1.本发明涉及生物基碳材料领域，尤其涉及一种提高生物质基硬碳收率的制备方法。
背景技术：
2.纳米级
氧化铝粉由于具有高纯度、活性高、原晶粒度细等优点，在高纯氧化铝陶瓷、微晶耐磨陶瓷、研磨抛光剂以及
锂电池隔膜等市场容量巨大的行业得到广泛应用，尤其是氧化钠含量低于0.2wt%、氧化铝原晶粒度0.5μm以下的纳米级氧化铝粉备受行业青睐。
3.目前纳米级氧化铝粉的主流生产工艺主要有两种，一种是化学法，其产品品质优，原晶粒度小，纯度可以实现99.9%以上，但是成本高产量小，对工艺设备、环保设施要求较高;一种是工业氧化铝或者
氢氧化铝的热处理加工，将工业氧化铝或铝氧化合物进行深加工，通过隧道窑高温煅烧，工艺简单、产量大、成本低，但是氧化铝粉原晶粒度较粗，原晶尺寸波动范围大，影响了其在高端产品中的广泛应用，另外此方法能耗偏高，废气排放量大。
4.微波烧结技术被誉为“21世纪新一代烧结技术”，与常规烧结技术相比具有升温速度快、能源利用率高、加热效率高和安全卫生无污染等特点，能提高产品的均匀性和成品率，改善被烧结材料的微观结构和性能。采用微波烧结处理氧化铝粉具有工艺简单，原晶均匀细小，节能等特点，十分适用于工业化生产，近年来也得到了广大专家学者的重视。
5.中国专利cn108977883a公开了一种采用微波烧结制备多孔氧化铝单晶材料的方法，以聚乳酸(pla)填充氧化铝粉体,微波烧结1200～1500℃,获得多孔氧化铝单晶材料，产品为多孔型氧化铝，且需要3d打印适用范围小。中国专利cn109205648a，公开了一种利用添加晶种和微波煅烧制备超细氧化铝粉体的方法，将前驱体粉末和α-al2o3晶种混合均匀，微波加热至1050～1200℃,得到氧化铝粉，其采用硫酸铝铵为前驱体添加100-200nm氧化铝晶种，析晶过滤洗涤再煅烧，晶种大于100nm不适用于纳米级粉体，且洗涤过程耗水量高。中国专利cn113479918a公开了一种纳米球形α-氧化铝粉体制备方法，将球形无定形氧化铝前驱体和纳米铝粉通过研磨再进行，950～1030℃微波加热煅烧改善球形α-al2o3粉体的分散性和均匀性，其生产步骤较复杂且烧结采用反应釜微波水热法大批量生产成本高。中国专利cn113200558a，描述了一种微波煅烧生产微晶α-氧化铝的生产工艺。向氧化铝原料中加入复合矿化剂并混合均匀，加入吸波剂球磨，再挤压制坯；进行微波窑烧结，粉碎得到微晶α-氧化铝，其原晶粒度介于0.1-1.5μm，其湿磨处理料的d50粒径介于5-30μm， 200目筛余量≤5% ，工业氧化铝原粉容易水化，研磨过程中极大增加表面积，浆料粘稠，研磨效率较低，另外氧化铝生坯的成型压力介于0.5mpa-60mpa，压力过高会导致烧结晶粒粘结，不易破碎，或者破碎粉料颗粒较粗。中国专利cn101891225a，公开了一种用工业湿氢铝生产低钠高温氧化铝的方法。将工业湿氢氧化铝、分散剂和复合添加剂充分混合供给回转窖或隧道窑中进行煅烧，加热温度1350℃以上，烧结时间为1-8小时；可以生产出氧化铝含量大于99.5％、氧化钠小于0.1％、原晶粒度0.5-6μm，转相率大于96％的优质高温氧化铝产品；其采用回转窑煅烧温度控制精度与产品均匀性相对较差，晶粒生长不均匀导致氧化铝原晶粒度范围宽颗
粒大。
6.这些专利所述的方法，显示出纳米级氧化铝制备过程存在设备投入大工序复杂不适合量产，添加晶种要求高，洗涤水耗高，工业氧化铝研磨效率低，压坯压力大，氧化铝产品原晶尺寸范围较宽等缺点，产品生产与应用性能受限，对于微晶氧化铝粉，特别是针对α-氧化铝粉中氧化钠含量≤0.2%，氧化铝晶粒为纳米级的制备方法并未见报道。
技术实现要素：
7.本发明的目的是提供一种低成本纳米氧化铝粉的制备方法。
8.本发明的创新点在于本发明通过气力粉碎机处理微波热处理的氧化铝粉，通过集料罐收集获得纳米α相氧化铝粉氧化钠含量≤0.2%，氧化铝晶粒大小在5nm~0.5μm，氧化铝粉的晶粒达到纳米级，无需经过湿法研磨工序处理，十分适用于工业化生产，成本低性能好。
9.为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种低成本纳米氧化铝粉的制备方法，包括以下步骤：（1）将工业γ氧化铝粉造粒得到造粒粉；（2）将造粒粉通过微波烧结窑炉热处理获得α相氧化铝粉；（3）将α相氧化铝粉粉碎，获得成品。
10.进一步地，所述工业γ氧化铝粉中氧化钠含量≤0.5wt%、氧化铝含量≥98wt%，工业γ氧化铝粉粒度≤500微米。
11.进一步地，所述工业γ氧化铝粉造粒的造粒方式为糖衣机滚动法造粒。
12.根据权利要求3所述的低成本纳米氧化铝粉的制备方法，其特征在于，糖衣机滚动法造粒时，边滚动边喷洒粘结剂溶液与添加工业γ氧化铝粉，直至滚动成型粉料颗粒长大至0.6~1.0mm出机。
13.进一步地，所述粘结剂溶液由pva、cmc、腐植酸、聚丙烯酰胺中的一种或几种配置而成。
14.进一步地，所述步骤（2）中的微波烧结窑炉为微波加热式辊道窑或微波加热式隧道窑；微波烧结窑炉设有急冷带。
15.进一步地，所述步骤（2）中微波烧结窑炉的烧结曲线为：50~150℃下保持15~60min，150~500℃下保持60~150min ，500~800℃下保持30~120min，800~1350℃下保持30~120min；然后经过急冷带15~45min将温度快降至315~500℃；再通过缓冷带150~240min将温度降至室温。
16.进一步地，所述步骤（3）中粉碎时通过气力粉碎机粉碎，所述气力粉碎机的进气压为6~10atm，气力粉碎机的分级轮转速为2500~4500r/min。
17.本发明的有益效果是：1、由于工业氧化铝颗粒是由若干簇状单元按照一定顺序组成的颗粒体，簇状单元内部为层状排布，煅烧后层与层之间呈现较为明显的裂纹，若直接进窑烧成会导致冷却风将部分氧化铝吹散残留在窑内，晶粒异常长大，残留粉较多时会掉落到正常产品中，造成氧化铝原晶粒度范围明显变宽。本发明中造粒的大颗粒氧化铝粉在急冷降温阶段不会被风吹扬，避免了风管堵塞，降低料耗，提高粉料收率。
18.2、本发明中α-al2o3相变以固相传质为主，成核与一次晶体生长是同时发生的，造粒后氧化铝粉致密度高，原子扩散速率加快，所以相变过程加快，可在短时间和较低的温度条件下实现较高的相转率。
19.3、本发明中由于工业氧化铝粉主要为板状、层状，若不造粒微波直接烧结，会导致比表面积明显增大，气孔率也急剧增加，容易吸收大量的气体阻碍颗粒之间的接触，提高颗粒的原子扩散距离，阻碍烧结，本发明采用造粒后的颗粒致密度高，微波烧结更容易，均匀性更好。
20.传统的α-al2o3由原料经燃气窑炉高温煅烧而成，火焰形状直接影响到物料的烧成温度和烧成时间，生产时火焰稳定性要求高，操作人员对是该过程的关键，人为因素影响大易造成物料局部高温，部分晶粒异常长大，严重影响产品的整体质量，本发明采用微波加热方式，可以实现窑炉温度精准稳定控制，α-al2o3晶粒成核与生长均匀，粒径分布范围窄，同时还具有能源利用率高、加热效率高和安全卫生无污染等特点，微波热处理升温与降温速率均较快，实现α-氧化铝纯度更高、晶粒更加均匀、粒度范围更窄，而且大大降低生产能耗，低污染。
21.4、本发明采用微波加热的特定烧结工艺，低温阶段50℃~150℃用时15~60min，实现工业氧化铝造粒颗粒中大部分自由水的蒸发、氧化铝与粘结剂分子、水分子的水合均化与羟基化，增强微波烧结在低温段的耦合性；150℃~500℃用时60~150min，此温度段实现氧化铝粉结构水的脱除，形成活性氧化铝；500℃~800℃用时30~60min，此阶段工业氧化铝完全脱水，na2o开始与形成的活性氧化铝反应生成na2o
·
α-al2o3，微波加热升温速率快降低na2o反应时间；800℃~1350℃，用时30~120min，此阶段随着温度升高，na2o
·
α-al2o3分解后的na2o蒸汽与α-al2o3反应逐渐形成naal7o11，最终形成高铝酸钠naal11o17，由于工业氧化铝造粒后致密度高、微波烧结升温快，内外粉料均匀受热，na2o快速汽化排除，残余量少，同时实现α-al2o3的相变与生长，细小的晶粒发育长大，晶粒间结合较为紧密，单晶颗粒较为细小。高温段温度范围为950~1350℃，高温段保温时间为30~120min，此温度段实现氧化铝粉的完全相变与均匀生长。通过此烧结工艺几乎所有的小晶粒都已经长成了三维的小颗粒状，且晶粒大小均匀，晶粒与晶粒之间的缝隙较大，没有彼此相连形成的蠕虫状连体结构；造粒颗粒煅烧后裂纹多，裂纹深度深，颗粒间的晶粒结构容易打散、打碎，形成纳米级的粉末。
22.5、本发明通过气力粉碎机处理微波热处理的氧化铝粉，通过集料罐收集获得纳米α相氧化铝粉氧化钠含量≤0.2%，氧化铝晶粒大小在5nm~0.5μm，氧化铝粉的晶粒达到纳米级，无需经过湿法研磨工序处理，十分适用于工业化生产，成本低性能好，与同质产品相比市场竞争力更强，满足中高端氧化铝材料市场需求，具有显著的经济效益和社会效益。
23.6、本发明将工业氧化铝粉通过滚制法造粒，使工业氧化铝粉致密化降低孔隙率，利用粘结剂中的羟基等极性分子结构，增强粉料在低温下与微波的耦合性，可实现低温段快速升温。
附图说明
24.图1为实施例1成品的sem图。
25.图2为实施例2成品的sem图。
26.图3为实施例3成品的sem图。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
28.实施例1：一种低成本纳米氧化铝粉的制备方法，将工业γ氧化铝粉造粒得到造粒粉；工业γ氧化铝粉中氧化钠含量为0.5wt%、氧化铝含量为98wt%；工业γ氧化铝粉粒度≤500微米。工业γ氧化铝粉造粒的造粒方式为糖衣机滚动法造粒；糖衣机滚动法造粒时，边滚动边喷洒粘结剂溶液与添加工业γ氧化铝粉，直至滚动成型粉料颗粒长大至0.6mm出机。粘结剂溶液由pva配置而成。
29.将造粒粉通过微波烧结窑炉热处理获得α相氧化铝粉；微波烧结窑炉为微波加热式辊道窑；微波烧结窑炉设有急冷带；微波烧结窑炉的烧结曲线为：50~150℃下保持15min，150~500℃下保持60min ，500~800℃下保持30min，800~1350℃下保持30min；然后经过急冷带15min将温度快降至315℃；再通过缓冷带150min将温度降至室温。
30.将α相氧化铝粉粉碎，获得成品。粉碎时通过气力粉碎机粉碎，气力粉碎机的进气压为6atm，气力粉碎机的分级轮转速为2500r/min。
31.通过xrf测试成品氧化钠含量为0.17%。
32.本实施例制备的低成本纳米氧化铝粉sem图见图1，由图1可以看出，氧化铝晶粒细小均匀，氧化铝晶粒大小在0.05~0.5微米范围内，纳米氧化铝粉平均0.371μm，粒径测试方法检测标准为gb/t26824-2020纳米氧化铝。
33.实施例2：一种低成本纳米氧化铝粉的制备方法，将工业γ氧化铝粉造粒得到造粒粉；工业γ氧化铝粉中氧化钠含量为0.4wt%、氧化铝含量为98.5wt%；工业γ氧化铝粉粒度≤500微米。工业γ氧化铝粉造粒的造粒方式为糖衣机滚动法造粒；糖衣机滚动法造粒时，边滚动边喷洒粘结剂溶液与添加工业γ氧化铝粉，直至滚动成型粉料颗粒长大至0.8mm出机。粘结剂溶液由cmc配置而成。
34.将造粒粉通过微波烧结窑炉热处理获得α相氧化铝粉；微波烧结窑炉为微波加热式隧道窑；微波烧结窑炉设有急冷带；微波烧结窑炉的烧结曲线为：50~150℃下保持40min，150~500℃下保持100min ，500~800℃下保持80min，800~1350℃下保持80min；然后经过急冷带25min将温度快降至400℃；再通过缓冷带200min将温度降至室温。
35.将α相氧化铝粉粉碎，获得成品。粉碎时通过气力粉碎机粉碎，气力粉碎机的进气压为8atm，气力粉碎机的分级轮转速为3500r/min。
36.通过xrf测试成品氧化钠含量为0.14%。
37.本实施例制备的低成本纳米氧化铝粉sem图见图2，由图2可以看出，氧化铝晶粒细小均匀，氧化铝晶粒大小在0.05-0.5微米范围内，纳米氧化铝粉平均0.353μm，粒径测试方法检测标准为gb/t26824-2020纳米氧化铝。
38.实施例3：一种低成本纳米氧化铝粉的制备方法，将工业γ氧化铝粉造粒得到造粒粉；工业γ氧化铝粉中氧化钠含量为0.3wt%、氧化铝含量为99wt%；工业γ氧化铝粉粒度≤500微米。工业γ氧化铝粉造粒的造粒方式为糖衣机滚动法造粒；糖衣机滚动法造粒时，边滚动边喷洒粘结剂溶液与添加工业γ氧化铝粉，直至滚动成型粉料颗粒长大至1.0mm出机。粘结剂溶液由腐植酸配置而成。
39.将造粒粉通过微波烧结窑炉热处理获得α相氧化铝粉；微波烧结窑炉为微波加热式隧道窑；微波烧结窑炉设有急冷带；微波烧结窑炉的烧结曲线为：50~150℃下保持60min，150~500℃下保持150min ，500~800℃下保持120min，800~1350℃下保持120min；然后经过急冷带45min将温度快降至500℃；再通过缓冷带240min将温度降至室温。
40.将α相氧化铝粉粉碎，获得成品。粉碎时通过气力粉碎机粉碎，气力粉碎机的进气压为10atm，气力粉碎机的分级轮转速为4500r/min。
41.通过xrf测试成品氧化钠含量为0.16%。
42.本实施例制备的低成本纳米氧化铝粉sem图见图3，由图3可以看出，氧化铝晶粒细小均匀，氧化铝晶粒大小在0.05-0.5微米范围内，纳米氧化铝粉平均0.297μm，粒径测试方法检测标准为gb/t26824-2020纳米氧化铝。
43.实施例4：参考实施例1，粘结剂溶液为聚丙烯酰胺或pva、cmc、腐植酸、聚丙烯酰胺中的几种配置而成。
44.所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。技术特征：
1.一种低成本纳米氧化铝粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将工业γ氧化铝粉造粒得到造粒粉；将造粒粉通过微波烧结窑炉热处理获得α相氧化铝粉；将α相氧化铝粉粉碎，获得成品。2.根据权利要求1所述的低成本纳米氧化铝粉的制备方法，其特征在于，所述工业γ氧化铝粉中氧化钠含量≤0.5wt%、氧化铝含量≥98wt%，工业γ氧化铝粉粒度≤500微米。3.根据权利要求1所述的低成本纳米氧化铝粉的制备方法，其特征在于，所述工业γ氧化铝粉造粒的造粒方式为糖衣机滚动法造粒。4.根据权利要求3所述的低成本纳米氧化铝粉的制备方法，其特征在于，糖衣机滚动法造粒时，边滚动边喷洒粘结剂溶液与添加工业γ氧化铝粉，直至滚动成型粉料颗粒长大至0.6~1.0mm出机。5.根据权利要求4所述的低成本纳米氧化铝粉的制备方法，其特征在于，所述粘结剂溶液由pva、cmc、腐植酸、聚丙烯酰胺中的一种或几种配置而成。6.根据权利要求1所述的低成本纳米氧化铝粉的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的微波烧结窑炉为微波加热式辊道窑或微波加热式隧道窑；微波烧结窑炉设有急冷带。7.根据权利要求6所述的低成本纳米氧化铝粉的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中微波烧结窑炉的烧结曲线为：50~150℃下保持15~60min，150~500℃下保持60~150min ，500~800℃下保持30~120min，800~1350℃下保持30~120min；然后经过急冷带15~45min将温度快降至315~500℃；再通过缓冷带150~240min将温度降至室温。8.根据权利要求1所述的低成本纳米氧化铝粉的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中粉碎时通过气力粉碎机粉碎，所述气力粉碎机的进气压为6~10atm，气力粉碎机的分级轮转速为2500~4500r/min。
技术总结
本发明公开了一种低成本纳米氧化铝粉的制备方法，包括以下步骤：将工业γ氧化铝粉造粒得到造粒粉；将造粒粉通过微波烧结窑炉热处理获得α相氧化铝粉；将α相氧化铝粉粉碎，获得成品。本发明通过气力粉碎机处理微波热处理的氧化铝粉，通过集料罐收集获得纳米α相氧化铝粉氧化钠含量≤0.2%，氧化铝晶粒大小在5nm~0.5μm，氧化铝粉的晶粒达到纳米级，无需经过湿法研磨工序处理，十分适用于工业化生产，成本低性能好。本低性能好。本低性能好。
技术研发人员：陶华上 李强 王俊甫 周雄 罗甲业
受保护的技术使用者：江苏金石研磨有限公司
技术研发日：2022.12.21
技术公布日：2023/3/14
声明：
“低成本纳米氧化铝粉的制备方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
600
编辑：中冶有色技术网
来源：江苏金石研磨有限公司
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2024年06月14日 ~ 16日 
