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高纯氧化铝项目可行性报告

高纯氧化铝项目可行性报告

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    高纯氧化铝制备方法及应用
  高纯氧化铝具有高熔点,高硬度,多孔性结构和催化活性等优点,因此高纯氧化铝在许多工业领域中得到应用,比如:热处理工业、电子工业、半导体工业、陶瓷工业等,并且作为催化剂或者催化剂载体在许多领域得到广泛应用。现在高纯氧化铝可以作为高效照明工具LED的基底原料,被用作蓝宝石晶体的生长原料,用来减少在单晶蓝宝石生长过程中所造成的晶格缺陷。目前,国内外生产高纯氧化铝的方法很多,因为LED所用的高纯氧化铝对其纯度和粒度都有很高的要求,所以选择合适的生产工艺,使生产出的高纯氧化铝的粒度均一,纯度高,具有很重要的意义。本文介绍了高纯氧化铝的主要生产工艺,并对其应用领域介绍。
  1高纯氧化铝制备工艺
  1.1
  醇铝水解法
  醇铝水解法,有机醇和金属铝在催化作用下生成醇铝溶液,醇铝溶液经过水解,可生成氢氧化铝,高温烧结氢氧化铝可得到高纯氧化铝。反应式如下:以异丙醇为例:
  2Al+6(CH3)2→CHOH2Al(OC3H7)3+3H2
  Al(OC3H7)3+3H2→OAl(OH)3+3(CH3)2CHOH
  2Al(OH)→3Al2O3+3H2O
  国内一般采用高纯铝水解法,据报道产品纯度一般可以达到99.999%。利用醇铝水解法制备高纯氧化铝的技术关键是:(1)原料的纯度,有机醇的纯度是制约氧化铝纯度的重要因素,因为选用高纯有机醇会造成成本增加,所以生产厂家一般会通过对有机醇进行提纯,来减少生产成本。(2)通过对有机醇铝的提纯,也可增加产品的纯度,在230~250℃下,通过精馏塔对有机纯铝进行精馏,有机醇铝以气体的形式精馏出来,杂质被留在反应釜底部,从而提高有机纯铝的纯度。(3)干燥的条件,烧结温度的控制及粉碎装置,生产出的高纯氧化铝的产品的粒度可通过烧结温度及干燥条件进行控制,可以通过改进粉碎装置来提高产品粒度均一性,比如球磨机等。
  1.2结晶法
  结晶法分为:碳酸铝铵结晶法和硫酸铝铵结晶法。
  碳酸铝铵结晶法是将精制的硫酸铝铵溶液和碳酸氢铵溶液进行反应,制得铵片钠铝石,在1200℃下焙烧,得到高纯氧化铝。反应式如下:
  4NH4HCO3+NH4Al(SO4)2→NH4AlO(OH)HCO3+2(NH4)2SO4+3CO2↑+2H2O
  王伟礼等通过在碳酸铝铵形成过程中加入氯化铵,使最后高纯氧化铝的颗粒粒径减小,分散性增强,并且降低了α-Al2O3的转化温度,在1150℃下即可转变为稳定相α-Al2O3。
  邓华等采用硫酸铝和碳酸铵反应,通过沉淀法得到碳酸铝铵。并且加入分散剂和添加剂,有效的减少了碳酸铝铵在干燥过程中的团聚现象。通过添加剂的加入使煅烧后的氧化铝的比表面积得到提高。
  这种工艺的特点是:(1)解决了硫酸铝铵热解法所产生的废气污染问题,生产过程没有有毒气体产生。(2)使用碳酸铝铵热解法,实际上在硫酸铝铵热解法的基础上增加了一步,这样就增加了生产流程,造成生产周期延长。(3)生产流程中会产生硫酸铵废液,如果不能够再利用,同样也会造成污染。
  硫酸铝铵热解法:硫酸铝铵热解法,是现在国内大工业生产高纯氧化铝所采用的最普遍的一种方法。这种方法是将已经经过精制的硫酸铝和硫酸铵进行充分混合,得到硫酸铝铵晶体,再通过控制硫酸铝铵的结晶过程,使硫酸铝铵的纯度得到提高。最后将晶体放在1200℃的马弗炉中进行焙烧,得到α-Al2O3。反应式如下:
  2Al(OH)3+3H2SO4→Al2(SO4)3+6H2OAl2(SO4)3+(NH4)2SO4+24H2O→2NH4Al(SO4)2·12H2O
  2NH4Al(SO4)2·12H2O→Al2O3+2NH3↑+4SO3↑+25H2O↑
  使用此方法的优点是:这种方法的原料易得,相对醇铝法来说,原料价格低廉。工艺简单,适合大工业批量生产。
  缺点是:硫酸铝铵热解法生产出来的高纯氧化铝的纯度达不到5个9,只有通过对前驱体的除杂工艺才能使产品的纯度提高。可通过重结晶,或者加入一些金属离子螯合剂来达到提高纯度的目的。
  1.3改良拜耳法
  拜耳法:1888年,Bayer发明了由天然铝土矿通过冶金方法制备“普通氧化铝”的方法;本世纪五六十年代人们对传统的Bayer法进行了改进,从而把氧化铝的纯度提高到3N,对拜耳方法的改进,统称为改良拜耳法。利用经过脱除硅、铁等杂质的铝酸钠溶液,得到高纯氢氧化铝,然后经过煅烧等方式得到高纯氧化铝。在拜耳法生成高纯氧化铝的过程中,氢氧化铝的形成是其中的关键部分。通过控制其过饱和度、结晶温度、晶种大小等来控制氢氧化铝的纯度。
  王利涛等采用石灰法对拜耳法生产的高纯铝酸钠溶液,进行深度脱硅,使铝酸钠溶液纯度提高,并且研究了在铝酸钠溶液中除硅的最佳工艺参数。
  1.4氢氧化铝烧结法
  氢氧化铝烧结法,吴光进等将含有Si、Fe杂质的工业氢氧化铝放入马弗炉中,在500℃下,进行烧结保温1.5h,进行酸溶,水洗后,继续进行烧结至900度,得到纯度为99.95%的高纯超细氧化铝。
  1.5AlCl3的气相合成
  AlCl3的气相合成制备高纯氧化铝,AlCl3在温度为200℃时,在催化剂存在的条件下,气相合成AlOxCly(OH)z,此气相产物经过1200℃高温烧结6h生成高纯氧化铝。
  AlCl3+H2O→AlCl2(OH)+HClAlCl2(OH)+H2O→AlCl(OH)2+HCl
  AlCl(OH)2+AlCl2(OH)→Al2OCl3(OH)+H2OAl2OCl3(OH)→Al2O3
  该生产工艺的优点是:(1)生产出的高纯氧化铝粒度均匀,颗粒细小,可以达到超细氧化铝的要求;(2)气相反应对环境无污染,生产的副产物盐酸,可以进行回收再利用。但是该方法要求严格的生产条件,必须要有专门的气相反应装置,生产成本高。
  1.6溶胶凝胶法
  溶胶凝胶法是用无机酸或者有机酸等,使氧化铝形成水合物前驱体,制成透明溶胶,然后经过处理形成凝胶,凝胶经过高温加热形成高纯氧化铝。这种生产方式生产的高纯氧化铝的粒度和形状,由溶胶形成凝胶的过程控制。这种方法的特点是:(1)原料来源广泛,生产成本低廉,整个生产工艺中不会产生废气污染,符合绿色理念。(2)工艺过程难以控制,特别是在由溶胶形成凝胶的过程中,工艺参数较难控制。
  徐三魁等采用硝酸铝和氨水为原料,以聚乙二醇作为分散剂,并在溶胶形成凝胶的关键步骤,投入高纯氧化铝晶种,并加入三氟化铝作为添加剂,在较低温度下合成了高纯纳米氧化铝。
  曹凯等采用乳酸和硝酸铝为原料,乳酸与铝离子在水相中发生络合反应,生成的前驱体经过高温烧结生成纳米氧化铝纤维陶瓷。里约热内卢联邦大学采用尿素和硝酸铝为原料,在300℃下反应使用溶胶凝胶法合成氧化铝水溶液,再进行干燥烧结得到高纯氧化铝粉体。

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