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气相氧化铝的制备方法及应用前景
发表于:2017-09-14 09:19 分享至:

摘要

概述了国内外气相氧化铝的主要制备方法及现状,介绍了气相氧化铝的性质以及在节能照明、喷墨、粉末涂料、催化、陶瓷、电子信息、复合材料、保温隔热等领域的应用,简述了气相氧化铝的市场需求及发展前景。

无机纳米材料具有小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等许多独特的性能而被广泛应用于声、光、电等诸多领域中,气相氧化铝具有颗粒细、纯度高、光学性能好、可分散性好和表面带正电等特性,在节能照明、催化、功能陶瓷、粉末涂料等领域具有广阔的应用前景。

我国高品质的无机纳米材料相对落后,尤其是功能性无机纳米粉体材料更为突出,90%以上依赖进口。目前产业化的无机纳米材料主要有纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化锌等,但采用气相法工艺生产的高品质纳米粉体材料甚少,目前气相法氧化铝的制备核心技术和市场主要由德国、美国两大公司控制。我国的气相氧化铝工业起步晚,目前能真正产业化生产气相氧化铝的公司主要是广州吉必盛科技实业有限公司,广州吉必盛公司掌握了具有自主知识产权的气相氧化铝的核心技术,但由于起步比较晚,我国气相氧化铝的生产与国外成熟技术相比还有很大的差距。

1 气相氧化铝的制备方法

目前气相氧化铝的生产技术在国外已经得到充分的发展和开发,有些技术已实现规模化生产。气相氧化铝的制备方法有如下几种:

1.1 热解法( 化学气相沉积法)

 化学气相沉积法是使AlCl3固体在远离热力学计算的临界反应温度条件下,形成很高的过饱和蒸汽压,与氧气和氢气燃烧生成的高温水蒸气反应形成氧化铝,使其自动凝聚形成大量的晶核; 这些晶核在加热区不断长大,聚集成颗粒;随着气流进入低温区,颗粒长大,聚集、晶化停止;最终在收集室内收集到粉末。气相法优点是反应条件易控制、产物易精制,可控制反应气体来得到少团聚或不团聚的超细粉末,颗粒分散性好、粒径小、分布窄。其化学反应方程式为:

2AlCl3 + 3H2 + 1.5O2 = Al2O3 + 6HCl

热解法是目前最为成熟和已形成大规模生产的气相氧化铝生产技术,这种特殊的生产工艺主要是由赢创德固赛公司在60多年前发明的,目前广州吉必盛也是采用这种方法制备气相氧化铝,其具体制备工艺见图1。

氧化铝空心球制品

1.2、 蒸发凝聚法

通过等离子体、激光蒸发、电子束加热、电弧加热等方式将物质变成气体,使之在气体状态下发生物理或化学反应,最后在冷却过程中凝聚长大形成超细微粉。例如下列法化学反应方程式:

刚玉砖

1.3、激光诱导气相沉积法

利用充满氖气、氙气和HCl 的激光激发器提供能量,产生一定频率的激光,聚集到旋转的铝靶上,熔化铝靶产生粉末。该方法通常采用激光器,加热速度快,高温驻留时间短,冷却迅速,反应中心区域与反应器之间被原料气体隔离、反应污染小,此方法具有表面清洁、无粘结、粒度分布均匀、可精确控制等优点,但此方法制备的气相氧化铝成本较高,产率较低,不适于工业化生产。

1.4、等离子气相合成法

等离子气相合成法主要是通过加热气体使之变为等离子气体,在等离子气体气氛下使铝盐与空气反应,最后骤冷产物凝聚成微小颗粒,生成的氧化铝产物在反应容器的壁上收集。等离子气相法的主要优点在于等离子的高温和反应的高焓可以使不易反应的物质反应。韩世忠等采用等离子气相合成法制备了平均粒径为5. 6nm 的纳米氧化铝粉末。

2、气相氧化铝的性质

气相氧化铝外观为白色蓬松洁净粉体,原生粒径在10~30nm,聚集体尺寸为0.1~ 0.2μm,粒径小且均匀,分散性好,由于使用的原材料完全来自化学反应,使得气相氧化铝产品纯度超过99. 6%,其结构与制备工艺与普通超细氧化铝具有明显差异,因此也具有普通超细氧化铝无法比拟的性质。其主要技术指标见表1。

氧化铝空心球制品

3、气相氧化铝的市场和前景分析

纳米材料是当今新材料领域最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象,也是纳米科技最为活跃的重要组成部分。我国目前对纳米氧化铝粉体需求量每年达万吨以上,世界市场对氧化铝的年需求量增长为5. 8%,国内市场对其年需求量增长为9. 5%。随着科技技术的迅速发展,气相氧化铝在各个领域将发挥更大的作用,我们可以预测它的需求量将逐步上升。

淄博市周村万达特种耐火材料厂经过多年的技术攻关,通过自主创新终于研发出一种热解法制备高纯气相氧化铝的制备方法及生产工艺,建成了200吨/年生产线,实现了氧化铝国产化的目标,打破了国外的技术垄断。该技术的国产化对中国的节能照明产业具有重要的战略意义,同时项目的建设对于广东地区乃至全国下游气相法氧化铝应用产业的发展具有相当大的促进作用,对气相纳米粉体的制备技术及应用前景具有重要作用。


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