[发明专利]一种金属铝制备超细刚玉粉的方法

说明书

本发明公开了一种金属铝制备超细刚玉粉的方法。直接以金属铝粒为原料，在热球磨机中于温度300～800℃的条件下用水蒸气进行氧化，生成氧化铝，同时利用球磨机的球磨作用使刚生成的氧化铝从铝粒表面剥离，并完成细磨，之后直接从球磨机另一端流出氧化铝粉，此氧化铝粉经高温转型后得到性质稳定的α‑Al₂O₃刚玉粉，按等级需要分级后产出不同粒度的超细刚玉粉产品。本发明与传统工艺相比，具有反应流程短、产品粒度细、试剂消耗少等优点。

技术领域

本发明属于材料冶金领域，更具体的，涉及一种金属铝制备超细刚玉粉的方法。

背景技术

超细刚玉粉制品具有良好的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性能，广泛应用于冶金、化工、电子、航天以及医学等领域，是制造耐火材料、集成电路、宝石、隔膜电池、荧光粉的关键原料，而这些产品均对刚玉粉的粒度、纯度和形貌提出了较高要求，目前超细刚玉粉的制备主要通过湿化学过程，包括水解法、沉淀法、溶胶-凝胶法、拜耳法、醇盐法、微乳液法、电化学法等方法，另外还有少量采用气相法、固相法制备。

湿化学法的共同特点是在溶液中先合成不溶铝盐前驱体，再通过煅烧或不经煅烧而得氧化铝，区别在于所采用的溶液体系和分散方法不同。中国专利 CN101863501A“一种用氯化铝溶液生产超细氢氧化铝、氧化铝的方法”和中国专利CN106348324A“一种超细氧化铝抛光粉的生产工艺”均属于此类方法，都需要制备铝盐前驱体，流程长；固相法有机械粉碎法、燃烧法、热分解法和非晶晶化等方法，主要是将铝或铝盐煅烧，发生固相反应产出氧化铝的方法，是直接高效的方法，但金属铝在表面氧化后形成了致密氧化膜，阻止了其进一步氧化；而气相法克服了这一问题，气相氧化法采用等离子体、激光蒸发、电子束、电弧加热等方式把金属铝加热蒸发成蒸汽后再氧化，但过程能耗高、设备复杂。

开发出操作简单、成本低廉、产品高质的超细刚玉粉制备方法成为其应用关键问题。从简化流程考虑，金属铝直接氧化是制备氧化铝最直接的方法，但问题是氧化膜的钝化作用使金属进一步氧化变得困难，且空气氧化慢，只有及时剥去氧化层才能使氧化反应不断进行下去，而球磨可达到此效果。因此，本专利提出了一种由金属铝制备超细刚玉粉的方法，在加热状态下采用活性高的水蒸气对金属铝进行氧化，并同步进行球磨，实现铝的快速氧化、氧化物层剥落和氧化产物细化，过程经济高效、清洁高质。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提出了一种金属铝制备超细刚玉粉的方法，采用热球磨机作为反应设备，完成金属铝的快速、低温氧化和氧化铝同步细化、活化以及后续高温转型实现超细氧化铝向刚玉粉的转型，本发明方法经济高效、稳定可控。

本发明还提供适用于上述生产方法的生产系统。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种热球磨氧化制备超细活性氧化铝粉末的方法，以金属铝粒为原料，在热球磨机中于温度300～800℃和通入水蒸气的条件下进行热球磨氧化，同时进行球磨，使刚生成的氧化铝从铝液表面剥离，并完成细磨，热球磨氧化完成后得到超细氧化铝粉，经高温转型后得到刚玉粉。

本发明热球磨机内室反应温度为300～800℃。如下化学式所示，金属铝易制被水蒸气所氧化生成氧化铝和氢气，从附图3 中可以看出，该反应的吉布斯自由能变值在0～1000℃范围内均在-700kJ/mol以下，且随着温度升高而升高，因此反应温度不易过高。但是生成的氧化铝覆盖在金属铝的表面，阻碍氧化反应的进一步进行。

2Al+3H₂O(g)＝Al₂O₃+3H₂(g)

在工艺过程中选择合适的反应温度尤为重要。该方法中的反应温度为 300～800℃，铝的熔点为660.4℃，本发明方法存在0～140℃的过热度，可保证铝粒的完全氧化反应的动力学所需。因该反应为放热反应，过高的温度对氧化程度的提高影响不利，且提高能耗。