一种高纯氢氧化铝和高纯氧化铝的制备方法

一种高纯氢氧化铝和高纯氧化铝的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高纯氢氧化铝和高纯氧化铝的制备方法，属于化工材料领域。该方法包括：在催化剂和络合剂存在时，将铝和水混合，在30-99.9℃下反应1-168小时，得到氢氧化铝悬浊液；然后对其进行过滤、洗涤、干燥制备高纯氢氧化铝。将该高纯氢氧化铝煅烧，得到氧化铝。并利用清洗液清洗该氧化铝10分钟-100小时，氧化铝与清洗液的质量比为1：1-1:100，然后依次进行过滤和干燥，得到高纯氧化铝。本发明通过上述方法制备的高纯氢氧化铝中除铝元素以外的金属元素与硅元素含量的总和不高于0.0005％，可作为生产高纯氧化铝的原材料。通过上述方法制备的高纯氧化铝，纯度高，其中除铝元素以外的金属元素与硅元素含量的总和不高于0.001％，制备工艺简单，成本低，无环境污染。
【专利说明】一种高纯氢氧化错和高纯氧化错的制备方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及化工材料领域，特别涉及一种高纯氢氧化铝和高纯氧化铝的制备方 法。

【背景技术】
[0002] 高纯氢氧化铝是一种高附加值的粉体产品，其纯度为99. 9% -99. 9999%。高纯氢 氧化铝目前已作为一种新型功能材料和结构材料广泛应用于化工、涂料、建筑、交通和电器 等多个领域。高纯氢氧化铝作为生产高纯氧化铝产品的原料，一般金属元素杂质含量（包 含硅元素）不超过〇? 0005 %。。
[0003] 目前，生产高纯氢氧化铝的方法主要有种分发、碳分法和沉淀法。
[0004] A种分法：一种微粉氢氧化铝的制备方法，以氯酸钠溶液为原料，加入氢氧化铝晶 种进行种分处理，然后将料液进行液固分离，对分离固体进行洗涤、烘干后处理得到产品。
[0005] B碳分法：一种氢氧化铝的生产方法，以烧结法精制液为原料进行一段加晶种碳 分分解，过滤一段加晶种碳分分解的浆料，得到一段氢氧化铝，把得到的一段氢氧化铝与烧 结法精制液混合，进行二段加晶种碳分分解。再把二段加晶种碳分分解的浆料用软水进行 洗涤，过滤后进行干燥，得到成品氢氧化铝产品。
[0006] C沉淀法：一种氢氧化铝的制备方法，包括均相沉淀法合成法和非均相沉淀共沸 蒸馏法，采用铝盐溶液和碱性溶液为原料，添加少量高分子保护剂如聚乙二醇或聚乙烯醇， 在均质乳化反应器中发生均相沉淀反应得到氢氧化铝悬浊液。氢氧化铝悬浊液经过后处 理，得到滤饼，并将滤饼加入正丁醇共沸溶剂中，对所得溶液进行共沸蒸馏得到氢氧化铝胶 体，烘干所得氢氧化铝胶体，最后制得氢氧化铝粉体。
[0007] 氧化铝是一种重要的化工原料，其中纯度高于99. 99%的氧化铝称为高纯氧化铝， 有着纯度高、比表面低、光吸收性高、耐腐蚀、耐磨性强、耐高温、莫氏硬度高、绝缘性好等 优点，可用在高温耐火材料、坩埚、瓷器、人造宝石、荧光粉原料、高压钠灯、特种陶瓷、YAG激 光晶体配件和集成电路板等生产中。
[0008] 氧化铝的纯度是影响蓝宝石晶体质量的重要因素，其中，氧化铝的纯度偏低将产 生以下影响：首先，将导致从氧化铝熔体生长蓝宝石晶体时出现位错、气泡、包裹物和裂隙 等晶体缺陷，上述缺陷通常能够吸收、反射、折射或散射晶体内部产生的或外部输入的磁、 光、声和电的能量，从而影响蓝宝石晶体的整体质量和LED产品的性能。其次，氧化铝原料 中金属元素杂质含量过高，将导致蓝宝石晶体出现偏色。因此，优质蓝宝石晶体的生长对氧 化铝的纯度提出了更高的要求，一般金属元素杂质含量（包含硅元素）不超过0.001%。
[0009] 在实现本发明的过程中，发明人发现，现有技术至少存在以下问题：
[0010] 氢氧化错产品的金属杂质含量过高，一般金属兀素杂质含量（包含娃兀素）超过 了 0? 0005%的要求。
[0011] 氧化铝一般由碱法、酸法、酸碱联合法、热法等制得，所得到的工业氧化铝含有较 高浓度的其它金属杂质，纯度普遍较低，一般只能达到99%的纯度。现有技术采用去离子 水、盐酸、氢氟酸对氧化铝进行清洗，以除去某些特定的金属杂质，并且无法提纯lOppm以 下的金属离子，提纯后的氧化铝一般金属元素杂质含量（包含硅元素）超过〇. 001 % .，无 法达到纯度要求，提纯效果较差；并且现有技术工艺操作复杂，能耗与成本较高。且制备工 艺复杂，能耗大，成本高，容易造成环境污染。


【发明内容】

[0012] 为了解决现有技术缺陷，本发明一方面提供了一种高纯氢氧化铝的制备方法，所 述方法包括：
[0013] (1)在催化剂和络合剂存在条件下，将原料铝和水混合反应，制备氢氧化铝悬浊 液，反应体系中包括所述原料铝、催化剂、络合剂和水；
[0014] (2)将步骤（1)所得的氢氧化铝悬浊液经过滤、洗涤、干燥制备高纯氢氧化铝固 体。
[0015]具体的，所述反应温度是30-99. 9°C。
[0016]具体的，反应时间是1-168小时。
[0017]具体的，所述反应体系中原料铝、催化剂、络合剂的质量分别为所述反应体系总 质量的 1% -30%、0. 05% -10%、0. 05% -20%，余量为水。
[0018]具体的，所述原料铝选自铝片、铝粒、铝粉、铝屑和铝丝中的一种或几种的混合物。
[0019]具体的，所述原料错的错元素的质量百分含量为99. 95% -100%。
[0020] 具体的，所述催化剂为季铵碱，其结构通式为Riiyy^N+OH，其中札、馬、1?3、1?4可为相 同或不同的脂肪基或芳香基，该催化剂的金属元素杂质含量小于所述催化剂质量的十万分 之一。
[0021] 更具体的，所述催化剂选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、 (2-羟乙基）三甲基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵和三甲基苯基氢氧化铵中的一种或几 种的混合物。
[0022] 具体的，所述络合剂选自无机络合剂和有机络合剂中的一种或两种的混合物。
[0023]更具体的，所述无机络合剂选自HC1、NH4SCN、NH4F、NH3、多聚氰酸、多聚氰酸盐、焦 磷酸盐和多聚磷酸盐中的一种或几种的混合物。
[0024]更具体的，所述有机络合剂选自氨基羧酸类络合剂、羟氨基羧酸类络合剂、羧基酸 络合剂、醇胺络合剂和高分子聚合物中的一种或几种的混合物。
[0025]更更具体的，所述氨基羧酸类络合剂选自乙二胺四醋酸、乙二胺四醋酸盐、二乙烯 三胺五醋酸、二乙烯三胺五醋酸盐、氮川三乙酸钠中的一种或几种的混合物；所述羟氨基羧 酸类络合剂选自羟乙二胺四醋酸、乙二醇双（0 -二氨基乙基）乙醚-N，N，N'，N' -四醋酸 和二羟基甘氨酸中的一种或几种的混合物；所述羧酸类络合剂选自草酸、酒石酸、柠檬酸、 葡萄糖酸、羧甲基羟基丙二酸和羟乙基氨基乙酸中的一种或几种的混合物；所述醇胺类络 合剂选自二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或两种的混合物；所述高分子聚合物选自聚（4-羟 基四亚甲基1，2-二羧酸）和聚（四亚甲基1，2, 4-三羧酸）中的一种或两种的混合物。
[0026]具体的，干燥采用烘箱、烘房、闪蒸干燥设备和微波干燥设备中的一种或几种。
[0027]具体的，利用板框压滤机、离心机和袋式过滤器中的一种或几种设备进行料液过 滤，得到滤饼；利用去离子水洗涤所述滤饼，洗去滤饼中残留的有机碱和络合剂，所述去离 子水与所述滤饼的质量比为1 :1-1:100 ;对洗涤后的滤饼进行吹扫。
[0028] 另一方面提供了一种高纯氧化铝的制备方法，所述方法包括：
[0029] (1)将按照本发明提供的一种高纯氢氧化铝的制备方法得到的高纯氢氧化铝固体 煅烧，得到氧化铝。
[0030] (2)将步骤（1)所得的氧化铝利用清洗液进行清洗，然后依次进行过滤和干燥，得 到高纯氧化铝固体。
[0031] 具体的，所述清洗时间为10分钟-100小时。
[0032] 具体的，所述氧化铝与所述清洗液的质量比为1 :1_1:100。
[0033]具体的，所述煅烧温度为400-1700°C，煅烧时间为0. 5-168小时。
[0034] 具体的，所述清洗液为去离子水、无机酸溶液、有机酸溶液、有机碱性溶液、阳离子 为非金属离子的盐溶液和芳香烃中的一种或几种。
[0035] 具体的，所述干燥采用烘箱、烘房、闪蒸干燥设备和微波干燥设备中的一种或几 种。
[0036] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0037] 通过采用在催化剂和络合剂存在条件下，将原料铝和水混合，在30-99. 9°C下，反 应1-168小时，制备氢氧化铝溶液；将氢氧化铝溶液过滤、洗涤、干燥制备高纯氢氧化铝固 体的方法，制备高纯氢氧化错，满足高纯氢氧化错中除错元素以外的金属元素与娃元素含 量的总和不高于〇. 0005%。，通过采用本发明方法制备的高纯氢氧化铝经过煅烧得到氧化 铝；将氧化铝再利用清洗液进行清洗，然后依次进行过滤和干燥的方法，制备高纯氧化铝， 满足高纯氧化铝中除铝元素以外的金属元素与硅元素含量的总和不高于〇. 001%。且制备 工艺简单，成本低，无环境污染。

【具体实施方式】
[0038] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一 步地详细描述。
[0039] 本发明实施例一方面提供了一种高纯氢氧化铝的制备方法，所述方法按照如下步 骤进行操作：
[0040] 步骤一，在催化剂和络合剂存在条件下，将原料铝和水混合反应，制备氢氧化铝悬 浊液，反应体系包括所述催化剂、络合剂、原料铝和水；
[0041] 步骤二，将步骤一所得的含有氢氧化铝悬浊液经过滤、洗涤、干燥制备高纯氢氧 化铝固体。
[0042] 本发明实施例中，步骤一的水解反应的方程式如下所示：
[0043]

【权利要求】
1. 一种高纯氢氧化铝的制备方法，其特征在于，所述方法包括：在催化剂和络合剂存 在条件下，将原料铝和水混合反应，在所述反应体系中的络合剂与所述体系中的非铝金属 元素杂质反应生成可溶性的络合物并除去。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为季铵碱，其结构通式为 R1R2R3R4N+0H，其中Rl、R2、R3、R4可为相同或不同的脂肪基或芳香基。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢 氧化铵、四丙基氢氧化铵、（2-羟乙基）三甲基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵和三甲基苯 基氢氧化铵中的一种或几种的混合物。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述络合剂选自无机络合剂和有机络合剂 中的一种或几种的混合物。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无机络合剂选自HC1、NH4SCN、NH4F、 NH3、多聚氰酸、多聚氰酸盐、焦磷酸盐和多聚磷酸盐中的一种或几种的混合物。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机络合剂选自氨基羧酸类络合剂、羟 氨基羧酸类络合剂、羧基酸络合剂、醇胺络合剂和高分子聚合物中的一种或几种的混合物。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下几个步骤： (1) 在催化剂和络合剂存在条件下，将原料铝和水混合反应，制备氢氧化铝悬浊液，反 应体系中包括所述原料铝、催化剂、络合剂和水。 (2) 将步骤（1)所得的氢氧化铝悬浊液经过滤、洗涤、干燥制备高纯氢氧化铝。
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应温度是30-99. 9°C。
9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应时间是1-168小时。
10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应体系中原料铝、催化剂、络合剂的 质量分别为所述反应体系总质量的1% -30%、0. 05% -10%、0. 05% -20%，余量为水。
11. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原料铝选自铝片、铝粒、铝粉、铝屑和 铝丝中的一种或几种的混合物。
12. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原料铝的铝元素的质量百分含量为 99. 95% -100%。
13. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述催化剂为季铵碱，其结构通式为 R1R2R3R4N+OH，其中Rl、R2、R3、R4可为相同或不同的脂肪基或芳香基。
14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述催化剂的金属元素杂质含量小于所 述催化剂质量的十万分之一。
15. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述催化剂选自四甲基氢氧化铵、四乙基 氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、（2-羟乙基）三甲基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵和三甲基 苯基氢氧化铵中的一种或几种的混合物。
16. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述络合剂选自无机络合剂和有机络合剂 中的一种或几种的混合物。
17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述无机络合剂选自HC1、NH4SCN、NH4F、 NH3、多聚氰酸、多聚氰酸盐、焦磷酸盐和多聚磷酸盐中的一种或几种的混合物。
18. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述有机络合剂选自氨基羧酸类络合剂、 羟氨基羧酸类络合剂、羧基酸络合剂、醇胺络合剂和高分子聚合物中的一种或几种的混合 物。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述氨基羧酸类络合剂选自乙二胺四醋 酸、乙二胺四醋酸盐、二乙烯三胺五醋酸、二乙烯三胺五醋酸盐、氮川三乙酸钠中的一种或 几种的混合物；所述羟氨基羧酸类络合剂选自羟乙二胺四醋酸、乙二醇双-二氨基乙 基）乙醚-N，N，N'，N'-四醋酸和二羟基甘氨酸中的一种或几种的混合物；所述羧酸类络合 剂选自草酸、酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸、羧甲基羟基丙二酸和羟乙基氨基乙酸中的一种或 几种的混合物；所述醇胺类络合剂选自二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或两种的混合物；所 述高分子聚合物选自聚（4-羟基四亚甲基1，2_二羧酸）和聚（四亚甲基1，2, 4-三羧酸） 中的一种或两种的混合物。
20. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（2)中所述过滤具体为：利用 板框压滤机、离心机和袋式过滤器中的一种或几种设备进行料液过滤，得到滤饼；利用去离 子水洗涤所述滤饼，洗去滤饼中残留的有机碱和络合剂；对洗涤后的滤饼进行吹扫。
21. 根据权利要求20所述的制备方法，其特征在于，所述去离子水与所述滤饼的质量 比为 1 :1-1:1〇〇。
22. -种高纯氧化铝的制备方法，其特征在于，所述方法包括： (1) 将权力要求1所得到的高纯氢氧化铝煅烧，得到氧化铝。 (2) 将步骤（1)所得的氧化铝利用清洗液进行清洗，然后依次进行过滤和干燥，得到高 纯氧化错。
23. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，步骤（1)中所述煅烧温度为400-1700°C， 煅烧时间为〇. 5-168小时。
24. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，步骤（2)中所述清洗时间为10分钟-100 小时。
25. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，步骤（2)中所述氧化铝与所述清洗液的质 量比为 1 :1-1:1〇〇。
26. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述清洗液为去离子水、无机酸溶液、有 机酸溶液、有机碱性溶液、阳离子为非金属离子的盐溶液和芳香烃中的一种或几种。
27. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，步骤⑵中所述干燥采用烘箱、烘房、闪蒸 干燥设备和微波干燥设备中的一种或几种。
【文档编号】C01F7/30GK104386722SQ201410588696
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】赵冰, 章韵, 张金山, 王寅生 申请人:上海飞凯光电材料股份有限公司