本發(fā)明屬于化合物制備和工業(yè)廢物回收利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種制備氧化鋁類氣凝膠的方法。

背景技術(shù)：

煉鋁時(shí)產(chǎn)生的鋁灰渣是一種產(chǎn)量大、污染嚴(yán)重的工業(yè)危險(xiǎn)廢棄物，2008年被國(guó)家環(huán)保部和發(fā)改委列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》。據(jù)中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2015年我國(guó)原鋁產(chǎn)量約3100萬噸、再生鋁產(chǎn)量為575萬噸，鋁及鋁合金產(chǎn)量3600余萬噸，產(chǎn)生了160余萬噸鋁灰渣。鋁灰渣主要成分為金屬(Al、Fe、Ca、Mg等)、氧化鋁、二氧化硅、氮化物、碳化物等，其中含量最多的鋁和氧化鋁可達(dá)10～80％。鋁灰渣具有資源性和污染性的雙重特性。一方面，鋁灰渣中含有的有毒有害物質(zhì)經(jīng)直接填埋法處理易對(duì)環(huán)境造成巨大危害；另一方面，鋁灰渣中含有的鋁和氧化鋁是寶貴的資源，可以回收再利用。因此，尋找高效利用和治理鋁灰渣的經(jīng)濟(jì)有效的方法，實(shí)現(xiàn)鋁二次資源的有效循環(huán)利用對(duì)鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)有著重要的意義。

氧化鋁氣凝膠是一種低密度、高孔隙率和高比表面積的輕質(zhì)納米介孔固體，它既具有納米材料的基本特性，又具有熱導(dǎo)系數(shù)小、耐熱性高等特點(diǎn)，使其在很多方面都具有廣泛的應(yīng)用。例如作為超低導(dǎo)電系數(shù)的絕緣層、隔聲板、催化劑和催化劑載體、氣體過濾材料、吸附劑、高效隔熱材料等。同時(shí)氧化鋁氣凝膠在能源、信息、環(huán)保、醫(yī)藥、農(nóng)藥、冶金、催化、建筑保溫等領(lǐng)域也具有很大的應(yīng)用潛力。

氧化鋁氣凝膠的制備通常采用溶膠-凝膠法，根據(jù)使用原料不同分為無機(jī)鋁鹽法和有機(jī)金屬醇鹽法。無機(jī)鋁鹽法與有機(jī)金屬醇鹽法相比，原料廉價(jià)，操作工藝簡(jiǎn)單，受到人們更多的關(guān)注。中國(guó)發(fā)明專利(CN103204526A)公開了一種制備氧化鋁溶膠的方法，該發(fā)明以鋁灰為原料，經(jīng)鹽酸酸浸攪拌、過濾，在獲得的濾液中滴加氨水和助劑，調(diào)節(jié)pH值，攪拌、陳化后得到氧化鋁溶膠。利用該工藝可以獲得分子式為Al₂(OH)Cl_6-n的一種水解產(chǎn)物，可作為催化裂化催化劑的粘結(jié)劑。該工藝?yán)霉I(yè)固體廢物鋁灰制備氧化鋁溶膠，既解決了鋁灰難處理難填埋的環(huán)境問題，又降低氧化鋁溶膠的制備成本。中國(guó)發(fā)明專利(CN104528788A)公開了多孔氧化鋁氣凝膠的制備方法，該方法利用一種粉煤灰制備多孔氧化鋁氣凝膠，先將粉煤灰酸浸，調(diào)節(jié)酸浸后鋁鹽溶液pH值制備得到可溶性偏鋁酸鹽溶液；繼續(xù)調(diào)節(jié)可溶性偏鋁酸鹽溶液的pH值獲得氫氧化鋁溶膠，然后干燥得到氫氧化鋁凝膠；氫氧化鋁凝膠經(jīng)陳化、除雜，并經(jīng)超臨界干燥，最后獲得多孔氧化鋁氣凝膠。該工藝中將獲得的氫氧化鋁凝膠進(jìn)行超臨界干燥制備氧化鋁氣凝膠，增加了制備成本，工藝也過于繁瑣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)鋁灰渣含有大量鋁資源、且在填埋處理后對(duì)環(huán)境造成污染等問題，提出了一種制備氧化鋁類氣凝膠的方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

將鋁灰渣水洗除雜后依次進(jìn)行烘干、篩分，獲得粗鋁粉料；將粗鋁粉料用鹽酸酸浸后進(jìn)行固液分離得到粗AlCl₃溶液；向粗AlCl₃溶液中加入NaOH溶液調(diào)節(jié)體系pH值，過濾獲得NaAlO₂濾液；用鹽酸調(diào)節(jié)NaAlO₂濾液的pH值，制備獲得氫氧化鋁膠體；將氫氧化鋁膠體與碳酸鹽類發(fā)泡劑混合后進(jìn)行焙燒，得到氧化鋁類氣凝膠。

進(jìn)一步地，所述方法具體包括以下步驟：

1)通過水洗除去鋁灰渣中的鹽類雜質(zhì)后進(jìn)行烘干、篩分處理，得到一定粒度大小的粗鋁粉料；

2)將粗鋁粉料加入稀鹽酸中后在加熱條件下攪拌一段時(shí)間(即酸浸)，然后通過過濾除去不溶物，得到粗AlCl₃溶液；

3)在粗AlCl₃溶液中加入NaOH溶液調(diào)節(jié)體系pH值至8～10，進(jìn)行過濾，得到NaAlO₂濾液；

4)用稀鹽酸調(diào)節(jié)NaAlO₂濾液的pH值至8～9，制備得到氫氧化鋁膠體；

5)將氫氧化鋁膠體與NaHCO₃混合后經(jīng)焙燒制得氧化鋁類氣凝膠。

進(jìn)一步地，所述步驟1)中：鋁灰渣的水洗時(shí)間為1～6h，水洗溫度為25～90℃；烘干的條件為：干燥溫度為25～120℃，干燥時(shí)間為1～6h；篩分的粒度大小為20～100目。

進(jìn)一步地，所述步驟2)中：所述稀鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15～30％，稀鹽酸與鋁灰渣的質(zhì)量比3:1～8:1，優(yōu)選為3:1～6:1；酸浸溫度(即加熱溫度)為25～100℃，酸浸時(shí)間(即攪拌時(shí)間)為30～120min。

進(jìn)一步地，所述步驟3)中：所述NaOH溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～30％。

進(jìn)一步地，所述步驟4)中：所述稀鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15～30％。

進(jìn)一步地，所述步驟5)中：所述氫氧化鋁膠體與NaHCO₃的質(zhì)量比為1:1～1:5；焙燒溫度為80～500℃，優(yōu)選為150～500℃，焙燒時(shí)間為30～240min，優(yōu)選為30～120min。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

本發(fā)明有效的利用了鋁灰渣中含有的Al和Al₂O₃成分，通過對(duì)鋁灰渣進(jìn)行水洗、酸解、膠體制備、發(fā)泡、焙燒等工藝，制備出具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁類氣凝膠，因其具有多孔結(jié)構(gòu)，使其具備良好的保溫隔熱性能，可以作為建筑保溫隔熱材料，使鋁灰渣得到了更加充分的利用；該發(fā)明與以往氧化鋁氣凝膠的制備相比，無需采用價(jià)格昂貴的金屬醇鹽原料，采用焙燒發(fā)泡，無需利用高端設(shè)備即可實(shí)施，具有可操作性強(qiáng)、步驟簡(jiǎn)明、原料來源廣且易得、對(duì)環(huán)境污染小、物耗能耗低，成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供一種制備氧化鋁類氣凝膠的方法，如圖1所示，該方法先將鋁灰渣水洗除雜、烘干、篩分后獲得粗鋁粉料；將粗鋁粉料用稀鹽酸酸浸后通過過濾進(jìn)行固液分離得到粗AlCl₃溶液；然后在粗AlCl₃溶液中加入NaOH水溶液并調(diào)節(jié)體系pH值，過濾獲得NaAlO₂濾液；用鹽酸調(diào)控NaAlO₂濾液的pH值，獲得氫氧化鋁膠體；接下來，將氫氧化鋁膠體與發(fā)泡劑(例如NaHCO₃)以一定比例混合，經(jīng)焙燒得到氧化鋁類氣凝膠。以下舉例進(jìn)行說明。

實(shí)施例1

步驟(1)：將鋁灰渣水洗除雜后進(jìn)行烘干及篩分處理，除去鋁灰渣中的鹽類雜質(zhì)，得到20目粒度大小的粗鋁粉料；其中水洗條件為：洗滌時(shí)間6h，洗滌溫度30℃；烘干條件為：于60℃干燥6h；鋁灰渣為電解鋁或鑄造鋁生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的熔渣經(jīng)炒灰提鋁后的殘余物，經(jīng)水洗，其中含有超過70％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Al和Al₂O₃的成分。

步驟(2)：將粗鋁粉料加入濃度30wt％的稀鹽酸中后加熱(90℃)攪拌120min，靜置一段時(shí)間后(固液初步分離)進(jìn)行過濾，除去濾渣，得到粗AlCl₃溶液；其中，稀鹽酸:鋁灰渣的質(zhì)量比為3:1。

步驟(3)：在粗AlCl₃溶液中加入濃度30wt％的NaOH溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為9，靜置一段時(shí)間(固液初步分離)后過濾獲得NaAlO₂濾液。

步驟(4)：在NaAlO₂濾液中加入濃度30wt％的稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至8，得到氫氧化鋁膠體。

步驟(5)：將氫氧化鋁膠體與NaHCO₃以質(zhì)量比為1:1.5混合，經(jīng)150℃焙燒120min制得氧化鋁類氣凝膠。

實(shí)施例2

步驟(1)：將鋁灰渣水洗除雜后進(jìn)行烘干及篩分處理，除去鋁灰渣中的鹽類雜質(zhì)，得到20目粒度大小的粗鋁粉料；其中水洗條件為：洗滌時(shí)間5h，洗滌溫度50℃；烘干條件為：于70℃干燥5h。

步驟(2)：將粗鋁粉料加入濃度30wt％的稀鹽酸中后加熱(85℃)攪拌100min，靜置一段時(shí)間后(固液初步分離)進(jìn)行過濾，除去濾渣，得到粗AlCl₃溶液；其中，稀鹽酸:鋁灰渣的質(zhì)量比為4:1。

步驟(3)：在粗AlCl₃溶液中加入濃度20wt％的NaOH溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為10，靜置一段時(shí)間后(固液初步分離)過濾獲得NaAlO₂濾液。

步驟(4)：在NaAlO₂濾液中加入濃度20wt％的稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至9，得到氫氧化鋁膠體。

步驟(5)：將氫氧化鋁膠體與NaHCO₃以質(zhì)量比為1:2混合，經(jīng)250℃焙燒100min制得氧化鋁類氣凝膠。

實(shí)施例3

步驟(1)：將鋁灰渣水洗除雜后進(jìn)行烘干及篩分處理，除去鋁灰渣中的鹽類雜質(zhì)，得到60目粒度大小的粗鋁粉料；其中水洗條件為：洗滌時(shí)間4h，洗滌溫度60℃；烘干條件為：于80℃干燥3h。

步驟(2)：將粗鋁粉料加入濃度30wt％的稀鹽酸中后加熱(80℃)攪拌100min，靜置一段時(shí)間后(固液初步分離)進(jìn)行過濾，除去濾渣，得到粗AlCl₃溶液；其中，稀鹽酸:鋁灰渣的質(zhì)量比為5:1。

步驟(3)：在粗AlCl₃溶液中加入濃度25wt％的NaOH溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為10，靜置一段時(shí)間后(固液初步分離)過濾獲得NaAlO₂濾液。

步驟(4)：在NaAlO₂濾液中加入濃度30wt％的稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至9，得到氫氧化鋁膠體。

步驟(5)：將氫氧化鋁膠體與NaHCO₃以質(zhì)量比為1:2.5混合，經(jīng)300℃焙燒90min制得氧化鋁類氣凝膠。

實(shí)施例4

步驟(1)：將鋁灰渣水洗除雜后進(jìn)行烘干及篩分處理，除去鋁灰渣中的鹽類雜質(zhì)，得到80目粒度大小的粗鋁粉料；其中水洗條件為：洗滌時(shí)間3h，洗滌溫度60℃；烘干條件為：于90℃干燥3h。

步驟(2)：將粗鋁粉料加入濃度30wt％的稀鹽酸中后加熱(90℃)攪拌120min，靜置一段時(shí)間后(固液初步分離)進(jìn)行過濾，除去濾渣，得到粗AlCl₃溶液；其中，稀鹽酸:鋁灰渣的質(zhì)量比為4:1。

步驟(3)：在粗AlCl₃溶液中加入濃度30wt％的NaOH溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為9，靜置一段時(shí)間后(固液初步分離)過濾獲得NaAlO₂濾液。

步驟(4)：在NaAlO₂濾液中加入濃度25wt％的稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至8，得到氫氧化鋁膠體。

步驟(5)：將氫氧化鋁膠體與NaHCO₃以質(zhì)量比為1:4.5混合，經(jīng)350℃焙燒80min制得氧化鋁類氣凝膠。

實(shí)施例5

步驟(1)：將鋁灰渣水洗除雜后進(jìn)行烘干及篩分處理，除去鋁灰渣中的鹽類雜質(zhì)，得到80目粒度大小的粗鋁粉料；其中水洗條件為：洗滌時(shí)間2h，洗滌溫度80℃；烘干條件為：于100℃干燥2h。

步驟(2)：將粗鋁粉料加入濃度30wt％的稀鹽酸中后加熱(80℃)攪拌60min，靜置一段時(shí)間后(固液初步分離)進(jìn)行過濾，除去濾渣，得到粗AlCl₃溶液；其中，稀鹽酸:鋁灰渣的質(zhì)量比為5.5:1。

步驟(3)：在粗AlCl₃溶液中加入濃度25wt％的NaOH溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為10，靜置一段時(shí)間后(固液初步分離)過濾獲得NaAlO₂濾液。

步驟(4)：在NaAlO₂濾液中加入濃度30wt％的稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至8，得到氫氧化鋁膠體。

步驟(5)：將氫氧化鋁膠體與NaHCO₃以質(zhì)量比為1:4.5混合，經(jīng)450℃焙燒50min制得氧化鋁類氣凝膠。

實(shí)施例6

步驟(1)：將鋁灰渣水洗除雜后進(jìn)行烘干及篩分處理，除去鋁灰渣中的鹽類雜質(zhì)，得到100目粒度大小的粗鋁粉料；其中水洗條件為：洗滌時(shí)間1h，洗滌溫度90℃；烘干條件為：于110℃干燥2h。

步驟(2)：將粗鋁粉料加入濃度30wt％的稀鹽酸中后加熱(30℃)攪拌60min，靜置一段時(shí)間后(固液初步分離)進(jìn)行過濾，除去濾渣，得到粗AlCl₃溶液；其中，稀鹽酸:鋁灰渣的質(zhì)量比為6:1。

步驟(3)：在粗AlCl₃溶液中加入濃度25wt％的NaOH溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為9，靜置一段時(shí)間后(固液初步分離)過濾獲得NaAlO₂濾液。

步驟(4)：在NaAlO₂濾液中加入濃度25wt％的稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至8，得到氫氧化鋁膠體。

步驟(5)：將氫氧化鋁膠體與NaHCO₃以質(zhì)量比為1:5混合，經(jīng)500℃焙燒30min制得氧化鋁類氣凝膠。

結(jié)果表明，本發(fā)明利用鋁灰渣中的有效成分Al及Al₂O₃，制備得到了的主成分為氧化鋁并且具有泡沫結(jié)構(gòu)、輕質(zhì)、熱導(dǎo)率低、高溫?zé)岱€(wěn)定性好等特性的多孔結(jié)構(gòu)體，稱為氧化鋁類氣凝膠，是一級(jí)阻燃保溫材料，本發(fā)明制備的氧化鋁類氣凝膠可以廣泛用于建筑保溫和溫室保溫等領(lǐng)域。