[发明专利]采用碳氮共渗处理氧化铝连续制备氮化铝的方法

说明书

本发明的内容是采用碳氮共渗处理氧化铝连续制备氮化铝的方法。

人们知道用流化床反应器由碳氮共渗处理氧化铝制备氮化铝的方法(例如参见欧洲专利申请0,266,927、日本专利申请63.297205和英国专利申请87.00208)。

人们还提出过在旋转炉中进行反应(例如参见日本专利申请62.278109、62.20030和61.74635)。

人们也曾提出在配备一组移动斗的竖窑(例如参见欧洲专利申请0,272,377)或配备固定斗的竖窑(日本专利1,290,562)制备氮化铝。

这些不同的工艺具有一些缺陷。

一方面，因为这些反应器的有效体积往往很小，所以这些工艺一般只保证有限的单一生产和有限的生产能力。

另一方面，所得到的产品的特征一般在于因反应物在窑中的停留时间内分布很宽而不均匀。连续运行的旋转炉和流化床反应器尤其是如此。

还曾提出在一种连续操作的或运行的流(移)动床反应器中进行反应(参见欧洲专利申请0,519,806和申请WO92/16467)。这些方法可以每小时生产近1公斤，甚至几公斤氮化铝，然而，这些反应器的生产能力仍然是低的。

不言而喻，这些缺陷可造成很多困难，并且经常需要提高工厂的生产能力，同时保持高产量和高的产品均匀性。

因此，本发明提出一种采用碳氮共渗处理氧化铝连续制备氮化铝新方法，该方法的特征在于该反应是在一种其反应区由至少一根管道构成并且具有交换表面面积/容积之比为5m^-1～150m^-1的反应器中进行的，优选地，该比率为10m^-1～50m^-1。

至于反应区，在这里人们可理解为反应器的区域，该区域具有适于氧化铝的碳氮共渗反应的温度，一般地，该温度为1350～2000℃。

至于交换表面面积，在这里人们可理解为反应区内一根或多根管道内壁的表面面积。

附图1为反应器中多根管道配置的一些例子。

根据该方法的第一种实施方式，氧化铝、碳和氮之间的反应在一个通过连续进料而连续操作的反应器中进行。

根据另外一种优选的方式，氧化铝、碳和氮之间的反应可在流动床反应器中进行。

在第一种实施方式中，使用一种由至少一根直管构成的可通过连续进料操作的反应器，该直管一般为石墨制成，并且希望以基本垂直的方式操作。反应器是颗粒进料，该颗粒是通过成型由氧化铝和碳的混合物制成的糊状物所得到的，优选地，在该混合物中加入粘合剂，尤其是需要加快该糊状物的制备时，该粘合剂有能力作为一种或多种补充原料的载体。

至于粘合剂，在这里人们可理解为能赋予颗粒具有与本发明方法相适应的机械强度的任何产品。一般地，通过测定抗碎强度与磨损损失确定该机械强度。

当该粘合剂是由热解时能生成碳的热固性树脂构成时，调节碳与热固性树脂的比例以便使颗粒同时具有足够的孔隙率与机械强度。

碳黑提供的孔体积有利于碳氮共渗速率以及树脂与颗粒的结合。

热固性树脂最好选自酚醛树脂水溶液，但不言而喻，其它树脂如环氧树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂都可使用。

碳黑可以在很大范围选择，只要碳黑颗粒平均直径是0.5～10μm，优选为1～5μm，而且它们的孔体积至少是0.3cm³/g。纯粹作为说明可列举乙炔碳黑，它的孔体积可以达到10cm³/g。

关于氧化铝，应选择高纯度的氧化铝，优选其颗粒大小与碳黑颗粒大小具有相同数量级。为了制备糊状物(或颗粒)和由于均匀的原因，使用诸如聚丙烯酸铵盐类的分散剂可能是有利的。

在制粒中，一般使用的总碳量，即原料碳与由热固性树脂生成的碳，等于或超过碳氮共渗反应的化学计算量(C/Al₂O₃＝3)：该超过量可达100％，优选为0～50％。

这些进料颗粒的抗碎强度一般为0.2～3MPa(根据“BulkCrushing Strength”法-Shell法测定的)，磨损损失一般低于15％。这种磨损损失是按照下述方法测定的，该方法是将25g颗粒放进一密闭的圆柱金属管内(内径36mm，长305mm)，将所述的管固定在旋转支持件上，以使支持件的旋转轴通过管长的中点。在25rpm速度处理1小时后，得到的固体经筛分(425μm筛)，回收细粉并称重。