纯度为5N的系列氧化铝超细粉末的制备方法技术

纯度为5N的系列氧化铝超细粉末的制备方法，涉及锂电池、蓝宝石单晶等技术领域，将质量百分数为99.99%以上的α‑氧化铝分散在醇的水溶液中，取得含有小颗粒α‑氧化铝和醇的混合上清液，再与醇的水溶液充分混合，然后加入醇铝盐后进行水解反应，取得前驱体粒子；再将前驱体粒子真空干燥后干燥，取得白色无团聚的勃姆石陶瓷粉末纳米单晶；最后将白色无团聚的勃姆石陶瓷粉末纳米单晶置于管式炉中，经烧结后再球磨，得纯度为5N的氧化铝超细粉末，该方法可避免超细粉末的团聚。

Preparation method of superfine alumina powder of 5N purity

The preparation method of ultrafine alumina powder purity series 5N, which relates to the technical field of lithium batteries, sapphire crystal, the mass percentage is more than 99.99% alpha alumina dispersed in alcohol aqueous solution, obtained mixed supernatant containing small particles alpha alumina and alcohol, and the alcohol aqueous solution is fully mixed, then the addition of alcohol aluminum salt after hydrolysis reaction, to obtain precursor particles; then the precursor particles after vacuum drying drying, made of boehmite nano single crystal white ceramic powder with boehmite powder; ceramic nano single crystal placed in the final will be white with a tube furnace, after sintering and ball milling, the purity of alumina ultrafine powder of 5N, this method can avoid the agglomeration of superfine powder.

【技术实现步骤摘要】
纯度为5N的系列氧化铝超细粉末的制备方法
本专利技术涉及锂电池、蓝宝石单晶等
，特别是其中高纯氧化铝的生产

技术介绍
α-Al2O3是一种广泛地应用在蓝宝石单晶、锂电池隔膜涂覆、LED荧光材料、高压钠灯、透明陶瓷等众多高新领域的关键材料，其纯度和团聚度对于这些领域的应用十分关键。在透明陶瓷等领域的应用中，需要氧化铝的团聚程度很低，从而使得高温热处理的过程相对比较容易；而蓝宝石单晶、锂电池隔膜涂覆等领域不仅要求其团聚程度低、纯度高，而且要求其α相的比例尽可能地高。为了满足这些领域的应用需求，制备高纯度、低团聚的α-Al2O3是必须而且必要的。为了制备具有高纯度、高α相比例和高BET比表面积的α-氧化铝粉体，已有多种制备方法已经被公开。生产氧化铝最早的方法是拜耳（Bayer）法，该法已有上百年的历史，最初被用于生产工业氧化铝。其工艺的主要思路为：将铝土矿用苛性钠（NaOH）溶液分散，则铝矿物将会溶于苛性钠形成铝酸钠（NaAlO2）溶液而溶出。将溶出的铝酸钠经过洗涤除去不溶性杂质以后，加水水解铝酸钠，可以得到氢氧化铝，再经后续干燥、研磨等工艺得到氧化铝。然而，拜耳法很难使得纯度达到要求。为了制备高纯氧化铝，改良拜耳法可以被采用。其工艺的思路大体接近拜耳法，但其中加入了深度除铁、除硅等流程，并且需要控制氢氧化铝缓慢水解。然而，改良拜耳法的缺陷是十分明显的：其纯度难以达到高纯的要求，其中将会有大量的碱金属Na等污染，这是在溶出过程中由使用的苛性钠引入的。在专利文献CN02108991.4中给出了胆碱法生产α-氧化铝的方法。该方法用强阴离子交换树脂纯化的胆碱与精铝反应，在胆碱溶液中得到氢氧化铝，该氢氧化铝干燥后经过煅烧和球磨，得到所需的α-氧化铝粉体。专利文献CN103787395A中给出了一种活性高纯铝水解法制备高纯氧化铝粉体的方法。该方法将高纯铝锭熔融以后，经过反复通氮气和抽真空后，开启去离子水冷却雾化，制备高纯活性铝。然后将此活性铝与去离子水反应，制备的氢氧化铝经过干燥、煅烧和研磨以后得到氧化铝粉体。专利文献CN104891541A公开了一种经由碳酸铝铵热解法制备高纯Al2O3粉体的方法。该方法首先用柠檬酸从铝土矿中浸出柠檬酸铝，再将此柠檬酸铝与碳酸氢铵反应得到碳酸铝铵的固体，高温焙烧碳酸铝铵固体得到所需的高纯氧化铝粉体。专利文献CN105293548A公开了一种氯化汞法制备高纯氧化铝的方法。该方法用铝、异丙醇、氯化汞、CCl4反复回流加热并蒸干得到前驱体，熔融气化该前驱体后，在气态H2和O2中燃烧得到气相氧化铝粉体。专利文献CN1834016B公布了一种以醇盐法为主的铝盐水解法制备氧化铝细粒的方法。该方法烧结氢氧化铝并离心或过滤分离得到氧化铝晶种粒子，将该晶种粒子加入预备水解的铝盐之中，导入碱类如氨水等，制备溶胶并形成凝胶，干燥、烧结该凝胶得到所需的α-氧化铝细粒。张桂芳、沈强、张联盟提出了《单分散氧化铝陶瓷粉体的制备及表征》（见《航空材料学报》第26卷，第4期，96-99页）。该方法将尿素、PEG加入硫酸铝溶液中，制得前驱体经过洗涤后在1200℃煅烧得到α-氧化铝粉体。李云贵等提出了《Al2O3化学气相沉积工艺研究》（见《核动力工程》第18卷，第5期，477-480页）。该方法将AlCl3蒸发以后与CO2和氢气混合，反应制得α-氧化铝。以上方法，如改良拜耳法、碳酸铝铵热解法、硫酸铝铵热解法等方法都可以制备氧化铝粉体，但是这些方法都存在一定的问题，它们或者在纯度上无法达到99.999%（5N）的要求，或者制备的粉体形貌存在一定的缺陷。而期刊论文提到的一些方法，如化学沉淀法、化学气相沉积等，又不易工业化大规模生产。为此，醇盐法被认为是有希望制备高纯度、低团聚α-氧化铝的方法之一。醇盐法虽然纯度很高，但在生产中出现粉体容易团聚导致二次粒径过大问题。
技术实现思路
本专利技术主要目的在于提出一种可避免团聚的纯度为5N的氧化铝超细粉末的制备方法。本专利技术包括以下步骤：1）将质量百分数为99.99%以上的α-氧化铝分散在醇的水溶液中，经分离取得含有小颗粒α-氧化铝和醇的混合上清液；2）将所述混合上清液与醇的水溶液充分混合，然后加入醇铝盐后进行水解反应，取得以刚玉晶种为核心的α-氧化铝的前驱体粒子；3）将以刚玉晶种为核心的α-氧化铝的前驱体粒子先经真空干燥后再在250～300℃条件下干燥，取得白色无团聚的勃姆石陶瓷粉末纳米单晶；4）将白色无团聚的勃姆石陶瓷粉末纳米单晶置于管式炉中，在570℃～1230℃条件下烧结后再球磨，得纯度为5N的氧化铝超细粉末；步骤1）中所述醇的水溶液、步骤2）中所述醇的水溶液和醇铝盐中的醇为相同的醇。本专利技术以质量百分数为99.99%以上的α-氧化铝为刚玉晶种，通过步骤1）的分散，取得含有小颗粒刚玉晶种的上清液。经过步骤2）的水解后，取得以刚玉晶种为核心的α-氧化铝的前驱体粒子。步骤3）目的是除去缔合在前驱体粒子中的醇类，否则，缔合的醇类将在后续的煅烧过程引入不必要的杂质，如碳元素的污染等，使得最终产品颜色呈现淡灰色，影响产品质量。同时，大量缔合的醇类将在后续高温热处理的过程被释放，在高温、空气存在的条件下，这些气态的醇类将引入安全隐患。除去缔合在前驱体粒子中的醇类的标准以所获得粉体的颜色进行判断，颜色呈灰黄色表明仍然有缔合的醇类，颜色呈白色表明已经不存在缔合的醇类，获得白色的无团聚的勃姆石陶瓷粉末纳米单晶。最后再通过步骤4）的不同温度的进一步高温热处理后取得纯度为5N的不同氧化铝超细粉末。本专利技术可以通过控制步骤4）的热处理温度而直接获得α-氧化铝、δ-氧化铝、γ-氧化铝或θ-氧化铝。以上步骤3）中的低温热处理和步骤4）中的高温热处理分别指固相反应和烧结。该固相反应对于低温热处理而言指的是从拟薄水铝石或氢氧化铝等前驱体转变为勃姆石的化学反应，对于两步高温热处理而言指的是晶型转变过程；而烧结则是指类似陶瓷高温热处理过程中所产生的“初次再结晶”作用。另外，为了避免引入不必要的杂质，步骤1）中所述醇的水溶液、步骤2）中所述醇的水溶液和醇铝盐中的醇为相同的醇。通过以上步骤可以制得的氧化铝种类包括但不限于α-氧化铝、δ-氧化铝、γ-氧化铝、θ-氧化铝，无论何种氧化铝，其纯度都达到5N。进一步地，本专利技术步骤1）和步骤2）中所述醇的水溶液为乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇或正丁醇的水溶液。步骤1）中醇的水溶液用来分散刚玉晶种，可以使得后续水解工艺中将刚玉晶种引入前驱体粒子较为容易。步骤1）中已经配置成刚玉晶种在醇水溶液中的悬浊液，此悬浊液由于组成和水解工艺中的醇水溶液组成相似，使得步骤1）的悬浊液可以更好地与步骤2）的醇水溶液混合，配成组成均一的含刚玉晶种的醇水溶液进入水解流程。而步骤2）中水解过程使用醇的水溶液而不仅仅是水可以降低水解的反应速率，避免局部浓度过大或者放热过多，使得水解更为均匀，从而保证最终水解的产物粒径分布较为均匀，不出现二次粒径过大、团聚等问题。为此，步骤1）的步骤2）中醇水溶液的浓度至少为醇的质量分数不小于50%，优选75%以上，更优选80%以上。采用合适的真空度，可使醇和水等液体成分在较低的温度离开体系，从而在相对较低的温度下完成干燥过程，避免过高温度所导致的二次粒子粒径过本文档来自技高网...

【技术保护点】
纯度为5N的氧化铝超细粉末的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）将质量百分数为99.99%以上的α‑氧化铝分散在醇的水溶液中，经分离取得含有小颗粒α‑氧化铝和醇的混合上清液；2）将所述混合上清液与醇的水溶液充分混合，然后加入醇铝盐后进行水解反应，取得以刚玉晶种为核心的α‑氧化铝的前驱体粒子；3）将以刚玉晶种为核心的α‑氧化铝的前驱体粒子先经真空干燥后再在250～300℃条件下干燥，取得白色无团聚的勃姆石陶瓷粉末纳米单晶；4）将白色无团聚的勃姆石陶瓷粉末纳米单晶置于管式炉中，在570℃～1300℃条件下烧结后再球磨，得纯度为5N的氧化铝超细粉末；步骤1）中所述醇的水溶液、步骤2）中所述醇的水溶液和醇铝盐中的醇为相同的醇。

【技术特征摘要】
1.纯度为5N的氧化铝超细粉末的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）将质量百分数为99.99%以上的α-氧化铝分散在醇的水溶液中，经分离取得含有小颗粒α-氧化铝和醇的混合上清液；2）将所述混合上清液与醇的水溶液充分混合，然后加入醇铝盐后进行水解反应，取得以刚玉晶种为核心的α-氧化铝的前驱体粒子；3）将以刚玉晶种为核心的α-氧化铝的前驱体粒子先经真空干燥后再在250～300℃条件下干燥，取得白色无团聚的勃姆石陶瓷粉末纳米单晶；4）将白色无团聚的勃姆石陶瓷粉末纳米单晶置于管式炉中，在570℃～1300℃条件下烧结后再球磨，得纯度为5N的氧化铝超细粉末；步骤1）中所述醇的水溶液、步骤2）中所述醇的水溶液和醇铝盐中的醇为相同的醇。2.根据权利要求1所述的氧化铝超细粉末制备方法，其特征在于所述醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇或正丁醇。3.根据权利要求1或2所述的氧化铝超细粉末制备方法，其特征在于所述步骤1）和步骤2）中醇的水溶液的质量分数不小于50%。4.根据权利要求3所述的氧化铝超细...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琦，李显坪，唐宝发，银航，李培，李金，曾人杰，
申请(专利权)人：扬州中天利新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32