用于合成铝酸镁尖晶石的方法技术

通过使尖晶石前体的水性浆料水热熟化制备铝酸镁尖晶石，所述尖晶石前体可以是(a)勃姆石氧化铝和镁前体的混合物、(b)氧化铝镁或氢氧化铝镁、和(c)它们的混合物。将熟化的浆料中的至少一种干燥以移除水并且制备至少一种干燥的尖晶石前体。之后煅烧干燥的尖晶石前体以制备铝酸镁尖晶石。

Method for the synthesis of magnesium aluminate spinel

Magnesium aluminate spinel is prepared by hydrothermal aging of the aqueous slurry of the spinel precursor, which may be a mixture of (a) boehmite alumina and magnesium precursor, (b) alumina magnesium or alumina magnesium hydroxide, and (c) their mixture. At least one of the cured slurries is dried to remove water and to prepare at least one dry spinel precursor. Then calcined and dried spinel precursors were used to prepare magnesium aluminate spinel.

【技术实现步骤摘要】
用于合成铝酸镁尖晶石的方法本申请是国际申请日为2013年4月15日、国际申请号为PCT/US2013/036581、进入中国国家阶段的申请号为201380019807.3且专利技术名称为“用于合成铝酸镁尖晶石的方法”的中国专利技术申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2012年4月13日提交的美国申请号61/623,866、和于2013年4月12日提交的美国申请号61/811，318的优先权，所述美国申请号的公开内容通过引用结合在本文中用于全部目的。专利
本专利技术涉及尖晶石，并且更具体的是，涉及铝酸镁尖晶石的制备。专利技术背景通常，尖晶石是一类具有通式A2+B23+O42-的矿物。铝尖晶石包括尖晶石MgAl2O4、锌尖晶石ZnAl2O4、铁尖晶石FeAl2O4。尽管在自然中发现了尖晶石，由于日益增长的需求，目前通过多种方法制备合成尖晶石。目前，尖晶石用作高速导弹和舱的窗和罩(dome)。尽管硅酸盐玻璃适用于大多数常用的窗用途，但是它们对于用于后者用途来说太弱。此外，导弹罩、舱窗、和其他透明装甲必须透射多至5μm的光波长，然而在超出2μm的波长时，硅酸盐玻璃不能良好透射。尽管硫化锌透射超过5μm，它对于用作透明装甲来说太弱。铝酸镁尖晶石是具有优异的光学和机械性能的多晶陶瓷材料。其透射0.2-5.5μm的光波长，并且弹道测试已经显示，0.25英寸的尖晶石具有与2.5英寸防弹玻璃相同的抵抗性。尖晶石因此是用于轻型车辆中透明装甲和步兵头盔上的护目镜或面罩的优异的候选物。所考虑的类型的尖晶石的合成是在文献中公知的。就此而言，充分确认的是，为了在热处理时获得向尖晶石的高转化，需要组分材料的均质混合物。文献中存在许多铝酸镁尖晶石的合成。这些中的大多数可以分为三种基本类型：铝和镁盐的共沉淀；镁和铝前体的球磨；以及氧化铝和镁化合物的湿法混合。这些方法中的每一种具有限制其在工业/商业规模上的能力的固有限制。例如，所有这些方法遭遇相似的残留夹杂物(主要是未转化的前体)的问题，这导致通过尖晶石的光波的不希望的分散。专利技术概述在一个方面中，本专利技术提供一种用于铝酸镁尖晶石的工业规模制备的方法。在另一个方面中，提供一种用于铝酸镁尖晶石的制备的方法，所述方法包括在水热下处理尖晶石前体。在又一个方面，本专利技术提供一种制造高光学质量的、具有低残留未转化夹杂物的铝和镁尖晶石的方法。在本专利技术的再另一个方面中，提供一种用于铝酸镁尖晶石的制备的方法，所述方法采用水热处理勃姆石浆料和镁前体悬浮液的混合物。在本专利技术的再另一个方面中，提供一种用于铝酸镁尖晶石的制备的方法，所述方法采用对尖晶石前体的浆料的水热处理，所述尖晶石前体包含通过共水解混合的烷醇铝和烷醇镁得到的氧化铝镁和氢氧化铝镁。在本专利技术的另一个方面中，提供一种制造尖晶石前体的方法，所述方法包括使尖晶石前体的水性浆料水热熟化(aging)，所述尖晶石前体选自由(a)勃姆石氧化铝和镁前体的混合物、(b)氧化铝镁或氢氧化铝镁、和(c)它们的混合物组成的组，以制备水热熟化的尖晶石前体，所述水热熟化的尖晶石前体选自由(1)熟化的包含勃姆石氧化铝和镁前体的尖晶石前体浆料、(2)熟化的包含氧化铝镁或氢氧化铝镁的尖晶石前体浆料、和(3)它们的混合物组成的组。根据以下详细描述，其中参照了附图中的图，本专利技术的这些和另外的特征和优点将会变得显而易见。附图简述图1是根据本专利技术的一个方面制备的铝酸镁尖晶石的X射线衍射图。图2是根据本专利技术的另一个方面得到的铝酸镁尖晶石的X射线衍射图。图3是在未使用水热熟化情况下制备的铝酸镁尖晶石的X射线衍射图。图4是在未使用水热熟化情况下制备的铝酸镁尖晶石的X射线衍射图。图5是根据本专利技术的另一个方面得到的铝酸镁尖晶石的X射线衍射图。图6是在未使尖晶石前体水热熟化的情况下得到的另一种铝酸镁尖晶石的X射线衍射图。优选实施方案详述如在本文中所使用的，术语“镁前体”是指这样的镁化合物：当根据本专利技术的方法转化为铝酸镁尖晶石时，其不有害地影响尖晶石的纯度，例如通过将外来化合物或其混合物引入至尖晶石中，这损害由此制备的尖晶石用于其预期目的用途。适合镁前体可以包括氢氧化镁、硝酸镁、氧化镁、乙酸镁、和碳酸镁。方法A在本专利技术的这个方面(方法A)中，形成勃姆石氧化铝浆料和镁前体悬浮液以制备镁和铝化合物的均质混合物。之后将混合物水热熟化。回收由此形成的熟化的铝酸镁尖晶石前体，例如通过喷雾干燥来回收。之后煅烧干燥的前体。这样，根据方法A，优选伴随搅拌，在增温下并且任选在增压下，将氧化铝浆料和镁前体悬浮液混合在一起并水热熟化，之后将悬浮液喷雾干燥并在增温下煅烧以形成所需的尖晶石产物。尽管氢氧化镁是优选的镁前体，其他适合的镁前体包括硝酸镁、氧化镁、乙酸镁、和碳酸镁。勃姆石氧化铝可以通过如以下关于方法C所述而制备的烷醇铝的水解而制备。方法B方法B是方法A的略微变化，其中将勃姆石氧化铝单独熟化并且之后将熟化的勃姆石浆料与镁前体悬浮液混合，干燥水性混合物以回收尖晶石前体。之后可以煅烧该前体以制备尖晶石。方法C在本专利技术的这个方面(方法C)中，将烷醇铝和烷醇镁的混合物共水解以制备包含氧化铝镁和氢氧化铝镁的尖晶石前体的浆料，使所述浆料水热熟化。在熟化之后，例如通过喷雾干燥，回收固体熟化尖晶石前体，并且煅烧所得到的干燥尖晶石前体以制备铝酸镁尖晶石。根据本专利技术，已经意外地发现，通过一个方法A(使用勃姆石氧化铝和镁前体的水性混合物)、方法B(方法A的变体)、或方法C(混合的烷醇铝和烷醇镁的共水解)得到的尖晶石前体的水热熟化提高了在煅烧后得到的尖晶石的纯度。此外，在方法B即方法A的变体中，可以在不存在镁前体的情况下使勃姆石氧化铝水热熟化，之后可以混合熟化的勃姆石浆料和镁前体的水性悬浮液，将水移除以留下干燥的尖晶石前体，之后煅烧干燥的前体。更具体地，当根据方法A、方法B、或方法C中的一种进行前体的水热熟化时，尖晶石中残留的氧化铝和/或氧化镁的量降低。就方法C而言，可以由本领域技术人员公知的通过使金属与一元、二元、或三元C1至C40醇反应的方法形成包括镁和铝在内的许多金属的醇化物(烷醇化物)。就此而言，参见美国专利6,514,473，其通过引用结合在本文中用于全部目的。优选地，在制备本专利技术的烷醇化物中采用的醇是C4至C20醇，最优选C6至C20醇。在根据方法C的本专利技术的方法中，将混合的烷醇铝和烷醇镁共水解以制备包含氧化铝镁和/或氢氧化铝镁以及得到的醇的尖晶石前体浆料。将醇移除以留下尖晶石前体的基本水性的浆料。例如，通过蒸汽汽提，可以将任何少量的溶解于水相的醇移除。之后在适合的温度和压力(如果需要)条件下将浆料水热熟化，之后将浆料干燥并且回收得到的干燥尖晶石前体。优选地，在熟化步骤期间搅拌浆料。之后煅烧干燥的尖晶石前体。无论采用何种方法，均将洗择铝前体和镁前体的量以使所得到的尖晶石的氧化镁与氧化铝的比率为约0.85：1.0至约1.15：1.0，优选约0.98：1.0至约1.02：1.0，并且最优选1.1：1.0。一般来说，无论使用方法A、方法B、或方法C，均在约100至约210℃的温度下将浆料水热熟化约1至约6小时、优选约2至约6小时的时间段。在熟化步骤中采用的压力的范围可以为约200至约2,000kPa。煅烧可以在约750至约1,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造尖晶石的方法，所述方法包括：i)提供尖晶石前体的水性浆料，所述尖晶石前体选自由(a)勃姆石氧化铝、水、酸和镁前体的混合物、(b)通过混合的烷醇铝‑镁的共水解制备的氧化铝镁或氢氧化铝镁和得到的醇组成的组；ii)将所述得到的醇从(b)中的浆料移除，留下尖晶石前体的基本水性的浆料；在(b)中的醇移除之后，使(a)和(b)的浆料水热熟化以制备水热熟化的浆料；将所述水热熟化的浆料中的至少一种干燥以移除水并且制备至少一种干燥的尖晶石前体；以及将所述干燥的尖晶石前体中的所述至少一种煅烧以制备铝酸镁尖晶石。

【技术特征摘要】
2012.04.13 US 61/623,866;2013.04.12 US 61/811,3181.一种制造尖晶石的方法，所述方法包括：i)提供尖晶石前体的水性浆料，所述尖晶石前体选自由(a)勃姆石氧化铝、水、酸和镁前体的混合物、(b)通过混合的烷醇铝-镁的共水解制备的氧化铝镁或氢氧化铝镁和得到的醇组成的组；ii)将所述得到的醇从(b)中的浆料移除，留下尖晶石前体的基本水性的浆料；在(b)中的醇移除之后，使(a)和(b)的浆料水热熟化以制备水热熟化的浆料；将所述水热熟化的浆料中的至少一种干燥以移除水并且制备至少一种干燥的尖晶石前体；以及将所述干燥的尖晶石前体中的所述至少一种煅烧以制备铝酸镁尖晶石。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述尖晶石前体包含(a)勃姆石氧化铝和氢氧化镁的混合物。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述勃姆石氧化铝通过烷醇铝的水解而制备。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述水热熟化在约100至约210℃的温度下进行。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述水热熟化进行约1至约6小时的时间段。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述水热熟化在范围为约200至约2,000kPa的压力下进行。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述煅烧在约750至约1，600℃的温度下进行。8.一种制造尖晶石前体的方法，所述方法包括：i)提供尖晶石前体的水性浆料，所述尖晶石前体选自由(a)勃姆石氧化铝、水、酸和镁前体的混合物、(b)通过混合的烷醇铝-镁的共水解制备的氧化铝镁或氢氧化铝镁和得到的醇组成的组；ii)将所述得到的醇从(b)中的浆料移除，留下尖晶石前体的基本水性的浆料；以及将所述水热熟化的浆料中的至少一种干燥以移除水并且制备至少一种干燥的尖晶石前体。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述尖晶石前体包含(a)勃姆石氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖恩·皮普尔斯，戴维·巴克利，马克·查韦斯，艾利森·汉恩，安德烈亚·布拉施，克劳斯·P·G·迪布利茨，
申请(专利权)人：萨索尔烯烃及表面活性剂有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE