1、硫酸鋁制備高純氧化鋁 目目 錄錄v第一章 概述v第二章 氧化鋁和氫氧化鋁的性質及用途v第三章 原料中雜質的去除方法的設計v第四章 原料反應過程的設計v第五章 具體實驗設計v結束語v參考文獻v致謝第一章 概述1.1引言v 隨著現(xiàn)代科學技術的進步，特別是航天航空技術的高速發(fā)展、大規(guī)模原子能的利用和海洋開發(fā)等新興工業(yè)的出現(xiàn)，工業(yè)生產對結構材料提出了越來越高的要求。在許多方面，傳統(tǒng)的金屬或合金材料已經難以滿足實際應用的需要。這些都促進了人們對材料的研究逐步擺脫單純依靠經驗的摸索方法，而向著按照預定性能設計新材料的研究方向發(fā)展。 v 近年來，國內高純、超細- Al2O3 的應用領域迅速拓寬，引進和消化吸

2、收的氧化鋁高技術材料生產線增加，使得高純、超細- Al2O3 的研究、開發(fā)成為一個非?；钴S的領域。生產1t多品種Al2O3 可獲利潤為等量級的冶金級Al2O3 的10倍，甚至100倍，可創(chuàng)造相當可觀的經濟效益。因此，迅速開發(fā)一種低成本、具有競爭力的高純、超細- Al2O3 的新方法顯得尤為重要。高純氧化鋁粉體已成為先進無機非金屬材料中的一大重要分支，是20世紀以來新材料產業(yè)中產量大、產值高、用途廣的高端材料產業(yè)之一。第一章 概述1.2.1 國外氧化鋁制備的發(fā)展現(xiàn)狀v 目前國外制備高純氧化鋁方法有硫酸鋁銨熱裂法，有機金屬化合物水解法， 氯乙醇法，火花放電法， 碳酸鋁銨熱裂法和改進的拜耳法等。硫酸

3、鋁銨熱裂法制得的氧化鋁含量在9998以上，但此法成本高；有機金屬化合物水解法得到的氧化鋁粒度細和含量大于99.995， 成本低；氯乙醇法得到的氧化鋁含量在99.99以上，副產品得到的氯乙醇可循環(huán)使用?；鸹ǚ烹姺ǖ玫降难趸X純度視原料鋁的質量而定； 碳酸鋁銨熱裂法得到粒狀0.1O.5m高純度和燒結性良好的氧化鋁;改進的拜耳法得到粒度小于1m的氧化鋁;在上述制備高純氧化鋁的方法中,以有機金屬化合物水解制得的氧化鋁純度較高和成本低。1.2 高純氧化鋁制備的發(fā)展現(xiàn)狀(1) (1) 火花放電法火花放電法v 利用水溶液在高電壓下放電的原理， 由鋁電極制得的水合氧化鋁經焙燒得到氧化鋁。直徑1.01.5m的高

4、純粒狀鋁浸入反應器內的無離子水內。在24KV高電壓下每秒1，200次火花放電。由電能使粒狀鋁生成粉末狀鋁。同時使水分解成氫氧離子。粉末狀鋁與氫氧離子反應生成水合氧化鋁。由于火花放電沖擊，產生的氣體激烈地攪拌粒狀鋁。使全部粒狀鋁的表面產生放電， 防止粒狀鋁熔融。水合氧化鋁經焙燒后得到- Al2O3 。- Al2O3的純度視原料鋁的質量而定。第一章 概述（2) 2) 碳酸氫銨熱解法碳酸氫銨熱解法v 碳酸氫銨濃度為每升大于 1摩爾。在反應溫度35時，銨明礬與碳酸氫銨摩爾比為1015。若每升小于1摩爾的碳酸氫銨濃度,不能生成碳酸鋁銨而生成水合氧化鋁。摩爾比大于10時，生成碳酸鋁銨與水合氧化鋁混合物。摩

5、爾比大于1 5 時，不能得到合適的粒狀。在反應溫度25時，生成碳酸鋁銨和水合氧化鋁混合物。 v 此法易控制產品- Al2O3粒度大小。最大的優(yōu)點是不產生三氧化硫氣體。在最佳工藝條件下 ，生成較大直徑0.91.2u m和較小直徑0.50.9 u m的橢圓形碳酸鋁銨。經烈裂后得到粒狀0.10.5m高純度和燒結性良好的氧化鋁。 第一章 概述（3) 3) 改良拜耳法改良拜耳法v 拜耳法是由鋁土礦制氧化鋁。鋁土礦含50%左右的氧化鋁，其余含雜質氧化硅 ,氧化鐵和氧化鈦。用熱氫氧化鈉溶液萃取鋁土礦中氧化鋁，并分離不溶于堿溶液的雜質。但拜耳法僅能生產含2%左右鈉含量和0.1%左右的鐵和硅含量的氧化鋁。v 用

6、不同的方法除去鈉，鐵和二氧化硅： v(1)除去鐵采用共沉淀法。 v(2)除去二氧化硅采用二氧化硅，氧化鋁與碳酸鈉溶液反應生成沸石。 v 直接從水合氧化鋁和氧化鋁中除去鈉：v(1)氧化鋁或水合氧化鋁與鹽酸或硼酸焙燒，雜質鈉轉變或可溶性鹽，再用水洗。 v(2)水合氧化鋁在400焙燒生成氧化鋁，再用水洗除去鈉。改良型拜耳法由于控制水合氧化鋁沉淀的條件，水合氧化鋁的焙燒和氧化鋁的磨碎，故得到小于1m的粒子。 第一章 概述1.2.21.2.2國內高純氧化鋁的制備方法國內高純氧化鋁的制備方法。 v(1)(1)中和沉淀法中和沉淀法v 關于此法有很多研究，其原理大致相似。采用工業(yè)硫酸溶解工業(yè)氫氧化鋁(或工業(yè)硫

7、酸鋁)，經溶液精制，氨水中和析出Al(OH)3 nH2O，烘干、煅燒得- Al2O3 。 v(2)(2)噴霧熱解法噴霧熱解法v噴霧熱分解法(spray pyrolysis，簡稱SP法)，SP法是一種較理想的新方法，但目前在用該方法制備氧化鋁細粉的研究中，多采用硝酸鋁為原料，劉粵惠、蘇雪筠等 在比較了幾種原料性質的基礎上，選用硫酸鋁銨為SP法前驅體，在自制裝置上，制取了高純氧化鋁超細粉。 第一章 概述v(3) (3) 有機鋁醇鹽水解有機鋁醇鹽水解v 有機鋁水解主要有醇鋁即烷氧基鋁水解和烷基鋁水解工藝。有機鋁醇鹽水解后得到溶膠，再經處理得凝膠，經解凝得超細粉前驅體，進而得超細粉末。東北大學的付高峰

8、、畢詩文等用有機鋁鹽中的異丙醇鋁水解對- Al2O3的影響進行了研究。v 研究發(fā)現(xiàn)： 異丙醇鋁水解能夠制取純度大于9998，粒度分布范圍較窄的超細- Al2O3 ； 水解體系pH值對異丙醇鋁水解產物有較大影響； 異丙醇鋁水解產物煅燒過程由勃母石凝膠經無定形Al2O3轉變?yōu)榉€(wěn)定的- Al2O3 。第一章 概述2.1 2.1 氧化鋁的性質和用途氧化鋁的性質和用途2.1.1 2.1.1 氧化鋁的性質氧化鋁的性質v 純氧化鋁(Al2O3)是白色無定形粉末，俗稱礬土，密度為3.94.0g/cm3,熔點為2050，沸點為2980，不溶于水，為兩性氧化物，能溶于無機酸和堿性溶液中。有五種同素異形體：無定形氧

9、化鋁，- Al2O3 ，- Al2O3 ，- Al2O3 ，- Al2O3 ，主要有- Al2O3和- Al2O3 。其中，- Al2O3 是最硬最致密的結構，最適合作客料或陶瓷應用。隨著溫度的升高，所有氧化鋁的晶型最終都能轉化成- Al2O3。其晶型轉變過程為： 無定型Al2O3 - Al2O3- Al2O3 - Al2O3 - Al2O3 ，其個 階 段 的 轉 化 溫 度 分 別 為 4 5 0 7 5 0 ， 7 5 0 9 3 0 ，9301030,10301200。第二章第二章 氧化鋁和氫氧化鋁的性質及用途氧化鋁和氫氧化鋁的性質及用途2.1.2氧化鋁的用途 v Al2O3是一種特殊

10、的共價金屬氧化物，具有獨特的晶體結構。由于這個性質，使它在材料方面有著廣泛地應用范圍。 Al2O3陶瓷是在多芯片式封裝陶瓷多層電子基板材料、透明窗口材料、熒光載體、陶瓷傳感器、生物陶瓷、固定化酶載體以及其他功能陶瓷和結構陶瓷方面，有著極其重要的作用， Al2O3精細陶瓷被認為是通向21世紀高技術領域基礎材料之一，隨著高新技術的不斷發(fā)展，對原材料的要求越來越高，如粒度的超細化、顆粒的均勻化、組分高純化、低的燒結溫度等等。第二章第二章 氧化鋁和氫氧化鋁的性質及用途氧化鋁和氫氧化鋁的性質及用途2.2 2.2 氫氧化鋁的性質及用途氫氧化鋁的性質及用途2.2.1 2.2.1 氫氧化鋁的性質氫氧化鋁的性質

11、v 氫氧化鋁（aluminum hydroxide），化學式Al(OH)3，是鋁的氫氧化物。是一種堿，由于又顯一定的酸性，所以又可稱之為鋁酸（H3AlO3），但實際與堿反應時生成的是偏氯酸鹽，因此通常在把它視作一水合偏鋁酸（HAlO2H2O）第二章第二章 氧化鋁和氫氧化鋁的性質及用途氧化鋁和氫氧化鋁的性質及用途2.2.2 2.2.2 氫氧化鋁的用途氫氧化鋁的用途v2.2.2.1 2.2.2.1 工業(yè)用氫氧化鋁工業(yè)用氫氧化鋁v 氫氧化鋁是用量最大和應用最廣的無機阻燃添加劑。氫氧化鋁作為阻燃劑不僅能阻燃，而且可以防止發(fā)煙、不產生滴下物、不產生有毒氣體，因此，獲得較廣泛的應用，使用量也在逐年增加。使

12、用范圍：熱固性塑料、熱塑性塑料、合成橡膠、涂料及建材等行業(yè)。第二章第二章 氧化鋁和氫氧化鋁的性質及用途氧化鋁和氫氧化鋁的性質及用途v2.2.2.22.2.2.2醫(yī)藥用氫氧化鋁醫(yī)藥用氫氧化鋁v Al(OH)3（醫(yī)學稱胃舒平）對胃酸的分泌無直接影響，對胃內已存的胃酸起中合或緩沖的化學反應，可導致胃內PH值升高?；瘜W方程式為：Al(OH)3+3HCl = AlCL3 + 3H2O從而使胃酸過多的癥狀得以緩解。其中和酸的能力比含鎂制劑和碳酸鈣為低，而比碳酸鋁、碳酸雙羥鋁鈉為高。另外，鋁離子在腸內與磷酸鹽結合成不溶解的磷酸鋁自糞便排出。第二章第二章 氧化鋁和氫氧化鋁的性質及用途氧化鋁和氫氧化鋁的性質及用

13、途3.1 3.1 原料中雜質硅的去除原料中雜質硅的去除v 對于雜質硅，由硅酸的性質，當PH在3.04.0范圍時，硅酸會以原硅酸的形式析出，只要過濾就能將硅雜質除去。所以除硅的方法是：在配好硫酸鋁的溶液中，再滴加配制的濃度為1:3的稀H2SO4之前，先用精密pH試紙測溶液pH,因為硫酸鋁溶液呈酸性，根據其溶液的密度不同，其溶液pH最低可達2.5。測過pH之后，如果溶液pH大于4.0，滴加配制的稀H2SO4 ，調pH在3.5左右（調pH的方法是往硫酸鋁溶液中滴加兩滴配制的稀H2SO4 ，用范圍為0.55.0的精密pH試紙測pH,當pH為3.5左右時停止滴加）。pH調好后，用玻璃棒攪拌2分鐘之后，用

14、G4漏斗過濾。為了節(jié)省過濾時間，用抽濾機和抽濾瓶進行抽濾。第三章 原料中雜質的去除方法的設計 3.2 原料中雜質鐵的去除 v 對于雜質鐵離子，由于Fe2+在PH為1.0 2.0時，會被過氧化氫氧化為Fe3+，所以往除過硅的溶液中加入配制的稀H2SO4 （1:3），調PH為1.5。滴加幾滴30H2O2。攪拌2分鐘。一滴一滴的加入氨水，調PH大于2.0，因為Fe3+在pH為1.8時就會完全沉淀。滴加氨水后，由于產生的氫氧化鋁溶解緩慢，可以微熱燒杯，加速氫氧化鋁溶解。當pH大于2.0時，用G4漏斗抽濾。向濾液中加入綠豆大小的鋁粉，攪拌12分鐘，目的是為了置換出其他較不活潑的金屬雜質。用G4漏斗抽濾。

15、第三章 原料中雜質的去除方法的設計 3.3 3.3 原料中雜質鈉和鉀的去除原料中雜質鈉和鉀的去除v 對于原料中的鈉離子和鉀離子，由于金屬鈉、鉀和鋁的化學活性較高，它們的離子完全溶解于水中，所以為了除去鈉離子和鉀離子，可以讓活性較低的鋁離子轉化成氫氧化鋁沉淀出來，再經過清洗步驟將鈉離子和鉀離子除去。清洗的方法是：讓除過雜質硅和鐵的硫酸鋁溶液與碳酸氫銨溶液反應，生成沉淀氫氧化鋁，用G4漏斗過濾氫氧化鋁，將濾餅轉移到組織攪拌勻漿機中，加入2050倍的水（水的體積是濾餅體積的倍數）。攪拌10分鐘后，用布氏漏斗過濾。為了把鈉離子和鉀離子去除干凈（含量低于30ppm）,重復清洗步驟5次。第三章 原料中雜質

16、的去除方法的設計 4.1.1 4.1.1 反應生成氫氧化鋁反應生成氫氧化鋁v 由于硫酸鋁溶液和碳酸氫銨溶液反應有氣泡產生，反應較劇烈，所以采用并流法使兩溶液參與反應。受實驗條件限制，采用并流法時，所使用的實驗儀器是廢棄的礦泉水瓶和沒使用過的輸液管各兩個。將去除過雜質的硫酸鋁溶液加入到干凈的礦泉水瓶中，把溶解完全的NH4HCO3溶液加入到另一個干凈的礦泉水瓶中，用兩個干凈的輸液管，分別把NH4HCO3溶液和Al2(SO4)3溶液加入到干凈大燒杯中，由于反應有氣泡產生，控制兩輸液管中溶液流量，且邊攪拌邊加入。溶液低價完全后，繼續(xù)攪拌，直至不再產生氣泡為止。第四章第四章 試驗設計試驗設計4.1.2 4.1.2 反應生成高純氧化鋁反應生成高純氧化鋁v 有文獻查的氫氧化鋁在400500時分解生成- Al2O3，- Al2O3在1200時完全轉化為- Al2O3。因此，在氫氧化鋁清洗干凈后，轉移到空坩堝中，在轉移前，稱量空坩堝質量，然后把坩堝放入預熱到110的烘箱中烘1個小時，冷卻至室溫稱量。再把坩堝轉移到預熱到600的馬弗爐中，烤1個小時。冷卻至室溫稱量坩堝質量。再把坩堝放入預熱到1200的馬弗爐中，烤一