专利名称：一种电化学法制备高纯氢氧化铝粉体的方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学法制备高纯氢氧化铝粉体的方法。
背景技术：
高纯氢氧化铝是一种附加值很高的超微粉体产品，其纯度为99. 99Γ99. 999%。其可以作为造纸填料、纸张的增白剂和增光剂，还可以应用于橡胶、树脂等阻燃填料、城市供水的絮凝剂等，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。近年来高纯氢氧化铝作为无机阻燃剂，其应用取得重大进展，已成为目前世界上应用量最大的阻燃剂品种。但是高纯氢氧化铝的制备技术相对进展缓慢，仍存在众多技术难题，导致产品性能不稳定，产品纯度的控制较困难。经过对现有技术的文献检索发现，目前制备高纯氢氧化铝的方法有多种，如已有 专利及文献报道方法主要为种分法、碳分法和均匀沉淀法等。这些方法各有特点，上述方法都存在如原料制备成本过高、颗粒尺寸的控制较困难、工艺操作复杂、对环境有污染等亟待解决的问题。作为一种功能化的高纯超细材料，高纯氢氧化铝工业化的制备技术难度较大，目前只有少数国外企业能够规模化生产。有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明提供了一种成本低、实验条件简单、对环境无污染、易于工业化生产的高纯氢氧化铝的制备方法。本发明解决技术问题所采取的技术方案如下所述制备方法是将表面处理后的高纯铝板同时作为阴极和阳极在纯化后的电解液中进行电解反应，将所得电解产物经洗涤、水热处理、洗涤、干燥后得到高纯氢氧化铝粉体。在上述制备方法的技术方案中所述的原料铝采用高纯铝板，纯度为99. 99% 99. 999%。在上述制备方法的技术方案中所述的表面处理为高纯铝板表面先利用碱液清洗，然后再利用低浓度无机酸清洗。其中，所述无机酸选自盐酸、硝酸和硫酸中的一种，其浓度范围为O. 05 O. 5mol/L ;碱液选自氢氧化钠、氢氧化钾中的一种，其浓度范围为O. 5 2. 5g/L。本发明所述的制备方法中，所述电解反应采用的电解液中的有效成分为碳原子数目5 25的阳离子表面活性剂，所述的表面活性剂为氯化胆碱、苄基三甲基氯化铵、β -甲基氯化胆碱、苄基三乙基氯化铵、苄基二甲基四癸基氯化铵中的任意一种。本发明所述的制备方法中，所述电解液的纯化方法为用高纯水配制50 500g/L的电解质溶液，经表面处理的高纯铝板为阴阳极进行电解并将电解产物过滤分离，滤液作为纯化后的电解液备用。本发明所述的制备方法中，所述的电解反应采用电源为直流电源。本发明所述的制备方法中，所述的电解在pH 6 10，电流密度I 5A/dm2，温度30 90°C，机械搅拌或空气搅拌送气量为100 3000L/min的条件下进行。本发明所述的电解反应中，当电解液中电解产物即白色氢氧化铝粉体的含量为3% 30%时，将电解液过滤分离，如通过动态分离氢氧化铝粉体，滤液即作为本发明所述的纯化的电解液循环使用。该步骤中，电解产物的分离采用本领域技术人员惯用的分离方法即可。本发明所述的制备方法中，所述的水热处理为将电解产物放入高压容器中，并加入高纯水、晶种和有机阴离子，在温度为100 300°C，压力为I 87kg的条件下恒温I 48h进行水热处理；其中，高纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的I 8倍；有机阴离子的用量为氢氧化招粉体重量的O. 5%。 10%。上述水热处理中，所述的晶种为粒径5 IOOnm的高纯氢氧化铝粉体，其投放量为
氢氧化铝粉体重量I %。 10%。
本发明所述的制备方法中，所述的有机阴离子为酒石酸或柠檬酸中的一种。本发明所述的制备方法中，所述的洗涤，是指将水热处理后的氢氧化铝粉体用高纯水进行洗涤，该洗涤用水经处理后可以循环使用。本发明所述的制备方法中，所述高纯水的电阻率范围为10 18. 3ΜΩ. cm。作为本发明的一种最佳实施方式，本发明优选采用如下制备方法将高纯铝板进行表面处理，且含苄基三甲基氯化铵量为400g/L的纯化电解液。将表面处理后的高纯铝板同时作为阴极和阳极置于纯化后的电解液中，在PH 8 10 ;电流密度lA/dm2，温度为50°C，空气搅拌送气量为100L/min的条件下电解铝板。当电解液中粉体含量达到25%时，过滤槽液后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体经高纯水洗涤后，放入高压容器中，并加入高纯水、晶种和氢氧化铝粉体重量5%的酒石酸，在温度为150°C，压力为30kg的条件下恒温lh。取出氢氧化铝粉体经洗涤，干燥后，即可得到高纯氢氧化铝粉体。采用上述技术方案，本发明制备的高纯氢氧化铝的纯度范围为99.99% 99. 999%,收率为 40% 90%ο相比现有技术，本发明具有如下有益效果I.制备的高纯氢氧化铝粉体，其纯度范围为99. 9% 99. 999%，收率为40% 90%。2.高纯氢氧化铝粉体制备过程中所用试剂为挥发性小的有机成分，不含无机添加物，同时也不会引入杂质元素，对制备高纯产品非常有利。3.高纯氢氧化铝粉体制备过程中所用高纯水可循环使用，无大量废渣、废气和废水排放，对环境保护极其有利，属环保型工艺。4.本发明制备工艺简单，生产成本较低，规模效益强，便于推广应用。
具体实施例方式实施例I本实施方式的高纯氢氧化铝的制备方法是按照如下步骤进行的将高纯铝板进行表面处理，且纯化含氯化胆碱量为200g/L的电解液。将表面处理后的高纯铝板同时作为阴极和阳极置于纯化后的电解液中，在pH为7 8,电流密度为3A/dm2,温度为60°C,机械搅拌送气量为800L/min的条件下电解铝板。当电解液中沉淀含量达到28%时，过滤槽液后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体经洗涤后，放入高压容器中，并加入高纯水、晶种和滤饼重量5%的柠檬酸；在温度为200°C、压力为12kg的条件下恒温6h进行水热处理；其中高纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的4倍；所述的晶种为粒径50nm的纳米氢氧化铝粉体，其投放量为氢氧化铝粉体重量5% ;酒石酸的用量为氢氧化铝粉体重量的6%。水热处理后取出经洗涤，干燥后可得到高纯氢氧化铝粉体。经过上述制备过程，最终得到的高纯氢氧化铝粉体的纯度为99. 95%，收率为70%。实施例2本实施方式的高纯氢氧化铝的制备方法是按照如下步骤进行的将高纯铝板进行表面处理，且纯化含苄基三甲基氯化铵量为400g/L的电解液。将表面处理后的高纯铝板同时作为阴极和阳极置于纯化后的电解液中，在PH 8 10 ;电流密度lA/dm2，温度为40°C，机械搅拌送气量为100L/min的条件下电解铝板。当电解液中沉淀含量达到15%时，过滤槽液后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体经洗涤后，放入高压容器·中，并加入高纯水、晶种和氢氧化铝粉体重量5%的柠檬酸，在温度为100°C，压力为IOkg的条件下恒温Ih进行水热处理；其中高纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的3倍；所述的晶种为粒径5nm的纳米氢氧化铝粉体，其投放量为氢氧化铝粉体重量1%。;柠檬酸的用量为氢氧化铝粉体重量的6%。水热处理后取出经洗涤，干燥后，即可得到高纯氢氧化铝粉体。本实施例制备的高纯氢氧化铝粉体的纯度为99. 99%，收率为80%。实施例3本实施方式的高纯氢氧化铝的制备方法是按照如下步骤进行的将高纯铝板进行表面处理，且纯化含苄基三乙基氯化铵量为400g/L的电解液。将表面处理后的高纯铝板同时作为阴极和阳极置于纯化后的电解液中，在PH 8 10 ;电流密度5A/dm2 ;温度为90°C;空气搅拌送气量为1000L/min的条件下电解铝板。当电解液中氢氧化铝粉体含量达到30%时，将槽液过滤后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体洗涤后，放入高压容器中，并加入高纯水、晶种和氢氧化铝粉体重量10%的酒石酸，在温度为300°C ;压力为87kg的条件下恒温30h进行水热处理；其中高纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的5倍；所述的晶种为粒径IOOnm的纳米氢氧化铝粉体，其投放量为氢氧化铝粉体重量10% ;酒石酸的用量为氢氧化铝粉体重量的2%。水热处理后取出经高纯水洗涤，干燥后可得到高纯氢氧化招粉体。本实施例制备的高纯氢氧化铝粉体的纯度为99. 995%，收率为75%。实施例4本实施方式的高纯氢氧化铝的制备方法是按照如下步骤进行的将高纯铝板进行表面处理，且纯化含氯化胆碱量为50g/L的电解液。将表面处理后的高纯铝板同时作为阴极和阳极置于纯化后的电解液中，在PH 7 8，电流密度3A/dm2，温度为60°C，空气搅拌送气量为3000L/min的条件下电解铝板。当电解液中沉淀含量达到3%时，过滤槽液后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体经洗涤后，放入高压容器中，并加入高纯水、晶种和酒石酸，在温度为200°C，压力为32kg的条件下恒温24h进行水热处理；其中，高纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的8倍；所述的晶种为粒径20nm的纳米氢氧化铝粉体，其投放量为氢氧化铝粉体重量5% ;酒石酸的用量为氢氧化铝粉体重量的O. 5%。。水热处理后取出，经高纯水洗涤，干燥后，可得到高纯氢氧化铝粉体。本实施例制备的高纯氢氧化铝粉体的纯度为99. 995%，收率为70%。
实施例5本实施方式的高纯氢氧化铝的制备方法是按照如下步骤进行的将高纯铝板进行表面处理，且纯化含苄基二甲基四癸基氯化铵量为500g/L的电解液。将表面处理后的高纯铝板同时作为阴极和阳极置于纯化后的电解液中，在PH 6 7，电流密度5A/dm2，温度为30°C，机械搅拌送气量为2000L/min的条件下电解铝板。当电解液中沉淀含量达到10%时，过滤槽液后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体经洗涤后，放入高压容器中，并加入高纯水、晶种和柠檬酸，在温度为150°C，压力为7kg的条件下恒温48h进行水热处理；其中，高纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的I倍；所述的晶种为粒径30nm的纳米氢氧化铝粉体，其投放量为氢氧化铝粉体重量1% ;柠檬酸的用量为氢氧化铝粉体重量的5%。水热处理后取出，经高纯水洗涤，干燥后可得到高纯氢氧化铝粉体。本实施例制备的高纯氢氧化铝粉体的纯度为99. 95%，收率为40%。 实施例6本实施方式的高纯氢氧化铝的制备方法是按照如下步骤进行的将高纯铝板进行表面处理，且纯化含甲基氯化胆碱为400g/L的电解液。将表面处理后的高纯铝板同时作为阴极和阳极置于纯化后的电解液中，在PH 8 10，电流密度5A/dm2，温度为30°C，机械搅拌送气量为100L/min的条件下电解铝板。当电解液中沉淀含量达到20%时，过滤槽液后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体经洗涤后，放入高压容器中，并加入高纯水、晶种和酒石酸，在温度为100°C，压力为37kg的条件下恒温48h进行水热处理；其中，高纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的2倍；所述的晶种为粒径60nm的纳米氢氧化铝粉体，其投放量为氢氧化铝粉体重量7% ;酒石酸的用量为氢氧化铝粉体重量的10%。水热处理后取出，经高纯水洗涤，干燥后可得到高纯氢氧化铝粉体。本实施例制备的高纯氢氧化铝粉体的纯度为99. 99%，收率为75%。上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种高纯氢氧化铝的制备方法，其特征在于，所述制备方法是将表面处理后的高纯铝板同时作为阴极和阳极在纯化的电解液中进行电解反应，将所得电解产物经洗涤、水热处理、洗涤、干燥后得到高纯氢氧化铝粉体。
2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述电解液的有效成分为碳原子数目5 25的阳离子表面活性剂，所述的表面活性剂为氯化胆碱、苄基三甲基氯化铵、β -甲基氯化胆碱、苄基三乙基氯化铵、苄基二甲基四癸基氯化铵中的任意一种。
3.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述纯化的电解液制备方法如下用高纯水配制50 500g/L的电解质溶液，经表面处理的高纯铝板为阴阳极进行电解并将电解产物过滤分离，滤液作为纯化后的电解液备用。
4.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述电解反应采用电源为直流电源。
5.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述的电解反应在pH6 10，电流密度I 5A/dm2，温度为30 90°C，机械搅拌或空气搅拌送气量为100 3000L/min的条件下进行。
6.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，当电解液中电解产物白色氢氧化铝粉体的含量为3% 30%时，将电解液过滤分离，滤液作为纯化后的电解液备用。
7.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述的水热处理为将电解产物氢氧化铝粉体过滤后放入高压容器中，并加入高纯水、晶种和有机阴离子，在温度为100 300°C，压力为I 87kg的条件下恒温I 48h进行水热处理；其中，高纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的I 8倍；有机阴离子的用量为氢氧化铝粉体重量的O. 5%。 10% ;所述的晶种为粒径5 IOOnm的纳米氢氧化铝粉体，晶种的投放量为氢氧化铝粉体重量的1%。 10%。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的有机阴离子为酒石酸或柠檬酸中的一种。
9.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述的高纯水的电阻率范围为10 18· 3ΜΩ. cm。
10.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为将高纯铝板进行表面处理，且含苄基三甲基氯化铵量为400g/L的纯化电解液，将表面处理后的高纯铝板同时作为阴极和阳极置于纯化后的电解液中，在PH 8 10 ;电流密度lA/dm2，温度为30°C，空气搅拌送气量为100L/min的条件下电解铝板。当电解液中固体含量达到25%时，过滤槽液后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体经洗涤后，放入高压容器中，并加入高纯水、晶种和氢氧化铝粉体重量5%的酒石酸，在温度为100°C，压力为30kg的条件下恒温Ih ;取出经高纯水洗涤，干燥后即可得到高纯氢氧化铝粉体。
全文摘要
本发明公开了一种电化学法制备高纯氢氧化铝粉体的方法，该方法采用将高纯铝板在纯化的电解质溶液中电解后，将其电解产物经高纯水洗涤、水热处理、洗涤、干燥得到高纯氢氧化铝粉体，其纯度范围为99.9%～99.999%。本发明方法所得具有良好分散性的高纯氢氧化铝粉体，其制备工艺简单，产率高，产品稳定性好；对环境无污染，易于规模化生产。本发明制备的高纯氢氧化铝粉体广泛应用于化工、涂料、建筑、交通和电器等多个领域。
文档编号C25B1/00GK102943280SQ20121039765
公开日2013年2月27日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者黄克宙, 李声泽, 李旻, 岳永刚, 何明利 申请人:成都华泽晶体材料有限公司