專利名稱：醇鋁水解法制備高純超細氧化鋁粉體技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是金屬鋁化合物的生產(chǎn)技術(shù)。
氧化鋁是重要的化學物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于石油、化工、陶瓷、建材，以及軍工國防等工業(yè)。傳統(tǒng)的制法是以鋁礬土為原料，經(jīng)高溫焙燒、堿液浸出、酸中和、加熱分解等步驟制得。石油與化學工業(yè)大量使用的是活性氧化鋁，作為催化劑及載體要求其表面積、孔徑、吸附能力比較嚴格，其生產(chǎn)方法是以工業(yè)氫氧化鋁或鋁酸鹽為原料，以堿、酸或酸中和成氫氧化鋁，干燥活化而成；也有用鋁溶膠與環(huán)六次甲基四胺膠凝成球，經(jīng)老化、洗滌、干燥、煅燒制成。這些方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品的純度和粒度能滿足本行業(yè)的技術(shù)要求?，F(xiàn)代化學、化工、特別是精細陶瓷、精細化工，需要純度為99.99-99.999％及更高；粒徑達幾十埃至數(shù)百埃，這是一般技術(shù)難以達到的。
制造微粒粉體可采用粉碎和反應(yīng)造粒法，粉碎法操作中難免混入雜質(zhì)，且粒度不勻；只有用化學反應(yīng)沉淀法能夠得到化學純度高，均勻微粉。醇鹽水解法是推薦的重要方法之一([日]工業(yè)調(diào)查會編輯部《最新精細陶瓷技術(shù)》陳俊彥譯中國建筑工業(yè)出版社1988年版)。其制備工藝原理是將金屬在催化劑存在下與異丙醇反應(yīng)得異丙醇鋁，經(jīng)水解、熟化、過濾、干燥和焙燒而得，其化學反應(yīng)式為(舒萬艮《有色金屬精細化工產(chǎn)品生產(chǎn)與應(yīng)用》中南工業(yè)大學出版社1995年版)。目前有關(guān)這一制法有專利報導(如CN1195646A等)。
眾所周知，活潑金屬(如Na,k)與醇反應(yīng)不用催化劑，激烈異常；鋁與醇反應(yīng)是需要催化劑促進起動，如鋁與異丙醇，需要氯化汞、氯化鋁或其他催化劑起動反應(yīng)(且需加熱)，但是一經(jīng)起動反應(yīng)是很激烈的，如果產(chǎn)生反應(yīng)熱不迅速導出會很快使物料沸騰，操作上不易控制，稍有不慎則即刻冒鍋、沖料、甚至造成事故。
針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，本發(fā)明提供一種新的工藝條件和操作方法，使反應(yīng)平穩(wěn)、有效進行，而且使得工藝制得的產(chǎn)品達到高質(zhì)量、高效率、低成本。
本發(fā)明所述原料鋁無需高純度，如鋁純度為99.5％即可。
本發(fā)明的工藝流程如附圖
所示，鋁屑與異丙醇(下簡稱醇)在催化劑存在下在反應(yīng)釜中反應(yīng)，反應(yīng)物進行減壓蒸餾得高純度的三異丙醇鋁(以下簡稱醇鋁)。將醇鋁加熱水解，水解后過濾，濾液蒸出的異丙醇都進行回收精制進行循環(huán)再利用。所得濾并進行干燥，粗粉碎以防結(jié)塊并利于焙燒。最后進行焙燒使氫氧化鋁脫水成氧化鋁。工藝流程中最關(guān)鍵的是醇鋁的制備這一步。醇與鋁的反應(yīng)，起動時需加熱，反應(yīng)啟動后則是放熱反應(yīng)；生成物濃度低時反應(yīng)速度緩慢，起動后，反應(yīng)很激烈，放出大量的熱，隨著反應(yīng)后期反應(yīng)平緩，其后需保持一定溫度使其反應(yīng)完全。針對這一特點，本發(fā)明采用兩項有效措施一是將鋁屑與催化劑全部置入反應(yīng)釜內(nèi)，加熱至74-83℃逐漸加入醇參與反應(yīng)，較長時間內(nèi)保持鋁過量和反應(yīng)物液中生成物濃度較高。用這一辦法控制反應(yīng)能平穩(wěn)進行，另一措施是反應(yīng)釜的外夾套用作加熱，而釜內(nèi)加裝換熱器(常用蛇管)，通過冷水冷卻。這種冷卻面積可以比外夾套大；當需起動反應(yīng)時外夾套加熱，反應(yīng)起動后停止加熱，釜內(nèi)夾套通冷水以導出反應(yīng)熱，當醇加至計算用量時，停止冷卻，讓其自然反應(yīng)，冷卻水流量采用溫度壓力控制法進行調(diào)節(jié)，釜內(nèi)物料溫度高了，冷卻水流量加大，反之則減少。這兩項措施可以保證醇與鋁的反應(yīng)平穩(wěn)而有效地進行。另外這一步反應(yīng)所用的醇量比現(xiàn)有技術(shù)中少得多，且還進行回收。
水解工序中本發(fā)明采用加入含水醇和高純度水，并在減壓下進行水解、回收醇和干燥，反應(yīng)更為完全。
本發(fā)明的工藝條件和操作程序為(1)合成、原料摩爾配比鋁∶異丙醇=1.0-1.2∶2.9-3.3，催化劑氯化汞為加料總量的0.002-0.006％或醇鋁18-22％。反應(yīng)溫度74-83℃，反應(yīng)時間30-60min，而后145-155℃保溫120min，減壓蒸餾，釜溫150-165℃，真空需666Pa,138℃流出。(2)水解、干燥水解用異丙醇和水作水解介質(zhì)，異丙醇量為醇鋁量50-60％，純水量為30-40％，醇也可以用含水14-16％的醇，真空2000-4000pa(15-30mmHg),50-70℃,30min；干燥為90-98℃,600min。(3)焙燒750-1180℃,200-220min，升溫速度為3-4℃/min，其中各種晶形的焙燒溫度為γ750℃θ920℃α1180℃θ、α1060℃按本發(fā)明制得的氧化鋁，其純度達99.99-99.999％，粉體粒度很細達微米級，其料徑為＜10μm。
若生產(chǎn)采用連續(xù)化，第一步合成反應(yīng)完畢，反應(yīng)物料輸送去減壓蒸餾時留下18-22％，作為下批反應(yīng)的催化劑，反應(yīng)時容易進行；也就是長年生產(chǎn)時，只在第一批生產(chǎn)時需外加催化劑，以后再也不用外加催化劑，這種連續(xù)生產(chǎn)時其產(chǎn)品純度可保持在99.99％以上。
與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有的特點為(1)工藝合理，操作平穩(wěn)、安全、高效，特別是醇鋁的合成工序，工藝合理，容易操作，避免現(xiàn)有技術(shù)中易爆沸，甚至造成事故的現(xiàn)象產(chǎn)生，(2)產(chǎn)品收率高、純度高、粒度細。
附圖為本發(fā)明工藝流程圖，其中(1)為醇鋁，(2)為氫氧化鋁，(3)為氧化鋁。
以下實例詳細具體說明本發(fā)明，并證實其優(yōu)越性。
實例1、合成反應(yīng)加料鋁(99.5％以上)13.5kg，異丙醇90kg,Hgcl20.5g,74-83℃反應(yīng)30min,154-155℃120min，反應(yīng)物料100kg，減壓蒸餾，加熱料溫150℃，真空度666pa，出餾溫度138℃，出餾物三異丙醇鋁95kg，單程收率93.1％，蒸出醇2.4kg，渣3kg。
2、水解、烘干加料醇鋁95kg,85％異丙醇65kg，純水23.2kg；水解溫度60℃，真空度2333pa(17.5mmHg)30min完成，過濾，濾并于95℃干燥600min，得氫氧化鋁粉35.6Kg。單程收率98％醉回收異丙醇無水82kg；86％醇60kg。
3、焙燒35.6kg入焙燒爐，以3.5℃/min速度升溫，在750℃3.5h，得γ-Al2O323.5kg總收率92.2％
權(quán)利要求
1.一種用鋁在催化劑存在下與醇反應(yīng)生成醇鋁，經(jīng)水解成氫氧化鋁而后焙燒制造氧化鋁的方法，其特征為工藝條件和操作程序是(1)合成原料摩爾比鋁∶異丙醇=1.0-1.2∶2.9-3.3。催化劑氯化汞為總加料量的0.002-0.006％；反應(yīng)溫度為74-83℃，反應(yīng)時間30-60min，加料方式是鋁屑和催化劑全部加到反應(yīng)釜中，逐漸加醇入其中；反應(yīng)完在145-155℃保溫120min，而后減壓蒸餾666Pa,138℃餾出。(2)水解、干燥水解用異丙醇與純水為介質(zhì)，其用量以醇鋁為100％，則異丙醇為50-60％，純水為30-40％，可以用含水14-16％的醇；水解條件真空度200-4000Pa,50-70℃、30min，干燥條件為90-98℃,600min。(3)焙燒750-1180℃,200-220min，升溫速度3-4℃/min。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征為所述的醇鋁合成溫度可以用調(diào)節(jié)加入醇的速度和在反應(yīng)釜內(nèi)的熱交換器中通入冷卻水的方法來維持，冷卻水的流量采用溫度壓力控制法進行調(diào)節(jié)。
3.如權(quán)利要求1所述方法，其特征為所述醇鋁合成用的催化劑氯化汞可以不用，以上次反應(yīng)終了的反應(yīng)液取代，且量為反應(yīng)液的18-22％。
全文摘要
一種用鋁在催化劑存在下與異丙醇反應(yīng)生成醇鋁，經(jīng)水解成氫氧化鋁、再焙燒制成氧化鋁的方法。在合成醇鋁中用加入醇的速度和釜內(nèi)換熱器通冷卻水的辦法使反應(yīng)平穩(wěn)、安全、有效。水解采用在醇、水介質(zhì)中減壓進行。產(chǎn)品純度在99.99－99.999%，粒經(jīng)＜10μm，全程收率＞92%。
文檔編號C01F7/42GK1316382SQ0010521
公開日2001年10月10日 申請日期2000年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月4日
發(fā)明者韓嵬 申請人:韓嵬