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从“高纯铝”到“高纯氧化铝”,直接水解法还能继续优化!

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从“高纯铝”到“高纯氧化铝”,直接水解法还能继续优化!

高纯氧化铝一般来说是指纯度达到99.99%(4N)以上的氧化铝,具有良好的烧结性能以及普通氧化铝粉无法比拟的光透率、电磁稳定性、热稳定性和机械性能,是一种重要的光电功能材料。正因此,高纯氧化铝不仅产品系列化程度和延伸空间大,与其他高新技术产业的关联度更大,被誉为21世纪以来新材料产业中产量大、产值最高、用途最广的尖端材料之一,前景被极为看好。但是甘蔗没有两头甜,目前制备高纯氧化铝的常见技术,如改良拜耳法、无机铝盐热分解法、水热合成法等都不同程度地存在着成本高、工艺过程复杂、污染环境的缺点。

CAC2023展上,上交赛孚尔(包头)新材料有限公司展示了采用高纯铝水解法制备的高纯氧化铝系列产品性能达到了国际先进水平,并且在绿色环保方面取得重大成就。经营部主管魏强先生不仅向小编讲述介绍了开发该项技术过程中的细节故事,并且也还透露了公司雄心勃勃的规划愿景。

简单说,赛孚尔采用的高纯铝水解法是在高纯铝提纯技术的基础上,对直接水解法绿色氧化铝制备技术进行了优化。



原料——采用6N级高纯铝提升产品性能

魏主管表示:“高纯铝水解法制备高纯氧化铝对于原材料高纯铝的纯度要求极高,所以首先,我们制备在高纯氧化铝时,在原料端进行严格把控,采用了本单位生产的6N级超高纯铝锭作为原材料。据我所知,目前国内只有极少数厂家够生产纯度达99.999%(5N级)的高纯铝,在国际市场上,能成产5N(99.9993%)以上高纯铝产品的也仅有德国海德鲁铝业、美国铝业、俄罗斯铝业、日本昭和铝业和住友化学等国际著名企业。本单位运用定向凝固法生产的6N超高纯铝锭弥补了国内该项技术空白,在国际上也处于领先地位。以该6N级超高纯铝锭为原材料,我们自主研发了性能可对标日本住友化学的4N5、5N5的高纯氧化铝,实现了国产自主替代。可用于制作人造宝石、分析试剂以及纳米级催化剂和载体等。”

高纯铝水解法制备高纯氧化铝

Ps:定向凝固法是通过强制冷却或加热的方法,在凝固金属样未凝固熔体中建立起沿特定方向的温度梯度,使熔体在气壁上形核后沿着与热流相反的方向,按要求的结晶取向进行凝固,排除杂质元素的技术。高纯铝的生产过程主要是利用电磁搅拌技术,对处于固液临界状态的液相进行强制性的搅拌以降低临界状态液相中溶质富集层的厚度,有利于溶质的扩散,提高提纯的效率,使晶体不断生长,然后得到高纯铝。

定向凝固法生产高纯铝装置示意图(左)

提纯后直径80mm高纯铝锭距底部不同距离处断面图(右)


工艺优化——实现更高产能

高纯铝水解法制备高纯氧化铝是利用活性较高的金属铝与水反应生成氢氧化铝,产物经过干燥、高温煅烧后制得高纯氧化铝的一种方法。通常来说,水解反应得以发生的原因在于物质具有较高的化学活性,然而单质铝与水很难发生水解反应,所以该方法最关键的技术就是需对单质铝进行活化,使其形成具有较高的化学活性及表面能的非平衡态晶体或准晶相,进而与去离子水发生水解反应。

高纯铝水解制备高纯氧化铝化学方程式

魏主管介绍,过去高纯氧化铝在水解环节产生的废水无法再利用,而现在,该工序经赛孚尔优化后脱水废液回用率达到了100%,从铝到氧化铝的一次转化率也由此提升了20%。而在氧化铝前驱体的脱水过程中,赛孚尔实现了由“滤布过滤”到“自体过滤”的转化,使脱水过程的物料损失率由原来的5%降低到了1%以内。焙烧时的耗电量比过去也减少了7.7%,用水量减少了15%。从整个生产过程来看,优化后的工艺做到了节能环保的同时,原料利用率也大幅提高。目前,赛孚尔已在包头形成800吨的年产能,在年底,预计将实现年产能1800吨的目标。


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