一種自發電電化學法生產氧化鋁的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種自發電電化學法生產氧化鋁的方法。
【背景技術】
[0002]高純氧化鋁粉體是先進無機非金屬材料，具有優異的光、電、磁、熱和機械性能，在新材料領域和現代工業中有著廣泛的應用，主要用于信息產業的高品質集成電路陶瓷基片、發光二極管襯底材料、高壓鈉燈的透明氧化鋁管、人工晶體激光發生器的人工藍寶石、紅寶石、載體催化劑的涂層、高精度研磨材料及人工關節和骨骼、紅外吸收和發熱粉以及一些新興熒光裝飾材料等新材料領域的基礎材料。高純氧化鋁粉體已成為新材料產業中產量大、產值高、用途廣的高端材料產業之一。
[0003]目前，生產高純氧化鋁主要有以下幾種方法:
(I)改良拜耳法:采用拜耳法處理氫氧化鋁，通過改變氫氧化鋁的析出條件和漂洗煅燒來降低雜質的濃度制備高純氧化鋁，但增加工藝步驟，生產費用高、且雜質量不易控制。
[0004](2)銨明礬分解法:將硫酸鋁銨加熱至80_90°C時發生自溶解，繼續升溫逐步脫水，210°C左右脫去大部分結晶水550°C左右脫去NH3,900°C左右完全分解生成Y-Al2O3,1200°C左右轉至a -Al2O30制備過程中產生腐蝕性的氣體，具有能耗高和污染環境的問題。
[0005](3)水熱氧化金屬鋁:金屬鋁在高溫下(350°C-400°C)和高壓下(68-308大氣壓)下生成氧化鋁，這些條件需要高壓反應容器，且使金屬完全反應所需反應周期長。
[0006](4)有機鋁分解法:金屬鋁在非水條件下與醇反應生成醇鋁，醇鋁與水反應生成氫氧化鋁制備超微細高純氧化鋁，純度大于99%。此工藝需要較大量醇的庫存和蒸餾系統，操作時著火和爆炸的可能性大，同時產品的成本高。
[0007]
【發明內容】
[0008]針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種不用耗電、降低生產成本、消除污染、工藝簡單并可獲得高純度氧化鋁的電化學法生產氧化鋁的工藝。
[0009]為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括:
一種自發電電化學法生產氧化鋁的方法，其步驟包括:
(1)在具有陽極板的開放容器內放入鋁錠，再加入至少淹沒鋁錠的堿溶液進行電化學反應;
(2)招錠完全反應后對混合液體進行過濾除雜；
(3)對沉淀析出的氫氧化鋁漂洗4-8次，沖去殘存的堿溶液；
(4)將制得的氫氧化鋁經過烘干和焙燒得到氧化鋁。
[0010]進一步的，堿溶液選自氫氧化鉀、氫氧化鈉，濃度為35-50Wt%，其余為水。
[0011]進一步的，每次反應后的堿溶液經蒸發濃縮至濃度為35-50 wt%后反復使用。
[0012]進一步的，步驟(4)所述的烘干在隧道式烘爐或微波爐中進行，烘干溫度為120-180°C，烘干時間為2h?5h。
[0013]進一步的，步驟(4)所述焙燒在馬弗爐中進行，焙燒溫度為1000°C -1300°C，焙燒時間為2h?5h。
[0014]進一步的，所述的陽極板是由起催化作用的導電炭黑或石墨材料經燒結或粉末壓制或嗔涂、涂刷制成。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點包括:
(1)、本發明本身不需能源，加之工藝簡單，其成本比傳統的間接法可降低20%左右，t匕傳統的直接法還要低一些，但產品的品質均高于二者；
(2)、本發明沒有特別嚴格的工藝條件，只要使堿溶液淹沒鋁錠即可在陽極板的催化作用下進行反應，使用過的堿溶液經蒸發濃縮至原來濃度后還可反復使用，漂洗過的水經水處理后又能繼續使用，消耗量非常少；
(3)、因該發明是氧化還原反應，只需要空氣中的氧氣就足夠滿足反應條件，反應完全徹底，原料利用率可達100%，同時因該反應只有鋁和氧發生反應，過程中無其他物質參加和生成，所以廣品純度聞，再經精加工后可達99.99%以上；
(4)、因其生產工藝是較為封閉的自供能源系統，氫氧化鉀溶液經濃縮及漂洗用水經處理后均可反復利用，并無“三廢”排出，是一種無污染的環保生產工藝。
【具體實施方式】
[0016]鑒于現有技術中的不足，本案發明人經長期研究和大量實踐，得以提出本發明的技術方案。如下將對該技術方案、其實施過程及原理等作進一步的解釋說明。
[0017]實施例1
(I)、在一個具有陽極板的開放容器內放入10kg金屬鋁錠，再在容器內置入足夠淹沒招錠的氫氧化鉀溶液，氫氧化鉀溶液的濃度應為40%,其余為水或純凈水。這時,鋅便在由導電炭黑或石墨材料經燒結或粉末壓制或噴涂或刷涂制成的陽極板的催化作用下與空氣中的氧發生氧化還原反應并產生氧化鋁。
[0018](2)、為獲得高純度的產品,在完全反應后,排出氫氧化鉀溶液,對沉淀的氧化鋁用水或純凈水進行4-8次漂洗,沖洗掉殘存的氫氧化鉀溶液。
(3)、每次漂洗后要經一次過濾，第I次過濾所用的篩網為300目；第2次過濾所用的篩網為700目；第3次過濾所用的篩網為1200目；第4次過濾所用的篩網為1800目。以獲得高細度的氧化鋁。所說的過濾既可采用常壓式自然過濾，也可在3個兆帕的壓力下加壓過濾。
(4)、漂洗過濾完成后，將濕狀的氧化鋁送入隧道式烘爐或微波爐中進行，烘干溫度為150°C，烘干時間為3h，再在馬弗爐中進行，焙燒溫度為1100°C，焙燒時間為3h，即得到最終產物。
[0019]本工藝所說的反應為電化學反應，Ikg鋁錠完全反應后可產生I千瓦時的電量。該反應過程中產生的直流電經陽極板導出可供直流電器使用，或經逆變器成為交流電可供照明、動力使用。
實施例2 (I)、在一個具有陽極板的開放容器內放入50kg金屬鋁錠，再在容器內置入足夠淹沒招錠的氫氧化納溶液，氫氧化納溶液的濃度應為45%,其余為水或純凈水。這時,招便在由導電炭黑或石墨材料經燒結或粉末壓制或噴涂或刷涂制成的陽極板的催化作用下與空氣中的氧發生氧化還原反應并產生氫氧化鋁。
[0020](2)、為獲得高純度的產品,在完全反應后,排出氫氧化納溶液,對沉淀的氫氧化招用水或純凈水進行4次漂洗,沖洗掉殘存的氫氧化納溶液。
(3)、每次漂洗后要經一次過濾，第I次過濾所用的篩網為350目；第2次過濾所用的篩網為800目；第3次過濾所用的篩網為1400目；第4次過濾所用的篩網為2000目。以獲得高細度的氫氧化鋁。所說的過濾既可采用常壓式自然過濾，也可在2個兆帕的壓力下加壓過濾。
(4)、漂洗過濾完成后，將濕狀的氧化鋁送入隧道式烘爐或微波爐中進行，烘干溫度為160°C，烘干時間為3h，再在馬弗爐中進行，焙燒溫度為1200°C，焙燒時間為4h，即得到最終產物。
[0021]本工藝所說的反應為電化學反應，Ikg鋁錠完全反應后可產生約I千瓦時的電量。該反應過程中產生的直流電經陽極板導出可供直流電器使用，或經逆變器成為交流電可供照明、動力使用。
所說的氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉和招錠并沒有嚴格的比例，只要使氫氧化鉀或氫氧化鉀溶液淹沒鋁錠即可。由于所用容器為全開放式，所以有足夠的氧與鋁參加反應，原料利用率能達到100%。
上述反應結束后，將氫氧化鉀溶液加熱蒸發，進行濃縮還原，當濃度達到35-50%時可反復使用；所說的漂洗用水最好用純凈水，以保證氧化鋁的純度。漂洗過的水經水處理設備處理后還能投入再次使用。所以，消耗的氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液和水的用量很小。
所說的陽極板為導電炭黑或石墨，在該反應中只起催化作用，并不與任何物質發生化學反應。
根據實際測試，以日處理10噸鋁錠的規模計算，每天可產生I萬度直流電直接用于直流電器，或者逆變為交流電后完全可滿足該規模的生產、生活、辦公所需。
應當理解，上述實施例僅為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種自發電電化學法生產氧化鋁的方法，其特征在于其步驟包括: (1)在具有陽極板的開放容器內放入鋁錠，再加入至少淹沒鋁錠的堿溶液進行電化學反應; (2)招錠完全反應后對混合液體進行過濾除雜； (3)對沉淀析出的氫氧化鋁漂洗4-8次，沖去殘存的堿溶液； (4)將制得的氫氧化鋁經過烘干和焙燒得到氧化鋁。
2.根據權利要求1所述的自發電電化學法生產氧化鋁的方法，其特征在于堿溶液選自氫氧化鉀、氫氧化鈉，濃度為35-50wt %，其余為水。
3.根據權利要求1所述的自發電電化學法生產氧化鋁的方法，其特征在于每次反應后的堿溶液經蒸發濃縮至濃度為35-50 wt %后反復使用。
4.根據權利要求1所述的自發電電化學法生產氧化鋁的方法，其特征在于步驟(4)所述的烘干在隧道式烘爐或微波爐中進行，烘干溫度為120-180°C，烘干時間為2h-5h。
5.根據權利要求1所述的自發電電化學法生產氧化鋁的方法，其特征在于步驟(4)所述焙燒在馬弗爐中進行，焙燒溫度為1000°c-1300°c，焙燒時間為2h-5h。
6.根據權利要求1所述的自發電電化學法生產氧化鋁的方法，其特征在于所述的陽極板是由起催化作用的導電炭黑或石墨材料經燒結或粉末壓制或噴涂、涂刷制成。
【專利摘要】本發明公開了一種自發電電化學法生產氧化鋁的方法，在具有陽極板的開放容器內放入鋁錠，再加入至少淹沒鋁錠且濃度為35-50％的堿溶液進行電化學反應；鋁錠完全反應后對混合液體進行過濾除雜；對沉淀析出的氫氧化鋁漂洗4-8次，沖去殘存的堿溶液；將制得的氫氧化鋁經過烘干和焙燒得到氧化鋁。該工藝不但不消耗電能，在反應中還能產生電能，供生產、生活、照明使用；本發明工藝簡單，無“三廢”排放，無噪聲，且產品純度高，生產成本低，工藝條件寬松。
【IPC分類】C01F7-02, C25B1-00
【公開號】CN104692428
【申請號】CN201510071708
【發明人】戴祖新
【申請人】海門市潤圣紡織品有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月11日