制備高純氧化鋁

1、天津職業(yè)大學(xué)2010屆畢業(yè)論文15摘 要本實驗的目的是為了研究高純氧化鋁粉體的制備方法，因為隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外對超細(xì)高純氧化鋁粉末的需求量愈來愈大，對高純氧化鋁粉末的顆粒度、純度及均勻性提出了更高的要求。國內(nèi)高純-Al2O3的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，引進(jìn)和消化吸收的氧化鋁高技術(shù)材料生產(chǎn)線增加，使得高純-Al2O3的研究、開發(fā)成為一個非?；钴S的領(lǐng)域。而生產(chǎn)1t多品種Al2O3可獲利潤為等量級的冶金級Al2O3的10倍，甚至100倍，可創(chuàng)造相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。因此，迅速開發(fā)一種低成本、具有競爭力的制備高純-Al2O3的新方法顯得尤為重要。稱取一定量的Al2(SO4)318H2O溶解于水中，加入配

2、制的H2SO4（1+3），用精密pH試紙測溶液pH，調(diào)pH在3.04.0范圍內(nèi)，攪拌2分鐘，用G4漏斗抽濾。將濾液轉(zhuǎn)移到干凈燒杯中，加入H2SO4（1+3）調(diào)pH為1.02.0，滴加幾滴H2O2，攪拌2分鐘，加入一滴氨水，有白色絮狀物生成，微熱攪拌，有少許白色沉淀時，用G4漏斗抽濾。將濾液倒入燒杯中，加入綠豆粉大小的鋁粉，攪拌2分鐘，用G4漏斗抽濾。將除雜后的Al2(SO4)3溶液與碳酸氫銨溶液采用并流法反應(yīng)，以制取氫氧化鋁。再抽濾清洗制備的氫氧化鋁5遍。在110烘干后，分別在600和1200下各煅燒1小時，煅燒制備得到高純氧化鋁。 實驗制備得到的氧化鋁的純度達(dá)到99.993，屬于高純氧化鋁。

3、其中雜質(zhì)硅的含量為23ppm，鐵的含量為17ppm。所制得的高純氧化鋁可用于制熒光粉用高純氧化鋁。關(guān)鍵詞：硫酸鋁；制備；氧化鋁ABSTRACTThe aim of this study was to study high purity alumina powder preparation methods, because with the development of science and technology, and purity alumina powder of demand more of high purity alumina powder, granules and purit

4、y and uniformity put forward higher request. Domestic high purity of -Al2O3 applications quickly, and broaden the digestion and absorption of alumina high technical materials, high production increase of -Al2O3 research and development to become a very active field. 1t varieties and production as we

5、ll as Al2O3 profit of metallurgical level of 10 times, even more 100 times, can create considerable economic benefit. Therefore, the rapid developing a low cost, high competitive -Al2O3 new method is particularly important.Take a certain amount of Al2(SO4)318H2O dissolved in water, joined by H2SO4 w

6、ith（1+3）, measured precision test, for the solution of pH3.04.0, stirring 2 minutes and with G4 suction filter funnel. Will be transferred to clean filtrate beaker, and add H2SO4 adjustable pH 1.02.0, then add a few drops of H2O2, stirring 2 minutes, add 1 drop of ammonia, white, micro contact therm

7、al agitation, some white precipitation, use G4 suction filter funnel. With the Al2(SO4)3 after three solution and ammonium bicarbonate using and flow, making them reaction suction filter cleaning of aluminum hydroxide was 5 times, under drying in 110 , then under 1200 and 600 each baked for an hour,

8、 and get high purity alumina preparation. The experiment of alumina preparation reach 99.993% and it belongs to high purity alumina. The content of impurities silicon for 23ppm, and the iron content for 16ppm.The high purity alumina can be used with high purity alumina phosphors.Key words: aluminum

9、sulfate; preparation; alumina目 錄1. 概述11.1 引言11.2 高純氧化鋁的制備方法11.2.1 國外高純氧化鋁的制備方法11.2.2 國內(nèi)高純氧化鋁的制備方法22. 氧化鋁和氫氧化鋁的性質(zhì)及用途42.1 氧化鋁的性質(zhì)和用途42.1.1 氧化鋁的性質(zhì)42.1.2 氧化鋁的用途42.2 氫氧化鋁的性質(zhì)及用途52.2.1 氫氧化鋁的性質(zhì)52.2.2 氫氧化鋁的用途53. 原料中雜質(zhì)的去除63.1 雜質(zhì)硅的去除63.2 雜質(zhì)鐵的去除63.3 雜質(zhì)鈉和鉀的去除64. 實驗部分74.1 制備過程的設(shè)計74.1.1 反應(yīng)生成氫氧化鋁74.1.2 反應(yīng)生成高純氧化鋁74.2

10、 實驗過程74.2.1 實驗原理74.2.2 實驗儀器和試劑84.3 實驗步驟104.4 實驗結(jié)果及結(jié)論104.5 檢測結(jié)果及結(jié)論114.5.1 檢測方法114.5.2 產(chǎn)物中各雜質(zhì)的含量標(biāo)準(zhǔn)114.5.3 檢驗結(jié)果如下：124.6 改進(jìn)方案124.7 實驗總結(jié)12參考文獻(xiàn)13致 謝141. 概述1.1 引言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是航天航空技術(shù)的高速發(fā)展、大規(guī)模原子能的利用和海洋開發(fā)等新興工業(yè)的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)對結(jié)構(gòu)材料提出了越來越高的要求。在許多方面，傳統(tǒng)的金屬或合金材料已經(jīng)難以滿足實際應(yīng)用的需要。這些都促進(jìn)了人們對材料的研究逐步擺脫單純依靠經(jīng)驗的摸索方法，而向著按照預(yù)定性能設(shè)計新材料的

11、研究方向發(fā)展1。氧化鋁制品，尤其是氧化鋁精細(xì)陶瓷，是高科技領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料之一，由于其具有高熔點、高硬度、絕緣耐熱等特性，已被廣泛用于宇航、核能、能源、冶金、電子、生物化學(xué)、化學(xué)工程等多種工程2。它是一種很有發(fā)展前途的產(chǎn)品。國外開發(fā)了十余種生產(chǎn)高純、超細(xì)氧化鋁的方法,并有批量生產(chǎn)，而國內(nèi)主要采用銨明礬熱分解制備高純、超細(xì)氧化鋁。此法在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生腐蝕性氣體，對環(huán)境和設(shè)備造成嚴(yán)重危害3。近年來，國內(nèi)高純、超細(xì)-Al2O3的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，引進(jìn)和消化吸收的氧化鋁高技術(shù)材料生產(chǎn)線增加，使得高純、超細(xì)-Al2O3的研究、開發(fā)成為一個非?；钴S的領(lǐng)域。生產(chǎn)1t多品種氧化鋁可獲利潤為等量級的冶金級氧化鋁的

12、10倍，甚至100倍，可創(chuàng)造相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。因此，迅速開發(fā)一種低成本、具有競爭力的高純、超細(xì)-Al2O3 的新方法顯得尤為重要。高純氧化鋁粉體已成為先進(jìn)無機(jī)非金屬材料中的一大重要分支，是20世紀(jì)以來新材料產(chǎn)業(yè)中產(chǎn)量大、產(chǎn)值高、用途廣的高端材料產(chǎn)業(yè)之一4。歐美及日本等發(fā)達(dá)國家在氧化鋁的研究和生產(chǎn)方面作了大量的工作。技術(shù)處于國際領(lǐng)先地位，已形成規(guī)模化批量生產(chǎn)。-Al2O3 粉體是精密陶瓷粉體中最重要的、最成熟的一支。不但開發(fā)最早，而且量大面廣，是精細(xì)陶瓷粉體中產(chǎn)量最多的一種。-Al2O3陶瓷在日本有很大的市場，日本京都陶瓷公司是日本也是世界上最大的高技術(shù)陶瓷公司。1992年3600億日元的銷售

13、額中，有30是-Al2O3陶瓷產(chǎn)品。我國氧化鋁產(chǎn)品以工業(yè)氧化鋁為主。超純氧化鋁尤其是低鈉、超細(xì)、超純氧化鋁的生產(chǎn)尚未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化水平，產(chǎn)品主要依賴于進(jìn)口。隨著國內(nèi)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，高檔次、多品種氧化鋁的需求不斷增加。所以，研究、生產(chǎn)高檔次氧化鋁前景看好5。1.2 高純氧化鋁的制備方法1.2.1 國外高純氧化鋁的制備方法目前國外制備高純氧化鋁的方法有：火花放電法，碳酸鋁銨熱裂法和改進(jìn)的拜耳法等?；鸹ǚ烹姺ǖ玫降难趸X純度視原料鋁的質(zhì)量而定；碳酸鋁銨熱裂法得到粒狀0.10.5m高純度和燒結(jié)性良好的氧化鋁;改進(jìn)的拜耳法得到粒度小于1m的氧化鋁;在上述制備高純氧化鋁的方法中,以碳酸鋁銨熱裂法制得的

14、氧化鋁純度較高和成本低?，F(xiàn)將各種制備方法略述如下：（1）火花放電法6利用水溶液在高電壓下放電的原理，由鋁電極制得的水合氧化鋁經(jīng)焙燒得到氧化鋁。直徑1.01.5m的高純粒狀鋁浸入反應(yīng)器內(nèi)的無離子水內(nèi)。在24KV高電壓下每秒1200次火花放電。由電能使粒狀鋁生成粉末狀鋁。同時使水分解成氫氧離子。粉末狀鋁與氫氧離子反應(yīng)生成水合氧化鋁。由于火花放電沖擊，產(chǎn)生的氣體激烈地攪拌粒狀鋁。使全部粒狀鋁的表面產(chǎn)生放電，防止粒狀鋁熔融。水合氧化鋁經(jīng)焙燒后得到-Al2O3。-Al2O3的純度視原料鋁的質(zhì)量而定。（2）碳酸鋁銨熱裂法7此法是改良式的銨明礬法，反 應(yīng) 式如 下 ： 8NH4HCO3+2NH4Al(S04

15、)32NH4AlO(OH)HCO3+4(NH4)2SO4+6CO2+2H2O2NH4AlO( OH) HCO3-Al2O3-Al2O3碳酸氫銨合成時的最佳工藝條件如下： 碳酸氫銨濃度為每升大于1摩爾。在反應(yīng)溫度35 時，銨明礬與碳酸氫銨摩爾比為1015。若每升小于1摩爾的碳酸氫銨濃度,不能生成碳酸鋁銨而生成水合氧化鋁。摩爾比大于10時，生成碳酸鋁銨與水合氧化鋁混合物。摩爾比大于15時，不能得到合適的粒狀。在反應(yīng)溫度25時，生成碳酸鋁銨和水合氧化鋁混合物。此法易控制產(chǎn)品-Al2O3粒度大小。最大的優(yōu)點是不產(chǎn)生三氧化硫氣體。在最佳工藝條件下，生成較大直徑0.91.2m和較小直徑0.50.9m的橢圓

16、形碳酸鋁銨。經(jīng)裂解后得到粒狀0.10.5m高純度和燒結(jié)性良好的氧化鋁。（3）改良拜耳法8拜耳法是由鋁土礦制備氧化鋁。鋁土礦含50%左右的氧化鋁，其余含雜質(zhì)氧化硅，氧化鐵和氧化鈦。用熱氫氧化鈉溶液萃取鋁土礦中氧化鋁，并分離不溶于堿溶液的雜質(zhì)。但拜耳法僅能生產(chǎn)含2%左右鈉含量以及0.1%左右鐵和硅含量的氧化鋁 。 用不同的方法除去鈉，鐵和二氧化硅： (1)除去鐵采用共沉淀法。 (2)除去二氧化硅采用二氧化硅，氧化鋁與碳酸鈉溶液反應(yīng)生成沸石。直接從水合氧化鋁和氧化鋁中除去鈉：(1)氧化鋁或水合氧化鋁與鹽酸或硼酸焙燒，雜質(zhì)鈉轉(zhuǎn)變成可溶性鹽，再用水洗。 (2)水合氧化鋁在400焙燒生成氧化鋁，再用水洗除

17、去鈉。改良型拜耳法由于控制水合氧化鋁沉淀的條件，水合氧化鋁的焙燒和氧化鋁的磨碎，故得到小于1m的粒子。1.2.2 國內(nèi)高純氧化鋁的制備方法國內(nèi)生產(chǎn)高純氧化鋁的工藝較少，主要有中和沉淀法，噴霧熱解法，冰凍凝膠法，有機(jī)鋁醇鹽水解等。(1) 中和沉淀法 關(guān)于此法有很多研究，其原理大致相似。采用工業(yè)硫酸溶解工業(yè)氫氧化鋁(或工業(yè)硫酸鋁)，經(jīng)溶液精制，氨水中和析出Al(OH)3nH2O，烘干、煅燒得-Al2O3。陳巧英、午新威等9將氫氧化鋁溶解于濃硫酸，加去離子水稀釋到一定程度；采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6的氨水中和沉淀，控制中和速度，40下強(qiáng)力攪拌，在pH=2.0時添加少量B添加劑，通過活性碳柱過濾，往濾液中加人A

18、添加劑，中和至pH=4.5，制得氫氧化鋁凝膠，洗滌氫氧化鋁凝膠，在l200下煅燒除去顆粒表面的鈉離子，制得高純氧化鋁粉末。該方法可以獲得高純氧化鋁，但工藝過程相對復(fù)雜，人為影響因素較大。(2) 噴霧熱解法噴霧熱分解法(spray pyrolysis，簡稱SP法)，SP法是一種較理想的新方法，但目前在用該方法制備氧化鋁細(xì)粉的研究中，多采用硝酸鋁為原料，劉粵惠、蘇雪筠等6在比較了幾種原料性質(zhì)的基礎(chǔ)上，選用硫酸鋁銨為SP法前驅(qū)體，在自制裝置上，制取了高純氧化鋁超細(xì)粉。(3) 冰凍凝膠法10用分析純硫酸鋁Al2(SO4)318H2O和氨水(25.028.0NH4OH)原料，調(diào)節(jié)pH值為中性,得氫氧化鋁

19、凝膠。然后洗滌凝膠,除去溶液中的SO42-離子,用離心脫水機(jī)脫水并迅速使凝膠凍結(jié),控制溫度使其重新融化,進(jìn)行第二次脫水,如此反復(fù)后,放入硅碳棒爐中以3/min的升溫速度加熱到1180得氧化鋁粉末。該方法是利用水向冰轉(zhuǎn)相時的膨脹力，使原先相互靠近的凝膠適當(dāng)?shù)叵嗷ラ_，同時由于固態(tài)的形成，阻止了凝膠的重新聚集，且使凝膠的表面能降低。由于這種變化是不可逆過程，因此，一旦冰凍體重新融化，由于表面能的大大降低而排出大量的吸附水，解決了團(tuán)聚的問題。該方法設(shè)備簡單，生產(chǎn)量大，但需解決恢復(fù)顆?；钚约皩Y(jié)性影響的問題。（4）有機(jī)鋁醇鹽水解有機(jī)鋁水解主要有醇鋁即烷氧基鋁水解和烷基鋁水解工藝。有機(jī)鋁醇鹽水解后得到溶

20、膠，再經(jīng)處理得凝膠，經(jīng)解凝得超細(xì)粉前驅(qū)體，進(jìn)而得超細(xì)粉末。東北大學(xué)的付高峰、畢詩文等【10】用有機(jī)鋁鹽中的異丙醇鋁水解對-Al2O3的影響進(jìn)行了研究。(1)實驗原料鋁片純度為999(工業(yè)級精鋁)異丙醇（CH3)2CHOH(化學(xué)純)(2)實驗方法將選擇好的鋁片用乙醇清洗其表面，再用清水清洗干凈、烘干，放人圓底燒瓶中，加入一定量的異丙醇及HgCl2做催化劑，在恒溫水浴中進(jìn)行反應(yīng)，生成異丙醇鋁，異丙醇鋁再經(jīng)精餾得精制異丙醇鋁將精制異丙醇鋁在不同條件下進(jìn)行水解，再煅燒制得高純超細(xì)-Al2O3。研究發(fā)現(xiàn)：異丙醇鋁水解能夠制取純度大于9998，粒度分布范圍較窄的超細(xì)-Al2O3；水解體系pH值對異丙醇鋁水

21、解產(chǎn)物有較大影響； 異丙醇鋁水解產(chǎn)物煅燒過程由勃母石凝膠經(jīng)無定形Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的-Al2O3。2. 氧化鋁和氫氧化鋁的性質(zhì)及用途2.1 氧化鋁的性質(zhì)和用途2.1.1 氧化鋁的性質(zhì) 純氧化鋁(Al2O3)是白色無定形粉末，俗稱礬土，密度為3.94.0g/cm3，熔點為2050，沸點為2980，不溶于水，為兩性氧化物，能溶于無機(jī)酸和堿性溶液中。有五種同素異形體：無定形氧化鋁，-Al2O3，-Al2O3，-Al2O3，-Al2O3，主要有-Al2O3和-Al2O3。其中，-Al2O3 是最硬最致密的結(jié)構(gòu)，最適合作客料或陶瓷應(yīng)用。隨著溫度的升高，所有氧化鋁的晶型最終都能轉(zhuǎn)化成-Al2O3。其晶型

22、轉(zhuǎn)變過程為： 無定型Al2O3-Al2O3-Al2O3-Al2O3-Al2O3，其各階段的轉(zhuǎn)化溫度分別為450750，750930，9301030，1030120011。 在-Al2O3的晶格中，氧離子為六方緊密堆積，鋁離子對稱地分布在氧離子圍成的八面體配位中心，晶格能很大，故熔點、沸點很高。-Al2O3不溶于有機(jī)酸和水，工業(yè)上也稱鋁氧，是制金屬鋁的基本原料；也用于各種耐火磚，耐火坩堝，耐火管，耐高溫試驗儀器；還可作研磨劑、阻燃劑、填充材料等；高純的-Al2O3還是人造剛玉、人造紅寶石和藍(lán)寶石的原料；還用于生產(chǎn)現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的板基。-Al2O3是氫氧化鋁在400750的高溫環(huán)境下脫水制得。

23、工業(yè)上也叫活性氧化鋁、鋁膠。其結(jié)構(gòu)中氧離子近似為立方面心緊密堆積，Al3+不規(guī)則的分布在由氧離子圍成的八面體和四面體空隙中。-Al2O3不溶于水，能溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液，將它加熱至1200就全部轉(zhuǎn)化為-Al2O3。-Al2O3是一種多孔徑物質(zhì)，每克的內(nèi)表面積高達(dá)數(shù)百平方米，活性高，吸附能力強(qiáng)。工業(yè)品常為無色或微帶粉紅的圓柱型顆粒，耐火性好。在石油煉制和石油化工中是常用的吸附劑、催化劑和催化劑載體；在工業(yè)上是變壓器油、透明油的脫酸劑，還用于色層分析；在實驗室中，是中性強(qiáng)氧化劑，其干燥能力不亞于P2O5，使用后在175以下加熱68小時還能重復(fù)使用12。2.1.2 氧化鋁的用途目前世界上用拜耳法生產(chǎn)的

24、氧化鋁占到總量的90以上，氧化鋁大部分用于制備鋁，用作其他用途的不到10。氧化鋁是一種特殊的共價金屬氧化物，具有獨特的晶體結(jié)構(gòu)。由于這個性質(zhì)，使它在材料方面有著廣泛地應(yīng)用范圍。氧化鋁陶瓷是在多芯片式封裝陶瓷多層電子基板材料、透明窗口材料、熒光載體、陶瓷傳感器、生物陶瓷、固定化酶載體以及其他功能陶瓷和結(jié)構(gòu)陶瓷方面，有著極其重要的作用，氧化鋁精細(xì)陶瓷被認(rèn)為是通向21世紀(jì)高技術(shù)領(lǐng)域基礎(chǔ)材料之一，隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，對原材料的要求越來越高，如粒度的超細(xì)化、顆粒的均勻化、組分高純化、低的燒結(jié)溫度等等13。作為特種功能材料之一的超細(xì)高純氧化鋁，具有高強(qiáng)度、高度抗磨損、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、絕緣性好、

25、表面積大。在低溫下可進(jìn)行范性形變易于成型等優(yōu)點。已在人工晶體、精密陶瓷、催化劑、燈用稀土三基色熒光粉等方面得到了廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對氧化鋁粉末的顆粒度、純度及均勻性提出了更高的要求，對超細(xì)高純氧化鋁粉末的需求量也愈來愈大。然而，到目前為止，國內(nèi)未有廠家生產(chǎn)超細(xì)高純氧化鋁粒子粉末，因此，研究超細(xì)高純氧化鋁粉末的合成技術(shù)，開發(fā)其制備工藝相當(dāng)重要而且十分迫切。 高純氧化鋁微粉現(xiàn)已廣泛用于透光性氧化鋁燒結(jié)體、熒光體載體、特種氣體用添加劑、單晶材料、高壓鈉燈、理化儀器、人工骨、半導(dǎo)體材料基板、錄音磁帶填充劑、渦輪機(jī)原子能設(shè)備、藍(lán)寶石、高強(qiáng)度耐熱軸承、催化劑及其載體、廢氣凈化用催化劑載體、切

26、削工具、研磨材料、紅寶石激光材料等方面。超微細(xì)Al(OH)3擬薄水鋁石和-Al2O3等還廣泛用于建筑和紡織上的阻燃劑，塑科、橡膠化工、石油、環(huán)境保護(hù)工程等部門的催化劑、吸附劑?？傊?，超微細(xì)高純Al2O3及其水合物在各領(lǐng)域中的用量逐年上升14。此外高純氧化鋁也具有許多重要用途。生產(chǎn)金屬鋁或用作電子工業(yè)區(qū)或光學(xué)工業(yè)區(qū)的基礎(chǔ)和絕緣材料，一般從礦用鋁土礦中得到氧化鋁。然而天然存在的鋁土礦在許多用途不能滿足質(zhì)量要求。高性能新型陶瓷，尤其是透明氧化鋁，需要高純氧化鋁原料來制備，要求達(dá)到99.999%以上或更高的純度。2.2 氫氧化鋁的性質(zhì)及用途2.2.1 氫氧化鋁的性質(zhì) 氫氧化鋁（aluminum hyd

27、roxide），化學(xué)式Al(OH)3，是鋁的氫氧化物。是一種堿，由于又顯一定的酸性，所以又可稱之為鋁酸（H3AlO3），但實際與堿反應(yīng)時生成的是偏鋁酸鹽，因此通常在把它視作一水合偏鋁酸（HAlO2·H2O）2.2.2 氫氧化鋁的用途氫氧化鋁按用途可分為工業(yè)用氫氧化鋁和醫(yī)藥用氫氧化鋁兩種。（1） 工業(yè)用氫氧化鋁氫氧化鋁是用量最大和應(yīng)用最廣的無機(jī)阻燃添加劑。氫氧化鋁作為阻燃劑不僅能阻燃，而且可以防止發(fā)煙、不產(chǎn)生滴下物、不產(chǎn)生有毒氣體，因此，獲得較廣泛的應(yīng)用，使用量也在逐年增加。使用范圍：熱固性塑料、熱塑性塑料、合成橡膠、涂料及建材等行業(yè)。（2） 醫(yī)藥用氫氧化鋁 Al(OH)3對胃酸的分泌

28、無直接影響，對胃內(nèi)已存的胃酸起中合或緩沖的作用，可導(dǎo)致胃內(nèi)pH值升高?；瘜W(xué)方程式為：Al(OH)3+3HCl = AlCl3+3H2O，使胃酸過多的癥狀得以緩解。其中和酸的能力比含鎂制劑和碳酸鈣為低，而比碳酸鋁、碳酸雙羥鋁鈉為高。鋁離子在腸內(nèi)與磷酸鹽結(jié)合成不溶解的磷酸鋁自糞便排出。3. 原料中雜質(zhì)的去除所用原料中，根據(jù)所買的硫酸鋁原料的說明書上記錄，知其所含的主要雜質(zhì)是Fe3+、Fe2+、硅（硅酸鹽）、鈉離子和鉀離子。根據(jù)他們的性質(zhì)，設(shè)計出去除它們地方法。而碳酸氫銨中的雜質(zhì)含量極少，對實驗的影響可以忽略。3.1 雜質(zhì)硅的去除對于雜質(zhì)硅，由硅酸性質(zhì)，當(dāng)pH在3.04.0范圍時，硅酸會以原硅酸的形

29、式析出，只要過濾就能將硅雜質(zhì)除去。所以除硅的方法是：因為硫酸鋁溶液呈酸性，根據(jù)其溶液的密度不同，其溶液pH最低可達(dá)2.5。在配制好的硫酸鋁溶液中，用精密pH試紙測溶液pH，測過pH之后，如果溶液pH大于4.0，滴加配制的稀H2SO4（1+3），調(diào)pH在3.5左右（調(diào)pH的方法是往硫酸鋁溶液中滴加兩滴配制的稀H2SO4，用精密pH試紙測pH,當(dāng)pH為3.5左右時停止滴加）。pH調(diào)好后，用玻璃棒攪拌2分鐘之后，用G4漏斗過濾。為了節(jié)省過濾時間，用抽濾機(jī)和抽濾瓶進(jìn)行抽濾15。3.2 雜質(zhì)鐵的去除對于雜質(zhì)鐵離子，由于Fe2+在pH為1.02.0時，會被過氧化氫氧化為Fe3+16，所以往除過硅的溶液中加

30、入配制的稀H2SO4（1+3），調(diào)pH為1.5。滴加幾滴30H2O2。攪拌2分鐘。一滴一滴的加入氨水，調(diào)pH大于2.0，因為Fe3+在pH為1.8時就會完全沉淀。滴加氨水后，由于產(chǎn)生的氫氧化鋁溶解緩慢，可以用電爐微熱燒杯，以加速氫氧化鋁溶解。當(dāng)pH大于2.0時，用G4漏斗抽濾。向濾液中加入綠豆大小的鋁粉，攪拌12分鐘，目的是為了置換出其他較不活潑的金屬雜質(zhì)。用G4漏斗抽濾。3.3 雜質(zhì)鈉和鉀的去除對于原料中的鈉離子和鉀離子，由于金屬鈉、鉀和鋁的化學(xué)活性較高，它們的離子完全溶解于水中16，所以為了除去鈉離子和鉀離子，可以讓活性較低的鋁離子轉(zhuǎn)化成氫氧化鋁沉淀出來，再經(jīng)過清洗步驟將鈉離子和鉀離子除去

31、。清洗的方法是：使除過雜質(zhì)硅和鐵的硫酸鋁溶液與碳酸氫銨溶液反應(yīng)，生成沉淀氫氧化鋁，用G4漏斗抽濾，得濾餅氫氧化鋁。將濾餅轉(zhuǎn)移到組織攪拌勻漿機(jī)中，加入2050倍的水（水的體積是濾餅體積的倍數(shù)）。攪拌10分鐘后，用布氏漏斗抽濾。為了把鈉離子和鉀離子去除干凈（含量低于10ppm）,重復(fù)清洗步驟5次。4. 實驗部分4.1 制備過程的設(shè)計4.1.1 反應(yīng)生成氫氧化鋁由于硫酸鋁溶液和碳酸氫銨溶液反應(yīng)有氣泡產(chǎn)生，反應(yīng)較劇烈，所以采用并流法讓兩溶液參與反應(yīng)。受實驗條件限制，采用并流法時，所使用的實驗儀器是空的礦泉水瓶和沒使用過的輸液管各兩個。將去除過雜質(zhì)的硫酸鋁溶液加入到干凈的礦泉水瓶中，把溶解完全的NH4H

32、CO3溶液加入到另一個干凈的礦泉水瓶中，用兩個干凈的輸液管，分別把NH4HCO3溶液和Al2(SO4)3溶液加入到干凈1000ml大燒杯中，由于反應(yīng)有氣泡產(chǎn)生，控制兩輸液管中溶液流量，且邊滴加邊攪拌。溶液滴加完全后，繼續(xù)攪拌，直至不再產(chǎn)生氣泡為止。4.1.2 反應(yīng)生成高純氧化鋁氫氧化鋁在400750時分解生成-Al2O3，-Al2O3在1200時完全轉(zhuǎn)化為- Al2O311。因此，在氫氧化鋁清洗干凈后，轉(zhuǎn)移到空坩堝中，在轉(zhuǎn)移前，稱量空坩堝質(zhì)量，然后把坩堝放入預(yù)熱到110的烘箱中烘1小時，冷卻至室溫稱量。再把坩堝轉(zhuǎn)移到預(yù)熱至600的馬弗爐中，煅燒1小時。冷卻至室溫稱量坩堝質(zhì)量。再把坩堝轉(zhuǎn)移到預(yù)熱

33、至1200的馬弗爐中，煅燒1小時，得到高純-Al2O3。4.2 實驗過程4.2.1 實驗原理該實驗是利用硫酸鋁與碳酸氫銨反應(yīng)制備氫氧化鋁，氫氧化鋁在600下生成-Al2O3，在1200下-Al2O3轉(zhuǎn)化為-Al2O3。反應(yīng)原理：（1）Al2(SO4)3+6NH4HCO32Al(OH)3+6CO2+3H2O+(NH4)2SO4（2）2Al (OH)3（600） Al2O3 +3H2O （3）- Al2O3（1200）- Al2O34.2.2 實驗儀器和試劑儀器：1000ml的燒杯三個，30ml的坩堝，玻璃棒，濾紙，G4漏斗，布氏漏斗，精密pH試紙（0.55.0），電子天平，分析天平，溫度計，鐵架

34、臺，烘箱，馬弗爐。試劑：Al2(SO4)318H2O（分析純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司），NH4HCO3（分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠），濃硫酸，氨水（分析純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司）,30H2O2 （分析純，天津市化學(xué)試劑三廠）。實驗裝置圖：圖4-1 硫酸鋁與碳酸氫銨反應(yīng)裝置圖實驗流程圖如下：稱取藥品去除雜質(zhì)并流反應(yīng)清洗反應(yīng)產(chǎn)物110烘干1小時600煅燒1小時1200煅燒1小時圖4-2 高純氧化鋁制備工藝流程框圖4.3 實驗步驟1) 清洗儀器，連接電源。2) 配制溶液：用電子天平稱取45.00gNH4HCO3，放入大燒杯中，加水280ml，配成2.0molL溶液。用電子天平稱取

35、60.00 Al2(SO4)318H2O于燒杯中，加水180ml，配成0.5molL溶液。由于Al2(SO4)318H2O溶解較慢，將燒杯放到電爐上，邊加熱邊攪拌，當(dāng)溫度達(dá)到60時，完全溶解。用精密pH試紙測得溶液pH=4.55.0。3) 除Al2(SO4)3中雜質(zhì)：向Al2(SO4)3溶液中加入配制好的H2SO4（1+3），用精密試紙測溶液pH，調(diào)pH為3.04.0，攪拌2分鐘，用G4漏斗抽濾。將濾液轉(zhuǎn)移到干凈燒杯中，滴加H2SO4（1+3）調(diào)PH為1.02.0后，滴加幾滴H2O2，攪拌2分鐘，加入一滴氨水，有白色絮狀物17生成，微熱攪拌，有少許白色沉淀時，用G4漏斗抽濾。將濾液放入燒杯中，

36、加入綠豆粉大小的鋁粉，攪拌2分鐘，用G4漏斗抽濾。4) 通過化學(xué)反應(yīng)制備Al(OH)3:將除雜后的Al2(SO4)3溶液加入到干凈礦泉水瓶中，把溶解完全的NH4HCO3溶液加入到另一個干凈的礦泉水瓶中，用兩個干凈輸液管，分別把NH4HCO3溶液和Al2(SO4)3溶液加入到干凈1000ml燒杯中，由于反應(yīng)有氣泡產(chǎn)生，控制兩輸液管中溶液流速，邊滴加邊攪拌。溶液滴加完全后，繼續(xù)攪拌，直至不再產(chǎn)生氣泡為止。將反應(yīng)完全的懸濁液用布氏漏斗抽濾。5) 除Al(OH)3中的雜質(zhì)：將濾餅轉(zhuǎn)移到組織攪拌勻漿機(jī)中，加入2050倍的水（濾餅體積），攪拌10分鐘后，用布氏漏斗抽濾。重復(fù)此步驟5次。6) 煅燒制備氧化鋁

37、：稱量空坩堝質(zhì)量，將濾餅轉(zhuǎn)移到干凈坩堝中。然后將坩堝放入預(yù)熱到110的烘箱中，在110下烘干1個小時。冷卻至室溫，稱量坩堝質(zhì)量。將坩堝放入預(yù)熱到600的馬弗爐中，在600下煅燒1小時。冷卻至室溫，稱量坩堝質(zhì)量。再將坩堝轉(zhuǎn)移到預(yù)熱至1200的另一馬弗爐中，在1200下煅燒1小時，冷卻至室溫，稱量坩堝質(zhì)量18-19。4.4 實驗結(jié)果及結(jié)論實驗過程中，記錄實驗數(shù)據(jù)如下：表4-1 第一組實驗數(shù)據(jù)實驗號坩堝在各狀態(tài)下的質(zhì)量/g所得高純氧化鋁質(zhì)量/g空坩堝110烘1小時后600煅燒1小時后1200煅燒1小時后131.1248.3743.1438.467.24232.3445.6140.1640.137.7

38、9331.1241.7139.2439.238.11實驗過程中，由于操作原因，有少許原料損失，才使產(chǎn)物質(zhì)量在7.08.5之間。在操作時要仔細(xì)，避免不必要的損失。而檢測時只要取0.5g高純氧化鋁產(chǎn)品，取60g Al2(SO4)318H2O制備高純氧化鋁，浪費原料。而且原料多也不方便操作。改進(jìn)方案，決定取40 g Al2(SO4)318H2O。4.5 檢測結(jié)果及結(jié)論4.5.1 檢測方法（1）檢測制備的高純氧化鋁中三氧化二鐵含量的方法：試樣用硫酸分解。在鹽酸介質(zhì)中，用甲基異丁基酮萃取鐵的絡(luò)合物，加入硫氰酸鉀鄰二氮雜菲與Fe3+生產(chǎn)紅色的三元絡(luò)合物，于分光光度計波長為520nm處，測量其吸光度，從而測

39、定三氧化二鐵的含量20。（2）檢測制備的高純氧化鋁中二氧化硅含量的方法：試樣用硫酸分解，在PH在0.80-1.10的硫酸介質(zhì)中，正硅酸和鉬酸鹽形成硅鉬雜多酸絡(luò)合物，用氨基磺酸溶液選擇還原為硅鉬藍(lán)，用正戊醇萃取至有機(jī)相中。于分光光度計波長為810nm處，測量其吸光度，從而測定二氧化硅量20。4.5.2 產(chǎn)物中各雜質(zhì)的含量標(biāo)準(zhǔn)表4-2 高純氧化鋁中雜質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn) 牌號指標(biāo)-系列系列A-P-3-510A-P-3-520A-P-3-530A-P-3-550A-P-3-521A-P-3-523化學(xué)成分Al2O3()99.9999.9999.9999.9999.9999.99Si(ppm)303030303

40、030Fe(ppm)202020202020K(ppm)101010101010Na(ppm)101010101010Ca(ppm)555555Mg(ppm)555555Cu(ppm)222222Cr(ppm)111111Ti(ppm)111111物理體積SBET (m2g)3-73-73-73-770-90180-200體積密度(gcm3)輕裝0.280.320.280.320.30.40.30.40.200.220.200.22重裝0.60.61.11.30.40.4結(jié)晶粒徑(m)0.250.30.40.50.050.03D50(m)0.5112355725254.5.3 檢驗結(jié)果如下：表4-3 實驗雜質(zhì)含量實驗號硅（ppm）鐵（ppm）1271922317325144.6 改進(jìn)方案藥品取用質(zhì)量改變，取40 g Al2(SO4)318H2O，實驗步驟不變，檢測方法不變，實驗3次。數(shù)據(jù)記錄如下：表4-4 第二組實驗數(shù)據(jù)實驗號坩堝在各狀態(tài)下的質(zhì)量/g所得高純氧化鋁質(zhì)量/g空坩堝110烘1小時后600煅燒1小時后1200煅燒1小時后131.574