一種高性能活性氧化鋁球的製備方法與流程
2023-05-17 23:52:46 1
本發明專利涉及一種高性能活性氧化鋁球的製備方法，特別指具有較高比表面積、孔容、強度及低磨耗率的活性氧化鋁球的製備方法。
背景技術：
氧化鋁作為重要的化工產品，已知的Al2O3結晶形態有8種，包括χ-、η-、γ-、δ-、κ-、θ-、ρ-和α-Al2O3，它們的分子式可以寫成Al2O3·nH2O，其中n代表氧化鋁所含結晶水的數量，結晶水含量在0-0.6之間。由於它們的堆積密度、孔容、孔徑大小及分布、比表面積以及表面酸性各不相同，在工業上有不同的應用。在無特殊說明情況下，工業上使用的活性氧化鋁一般指γ-Al2O3。
活性氧化鋁為純氧化鋁製品，內部具有豐富的互相連通的孔道，並具有較大的孔容和比表面積，是一種多孔、高分散度的固體物料。活性氧化鋁既有良好的吸附性能，又有良好的耐壓、耐磨損和耐熱性能，被廣泛用於石油化工、化肥和鋼鐵等行業。活性氧化鋁的形狀一般呈球狀、柱狀或粉狀。其中，球形活性氧化鋁在使用過程中具有粒度均勻、機械強度大、床層壓降小、裝填方便、再生簡單等優勢，在工業上的使用量最大。
球形氧化鋁的製備方式主要有：混捏擠出成球、轉盤成球、噴霧成球、熱油柱成球、油氨柱成球。從活性氧化鋁的產量、成本、性能控制等多方面考慮，以轉盤成球的產量最大。轉盤成球法主要是採用普通氫氧化鋁作為原料，在高溫爐中快速脫水生成ρ-氧化鋁。來自焙燒流程的ρ-氧化鋁，在成球盤上經過噴水、滾動一定時間，形成一定粒度的活性氧化鋁生球，生球物料進入熟化箱靜置，充分熟化焙燒後得到最終產品。
活性氧化鋁的孔道、孔容和比表面積直接決定了其吸附、催化等性能，強度和磨耗率則影響活性氧化鋁的使用壽命。品質越高的氧化鋁，對其孔道、孔容、比表面積、強度以及磨耗率等製備要求越高。在工業生產中，作為活性氧化鋁的主要生產原料，ρ-氧化鋁遇水變硬，但比表面積、孔容都較小，轉盤成球製備的活性氧化鋁球強度較高但比表面積、孔容不高。而採用具有高比表面積、孔容的擬薄水鋁石為原料，可以製備較大比表面積與孔容的活性氧化鋁。但擬薄水鋁石在工業生產中遇水會變成無粘結性的膠狀物，採用轉盤成球困難，而採用擠出成球法製備的氧化鋁球強度較差，成本較高，且產量較低。單純的將擬薄水鋁石與ρ-氧化鋁物理混合，在水作用下，擬薄水鋁石極易形成大顆粒膠狀物，使得轉盤成球製備的氧化鋁球出現明顯的脫殼現象，嚴重影響氧化鋁球的產品質量。如何製備即具有高比表面積、孔容，又具有高強度、低磨耗率的活性氧化鋁球，成為工業生產急需解決的關鍵問題。
技術實現要素：
針對上述現有技術中存在的技術問題，本發明的一個目的是提供一種高性能活性氧化鋁球的製備方法，該製備方法中將ρ-氧化鋁和擬薄水鋁石作為主要生產原料，配合成型機，製備得到的活性氧化鋁球具有高比表面積、孔容，又具有高強度和低磨損率，通過控制製備方法中的工藝參數，使製得的活性氧化鋁球具有了更好的性能。
為了解決以上技術問題，本發明的技術方案為：
一種高性能活性氧化鋁球的製備方法，包括如下步驟：將70-95重量份的ρ-氧化鋁和5-30重量份的擬薄水鋁石混合均勻後，放置於成球盤中，轉盤成球法成球，成球過程中噴淋佔固體原料25-35％粘結劑，所述粘結劑為有機酸的水溶液或無機酸的水溶液或有機酸和無機酸的混合物的水溶液。
擬薄水鋁石，又名一水合氧化鋁、假一水軟鋁石，無毒、無味、無臭，具有比表面積高、孔容大等特點。
優選的，所述粘結劑為有機酸的脫鹽水溶液或無機酸的脫鹽水溶液或有機酸和無機酸的混合物的脫鹽水溶液。
脫鹽水是指將所含的強電解質除去或減少到一定程度的水，其中的含鹽量應為1-5毫克/升，又稱去離子水或純水。
如果使用的水中含有一定量的鹽分，會對製備的氧化鋁球的比表面積、強度和耐磨性產生不利影響，所以，一般使用去離子水。
轉盤成球法是指將粉料置於轉動的成球盤中，噴淋適量的水或粘結劑，潤溼的粉料互相粘附，滾動中逐漸長大為球形顆粒。其中成球盤又叫圓盤造粒劑、成球機和盤式造粒機，是一種通過成球盤的圓盤傾斜轉動，將在成球盤內的物料滾動成球和顆粒的設備。
其中，ρ-氧化鋁是由氫氧化鋁加熱脫水製備而來，ρ-氧化鋁作為原料製備活性氧化鋁可以提高製備得到的活性氧化鋁球的強度，擬薄水鋁石的比表面積、孔容較大，對提高活性氧化鋁的比表面積和孔容起到較大的貢獻。同時，擬薄水鋁石粉體的表面與無機酸或有機酸接觸後反應，生成具有粘度的鋁溶膠，提高了擬薄水鋁石之間的粘結強度，使得到的球體更加緻密，改善了擬薄水鋁石粉的脫落情況，提高了活性氧化鋁的強度。同時粉體之間的粘結強度較大，降低了活性氧化鋁球產品的磨耗率。
優選的，粘結劑的濃度為0.1％-5％，進一步優選為0.3％-1％。(其中的％是指質量百分數)
粘結劑的濃度過大，生成的鋁溶膠的量較大，在成球過程中，會堵塞一部分孔徑，不利於提高製備得到的活性氧化鋁球的比表面積和孔容，同時，粘結劑的濃度較大，粘結作用就會相應提高，成球速度快，不容易控制得到的活性氧化鋁球的直徑，降低了活性氧化鋁球的質量。
粘結劑的濃度偏小，在擬薄水鋁石和ρ-氧化鋁的表面形成的鋁溶膠的量較少，且形成鋁溶膠的速度較慢，活性氧化鋁球的成球困難，製備得到的活性氧化鋁球的強度不高等弊端。粘結劑的種類和量對製備的活性氧化鋁的質量有較大的影響。
優選的，噴淋粘結劑的過程是以分散噴頭霧化噴淋的方式進行噴淋。採用霧化噴淋的方式，有助於快脫粉、擬薄水鋁石的粘合均勻，利於微球氧化鋁的形成，微球氧化鋁作為氧化鋁球的種子，在轉盤中滾雪球般長大。若採用其他方法，很容易導致氧化鋁在成球中的粘結或變形，無法達到球形的目標。
分散噴頭是指多個噴頭均勻布置在成球盤的上方，通過均勻布置的噴頭將粘結劑均勻噴塗在擬薄水鋁石和ρ-氧化鋁的表面，保證製備得到的活性氧化鋁球的質量。
優選的，上述製備方法中還包括對成球後的顆粒進行養護、焙燒處理的步驟。
成球後的顆粒經過養護、焙燒後，製得活性氧化鋁球。
優選的，所述擬薄水鋁石的比表面積≥300m2/g，孔容0.4-1.1cm3/g，進一步的，所述擬薄水鋁石的比表面積≥350m2/g，孔容≥0.7cm3/g。
由於擬薄水鋁石在活性氧化鋁的製備過程中主要起到增大比表面積和孔容的作用，所以，要求擬薄水鋁石具有較高的比表面積和孔容。
優選的，所述的有機酸為乙酸、檸檬酸、草酸中的一種或兩種的混合物或三種的混合物。
優選的，所述的無機酸為硝酸。採用鹽酸作為粘結劑，會在產品焙燒時嚴重損壞焙燒爐；硫酸作為無揮發性的酸，無法焙燒完全去除，不能作為粘結劑。
上述製備方法製備得到的活性氧化鋁球，其比表面積≥300m2/g，孔容≥0.6cm3/g，強度大於150N/粒，磨耗率≤0.2％。
本發明的有益效果為：
1、以ρ-氧化鋁為主要生產原料，其中，ρ-氧化鋁的使用量在75％以上，保證了活性氧化鋁球的機械強度，降低了產品的成本。
2、在ρ-氧化鋁中加入高品質的擬薄水鋁石，有效地提高活性氧化鋁的比表面積與孔容。
3、在粘結劑中加入無機酸和/或有機酸，使得擬薄水鋁石的表面與酸溶液反應生成具有粘度的鋁溶膠，保證了擬薄水鋁石與ρ-氧化鋁的粘結強度，防止了擬薄水鋁石粉的脫落，降低了活性氧化鋁球產品的磨耗率，提高了活性氧化鋁的質量。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發明的技術方案作進一步說明。
實施例中使用到的雙螺旋混料機一般用於粉體與粉體的混合或固體與液體的混合。
實施例1：
將氫氧化鋁快脫後製備的ρ-氧化鋁與擬薄水鋁石共同加入雙螺旋混料機中混合均勻，ρ-氧化鋁含量為80％(％，質量分數)，擬薄水鋁石為20％(％，質量分數)。其中，擬薄水鋁需經機械磨研磨、篩分後使用，篩分後粒度可以根據生產需要進行調整，一般製作活性氧化鋁球的粒度控制在325目-500目。同時，配置濃度為0.3％(％，質量分數)的硝酸溶液備用。
ρ-氧化鋁粉與擬薄水鋁石粉混合均勻的物料由餵料口螺旋均勻地放入轉盤成球機中，硝酸溶液通過霧化噴頭噴人轉盤成球機的轉盤中。在轉盤離心力的作用下，ρ-氧化鋁粉與擬薄水鋁石粉遇酸溶液粘結成一定粒度的生球。控制轉盤的傾斜角度，待生球滾動生長到一定尺寸大小時，由轉盤成球機甩出。篩分後，生球進入養護房中保溫放熱，養護48小時後，進入焙燒爐中進行高溫焙燒，得到活性氧化鋁球產品。
保持硝酸溶液的濃度不變，調整ρ-氧化鋁和擬薄水鋁石的配比，製備得到的活性氧化鋁球的性能如表1所示。
表1
實施例2：
將氫氧化鋁快脫後製備的ρ-氧化鋁與擬薄水鋁石共同加入雙螺旋混料機中，ρ-氧化鋁含量為75％(％，質量分數)，擬薄水鋁石為25％(％，質量分數)。其中，擬薄水鋁需經機械磨研磨、篩分後使用，篩分後粒度可以根據生產需要進行調整，一般製作活性氧化鋁球的粒度控制在325目-500目。同時，配置0.5％(％，質量分數)的檸檬酸溶液備用。
ρ-氧化鋁粉與擬薄水鋁石粉混合好的物料由餵料螺旋均勻放入轉盤成球機中，檸檬酸溶液通過霧化噴頭噴人轉盤中。在轉盤離心力的作用下，ρ-氧化鋁粉與擬薄水鋁石粉遇酸溶液粘結成一定粒度的生球。控制轉盤機傾斜角度，待生球滾動生長到一定尺寸大小時，由成球機甩出。篩分後，生球進入養護房中保溫放熱，養護48小時後，通過焙燒爐高溫焙燒，轉化為活性氧化鋁球產品。
實施例3：
其他參數與實施例2相同，改變酸溶液為乙酸溶液，濃度為0.5％(％，質量分數)。
實施例4：
其他參數與實施例2相同，改變酸溶液為檸檬酸和乙酸的混合溶液，檸檬酸的含量為0.25％，乙酸的含量為0.25％(％，質量分數)。
實施例5：
其他參數與實施例2相同，改變酸溶液為硝酸、檸檬酸和乙酸的混合溶液，硝酸的含量為0.15％，檸檬酸的含量為0.15％，乙酸的含量為0.2％(％，質量分數)。
上述雖然對本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍內。