用廢鋁(合金)製品製備高純鋁醇鹽及氧化鋁粉體的製作方法
2023-06-01 08:50:21 1
專利名稱：用廢鋁(合金)製品製備高純鋁醇鹽及氧化鋁粉體的製作方法
技術領域：
本發明屬於廢棄物利用、無機材料合成與製備的新技術，具體地說就是廢鋁(合金)製品製備高純鋁醇鹽、鎂鋁雙金屬醇鹽及氧化鋁、鎂鋁尖晶石粉體的技術。
背景技術：
鋁合金作為一類性能優良的材料，近數十年來發展極其迅速，其製品為人類的進步作出了巨大的貢獻。隨著自然資源的逐漸枯竭和大量廢鋁合金製品的出現又為人類帶來許多困惑。對於工業廢棄物中的鋁，目前人們無一例外地通過各種技術將其預處理、熔煉的步驟再生利用，形式上仍然屬於金屬狀態。這樣存在三個方面的不足第一，檔次降低。比如廢棄鋁質易拉罐回收後一般不能再次應用於生產易拉罐，而只能應用於其它更低級的領 域。雖然有人曾經做過努力，調整某些合金元素的比例，但效果與效率均不佳。第二，部分廢棄鋁回收率較低。目前，按全球平均水平計算，廢鋁回收率最高的行業是建築工業，在建築物拆除過程中廢鋁回收率98%;汽車廢鋁回收率也較高，可以達到95%;重熔鋁箔的回收率為70%;鋁飲料罐回收率平均僅為63%。第三，某些合金元素如Mg、Cu不能更好地利用。由於重熔工藝無法控制合金元素，如果不能進入廢渣就會「無控制地」進入再生鋁，對於較低檔次的製品或材料來講可能根本不需要這些合金元素，可是又無法分離，從而造成浪費。另外殘渣越多，「攜帶」的有用元素的量越大。另外由於鋁在重熔過程中極其容易氧化，大約有四分之一到三分之一成為廢渣進入三廢行列。這樣既浪費重生資源又使利潤降低。納米粉體製備技術是目前國內外化學工程和新材料領域最受關注的技術之一，而溶膠凝膠技術又是近二、三十年來最為常用、最有發展前途的納米粉體研製技術之一。從根源上講，溶膠凝膠技術的興起、成長、成熟、應用、以及未來的發展都歸因於金屬醇鹽和金屬醇鹽化學的產生與發展，金屬醇鹽作為前驅物促進了溶膠凝膠技術在化學工程和新材料領域的應用發展。鋁醇鹽是最重要的金屬醇鹽之一，其最常用的製備方法就是金屬鋁與醇在催化劑直接反應合成法。本案發明技術就是用廢鋁合金製品代替工業鋁甚至高純度鋁製備鋁醇鹽、鎂鋁雙金屬醇鹽、氧化鋁粉體及鎂鋁尖晶石粉體的改進並取得成功。
發明內容
本發明所解決的技術問題在於提供一種通過完全不同的思路，利用化學手段解決現有廢鋁合金製品回收缺陷的方法。本發明的技術方案為一種用廢鋁合金製品製備高純鋁醇鹽的方法，該方法採依下列通用化學反應方程式進行化學反應
A1 + 3HOR Alcl3 > Al(OR)3 +|h2 t
將廢棄或使用過的廢鋁合金製品與含碳原子數目為2-4的脂肪醇或低碳醇以AlCl3作為催化劑進行化學反應，反應溫度等於或高於所採用的醇；反應完畢後，通過重結晶和減壓蒸餾得到高純鋁醇鹽。其中，該廢鋁合金中含有金屬鎂，則該方法還依下列通用化學反應方程式進行化學反應
2A1 + Mg + 8H0R Alcl3 >Mg[Al(OR)4]2+4H2 t反應完畢後，通過重結晶和減壓蒸餾還得到高純鎂鋁雙金屬醇鹽。該廢招合金製品為含招超過90wt*%的廢招合金製品。一種用廢鋁合金製品製備氧化鋁粉體的方法，該方法採依下列通用化學反應方程
式進行化學反應
A1 + 3HOR Alcl3 > Al(OR)3 +|h2 t將廢棄或使用過的廢鋁合金製品與含碳原子數目為2-4的脂肪醇或低碳醇以AlCl3作為催化劑進行化學反應，反應溫度等於或高於所採用的醇；反應完畢後，通過重結晶和減壓蒸餾得到高純鋁醇鹽；對該高純鋁醇鹽水解、乾燥、焙燒得到高純氧化鋁粉體。其中，該廢鋁合金中含有金屬鎂，則該方法還依下列通用化學反應方程式進行化
學反應
2A1 + Mg + 8H0R Alcl3 >Mg[Al(OR)4]2+4H2 t反應完畢後，通過重結晶和減壓蒸餾還得到高純鎂鋁雙金屬醇鹽；對該高純鎂鋁雙金屬醇鹽水解、乾燥、焙燒得到高純鎂鋁尖晶石粉體。該廢招合金製品為含招超過90wt的廢招合金製品。本發明的有益效果為將這些廢鋁合金製品經過簡單的處理，與醇反應可以合成高技術產品，使廢鋁應用技術上一個臺階。主要元素鋁與醇反應生成鋁醇鹽，經過重結晶或減壓蒸餾可以得到高純(> 99% )鋁醇鹽，再經過水解、乾燥、焙燒又進一步得到高純(>99% )氧化鋁粉體；主要合金元素Mg可以與鋁一起與醇反應生成鎂鋁雙金屬醇鹽，同樣可以進一步製得高純(> 99% )鎂鋁尖晶石粉體；由於金屬與醇反應具有選擇性，銅、鉛、鋅等不活潑合金元素不與醇反應，留著殘渣裡，這樣殘渣就成了含銅、鉛、鋅量極高的「礦藏」。本發明還有如下技術優勢。(I)利用廢鋁合金製品製備高檔次化工產品，一方面有異於常規廢棄物回收產品檔次降低的思路；另一方面節省了製備這些化工產品需要高檔次原料如高純鋁等。(2)廢鋁合金製品的提取的有用成分極高，鋁、鎂的回收率可達到98%以上，其它合金元素如銅、鉛、鋅等也會隨著「濃縮」而成為可以充分利用的原料。(3)高技術高度環保。不僅生產工藝條件溫和，設備簡單，而且沒有如何環境汙染。整個生產過程只消耗水、產生氫氣(也可以回收利用)，沒有廢氣、廢液、廢熱、廢渣。
具體實施方式
(I)首先量取一定量的廢鋁破碎後放入燒瓶中(易拉罐等廢鋁合金製品相應事先熱處理,除去內外有機物塗層),然後加入一定量的醇,稱取0. 5% AlCl3 (質量-體積比)加入其中作催化劑，在一定溫度下加熱回流。廢鋁合金碎片與醇開始反應並放出氫氣，經過一定的反應時間後，廢鋁合金碎片消失生成金屬醇鹽，可以用下列化學反應方程式所示
A1 + 3HOR Alcl3 > Al(OR)3+|h2 t
2Al + Mg + 8HOR Alc*3 > Mg[Al (OR)J2 + 4H2 t 其中，HOR代表含碳原子(C)數目為2-4的脂肪醇或低碳醇，如乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇等。「廢鋁合金製品」 一般是指廢棄的、含鋁量超過90%的鋁基合金製品，如鋁質易拉te、招質散熱片、建築廢招質製品、汽車廢招等。「一定量的醇」和「一定量的廢鋁」是根據廢鋁與醇的化學配比選取的，一般來說可以要求醇過量一些。「一定溫度」是指由醇決定的反應溫度，不同的醇沸點不同，故回流溫度不同；一般來說，該溫度與所使用醇的沸點相同或稍高，如異丙醇約83°C，正丁醇約120°C。「一定的反應時間」是指由各種因素決定的合成反應進行到底所需要的時間，不同廢鋁與醇的反應時間是不同的。影響因素有廢鋁的本性、醇的本性、廢鋁與催化劑的比例、廢鋁與醇的比例等。「廢鋁合金碎片消失」說明反應徹底完成，能夠與醇反應的金屬都與醇反應生成了相應的醇鹽。(2)其次利用重結晶使醇鹽與殘渣分離，得到較純淨的醇鹽溶液，常壓蒸餾排出多餘的游離態醇，得到鋁醇鹽或帶有少量鎂鋁雙金屬醇鹽的混合醇鹽。(3)採用減壓分餾技術提取高純鋁醇鹽，然後再提高溫度分餾出高純鎂鋁雙金屬醇鹽。(4)高純鋁醇鹽或鎂鋁雙金屬醇鹽經過水解與乾燥，可製得相應的高純氫氧化鋁或氫氧化鎂鋁粉體；再經過高溫焙燒即可得到高純氧化鋁粉體或鎂鋁尖晶石粉體。以下給出幾種實施例。實施例I :第一步稱取無水氯化鋁(AlCl3) 2克，加入到盛有500毫升異丙醇(HOpi"1 )的
可加熱容器(一般為玻璃或不鏽鋼材質)中並攪拌，然後加入廢鋁合金片或碎屑一含鋁2摩爾或54克，放入回流裝置加熱回流，反應開始。如下列化學反應方程式所示
Al+ SHOPr1 Alclj >Al (OPr1)^lH2 個回流20 50小時後,停止放出氫氣,表示合成反應完畢。如果存在合金元素Mg,同時會伴隨以下反應2A1 + Mg + 8H0Pr' Alclj > Mg[Al (OPr1 )4 ]2 + 4H2 個第二步第一步得到的醇鹽冷卻後析出醇鹽晶體，殘渣下沉，澄清的醇鹽飽和溶液位於最上層。將清液倒入另外乾淨容器內，向原容器中加入500毫升異丙醇，加熱使醇鹽溶解，再冷卻，倒出清液；繼續「溶解-冷卻-倒出清液-加醇」過程數次，直至冷卻時沒有醇鹽晶體析出為止。第三步將清液一醇鹽飽和溶液常壓蒸餾，分餾出遊離態異丙醇，直至不再流出醇為止。
第四步利用減壓蒸餾裝置，繼續加熱醇鹽並抽真空，大約在136 160°C、IOmmHg下分餾出異高純丙醇鋁；繼續加熱，大約在280 3200C、IOmmHg下分餾出高純異丙醇鎂鋁。第五步高純異丙醇鋁或異丙醇鎂鋁經過水解、乾燥得到高純氫氧化鋁粉體或氫氧化鎂招粉體；氫氧化招粉體經過840°C或1200°C焙燒得到Y -氧化招粉體或a -氧化招粉體；氫氧化鎂鋁粉體經過760°C焙燒製得鎂鋁尖晶石粉體。實施例2 第一步稱取無水氯化鋁(AlCl3) 2克，加入到盛有500毫升異丁醇的可加熱容器(一般為玻璃或不鏽鋼材質)中並攪拌，然後加入廢鋁合金片或碎屑一含鋁2摩爾或54克，放入回流裝置加熱回流，反應開始。如下列化學反應方程式所示
A1 + 3H0BU1 碼 >Al(OBu1 )3+|h2 個。回流10 30小時後，停止放出氫氣，表示合成反應完畢。如果存在合金元素Mg，同時會伴隨以下反應
lAl + Mg + SHOBu1 Alclj >Mg[Al(OBu1 )j2+4H2 個。第二步第一步得到的醇鹽冷卻後析出醇鹽晶體，殘渣下沉，澄清的醇鹽飽和溶液位於最上層。將清液倒入另外乾淨容器內，向原容器中加入500毫升異丁醇，加熱使醇鹽溶解，再冷卻，倒出清液；繼續「溶解-冷卻-倒出清液-加醇」過程數次，直至冷卻時沒有醇鹽晶體析出為止。第三步將清液一醇鹽飽和溶液常壓蒸餾，分餾出遊離態異丁醇，直至不再流出醇為止。第四步利用減壓蒸餾裝置，繼續加熱醇鹽並抽真空，大約在190°C 220°C、IOmmHg下分懼出異高純異丁醇招；繼續加熱,大約在250 280°C、IOmmHg下分懼出高純異
丁醇鎂鋁。第五步高純異丁醇鋁或異丁醇鎂鋁經過水解、乾燥得到高純氫氧化鋁粉體或氫氧化鎂招粉體；氫氧化招粉體經過840°C或1200°C焙燒得到Y -氧化招粉體或a -氧化招粉體；氫氧化鎂鋁粉體經過760°C焙燒製得鎂鋁尖晶石粉體。實施例3 第一步稱取無水氯化鋁(AlCl3) 2克，加入到盛有500毫升正丁醇的可加熱容器(一般為玻璃或不鏽鋼材質)中並攪拌，然後加入廢鋁(合金)片或碎屑一含鋁2摩爾或54克，放入回流裝置加熱回流，反應開始。如下列化學反應方程式所示A1 + 3H0BU11 Alclj >Al(OBun)3+|H2 個。回流4 10小時後，停止放出氫氣，表示合成反應完畢。如果存在合金元素Mg，同時會伴隨以下反應
2A1 + Mg + 8HOBun Alclj > Mg[Al (OBun )4]2 + 4H2 個。第二步第一步得到的醇鹽冷卻後析出醇鹽晶體，殘渣下沉，澄清的醇鹽飽和溶液位於最上層。將清液倒入另外乾淨容器內，向原容器中加入500毫升正丁醇，加熱使醇鹽溶解，再冷卻，倒出清液；繼續「溶解-冷卻-倒出清液-加醇」過程數次，直至冷卻時沒有醇鹽晶體析出為止。第三步將清液一醇鹽飽和溶液常壓蒸餾，分餾出遊離態正丁醇，直至不再流出醇為止。
第四步利用減壓蒸餾裝置，繼續加熱醇鹽並抽真空，大約在220°C 250°C、IOmmHg下分餾出異高純正丁醇鋁；繼續加熱，大約在320 350°C、IOmmHg下分餾出高純正丁醇鎂鋁。第五步高純正丁醇鋁或正丁醇鎂鋁經過水解、乾燥得到高純氫氧化鋁粉體或氫氧化鎂招粉體；氫氧化招粉體經過840°C或1200°C焙燒得到Y -氧化招粉體或a -氧化招粉體；氫氧化鎂鋁粉體經過760V 950°C焙燒製得鎂鋁尖晶石粉體。
權利要求
1.一種用廢鋁合金製品製備高純鋁醇鹽的方法，其特徵在於，該方法採用下列通用化學反應方程式進行化學反應A1 + 3H0R Alcl3 > Al(OR)3 +|h2 t 將廢棄或使用過的廢鋁合金製品與含碳原子數目為2-4的脂肪醇或低碳醇以AlClJt為催化劑進行化學反應，反應溫度等於或高於所採用的醇； 反應完畢後，通過重結晶和減壓蒸餾得到高純鋁醇鹽。
2.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，該廢鋁合金中如含有金屬鎂，則還進行下列化學反應2A1 + Mg + 8H0R Alcl3 >Mg[Al(OR)4]2+4H2 t 反應完畢後，通過重結晶和減壓蒸餾還得到高純鎂鋁雙金屬醇鹽。
3.如權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，該廢鋁合金製品為含鋁超過90wt%的廢招合金製品。
4.一種用廢鋁合金製品製備氧化鋁粉體的方法，其特徵在於，該方法採依下列通用化學反應方程式進行化學反應A1 + 3H0R Alcl3 > Al(OR)3 +|h2 t 將廢棄或使用過的廢鋁合金製品與含碳原子數目為2-4的脂肪醇或低碳醇以AlClJt為催化劑進行化學反應，反應溫度等於或高於所採用的醇； 反應完畢後，通過重結晶和減壓蒸餾得到高純鋁醇鹽； 對該高純鋁醇鹽水解、乾燥、焙燒得到高純氧化鋁粉體。
5.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，該廢鋁合金中如含有金屬鎂，則還進行下列化學反應2A1 + Mg + 8H0R Alcl3 >Mg[Al(OR)4]2+4H2 t 反應完畢後，通過重結晶和減壓蒸餾還得到高純鎂鋁雙金屬醇鹽； 對該高純鎂鋁雙金屬醇鹽水解、乾燥、焙燒得到高純鎂鋁尖晶石粉體。
6.如權利要求6或7所述的方法，其特徵在於，該廢鋁合金製品為含鋁超過90wt%的廢銀合金製品。
全文摘要
本發明用廢鋁合金製品製備高純鋁醇鹽及氧化鋁粉體的方法，將廢棄或使用過的廢鋁合金製品與含碳原子數目為2-4的脂肪醇或低碳醇以AlCl3作為催化劑進行化學反應，反應溫度等於或高於所採用的醇；反應完畢後，通過重結晶和減壓蒸餾得到高純鋁醇鹽。本發明提供一種通過完全不同的思路，利用化學手段解決現有廢鋁合金製品回收缺陷的方法。
文檔編號C07C2/70GK102746118SQ20111009608
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月18日 優先權日2011年4月18日
發明者楊金龍, 王修慧 申請人:清華大學