以高嶺土作為原材料來(lái)制備納米氧化鋁，不僅可以提取大量的白炭黑，還可以提高高嶺土資源利用率，實(shí)現(xiàn)高嶺土深加工，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
1、納米氧化鋁特性
納米氧化鋁粉粒徑尺寸范圍為1-100nm，具有特殊光電性、高磁阻、表面界面效應(yīng)、液相傳質(zhì)能量小和各種粉體材料共有的小尺寸效應(yīng)等特性，其在光吸收、磁介質(zhì)、濾光、LED藍(lán)寶石襯底、藍(lán)寶石窗口屏、鋰離子電池隔膜涂層、高端結(jié)構(gòu)陶瓷、催化劑載體、拋光材料、導(dǎo)熱材料等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
納米氧化鋁內(nèi)部含有多種晶型，不同晶型的特點(diǎn)也不同。α-Al2O3用于制備高機(jī)械強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高強(qiáng)度的陶瓷件，如磨料、模具、切削工具等；β-Al2O3具有良好的離子導(dǎo)電性，大量的β-Al2O3燒結(jié)體用于電池制備；γ-Al2O3活性高、比表面積大，被廣泛用作加氫脫硫和加氫催化劑、石油煉制催化劑、汽車(chē)尾氣催化劑等。
2、高嶺土提取氧化鋁工藝
采用高嶺土提取氧化鋁，即分離高齡土中的鋁和硅，形成二氧化硅、硅化物或者鋁鹽，根據(jù)硅、鋁分離過(guò)程中使用反應(yīng)劑的種類(lèi)，可分為堿熔法和酸熔法。
（1）堿熔法（拜耳法）
堿熔法亦稱(chēng)為拜耳法，主要用于制備工業(yè)化氧化鋁，該方法對(duì)高嶺土鋁硅比要求較高。在高溫條件下，堿和高嶺土中氧化鋁發(fā)生反應(yīng)得到鋁酸鈉漿液，利用鋁酸鈉溶液酸化得到溶膠或者沉淀，經(jīng)過(guò)鍛燒、干燥、洗滌等工序得到氧化鋁。
（2）酸熔法
酸熔法是指在高溫條件下高嶺土和活性強(qiáng)的酸性氧化物、有機(jī)酸或者無(wú)機(jī)酸發(fā)生反應(yīng)，在H+作用下，生產(chǎn)二氧化硅和可溶性鹽。通過(guò)酸溶性方法制備氧化鋁，其成本相對(duì)較高，操作工藝更加復(fù)雜，但所得氧化鋁中鈉離子含量較低，具有更廣泛的市場(chǎng)前景。
高嶺土經(jīng)過(guò)鍛燒后，其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可增大高嶺土活化能，加快氧化鋁酸溶。
3、納米氧化鋁粉體制備
采用酸溶法分離高嶺土中硅和鋁，通過(guò)堿法提純酸浸液，以提純后鋁鹽溶液作為原材料，采用碳酸鋁銨熱解法和勃姆石凝膠法制備納米氧化鋁粉體。
?。?）勃姆石凝膠法
勃姆石凝膠法是溶膠一凝膠法的一種，向提純后鋁酸鈉溶液中加入碳酸氫銨溶液，促進(jìn)AlO2-發(fā)生水解，生成Al（OH）3沉淀；向沉淀中滴加稀硝酸作為膠溶劑，制備得到AlOOH溶膠，經(jīng)過(guò)脫水得到凝膠，再通過(guò)干燥、老化、洗滌等工藝得到勃姆石干凝膠，粉碎鍛燒以后得到納米氧化鋁。
勃姆石凝膠制備中，體系pH的控制、分散劑的使用、反應(yīng)溫度、鍛燒溫度等對(duì)能否制備透明的勃姆石凝膠以及最終得到的粉體的性能有重要的影響。
研究表明：控制體系pH=7. 9，以PEG-6000為分散劑，在95℃水浴中反應(yīng)4h，可以得到結(jié)晶完全的勃姆石凝膠。勃姆石凝膠干燥粉碎后于1150℃熱處理2h可以得到分散較均勻，平均粒徑34nm的球形納米氧化鋁（α-Al2O3）粉體。
（2）碳酸鋁銨熱解法
碳酸鋁銨熱解法是一種常見(jiàn)的沉淀法，向鋁酸鈉溶液中添加適量的HCl，生成AlCl溶液并調(diào)整期pH值，然后添加碳酸氫銨溶液，產(chǎn)生碳酸鋁銨沉淀，經(jīng)過(guò)洗滌、干燥、鍛燒等工藝后，得到納米氧化鋁。
采用碳酸鋁錢(qián)熱解法制備納米氧化鋁粉體時(shí)AlCl3溶液的濃度、碳酸氫銨溶液的濃度、反應(yīng)物濃度比、分散劑的選用與添加量、沉淀的洗滌、干燥都會(huì)對(duì)粉體的粒徑和純度帶來(lái)影響。
研究表明：控制[AlCl3]=1.5mo1/L，[NH4HCO3] / [AlCl3]=10/3，反應(yīng)體系pH=9，分散劑PEG-6000添加量為2wt%，反應(yīng)時(shí)間為0.5h時(shí)可以得到結(jié)晶完全的碳酸鋁銨沉淀。沉淀物干燥洗滌后與1150℃熱處理2h可以得到顆粒大小均勻，分散性較好，平均粒徑10-20nm的納米氧化鋁（α-Al2O3）粉體，在此工藝條件下納米氧化鋁獲得率為97.25%。
對(duì)比勃姆石凝膠法和碳酸鋁銨熱解法可發(fā)現(xiàn)，采用碳酸鋁銨熱解法可制得粒徑更小，分散性更好的納米氧化鋁粉體。
4、高嶺土制備納米氧化鋁存在的問(wèn)題
以鋁量較高的高嶺土為原料制備納米氧化鋁，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：
（1）高嶺土中的雜質(zhì)礦物質(zhì)較多，其品質(zhì)受到影響，加大了浸出液提純難度；
（2）普通堿熔或者酸溶條件下，高嶺土殘?jiān)械难趸X含量非常高，鋁浸出率較低，這就導(dǎo)致高嶺土中鋁含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于浸取液中鋁含量，使得高嶺土制備納米氧化鋁成本較高。
?。?）采用無(wú)機(jī)酸處理高嶺土?xí)r，環(huán)境污染和安全生產(chǎn)問(wèn)題不容忽視。如鹽酸在酸浸反應(yīng)過(guò)程中大量鹽酸揮發(fā)，難以保證鹽酸濃度，并且酸浸過(guò)程中高濃度酸消耗量較大，使得鋁鹽中含有大量游離酸，鍛燒過(guò)程中產(chǎn)生大量有害氣體，一方面對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染，另一方面操作過(guò)程中容易自燃，不能用于工業(yè)化生產(chǎn)。
5、結(jié)語(yǔ)
目前，國(guó)內(nèi)納米氧化鋁市場(chǎng)容量約5000噸；隨著新能源、視窗材料的發(fā)展，下游需求在未來(lái)2-3年內(nèi)有望迎來(lái)爆發(fā)增長(zhǎng)。
長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，中國(guó)納米氧化鋁在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力與國(guó)際先進(jìn)國(guó)家仍存在著較大差距，高嶺土制備納米氧化鋁技術(shù)在細(xì)度、純度和工藝技術(shù)等方面還需要進(jìn)一步改進(jìn)。目前，國(guó)內(nèi)下游高端廠商主要依賴(lài)進(jìn)口。據(jù)了解，進(jìn)口價(jià)格比國(guó)內(nèi)相同產(chǎn)品高出30%以上，國(guó)內(nèi)進(jìn)口替代空間巨大。
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