一种用γ氧化铝制备的高铝陶瓷填料及其方法技术

一种用γ氧化铝制备的高铝陶瓷填料及其方法，其配方为：主晶相为γ

【技术实现步骤摘要】
一种用
γ
氧化铝制备的高铝陶瓷填料及其方法


[0001]本专利技术涉及一陶瓷填料及制备方法，具体涉及的是一种用γ氧化铝制备的高铝陶瓷填料及其方法。

技术介绍

[0002]在石油化工、煤化工、大化肥、冶炼、制药、精细化工等产业，都大量使用高铝陶瓷球，作为反应塔的支撑材料而置于底层，以承载成百上千吨的反应填料或催化剂层,同时起到均匀、高效地分布反应介质等作用；也有将高铝陶瓷球置于反应填料或催化剂层顶部的应用情况，以保护催化剂，防止其过热中毒，及高效分散反应介质。由此可见，高铝陶瓷球对化工生产的极端重要性。
[0003]据不完全统计，目前，国内外每年需要70~80万吨的、氧化铝含量40~99%的各类高铝填料瓷球，随着新能源的发展和环保产业的需要，对高铝瓷球的需求还会进一步上升。化工界对此类高铝瓷球的要求是，机械强度高，耐热、耐腐蚀，抗热冲击性强，材质的主晶相以刚玉（
ɑ
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Al2O3）、莫来石、镁铝尖晶石和钙长石等晶体为好，宜尽量减少γ
‑
Al2O3的存在量。因为γ
‑
Al2O3是一种多孔、疏松、高比表面积的晶体，机械强度、化学稳定性都不好。
[0004]85%以下的高铝填料瓷球，可以大量使用各种含铝废品，包括建筑陶瓷行业辊道窑使用报废的其氧化铝含量70~75%、主晶相为莫来石的废辊棒,氧化铝含量70~85%、主晶相为刚玉和莫来石的煅烧铝矾土、氧化铝含量45%左右、主晶相为莫来石的煅烧高岭土等，再配合使用由氢氧化铝煅烧制成的主晶相为γ
‑
Al2O3（另含少量
ɑ
‑
Al2O3氧化铝）含量95%以上的工业氧化铝、含有活性氧化铝的废催化剂、吸附剂等来制备，既达成了废物利用，实现了资源循环，又降低了成本。例如，石油化学工业中大量使用的以活性氧化铝为载体的催化剂,这些催化剂在使用过程中,由于失去其原有活性而成为废弃物,这些富含氧化铝的废催化剂如果弃之不用,不仅是资源上的浪费,而且污染环境，经提炼处理可以得到氢氧化铝；双氧水企业也大量排放原用于起吸附作用的氧化铝小球，含有2
‑
乙基蒽醌、磷酸三辛酯、偏三甲苯等工作液成分，同时可能还有工作液组分的部分降解产物，其颜色为醌类物质常见的粉红
‑
红色，通过简单的氧化煅烧处理，即可得到γ
‑
Al2O3，完全可以再利用。
[0005]但是，对于氧化铝含量85%以上的高铝瓷，就不能用废辊棒粉、煅烧铝矾土、煅烧高岭土等氧化铝含量不足95%的原料来制备，而必须用Al2O3含量更高的氧化铝粉来制备。因为废辊棒粉、煅烧铝矾土、煅烧高岭土等废料所含有的氧化铝不够高，而配方中还需加入助熔剂、粘土等成分，如此将不足以使配方后的氧化铝含量达到85%以上。
[0006]以往生产氧化铝含量85%以上的高铝瓷都必须使用煅烧氧化铝粉！因为经过煅烧后的氧化铝，晶相已由多孔、疏松、高比表面积的γ
‑
Al2O3（相对密度≤3.2g/cm3）转变为极其稳定的、结构致密的
ɑ
‑
Al2O3（相对密度≥3.98g/cm3），在γ
‑
Al2O3→
ɑ
‑
Al2O3的煅烧转相过程中，发生快速、激烈的相变并伴随很大的收缩！这个快速、激烈的相变和剧烈的收缩在粉体煅烧过程中已经完成，这样，煅烧后的氧化铝就可以用于任何高铝陶瓷了。但是，如果以不经过煅烧的工业氧化铝来直接制备高铝陶瓷填料，则烧成过程中，会因为γ
‑
Al2O3→
ɑ
‑
Al2O3的转相所致的激烈、快速的相变和很大的收缩，而造成高铝陶瓷填料产品开裂甚至碎片化！即使不开裂，也会造成高铝陶瓷内部很大的残余应力，使高铝陶瓷填料的抗压碎力变差！此外，γ
‑
Al2O3的耐腐蚀性、机械强度、耐温性能等不够好，如残存在于高铝瓷球填料之瓷体中，将不利于化工生产的长期、稳定的使用。所以，一直以来所有的高铝陶瓷都必须用煅烧氧化铝为原料。
[0007]不过，煅烧氧化铝粉都是由工业氧化铝（并添加少量硼酸、NH4F等卤素盐）经1450~1550
°
C长时间煅烧制得的，象热压铸工艺制备电子陶瓷和水阀片的工艺，就需要采用经过1500℃以上、数十小时煅烧的低碱特级氧化铝粉。此煅烧过程需要消耗大量燃料，并产生大量的碳排放！不能适应全球可持续发展的趋势和我国碳达峰的目标要求！同时，这样的煅烧历程，也导致产品价格大幅提升——煅烧氧化铝的吨价是工业氧化铝吨价的1.5~2倍！造成高铝陶瓷填料产业成本高，效益低，竞争力弱。
[0008]当前，人类社会正面临着可持续发展的客观需要，各国都在拟定2030年前碳达峰行动方案，以履行推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的庄严承诺，这意味着全球将进行广泛而深刻的经济社会变革，并为此付出艰苦努力和实实在在的行动。陶瓷产业作为一个高耗能、高CO2排放的产业，也不能置之度外，自身急需做出重大技术变革和创新，以适应新形势下紧迫、客观的要求。
[0009]有鉴于上述客观原因，必须适时地对高铝陶瓷填料的生产方式进行技术变革和创新——以工业氧化铝（γ
‑
Al2O3）来直接生产高铝陶瓷填料。

技术实现思路

[0010]鉴于节能减排和碳达峰的迫切、客观的需要，以工业氧化铝（γ
‑
Al2O3）来直接生产高铝陶瓷填料成为必然！为此，必须首先解决γ
‑
Al2O3→
ɑ
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Al2O3的转相所致的激烈、快速的相变和很大的收缩，而造成高铝陶瓷填料产品开裂甚至碎片化的问题。
[0011]针对此问题，本专利技术的目的是提供一种用γ氧化铝制备的高铝陶瓷填料及其方法。
[0012]本专利技术主要采用以下原料并创新配方和工艺，以解决上述问题：（一）主要原料：1、工业γ氧化铝 是一种白色松散的结晶粉末，颗粒由许多粒径小于0.1um的γ
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Al2O3晶体组成的多孔球形聚集体，其孔隙率约达30%，平均粒径40~70um，其中有的大到100um以上，也有小到几个微米的细颗粒。每个聚集体可含γ
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Al2O3细晶多达106个。工业γ氧化铝是铝厂最大宗的产品，2020年全球氧化铝产量总计1.34亿吨。工业氧化铝大多用作为电解铝厂的原料，一小部分用作为生产煅烧氧化铝（耐火材料和陶瓷生产用）的原料。本专利技术以一级工业氧化铝为主要原料，其主要指标要求：氧化铝含量大于98%，氧化钠小于0.5%，灼减小于1%。为了实现资源节约，废物再生利用，发展循环经济，也可以以双氧水企业大量排放的、原用于起吸附作用的氧化铝小球,以及氧化铝质催化剂载体为原料，但必须预先于1200℃以上煅烧，以便氧化分解其中所吸附的有机物和排出水分，且成分同样满足以下要求：氧化铝含量大于98%，氧化钠小于0.5%，灼减小于1%；2、球粘土 是一种含氧化铝和氧化硅的天然纳米矿物，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用γ氧化铝制备的高铝陶瓷填料，其特征是，原料配方为：主晶相为γ
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Al2O3的氧化铝原料83~94wt%，硼酸盐矿物或合成的硼酸盐化合物2~5wt%，球粘土1~4wt%，纳米二氧化硅1~4wt%，钙镁复合矿物1~4wt%，煅烧氧化铝粉0~7wt%。2.根据权利要求1所述的一种用γ氧化铝制备的高铝陶瓷填料，其特征是，主晶相为γ
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Al2O3的氧化铝原料包括普通工业氧化铝粉，即铝厂用氢氧化铝煅烧制备的主晶相为γ
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Al2O3的氧化铝粉，它的Al2O3含量大于98.0%，氧化钠小于0.5%，灼减小于1.0%；也可以以双氧水企业大量排放的、原用于起吸附作用的氧化铝小球,以及氧化铝质催化剂载体为原料，但必须预先于1200℃以上煅烧，以便氧化分解其中的有机物和排出水分，且成分同样满足以下要求：氧化铝含量大于98%，氧化钠小于0.5%，灼减小于1%。3.根据权利要求1所述的一种用γ氧化铝制备的高铝陶瓷填料，其特征是，所述的硼酸盐矿物或合成的硼酸盐化合物，包括硬硼钙石、硼鎂石、硼钙镁石，以及人工合成的硼酸钡、硼酸钙、硼酸盐玻璃。4.根据权利要求1所述的一种用γ氧化铝制备的高铝陶瓷填料，其特征是，所述的球粘土，是一种天然的含有纳米尺寸微...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建良，邹江文，王春泉，钟麟，贺佳，曹南萍，
申请(专利权)人：朱建良，
类型：发明
国别省市：