高纯低维纳米氧化铝生产工艺研究.docx

高纯低维纳米氧化铝生产工艺研究 王家好1 ，孙彤2( 1. 烟台恒邦集团有限公司，山东烟台 264100; 2. 渤海大学化学化工与食品安全学院，辽宁锦州 121013)摘要: 以无机铝盐溶液和氢氧化钠或碳酸钠为原料，采用化学沉淀法制备了高纯纳米低维氧化铝。介绍了该产品的生产原理和工艺流程，并对生产成本、设备投资及市场前景进行了分析和展望。研究表 明: 高纯纳米低维氧化铝生产工艺简单、反应条件温和、能耗低、无污染，且具有可观的经济效益。关键词: 高纯纳米低维氧化铝 沉淀法 成本中图分类号: TQ343. 5文献标识码: A文章编号: 1006 7906( 2014) 05 0043 03Study on production technology of nanometeraluminium oxide with high purity and low dimensionWANG Jiahao1 ，SUN Tong2( 1 Yantai Hengbang Group Co. ，Ltd. ，Yantai 264100，China;2 Bohai University，Chemistry and Chemical Engineering and Food Security College，Jinzhou 121013，China)Abstract: The nanometer aluminium oxide with high purity and low dimension is prepared by chemical precipitation using inor-ganic aluminium salt solution and sodium hydroxide or sodium carbonate as raw materials The production principle and technical process are presented，and the production cost，equipments cost and market prospect are analyzed and discussed The results show that the process for producing nanometer aluminium oxide with high purity and low dimension has advantages of simple operation，moderate conditions，low energy cost，non-pollution and considerable economic benefit.Key words: nanometer aluminium oxide with high purity and low dimension; precipitation; production process烟台恒邦集团有限公司是以黄金、铜等有色金属冶炼和氯碱、化肥等化工生产为主的综合性企业 集团。为开发氯碱下游产品，与渤海大学化学化工 与食品安全学院联合组成专题科研组，对高纯低维 纳米氧化铝生产原理及工艺流程进行攻关及研究，并对高纯低维纳米氧化铝材料 的市场前景进行分 析和展望。采 用 化 学沉淀法生产高纯低维纳米氧 化铝材料，具有生产工艺简单、反应条件温和、能耗 低、无污染的特点，经济效益可观。1 纳米氧化铝生产现状及市场分析纳米 Al2 O3 具 有 高 强 度、高 硬 度、抗 腐 蚀、耐 高温、抗氧化性 等 特 性，在 光、电、力学和化学反应等 许多方面表现出一系列的优异性能，是一种新型高 功能精细无机材料。广泛应用于精细陶瓷、复合材 料、表面涂层、电子工业等领域。常规 Al2 O3 陶瓷具有低温脆性，限制了其应用范 围，而纳米 Al2 O3 粉体可解决其超塑性问题。在常规Al2 O3 陶瓷中添加 5% 的纳米级 Al2 O3 粉体即可改善陶瓷的韧性并降低烧结温度，提高材料的耐高温和耐 腐蚀性能及机械性能等，故在氧化铝陶瓷中得到广泛 应用。纳米氧化铝的应用 主要在以下几个方 面: Al2 O3 可烧结成透明陶瓷，作为高压钠灯管的 材料; 可用作紧凑型荧光灯中荧光粉层的保护涂 膜，也可与稀土荧光粉复合制成荧光灯管的发光材 料，提高灯管寿命; 利用纳米 Al2 O3 多孔膜的红外 吸收性能，可制成隐身材料用于军事领域; 利用其 对波长 80 nm 的紫外光吸收效果，可作紫外屏蔽材料 和化妆品添加剂; 纳米氧化铝具有独特的晶体结 构及表面特性，催化活性和选择性远远高于传统的氧 化铝催化剂。因而钠米氧化铝备受关注。 收稿日期: 2014 05 24。作者简介: 王家好( 1963) ，男，山 东 烟 台 人，高 级 工 程 师，现 从 事 化工生产管理工作。E-mail: humonwjh 163. com。44化学工业与工程技术2014 年第 35 卷第 5 期纳米氧化铝的制备方法大致分为 3 类: 固相法、液相法和气相法。液相法包括溶胶 凝胶法、水热 法、沉淀法、化学还原法、化学热分解法、微乳胶法、 电化学法 等。李 友 凤 等1 以偏铝酸钠和二氧化碳 为原料，采用超重力沉淀法制备了具有不同形貌的2纳米 Al2 O3 。苗升等 采用水热合成法制备了一维Al2 O3 纳 米 棒，长 度 达 100 nm。由 于 液 相 法 可 实 现 分子原子水平上的均匀混合，因此所制得的粉体颗 粒小、纯度高、形 状 规 整、粒径分布范围窄，其 中 化 学沉淀法的 反 应 条 件 温 和、能 耗 低、产 品 形 貌 和 尺 寸可控，是具有工业化前景的方法之一。纳米材料因其粒径尺寸极小而表现出强烈的小 尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、隧道效应，进而 在光、电、热力学和化学等领域得到广泛应用。作为 低维纳米材料的纳米纤维、纳米棒及纳米片，除了具 有以上纳米材料共有的特点，还具有低维纳米材料的 优点，在某一方向的化学键力远大于其他方向的分子 间力，故其力学性能更优。如可以将其作为添加剂加 入到塑料、玻璃等材料中，增加其机械性能。因此，研究和开发具有异形微观结构的高纯低 维纳米 Al2 O3 的 制 备 工 艺，具有重要的社会效益和 经济效益。图 1 高纯低维纳米氧化铝生产工艺流程示意3产品表征分析3. 1产品 XD 分析对产品 进 行 X 射 线 衍 射 分 析，结 果 如 图 2 所示。分析结果表明，样品为 Al O ( PDF11 0517 ) ，2 3说明经上述处理后所得产品为纳米氧化铝。2高纯低维纳米氧化铝生产原理及工艺流程化学沉淀法是在可溶性铝盐溶液中加入沉淀 图 2 高纯低维纳米氧化铝 XD 分析结果剂，调整溶液 pH 值，获得 Al( OH) 3 沉淀，经干燥、煅烧后制备 纳 米 Al2 O3 。其中沉淀剂为碱 性 物 质，包 括氨水、氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸 铵、尿素等。本工艺以无机铝盐为主要原料，采用化学沉淀法 制备高纯低维纳米氧化铝。首先将添加剂 A 加至一 定浓度的无机铝盐溶液中，混合均匀后加入碱溶液， 该碱溶液可以是氢氧化钠或碳酸氢钠溶液。在恒温 条件下搅拌该混合溶液，得白色沉淀。而后加入添加 剂 B，持续搅拌一段时间后陈化。陈化完成后，离心 分离混合溶液，得滤液和滤饼; 采用水和特定洗液反 复多次洗涤滤饼，去除上述沉淀反应过程中生成的盐 及添加剂杂质，得到以氧化铝前驱体为主要成分的滤 饼。将该滤饼进行 100 130 干燥处理，而后煅烧 至 1 100 1 200 ，得到具有低维形貌的纳米氧化铝 产品。在混合液处理及滤饼洗涤过程中产生的滤液 进行有效成分回收及杂质分离处理。高纯低维纳米氧化铝生产工艺流程见图 1。3. 2产品微观形貌分析高纯低维纳米氧化铝 SEM 分析结果见图 3。图 3 高纯低维纳米氧化铝 SEM 分析结果45王家好等高纯低维纳米氧化铝生产工艺研究由 图 3 可 见: 纳米氧化铝为厚度 5 nm，长 宽 达50 100 nm 的柔性片状物，在不同工艺条件下还可 制得宽 5 nm，长大于 100 nm 的柔性线状物。分析认 为，晶体的形态取决于不同晶相面的生长速率，由于 在晶体的形成过程中添加了能够选择性作用于微晶 表面的添加剂，改变了晶体不同晶轴上的生长速率， 故得到低维的纳米氧化铝粉体。此外，样品的 ICP 分 析结果表明: 产品纯度达 99. 98% ，为高纯产物。4经济效益分析生产过程中需要的主要原料为无机铝盐，即硫 酸铝、氯化 铝、硝 酸 铝 等，碱性沉淀剂为氢氧化钠、 碳酸钠等，生产 1 t 高纯低维纳米氧化铝需原料 2. 9 万元，其中包括再生物质回收成本 1. 2 万元，污水处 理成本 0. 3 万元。此外，人工费用、管理成本及能耗 成本预计在 1. 5 万元以下，加上不可预见费用，预计 总成本低于 5 万元。生产设备主要包括反应釜、打浆罐、陈化罐、压滤机、干燥器、煅烧炉窑、再生物质回收设备及动力设备等，年产 300 t 产品的设备总投资约 300 400万元。产品的市场售价达 10 18 万元 / t，年销售额3 000 5 000 万元，预计 1 年即可收回成本。5结 论高纯低维纳米氧化铝粉体可应用于透明陶瓷、荧光粉层的保护涂膜、隐身材料、紫外屏蔽材料、化妆品添加剂及工业用催化剂等诸多领域，例如可代 替进口产品应用于高压钠灯管。其生产成本低、无 污染、设备投资低，市场售价高，因此具有很高的经 济效益和社会效益。参考文献:1李友凤，罗娟，李丽 一种制备纳米氧化铝粉末新方法的研究J 材料导报，2008，22( 12) : 97 99 苗升，沈智奇，凌凤香，等 一维纳米氧化铝载体的 合成及表征J 工业催化，2012，20( 7) : 38 422檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪我国首创甲醇制高辛烷值轻烃工艺 由四川金象赛瑞化工股份有限公司和北京醇基清能科技发展有限公司承担、江苏煤化工程研究设计院 有限公司提供专利技术的千吨级低能耗甲醇烃化混合固定床制备高辛烷值稳定轻烃 ( CMTG) 工业化试验项 目，近日通过由倪维斗院士任组长的中国石油和化学工业联合会专家组 72 h 现场考核。专家组一致认为该 试验装置具有自主知识产权，为国际首创的创新技术，甲醇原料适应性强，希望加快工业化推广应用。试验装置主要由反应、换热、三相分离、返气循环、轻烃储存、催化剂再生等系统构成。专家组认为，该 装置是目前世界上唯一的千吨级低能耗甲醇烃化混合固定床制备高辛烷值稳定轻烃工业化试验装置。试 验装置的创新在于“分子设计”，技术的创新方法在于“混床催化，定向反应”，目标产品品质高、消耗低、排放 低、投资省。该技术试验装置运行稳定，调控安全可靠。采用该技术生产的液态稳定轻烃产品不含硫、氮和 其他重金属，研究法辛烷值高于 95# ，既可以作为高附加值化工原料，也可以用作高清洁车用燃料，可以提升 交通燃料清洁化并有利于改善大气环境。从考核结果看，该装置甲醇单程转化率达 99 98% ( w) ;