一种高纯纳米氧化铝的连续化制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高纯纳米氧化铝的连续化制备工艺，该工艺将三氯化铝经高温气化后连续通过预混器，与氢气和氧气充分混合后进入反应室，三氯化铝利用氢气和氧气在反应室中燃烧产生的高温和水分进行高温水解缩合反应，反应产物经过聚集、气固分离和脱氯、浮选等工序得到高纯纳米氧化铝。通过控制反应原料配比，反应室的冷却速度以及控制聚集器的长度和温度，可获得不同粒径的纳米氧化铝粉体。通过尾气处理，三氯化铝循环使用，氯化氢通过吸收制备盐酸，实现资源的充分利用。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯纳米氧化铝的连续化制备工艺
本专利技术涉及一种高纯纳米氧化铝的连续化制备工艺。
技术介绍
纳米氧化铝作为一种新型的高功能精细无机材料，由于其具有高硬度、高耐热及耐腐蚀等特性，广泛应用于催化、陶瓷、刀具、航天航空以及功能材料等领域。目前见报道的高纯纳米氧化铝的制备方法主要有溶胶—凝胶法、液相沉淀法、微乳胶法、醇铝水解法、硫酸铝铵热分解法、临界液体干燥法、电化学法等。这些方法都是要先把溶液中的铝离子先沉淀，制得氧化铝前驱体，然后经过清洗、干燥、高温煅烧等工艺获得纳米氧化铝产品，因此这些制备方法都可归纳为沉淀法。沉淀法制备氧化铝粉体具有成本低，设备制造简单、工艺流程短，易于大量生产等优点。但是其缺点是由于溶液中含有其它杂质离子，难于制得高纯度的纳米氧化铝粉体；氧化铝前驱体在干燥过程中容易团聚，影响产品的粒径分布均匀性；此外，由于沉淀法需要先制得氧化铝前驱体沉淀，因此前驱体的粒径大小和粒径分布的影响因素非常多，造成工艺不稳定，因此沉淀法制得的纳米氧化铝粉体产品的质量不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高纯纳米氧化铝的连续化制备工艺，该工艺克服了传统沉淀法产品纯度低、产品质量不稳定的缺点，可控制纳米氧化铝的粒径大小和粒径分布，同时在尾气处理中回收三氯化铝，返回气化器，提高了三氯化铝的转化率。本专利技术提供的一种高纯纳米氧化铝的连续化制备工艺是：三氯化铝经高温气化后连续通过预混器，与氢气和氧气充分混合后进入反应室，三氯化铝利用氢气和氧气在反应室中燃烧产生的高温和水分进行高温水解缩合反应，反应产物经过聚集、气固分离、脱氯工序，制得纳米氧化铝粉体。本专利技术的反应原理如下：(1)-->(2)(3)总反应：传统的沉淀法是利用沉淀剂把铝盐(硫酸铝、硝酸铝等可溶性铝盐)中的铝离子沉淀出来制备氧化铝的前驱体，再把前驱体清洗，去除其他离子，然后干燥，最后在800℃以上煅烧，制备纳米氧化铝。其缺点是氧化铝前驱体的粒径不易控制，且粒径分布不均匀，容易造成前驱体团聚增长，而且前驱体在干燥过程中也容易产生团聚，最终影响纳米氧化铝粉体的粒径及粒径分布。本专利技术采用气相法高温水解缩合制备纳米氧化铝，由于三氯化铝在178℃即升华，因此适合于气相法制备氧化铝。三氯化铝经过气化后与氢气和氧气按比例混合后在反应室进行高温水解缩合反应，由于反应室内温度非常高(1000～2000℃)，水解反应所产生的氧化铝前驱体(Al(OH)3)立即缩合形成氧化铝原生粒子，因此避免了沉淀法中的氧化铝前驱体继续增长以及前驱体在干燥过程中的团聚现象。而且由于在气态下进行反应，能够保证前驱体粒径分布的均匀性，从而保证纳米氧化铝粒径分布的均匀性。本专利技术中对纳米氧化铝粉体的粒径大小的控制可通过如下途径实现：(1)在反应室和聚集器的设计尺寸一定时，保持原料的摩尔配比在三氯化铝∶氢气∶氧气＝1∶(1.5～2.5)∶(0.75～2)的范围内，即控制反应室内氧化铝前驱体粒子的浓度的高低，可以保证原生粒子粒径的大小。由于纳米氧化铝的前驱体生成后在高温下立即转化为纳米氧化铝原生粒子，因为在反应室内主要是纳米氧化铝原生粒子的生成和粒子增长过程，在高温下，纳米氧化铝原生粒子碰撞后容易相互结合，控制前驱体粒子的浓度就可以控制纳米氧化铝原生粒子相互碰撞的次数，从而控制纳米氧化铝的原生粒径大小及其分布。(2)控制反应室的冷却速度和聚集器的冷却速度。反应室内温度在1000～2000℃，这是纳米氧化铝原生粒子形成的场所，控制反应室的冷却速度，保证粒子在离开火焰区之后温度迅速降至1000℃以下，可以控制纳米氧化铝原生粒径的大小。在聚集器的前段(温度较高，基本在600℃以上)，主要是纳米氧化铝原生粒子相互聚集形成稳定的二次聚集体，在聚集器的后段是二次聚集体再次聚-->集形成附聚体的过程。纳米氧化铝需要经过聚集之后才能进行气固分离，二次聚集体的大小和分布将影响纳米氧化铝粉体的最终性能，而附聚体不稳定，在使用时可以分散成二次聚集体。因此可以控制反应室的冷却速度，保证反应室底部进入聚集器之前的温度低于950℃，控制聚集器入口温度在950～550℃之间，出口温度在600～300℃之间。减少纳米氧化铝原生粒子相互碰撞的次数，可以减小纳米氧化铝二次聚集体的粒径大小。(3)通过设计高效的浮选塔，浮选塔中可以设置不同的粒度分级器，根据需要获得粒径分布均匀的纳米氧化铝粉体。由于气相法制备纳米氧化铝的过程中需要进行气固分离，气体产物中还含有部分三氯化铝气体随着尾气排出，因此需要对三氯化铝进行回收。本专利技术是通过对脱氯塔和浮选塔中排出的尾气进行干燥、降温沉降进行三氯化铝的回收，回收产品返回气化器循环使用，而尾气氯化氢经过吸收后用于制备盐酸。本专利技术工艺克服了传统沉淀法产品纯度低、产品质量不稳定的缺点，可控制纳米氧化铝的粒径大小和粒径分布，同时在尾气处理中回收三氯化铝，返回气化器，提高了三氯化铝的转化率。下面结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步说明。附图说明附图1是本专利技术的工艺流程图。具体实施方式本专利技术的工艺流程是：三氯化铝在料仓1中通过输送泵连续输送至气化器2，控制气化器的温度在三氯化铝的气化温度之上，首选180～300℃，气化后的三氯化铝以氮气为载体输送至预混器3，同时氢气和空气(以空气代替氧气)按比例进入预混器，与三氯化铝气体混合均匀后进入反应室4，在反应室内点燃氢气和氧气，三氯化铝利用氢气和氧气燃烧生成的水分和高温进行高温水解缩合反应，反应室设有冷却夹套，可以对反应室进行冷却。从反应室出来的纳米氧化铝原生粒子和反应副产物HCl一起进入聚集器5，聚集器各段分别设有冷却夹套，可有效控制聚集器各段的温度经过聚集后的纳米氧化铝粉体与HCl副产物一起进入分离器6，进行气固分离，气固分离可以采用常规的气固分离方法，首选旋风气固分离。分离后的固体(纳米氧化铝)向下流动，进入脱氯塔7，而气体(HCl)-->向上流动进入三氯化铝回收设备11。经过气固分离后，大部分HCl已经被分离，但是残留和吸附少量HCl，因此需要在脱氯塔中进一步去除，在脱氯塔底部设有氮气入口，氮气自底部向上流动，纳米氧化铝因重力作用向下流动，保持脱氯塔的温度在200～550℃，吸附的HCl在高温下进行解脱附，被氮气带走，从脱氯塔的顶部出来进入三氯化铝回收装置。通过脱氯的纳米氧化铝粉体进入浮选塔8，在浮选塔8中设有一粒度分级器，可以根据需要选择不同粒径的粒度分级器。在浮选塔底部自下向上通入氮气，满足粒径要求的粒子向上流动，过大的粒子则沉降在浮选塔底部，通过排渣口排出，满足要求的纳米氧化铝则进入料仓10。从分离塔、脱氯塔和浮选塔的尾气经三氯化铝回收装置之后，进入尾气吸收装置12，经吸收后制得盐酸。实施例1将三氯化铝、氢气、空气分别按5.5m3/h、9.0m3/h、23.0m3/h(标准体积)的流量输入预混器，按上述工艺进行反应，反应室底部(聚集器入口)温度为950℃，聚集器前半段温度为950～600℃，后半段温度为600～300℃。脱氯塔温度为350～500℃。获得的纳米氧化铝指标如下：氧化铝含量(％)                99.85(原子吸收分光光度计法)原生粒子平均粒径(nm)          30(电镜统计法)氯含量(％)      本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯纳米氧化铝的连续化制备工艺，其特征在于三氯化铝经高温气化后连续通过预混器，与氢气和氧气充分混合后进入反应室，三氯化铝利用氢气和氧气在反应室中燃烧产生的高温和水分进行高温水解缩合反应，反应产物经过聚集、气固分离、脱氯工序，制得纳米氧化铝粉体。

【技术特征摘要】
1、一种高纯纳米氧化铝的连续化制备工艺，其特征在于三氯化铝经高温气化后连续通过预混器，与氢气和氧气充分混合后进入反应室，三氯化铝利用氢气和氧气在反应室中燃烧产生的高温和水分进行高温水解缩合反应，反应产物经过聚集、气固分离、脱氯工序，制得纳米氧化铝粉体。2、根据权利要求1所述的高纯纳米氧化铝的连续化制备工艺，其特征在于通过控制三氯化铝的气化速度和氢气及氧气的流量，保持原料的摩尔配比在三氯化铝∶氢气∶氧气＝1∶(1.5～2.5)∶(0.75～2)的范...

【专利技术属性】
技术研发人员：王跃林，段先健，龙成坤，邹君辉，
申请(专利权)人：广州吉必时科技实业有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]