203+6HF(2)
[0051]Al2O3 (s)+3C (s)+N2 (g) — 2A1N (s)+3C0(g) (3)
[0052]AIF3+NH3 — A1N+3HF(4)
[0053]由于其使用的是价格低廉的低品质铝土矿，且通过与氟化物反应，制备AlF3粉末的纯度高、颗粒均匀、产率高，进而利用AlF3粉末生成AlN粉末的纯度高、颗粒均匀，生成AlN粉末的产率高，所以降低了 AlN粉末的生产成本。
[0054]为了能得到纯度更加高的AlN粉末，优选地，在步骤101中，低品位铝土矿中Al的质量百分含量为50%~60% ;氟化物占低品位铝土矿和氟化物总重量的重量百分比为20%~60%，制备的AlN粉末的纯度为99%~99.9%,粒径为30nm~3 μ m。
[0055]在步骤101中，将低品位铝土矿和固态氟化物混合，煅烧，骤冷，最终得到八1匕粉末，如图2所示，具体包括如下步骤:
[0056]步骤10111:将低品位铝土矿和固态氟化物混合，得到混合粉末；
[0057]步骤10112:将混合粉末煅烧，得到含有气态AlF3的混合气体；
[0058]步骤10113:将混合气体骤冷至300°C~500°C，得到AlF3粉末。
[0059]为了使反应更加的充分，在步骤10111中，混合粉末的粒径< 3mm，这样低品位铝土矿和固态氟化物可以充分的接触，能使反应更充分。固态氟化物为以下物质中任一种:NH4HF2, CaF2, NaF, NH4F,以上所列的固态氟化物，价格比较便宜，而且供给量充足，可以进一步的降低了生产成本。
[0060]在步骤10112中，煅烧的温度为1250°C~1500°C，煅烧时间为3h~15h。在此条件下，将混合粉末进行煅烧，所生成的AlF3的效率高，可以使低品位铝土矿中的Al元素充分的与固态氟化物中的F元素反应。
[0061]步骤10113中的骤冷的速率为50°C /min~300°C /min，通过此骤冷的速率可以保证AlF3粉末的纯度在99%~99.9%。保证分离出来的AlF3粉末的质量，进而提高了利用AlF3粉末所制备的AlN粉末的质量，制备的AlN粉末的纯度为99%~99.9%，粒径为30nm~3 μ m0
[0062]在步骤101中，将低品位铝土矿和液态氟化物混合，反应，升华，最终得到八1&粉末,如图3所示,具体包括如下步骤:
[0063]步骤10121:将低品位铝土矿和液态氟化物混合，得到混合物；
[0064]步骤10122:将混合物在预定温度下反应，得到含有固态AlF3混合物；
[0065]步骤10123:将含有固态AlF3混合物升温至1300°C升华提纯后得到AlF3粉末。
[0066]优选地，在步骤10121中，液态氟化物为HF，因为HF的价格比较便宜，而且供应量充足，能够进一步的降低生产成本。
[0067]在步骤10122中，预定温度为95°C~295°C，反应时间为3h~15h。在此条件下反应，混合物中的固态AlF3的含量高，也就说固态AlF3的产率高，通过上述步骤所得的AlF3粉末的纯度在99%~99.9%。另外，通过低品位铝土矿与液态氟化物反应，由于其反应温度低，所以能进一步的节省生产成本。
[0068]在步骤102中，AlF3粉末可以经过煅烧，得到气态AlF3，并进行水解反应得到Al2O3,通过Al2O3与碳黑粉末反应来制备AlN粉末,如图4所示,具体包括如下步骤:
[0069]步骤10211，将AlF3粉末煅烧，得到气态AlF3 ；
[0070]步骤10212，将气态AlF3与水蒸汽进行水解反应，生成固体Al2O3和气态HF的气固混合物；
[0071]步骤10213，将气固混合物骤冷至100°C~200°C，经过聚集、分离、脱酸处理，得到Al2O3粉末;
[0072]步骤10214，将Al2O3粉末与碳黑粉末混合，并在N2环境下煅烧，得到含有AlN颗粒的固体混合物；
[0073]步骤10215，将固体混合物加热至600°C~800°C，进行脱碳处理，得到AlN粉末。
[0074]为了使AlF3粉末升华的更充分，优选地，步骤10211中的煅烧的温度为1250°C~1500°C，时间为2~5h。这样可以使AlF3粉末充分的升华成气态的AlF3，更加的有利于其与水蒸气充分的接触，使水解反应更充分。
[0075]为了更好的控制Al2O3粉末的粒径，在步骤10212中，水解温度为1000°C~1200°C，气态AlF3与水蒸汽的体积比为1: 1.5~100。
[0076]在步骤10213中，冷却速率为50°C /min~600°C /min，可以使Al2O3与HF充分的分离，可以得到Al2O3粉末的纯度为99.9%~99.99%，粒径≤lOOnm。另外，可以通过对水蒸气的含量、水解温度、骤冷速率等工艺参数来控制Al2O3颗粒的形核和长大速率，从而得到不同粒径的Al2O3粉末，达到控制AlN粉末粒径的目的。
[0077]在步骤10214中，Al2O3粉末与碳黑粉末的质量摩尔分数比为1: 3~5，碳黑粉末的粒径≤1 μ m,碳黑粉末的量多于Al2O3粉末的量,碳黑粉末可以将Al2O3粉末充分包围,而且碳黑粉末的粒径≤1 μ m，使二者的接触面积增加，提高了 AlN生产效率。
[0078]在步骤10214中，煅烧的温度为1500°C~1700°C，时间为2h~6h。可以使氨气与Al2O3粉末反应更加的充分，使AlN粉末的纯度较高，粒径较小。
[0079]本实施例中的制备AlN粉末的方法，是以低品位的铝土矿作为原料，虽然生成的AlF3中含有较多的K、Na、Ca和Mg等杂质，但是在随后的高温煅烧过程中得到纯化，因此能够利用低成本的原料制备出高纯度的Al2O3粉末，并且能够通过控制水蒸气的含量、水解温度、冷却速率等工艺参数来控制Al2O3粉末的粒径和形貌，进而得到不同粒径的AlN粉末，具有工艺步骤少、成本低的优点。
[0080]步骤102中，AlF3粉末可以经过煅烧，直接与NH3反应，得到AlN粉末，如图5所示，具体包括如下步骤:
[0081]步骤10221，将AlF3粉末煅烧至1250°C~1500°C，得到气态AlF3 ；
[0082]步骤10222，将气态AlF3与NH3反应，得到AlN粉末。
[0083]优选地，步骤10321中的煅烧时间为2~5h ;
[0084]在步骤10222，所述气态AlF3与氨气体积比为1~50: 1，可以使气态AlF3与NH3充分的接触，使反应更加的充分，提高AlN的生产效率。
[0085]本实施例中的制备AlN粉末的方法，是以低品位铝土矿为原材料，其价格低廉，虽然生成的AlF3中含有较多的K、Na、Ca和Mg等杂质，但是在随后的高温煅烧过程中得到纯化，得到高纯度、颗粒均匀的AlF3粉末，且其产率高。进一步地，利用AlF3粉末和NH3反应生成高纯度、颗粒均匀且粒径小的AlN粉末，而且AlN的产率高，具有工艺步骤少、成本低的特点。
[0086]以下为本实施提供的制备AlN粉末的方法的具体实施例:
[0087]实施例1:
[0088]以低品位铝土矿和NH4F为原材料制备AlN粉末:
[0089]在低品位的铝土矿中加入NH4F,得到混合粉末，其粒径< 3_，混合粉末中NH4F的重量百分比为20%，其中低品位铝土矿中Al的质量百分含量为50%。将混合粉末煅烧至1250°C，煅烧时间为3h，得到含有气态AlF3的混合气体，混合气体中除了 AlF3以外，可能还含有SiF4或TiF4等杂质。将该混合气体骤冷到300°C，骤冷速率为50°C /min,混合气体中只有AlF3转变为固态，进行气固分离，将杂质去除后得到细颗粒AlF3粉末，其纯度为99%。将细颗粒AlF3粉末煅烧到1250°C，煅烧时间为9h得到气态AlF3,并通入水蒸气，水蒸气与气态AlF3的体积比为100:1，水解温度为1000°C，水解后生成固体的Al2O3和气态HF的气固混合物。气固混合物骤冷至100°C，冷却速率为50°C /min，再经过聚集、分离、脱酸，得到细颗粒Al2O3粉末，其纯度为99.9%。在Al2O3粉末中添加碳黑粉末，Al2O3粉末与碳黑粉末的摩尔分数比为1:3，将二者混合均匀后，用实验室中真空碳管炉内进行碳热还原，在氮气环境下煅烧2h，煅烧温度为1500°C，得到含AlN颗粒的固体混合物，固体混合物除了含有AlN颗粒，还含有没有反应完全的碳黑粉末。将固体混合物用实验室中的马弗炉中加热至600°C，进行脱碳处理，得到AlN粉末，AlN粉末的平均粒径为0.8 μ m，其纯度为99.2%。上述反应方程式如下:
[0090]A1203+6NH4F — 6NH3+3H20+2A1F3[0091 ] 2A1F3+3H20 — A1203+6HF
[0092]Al2O3 (s) +3C (s) +N2 (g) — 2A1N (s) +3C0 (g)
[0093]实施例2:
[0094]以低品位铝土矿和NH4F为原材料制备AlN粉末:
[0095]在低品位的铝土矿中加入NH4F,得到混合粉末，其粒径< 3_，混合粉末中NH4F的重量百分比为60%，其中低品位铝土矿中Al的质量百分含量为60%。将混合粉末煅烧至1500°C，煅烧时间为15h，得到含有气态AlF3的混合气体，混合气体中除了 AlF3以外，可能还含有SiF4或TiF4等杂质。将该混合气体骤冷到500°C，骤冷速率为300°C /min,混合气体中只有AlF3转变为固态，进行气固分离，将杂质去除后得到细颗粒AlF3粉末，其纯度为99.2%。将细颗粒AlF3粉末煅烧到1500°C，煅烧时间为15h得到气态AlF3,并通入水蒸气，水蒸气与气态AlF3的体积比为1.5:1，水解温度为1200°C，水解后生成固体Al2O3和气态HF的气固混合物。气固混合物骤冷至200°C，冷却速率为600°C /min,再经过聚集、分离、脱酸，得到细颗粒Al2O3粉末，其纯度为99.97%。在Al2O3粉末中添加碳黑粉末，Al2O3粉末与碳黑粉末的摩尔分数比为1:5，将二者混合均匀后，用实验室中真空碳管炉内进行碳热还原，在氮气环境下煅烧6h，煅烧温度为1750°C，得到含AlN颗粒的固体混合物，固体混合物除了含有AlN颗粒，还含有没有反应完全的碳黑粉末。将固体混合物用实验室中的马弗炉中加热至800°C，进行脱碳处理，得到AlN粉末，AlN粉末的平均粒径为30nm，其纯度为99.5%。
[0096]A1203+6NH4F — 6NH3+3H20+2A1F3
[0097]2A1F3+3H20 — A1203+6HF [0098]Al2O3 (s) +3C (s) +N2 (g) — 2A1N (s) +3C0 (g)
[0099]实施例3:
[0100]以低品位铝土矿和NH4HF2为原材料制备AlN粉末:
[0101 ] 在低品位的铝土矿中加入NH4HF2，得到混合粉末，其粒径≤3mm,混合粉末中NH4HF2的重量百分比为40%，其中低品位铝土矿中Al的质量百分含量为55%。将混合粉末煅烧至1375°C，煅烧时间为9h，得到含有气态AlF3的混合气体，混合气体中除了 AlF3以外，可能还含有SiF4或TiF4等杂质。将该混合气体骤冷到400°C，骤冷速率为175°C /min,混合气体中只有AlF3转变为固态，进行气固分离，将杂质去除后得到细颗粒AlF3粉末，其纯度为99.4%。将细颗粒AlF3粉末煅烧到1375°C，煅烧时间为3h，得到气态AlF3,并通入水蒸气，水蒸气与气态AlF3的体积比为50:1，水解温度为1100°C，水解后生成固体Al2O3和气态HF的气固混合物。气固混合物骤冷至150°C，冷却速率为175°C /min，再经过聚集、分离、脱酸，得到细颗粒Al2O3粉末，其纯度为99.91%。在Al2O3粉末中添加碳黑粉末，Al2O3粉末与碳黑粉末的摩尔分数比为1:4，将二者混合均匀后，用实验室中真空碳管炉内进行碳热还原，在氮气环境下煅烧4h，煅烧温度为1625°C，得到含AlN颗粒的固体混合物，固体混合物除了含有AlN颗粒，还含有没有反应完全的碳黑粉末。将固体混合物用实验室中的马弗炉中加热至700°C，进行脱碳处理，得到AlN粉末，AlN粉末的平均粒径为86nm，其纯度为99.3%。
[0102]A1203+3NH4HF2 — 3NH3+3H20+2A1F3
[0103]2A1F3+3H20 — A1203+6HF
[0104]Al2O3 (s) +3C (s) +N2 (g) — 2A1N (s) +3C0 (g)
[0105]实施例4:[0106]以低品质铝土矿和NaF为原材料制备AlN粉末:
[0107]在低品位的铝土矿中加入NaF，得到混合粉末，其粒径≤3mm,混合粉末中NaF的重量百分比为30%，其中低品位铝土矿中Al的质量百分含量为52%。将混合粉末煅烧至1320°C，煅烧时间为8h，得到含有气态AlF3的混合气体，混合气体中除了 AlF3以外，可能还含有SiF4、TiF4和NaF等杂质。将该混合气体骤冷到320°C，骤冷速率为200°C /min,混合气体中只有AlF3转变为固态，进行气固分离，将杂质去除后得到细颗粒AlF3粉末，其纯度为99.6%。将细颗粒的AlF3在1250°C的温度下煅烧2h，得到气态AlF3,并通入NH3,气态AlF3与NH3的体积比为1: 1，得到AlN粉末，AlN粉末的平均粒径为83nm，其纯度为99.6%。
[0108]Al203+6NaF→3Na20+2AlF3
[0109]A1F3+NH3 → A1N+3HF
[0110]实施例5:
[0111]以低品位铝土矿和CaF2为原材料制备AlN粉末:
[0112]在低品位的铝土矿中加入CaF2,得到混合粉末，其粒径≤ 3_，混合粉末中CaF2的重量百分比为50%，其中低品位铝土矿中Al的质量百分含量为57%。将混合粉末煅烧至1450°C，煅烧时间为6h，得到含有气态AlF3的混合气体，混合气体中除了 AlF3以外，可能还含有SiF4、TiF4和NaF等杂质。将该混合气体骤冷到350°C，骤冷速率为250°C /min,混合气体中只有AlF3转变为固态，进行气固分离，将杂质去除后得到细颗粒AlF3粉末，其纯度为99.8%。将细颗粒的AlF3在1500°C的温度下煅烧5h，得到气态AlF3,并通入NH3,气态AlF3与NH3的体积比为50:1，得到AlN粉末，AlN粉末的平均粒径为42nm，其纯度为99.8%。
[0113]Al203+3CaF2 → 3Ca0+2AlFs
[0114]A1F3+NH3 → A1N+3HF
[0115]实施例6:
[0116]以低品位铝土矿和CaF2为原材料制备AlN粉末:
[0117]在低品位的铝土矿中加入CaF2,得到混合粉末，其粒径≤3mm，混合粉末中CaF2的重量百分比为45%，其中低品位铝土矿中Al的质量百分含量为54%。将混合粉末煅烧至1400°C，煅烧时间为12h，得到含有气态AlF3的混合气体，混合气体中除了 AlF3以外，可能还含有SiF4、TiF4和NaF等杂质。将该混合气体骤冷到450°C，骤冷速率为150°C /min,混合气体中只有AlF3转变为固态，进行气固分离，将杂质去除后得到细颗粒AlF3粉末，其纯度为99.9%。将细颗粒的氟化铝在1375°C的温度下煅烧4h，得到气态AlF3,并通入NH3,气态AlF3与NH3的体积比为25:1，得到AlN粉末，AlN粉末的平均粒径为53nm，其纯度为99.7%。
[0118]Al203+3CaF2 — 3Ca0+2AlFs
[0119]A1F3+NH3 — A1N+3HF
[0120]实施例7:
[0121]以低品位铝土矿和液态HF为原材料制备AlN粉末:
[0122]在低品位的铝土矿中加入液态HF，得到混合物，其中，HF的重量百分比为25%，其中低品位铝土矿中Al的质量百分含量为51%。将混合物升温至95°C，反应时间为3h，得到含有固态AlF3的混合物，混合物中除了 AlF3以外，可能还含有SiF4或TiF4等杂质。将含有固态AlF3混合物升温至1300°C升华提纯后得到AlF3粉末，其纯度为99.1%。将细颗粒AlF3粉末煅烧到1275°C，煅烧时间为3.5h，得到气态AlF3，并通入水蒸气，水蒸气与气态AlF3的体积比为15:1，水解温度为1150°C，水解后生成固体Al2O3和气态HF的气固混合物。气固混合物骤冷至125°C，冷却速率为400°C /min，再经过聚集、分离、脱酸，得到细颗粒Al2O3粉末，其纯度为99.93%。在Al2O3粉末中添加碳黑粉末，Al2O3粉末与碳黑粉末的摩尔分数比为1:3.5，将二者混合均匀后，用实验室中真空碳管炉内进行碳热还原，在氮气环境下煅烧5h，煅烧温度为1600°C，得到含AlN颗粒的固体混合物，固体混合物除了含有AlN颗粒，还含有没有反应完全的碳黑粉末。将固体混合物用实验室中的马弗炉中加热至650°C，进行脱碳处理，得到AlN粉末，AlN粉末的平均粒径为84nm，其纯度为99.4%。
[0123]A1203+6HF — 3H20+2A1F3
[0124]2A1F3+3H20 — A1203+6HF
[0125]Al2O3 (s) +3C (s) +N2 (g) — 2A1N (s) +3C0 (g)
[0126]实施例8:
[0127]以低品位铝土矿和液态HF为原材料制备AlN粉末:
[0128]在低品位的铝土矿中加入液态HF，得到混合物，其中，HF的重量百分比为35%，其中低品位铝土矿中Al的质量百分含量为56%。将混合物升温至295°C，反应时间为5h，得到含有固态AlF3的混合物，混合物中除了 AlF3以外，可能还含有SiF4或TiF4等杂质。将含有固态AlF3混合物升温至1300°C升华提纯后得到AlF3粉末，其纯度为99.5%。将细颗粒的AlF3在1275°C的温度下煅烧4.5h，得到气态AlF3,并通入NH3,气态AlF3与NH3的体积比为35:1，得到AlN粉末，AlN粉末的平均粒径为54nm，其纯度为99.1%。
[0129]A1203+6HF — 3H20+2A1F3
[0130]A1F3+NH3 — A`1N+3HF
[0131]表1为实施例1至实施例8的数据对照表
[0132]
I234 56 7 8
低品质铝土矿中
Al 的质量百分 50 60 55 52 57 54 51 56
含量(％)
氟化物 NH4F NH4F NH4HF2 NaF CaF^ CaF2 HF HF
[0133]
【权利要求】
1.制备AlN粉末的方法，其特征在于，包括如下步骤: 将低品位铝土矿和氟化物混合，反应，最终得到AlF3粉末； 利用所述AlF3粉末制备AlN粉末。
2.根据权利要求1所述的制备AlN粉末的方法，其特征在于，将低品位铝土矿和氟化物混合，反应，最终得到AlF3粉末的步骤中，所述低品位铝土矿中Al的质量百分含量为50%~60% ;所述氟化物占所述低品位铝土矿和所述氟化物总重量的重量百分比为20%~60% ； 和/或，所述步骤利用所述AlF3粉末制备AlN粉末中，所述AlN粉末的纯度为99%~99.9%,粒径为 30nm ~3 μ m。
3.根据权利要求1所述的制备AlN粉末的方法，其特征在于，所述氟化物为固态氟化物，所述步骤将低品位铝土矿和所述氟化物混合，煅烧，最终得到AlF3粉末，具体包括如下步骤: 将所述低品位铝土矿和所述固态氟化物混合，得到混合粉末； 将所述混合粉末煅烧，得到含有气态AlF3的混合气体； 将所述混合气体骤冷至300°C~500°C，得到所述AlF3粉末。
4.根据权利要求3所述的制备AlN粉末的方法，其特征在于，所述混合粉末的粒径(3mm ;所述固态氟化物为以下物质中任一种:NH4HF2、CaF2、NaF、NH4F ； 和/或，所述煅烧的温度`为1250°C~1500°C，煅烧时间为3h~15h ； 和/或，将所述混合气体骤冷至300°C~500°C，得到AlF3粉末的步骤中，所述骤冷的速率为 500C /min ~300°C /min ;所述 AlF3 纯度为 99% ~99.9%。
5.根据权利要求1制备AlN粉末的方法，其特征在于，所述氟化物为液态氟化物，所述步骤将低品位铝土矿和氟化物混合，反应，最终得到AlF3粉末，具体包括如下步骤: 将所述低品位铝土矿和所述液态氟化物混合，得到混合物； 将所述混合物在预定温度下反应，得到含有固态AlF3混合物； 将所述含有固态AlF3混合物升温至1300°C升华提纯后得到所述AlF3粉末。
6.根据权利要求5制备AlN粉末的方法，其特征在于，所述液态氟化物为HF； 和/或，在将所述混合物在预定温度下反应，得到含有固态AlF3混合物的步骤中，所述预定温度为95°C~295°C，所述反应时间为3h~15h。
7.根据权利要求1所述的制备AlN粉末的方法，其特征在于，所述步骤利用所述AlF3粉末制备AlN粉末,具体包括如下步骤: 将所述AlF3粉末煅烧，得到气态AlF3 ； 将所述气态AlF3与水蒸汽进行水解反应，生成固体Al2O3和气态HF的气固混合物； 将所述气固混合物骤冷至100°C~200°C，经过聚集、分离、脱酸处理，得到Al2O3粉末； 将所述Al2O3粉末与碳黑粉末混合，并在N2环境下煅烧，得到含有AlN颗粒的固体混合物； 将所述固体混合物加热至600°C~800°C，进行脱碳处理，得到AlN粉末。
8.根据权利要求7所述的制备AlN粉末的方法，其特征在于，将所述AlF3粉末煅烧，得到气态AlF3的步骤中，所述煅烧的温度为1250°C~1500°C，时间为2h~15h ； 和/或，将所述气态AlF3与水蒸汽进行水解反应，生成固态Al2O3和气态HF的气固混合物的步骤中，所述水解温度为1000°C~1200°C，所述固态AlF3与所述水蒸汽的体积比为1: 1.5 ~100 ; 和/或，将所述气固混合物骤冷至100°C~200°C，得到Al2O3粉末的步骤中，所述冷却速率为500C /min~600°C /min ;所述Al2O3粉末的纯度为99.9%~99.99%，粒径≤100nm ； 和/或，将所述Al2O3粉末与碳黑粉末混合，并在N2环境下煅烧，得到含有AlN颗粒的固体混合物的步骤中，所述Al2O3粉末与所述碳黑粉末的质量摩尔分数比为1: 3~5;所述碳黑粉末的粒径≤1 μ m ;所述煅烧的温度为1500°C~1700°C，时间为2h~6h。
9.根据权利要求1所述的制备AlN粉末的方法，其特征在于，所述步骤利用所述AlF3粉末制备AlN粉末,具体包括如下步骤: 将所述AlF3粉末煅烧至1250°C~1500°C，得到气态AlF3 ； 将所述气态AlF3与氨气反应，得到AlN粉末。
10.根据权利要求9所述的制备AlN粉末的方法，其特征在于，将所述AlF3粉末煅烧至1250°C~1500°C，得到气态AlF3的步骤中，所述煅烧时间为2h~5h ; 和/或，将所述气态AlF3与氨气反应，得到AlN粉末的步骤中，所述气态AlF3与所述氨气体积比为I~50: I。
【文档编号】C01B21/072GK103771360SQ201410066470
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】章林, 刘瑞, 史春华, 龚龙江 申请人:贵州万方铝化科技开发有限公司