[發(fā)明專利]一種利用熱等離子體制備氧化鋁的方法及其產(chǎn)品

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110393444.2
• 申請(qǐng)日: 2011-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN102515233A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁方利;胡鵬;范俊梅;白柳楊;李晉林;尹春雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所
• 主分類號(hào): C01F7/42
• 分類號(hào): C01F7/42
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧化鋁的制備方法，尤其涉及一種利用熱等離子體制備氧化鋁的方法。

背景技術(shù)

氧化鋁是一種重要的工業(yè)品，氧化鋁最主要的用途是供電解煉鋁用，電解煉鋁以外使用的氧化鋁稱之為非冶金用氧化鋁或多品種氧化鋁。目前，世界上非冶金用氧化鋁的開發(fā)十分迅速，并在電子、石油、化工、耐火材料、精密陶瓷、航空航天、環(huán)境保護(hù)及醫(yī)藥等許多高新技術(shù)領(lǐng)域取得廣泛的應(yīng)用。

工業(yè)上生產(chǎn)氧化鋁的主要方法為拜耳法，以及在拜耳法基礎(chǔ)上改進(jìn)的方法(例如公開號(hào)為CN?1186259C的中國(guó)發(fā)明專利公開的方法)。拜耳法以及在其基礎(chǔ)上改進(jìn)的方法，生產(chǎn)的氧化鋁主要供電解煉鋁用，粒度較粗、粒度分布不均勻、形貌不規(guī)則，難以用于電子、涂料、精密陶瓷等高附加值領(lǐng)域。

為了適應(yīng)非冶金用氧化鋁對(duì)純度、粒度分布、形貌等性能的要求，人們開發(fā)了許多氧化鋁的制備方法，例如硫酸鋁銨熱解法、碳酸鋁銨熱解法、有機(jī)鋁水解法、火花放電法、氯化汞活化水解法、水熱法和活性鋁粉水解法等方法。然而這些方法都存在這樣或那樣的缺陷，例如粒度分布不均勻、形貌不規(guī)則、工業(yè)生產(chǎn)難度大等。人們希望能夠找到一種滿足純度高、粒度均勻、球形度好、分散性好等要求的氧化鋁生產(chǎn)方法，同時(shí)該生產(chǎn)方法盡可能具有工藝簡(jiǎn)單、原料易得、成本可控、規(guī)模靈活等特點(diǎn)，以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的要求。

本發(fā)明所述熱等離子體，是指電子溫度和重粒子(原子、離子等)溫度均在10⁴K數(shù)量級(jí)的高溫部分電離氣體，由電子、離子和中性粒子(原子、原子團(tuán)、分子)和光子組成。熱等離子體比受控?zé)岷朔磻?yīng)中完全電離的高溫等離子體(溫度在10⁸K數(shù)量級(jí)，僅有電子、原子核和光子)溫度低得多，但是比通常燃燒體系所能達(dá)到的溫度高得多，電離度也高得多。熱等離子體可以采用電弧放電、高頻感應(yīng)放電等方法較為容易地產(chǎn)生與維持，同時(shí)熱等離子體的功率調(diào)節(jié)范圍較寬，從幾千瓦的實(shí)驗(yàn)設(shè)備到幾百千瓦的大型生產(chǎn)設(shè)備都可以在市場(chǎng)上買到，相應(yīng)地，采用熱等離子體生產(chǎn)規(guī)模靈活，因而能夠適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)要求。工業(yè)上還有常稱為冷等離子體的等離子體技術(shù)，其特征是電子溫度很高但重粒子溫度不高(通常為室溫或稍高于室溫)，與本發(fā)明采用的熱等離子體具有顯著區(qū)別。

熱等離子體的工業(yè)應(yīng)用可以追溯到20世紀(jì)初挪威以電弧方法固氮(從空氣中獲得氮的氧化物并進(jìn)一步制取氮肥)和德國(guó)以電弧方法制備乙炔。直到20世紀(jì)五六十年代，空間科技的需要給熱等離子體的基礎(chǔ)研究與開發(fā)提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，因?yàn)樾枰獰岬入x子體技術(shù)模擬空間飛行器高速進(jìn)入大氣層時(shí)飛行器所面臨的高溫環(huán)境。到了20世紀(jì)八十年代，熱等離子體技術(shù)逐步轉(zhuǎn)移到材料研究領(lǐng)域，開始開展等離子體/粒子相互作用和熱等離子體化學(xué)的研究。目前熱等離子體已覆蓋了很廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，典型的有：(1)熱等離子體涂鍍技術(shù)，包括等離子體噴涂、電弧噴涂、等離子體化學(xué)氣相沉積(TPCVD)技術(shù)；(2)熱等離子體超細(xì)粉末合成，特別是納米級(jí)粉末的合成；(3)熱等離子體處理廢物，特別是有毒廢物；(4)熱等離子體使粉末致密化、球化；(5)熱等離子體冶金。

公開號(hào)為CN?1951861A、名稱為“制備高純度自由流動(dòng)的金屬氧化物粉末的方法”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)，公開了使用等離子體裝置加工金屬氧化物粉末，如氧化釔和氧化鋁粉末(給料物質(zhì))的方法。該方法用等離子體裝置空中加熱和熔化給料物質(zhì)，使加熱后的粉末形成熔化的球形小滴并且在自由下落的條件下使其迅速地冷卻。該方法只有物理過(guò)程沒(méi)有化學(xué)過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是將給料物質(zhì)致密化和球化，改變了顆粒的形狀并且增加了粉末的表觀密度，以改善其熱噴涂性能。從其公開的附圖可以看出，處理后的氧化物雖然由不規(guī)則的形狀變?yōu)榍蛐味容^好的顆粒，然而其顆粒尺寸較大同時(shí)分布較寬(5μm-150μm)，不能滿足一些領(lǐng)域?qū)τ诹６却笮〖胺植嫉囊蟆?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有氧化鋁生產(chǎn)方法的缺陷，提供一種純度高、粒度細(xì)、分布均勻、球形度好、分散性好的氧化鋁的生產(chǎn)方法，該方法生產(chǎn)的氧化鋁能夠滿足電子、涂料、精密陶瓷等高附加值領(lǐng)域?qū)ρ趸X的性能要求；同時(shí)該方法工藝簡(jiǎn)單、原料易得、成本可控、規(guī)模靈活，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。