一种球形低钠氧化铝粉体及其制备方法和应用与

本发明涉及氧化铝，具体涉及一种球形低钠氧化铝粉体及其制备方法和应用。背景技术：1、氧化铝的分子式为al2o3，按照其晶体结构分为α、γ、β、ρ、κ、δ、θ等多种晶型，其中α-al2o3是高温稳定晶型，具有熔点高、硬度大、强度高、耐磨性好、耐酸碱腐蚀性好等一系列优异的性能，被广泛应用于耐火材料、陶瓷、磨料和石油化工等行业。低钠氧化铝指na2o含量低于0.2％的氧化铝材料。2、目前球形氧化铝主要采用溶胶凝胶法、滚动成型法和油(氨)柱法等方法制备。溶胶凝胶法常以高纯铝、异丙醇铝或勃姆石为原料，通过水解缩聚、凝聚制备纳米氧化铝。该种方法存在原料昂贵、生产工艺复杂、生产成本高，产能小等缺点。滚动成型法是制备氧化铝载体与吸附剂方法之一，常用于水硬性物料的成型，但该法对原料适应性较差，产品表面光滑度差，操作环境较差，且由于制备的产品颗粒度大小不均从而应用有限。油(氨)柱法实际上采用的也是溶胶凝胶原理进行成型，但由于其成型需在较高温度条件下进行，能耗高，且存在固化速度慢、效率低的缺点，因此不利于工业化生产。另外，低钠氧化铝还可以采用碱法(烧结法或拜尔法)得到的氢氧化铝或氧化铝为原料，添加氟化铝、硼酸、萤石等，然后再高温熔烧使na2o挥发除去的方法生产。但其生产工艺较为复杂，且添加剂和高温的使用使生产成本提高，更重要的是，由于采用高温煅烧，容易导致粉末硬团聚，产物颗粒较大，尽管采用机械粉碎的方法可以降低其粒径，但粒度分布较宽，难以获得尺寸均匀的低钠球形亚微米级氧化铝产品。技术实现思路1、本发明的目的在于提出一种球形低钠氧化铝粉体及其制备方法和应用，产品结构、性能均一，经济高效，便于批量化生产，进一步经过球磨后，得到的微球大体呈均匀的类球形，且钠含量较低，具有广阔的应用前景。2、本发明的技术方案是这样实现的：3、本发明提供一种球形低钠氧化铝粉体的制备方法，采用超声波辅助溶胶凝胶反应制备多孔亚微米类球形氧化铝微球，经过蒸汽除钠、湿法除钠后，与硼酸和氯化铝混合均匀，回转窑烧制，制得亚微米类球形低钠氧化铝粉体。4、作为本发明的进一步改进，包括以下步骤：5、(1)多孔亚微米类球形氧化铝微球的制备：将铝盐、乳化剂、致孔剂溶于水中，加入络合剂，搅拌形成均匀的溶液，滴加入有机溶剂中，乳化，调节ph值，超声波处理，搅拌反应，离心，洗涤，干燥，煅烧，制得多孔亚微米类球形氧化铝微球；6、(2)一级除钠：配制硝酸溶液装入容器中，将步骤(1)制得的多孔亚微米类球形氧化铝微球放置于上层筛网，加盖并安装冷凝管，加热，蒸汽处理，降至室温，收集上层多孔氧化铝微球，洗涤，干燥，制得一级除钠的多孔亚微米类球形氧化铝微球；7、(3)二级除钠：将步骤(2)制得的一级除钠的多孔亚微米类球形氧化铝微球加入水中，调节溶液ph值，搅拌反应，离心，洗涤，干燥，制得除钠多孔亚微米类球形氧化铝微球；8、(4)晶粒调理剂的制备：将硼酸和氯化铝混合均匀，制得晶粒调理剂；9、(5)回转窑处理：将步骤(3)制得的除钠多孔亚微米类球形氧化铝微球和步骤(4)制得的晶粒调理剂混合均匀，加入回转窑内进行烧制，冷却至室温，球磨，制得球形低钠氧化铝粉体。10、作为本发明的进一步改进，步骤(1)中所述铝盐为硝酸铝或氯化铝，所述乳化剂选自吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80中的至少一种，所述致孔剂选自十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化钠、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化钠、十六烷基三甲基溴化钠中的至少一种，所述络合剂为柠檬酸或柠檬酸钠，所述有机溶剂为乙酸乙酯、石油醚或二氯甲烷，所述铝盐、乳化剂、致孔剂、络合剂、水和有机溶剂的质量比为10-13:0.5-1:0.3-0.5:9-12:100-120:300-500，所述调节ph值为6.9-7.1，所述超声波处理的功率为1500-2000w，时间为20-40min，所述煅烧的温度为600-700℃，时间为1-3h。11、作为本发明的进一步改进，步骤(2)中所述硝酸溶液的浓度为7-10wt％，所述加热的温度为85-95℃，蒸汽处理的时间为30-40min。12、作为本发明的进一步改进，步骤(3)中所述调节溶液ph值为6.5-6.7，所述搅拌反应的温度为35-45℃，时间为1-2h。13、作为本发明的进一步改进，步骤(4)中所述硼酸和氯化铝的质量比为6-8:3-5。14、作为本发明的进一步改进，步骤(5)中所述除钠多孔亚微米类球形氧化铝微球和晶粒调理剂的质量比为100:2-3，所述烧制的加热速度为10-15℃/min，升温至1350-1420℃，回转窑的转速为55-60s/r，烧制的时间为2-4h，以20-25℃/min降至室温，所述球磨的时间为1-3h。15、作为本发明的进一步改进，具体包括以下步骤：16、(1)多孔亚微米类球形氧化铝微球的制备：将10-13重量份铝盐、0.5-1重量份乳化剂、0.3-0.5重量份致孔剂溶于100-120重量份水中，加入9-12重量份络合剂，搅拌形成均匀的溶液，滴加入300-500重量份有机溶剂中，乳化，调节ph值为6.9-7.1，1500-2000w超声波处理20-40min，搅拌反应15-20min，离心，洗涤，干燥，600-700℃煅烧1-3h，制得多孔亚微米类球形氧化铝微球；17、(2)一级除钠：配制7-10wt％的硝酸溶液装入容器中，将步骤(1)制得的多孔亚微米类球形氧化铝微球放置于上层筛网，加盖并安装冷凝管，加热至85-95℃，蒸汽处理30-40min，降至室温，收集上层多孔氧化铝微球，洗涤，干燥，制得一级除钠的多孔亚微米类球形氧化铝微球；18、(3)二级除钠：将步骤(2)制得的一级除钠的多孔亚微米类球形氧化铝微球加入水中，调节溶液ph值为6.5-6.7，35-45℃搅拌反应1-2h，离心，洗涤，干燥，制得除钠多孔亚微米类球形氧化铝微球；19、(4)晶粒调理剂的制备：将6-8重量份硼酸和3-5重量份氯化铝混合均匀，制得晶粒调理剂；20、(5)回转窑处理：将100重量份步骤(3)制得的除钠多孔亚微米类球形氧化铝微球和2-3重量份步骤(4)制得的晶粒调理剂混合均匀，加入回转窑内进行烧制，加热速度为10-15℃/min，升温至1350-1420℃，回转窑的转速为55-60s/r，烧制的时间为2-4h，以20-25℃/min降至室温，球磨1-3h，制得球形低钠氧化铝粉体。21、本发明进一步保护一种上述的制备方法制得的球形低钠氧化铝粉体。22、本发明进一步保护一种上述球形低钠氧化铝粉体在电子材料、新能源、国防军工、航空航天领域中的应用。23、本发明具有如下有益效果：24、本发明采用超声波辅助溶胶凝胶反应以及乳液法制备多孔亚微米类球形氧化铝微球，超声波的空化效应与传统的搅拌技术结合，提高了实现介观均匀混合，消除局部浓度不均，提高反应速度，刺激新相形成，对团聚体起到剪切作用。本发明利用铝的可溶盐与柠檬酸或柠檬酸钠形成复合物，原料成本低，然后再加入的乳化剂作用下，滴加入不相容的油相后乳化形成油包水的纳米级微液滴，调节ph值使得形成微球凝胶，然后铝的可溶盐与柠檬酸或柠檬酸钠发生氧化还原反应，煅烧引起自蔓延燃烧，燃烧向四周推进直到凝胶粉末燃烧完，氧化还原反应可以在短时间放出大量热，直接得到亚微米类球形粒子，在致孔剂的作用下，得到多孔微球，提高了比表面积。25、硝酸具有很好的去除氧化钠的作用，在制备硝酸溶液中，经过加热形成硝酸蒸汽，与多孔微球接触，由于其多孔性，大大提高了微球与硝酸的接触面积，提高了脱钠效率，从而得到一级除钠的多孔亚微米类球形氧化铝微球，然后进行湿法除钠，调节浆料的ph值为6.5-6.7，微酸的环境能有助于氧化钠的脱除，但是ph值太低时，h+能够溶解氧化铝中的细微颗粒，形成溶胶，不利于固液分离及洗涤，造成滤饼中残留氧化钠较多，因此从工业生产的可操作性和经济性考虑，浆体的酸碱度设置为6.5-6.7。26、上述步骤制得的除钠多孔亚微米类球形氧化铝微球的钠含量较低，低钠氧化铝晶粒细小、有害杂质含量少，烧结活性较好。通过添加晶粒调理剂，包括硼酸和氯化铝，硼酸晶粒调理剂即可以进一步有效降低煅烧氧化铝的氧化钠含量，而氯化铝可以使氧化铝晶粒细化，从而制备得到合适大小的微球。27、回转窑具有生产效率高、能耗低等优势，且自动化程度高，已成为国外生产中、高档氧化铝的主要装备。本发明将除钠多孔亚微米类球形氧化铝微球和晶粒调理剂混合均匀，在回转窑中进行烧制，烧成过程中处于运动状态，在烧结过程中受热均匀，产品结构、性能均一，经济高效，便于批量化生产，进一步经过球磨后，得到的微球大体呈均匀的类球形，且钠含量较低，具有广阔的应用前景。