1.本發(fā)明涉及生物基碳材料領域，尤其涉及一種提高生物質基硬碳收率的制備方法。

背景技術：

2.納米級氧化鋁粉由于具有高純度、活性高、原晶粒度細等優(yōu)點，在高純氧化鋁陶瓷、微晶耐磨陶瓷、研磨拋光劑以及鋰電池隔膜等市場容量巨大的行業(yè)得到廣泛應用，尤其是氧化鈉含量低于0.2wt%、氧化鋁原晶粒度0.5μm以下的納米級氧化鋁粉備受行業(yè)青睞。

3.目前納米級氧化鋁粉的主流生產工藝主要有兩種，一種是化學法，其產品品質優(yōu)，原晶粒度小，純度可以實現(xiàn)99.9%以上，但是成本高產量小，對工藝設備、環(huán)保設施要求較高;一種是工業(yè)氧化鋁或者氫氧化鋁的熱處理加工，將工業(yè)氧化鋁或鋁氧化合物進行深加工，通過隧道窯高溫煅燒，工藝簡單、產量大、成本低，但是氧化鋁粉原晶粒度較粗，原晶尺寸波動范圍大，影響了其在高端產品中的廣泛應用，另外此方法能耗偏高，廢氣排放量大。

4.微波燒結技術被譽為“21世紀新一代燒結技術”，與常規(guī)燒結技術相比具有升溫速度快、能源利用率高、加熱效率高和安全衛(wèi)生無污染等特點，能提高產品的均勻性和成品率，改善被燒結材料的微觀結構和性能。采用微波燒結處理氧化鋁粉具有工藝簡單，原晶均勻細小，節(jié)能等特點，十分適用于工業(yè)化生產，近年來也得到了廣大專家學者的重視。

5.中國專利cn108977883a公開了一種采用微波燒結制備多孔氧化鋁單晶材料的方法，以聚乳酸(pla)填充氧化鋁粉體,微波燒結1200～1500℃,獲得多孔氧化鋁單晶材料，產品為多孔型氧化鋁，且需要3d打印適用范圍小。中國專利cn109205648a，公開了一種利用添加晶種和微波煅燒制備超細氧化鋁粉體的方法，將前驅體粉末和α-al2o3晶種混合均勻，微波加熱至1050～1200℃,得到氧化鋁粉，其采用硫酸鋁銨為前驅體添加100-200nm氧化鋁晶種，析晶過濾洗滌再煅燒，晶種大于100nm不適用于納米級粉體，且洗滌過程耗水量高。中國專利cn113479918a公開了一種納米球形α-氧化鋁粉體制備方法，將球形無定形氧化鋁前驅體和納米鋁粉通過研磨再進行，950～1030℃微波加熱煅燒改善球形α-al2o3粉體的分散性和均勻性，其生產步驟較復雜且燒結采用反應釜微波水熱法大批量生產成本高。中國專利cn113200558a，描述了一種微波煅燒生產微晶α-氧化鋁的生產工藝。向氧化鋁原料中加入復合礦化劑并混合均勻，加入吸波劑球磨，再擠壓制坯；進行微波窯燒結，粉碎得到微晶α-氧化鋁，其原晶粒度介于0.1-1.5μm，其濕磨處理料的d50粒徑介于5-30μm， 200目篩余量≤5% ，工業(yè)氧化鋁原粉容易水化，研磨過程中極大增加表面積，漿料粘稠，研磨效率較低，另外氧化鋁生坯的成型壓力介于0.5mpa-60mpa，壓力過高會導致燒結晶粒粘結，不易破碎，或者破碎粉料顆粒較粗。中國專利cn101891225a，公開了一種用工業(yè)濕氫鋁生產低鈉高溫氧化鋁的方法。將工業(yè)濕氫氧化鋁、分散劑和復合添加劑充分混合供給回轉窖或隧道窯中進行煅燒，加熱溫度1350℃以上，燒結時間為1-8小時；可以生產出氧化鋁含量大于99.5％、氧化鈉小于0.1％、原晶粒度0.5-6μm，轉相率大于96％的優(yōu)質高溫氧化鋁產品；其采用回轉窯煅燒溫度控制精度與產品均勻性相對較差，晶粒生長不均勻導致氧化鋁原晶粒度范圍寬顆

粒大。

6.這些專利所述的方法，顯示出納米級氧化鋁制備過程存在設備投入大工序復雜不適合量產，添加晶種要求高，洗滌水耗高，工業(yè)氧化鋁研磨效率低，壓坯壓力大，氧化鋁產品原晶尺寸范圍較寬等缺點，產品生產與應用性能受限，對于微晶氧化鋁粉，特別是針對α-氧化鋁粉中氧化鈉含量≤0.2%，氧化鋁晶粒為納米級的制備方法并未見報道。

技術實現(xiàn)要素：

7.本發(fā)明的目的是提供一種低成本納米氧化鋁粉的制備方法。

8.本發(fā)明的創(chuàng)新點在于本發(fā)明通過氣力粉碎機處理微波熱處理的氧化鋁粉，通過集料罐收集獲得納米α相氧化鋁粉氧化鈉含量≤0.2%，氧化鋁晶粒大小在5nm~0.5μm，氧化鋁粉的晶粒達到納米級，無需經過濕法研磨工序處理，十分適用于工業(yè)化生產，成本低性能好。

9.為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案是：一種低成本納米氧化鋁粉的制備方法，包括以下步驟：（1）將工業(yè)γ氧化鋁粉造粒得到造粒粉；（2）將造粒粉通過微波燒結窯爐熱處理獲得α相氧化鋁粉；（3）將α相氧化鋁粉粉碎，獲得成品。

10.進一步地，所述工業(yè)γ氧化鋁粉中氧化鈉含量≤0.5wt%、氧化鋁含量≥98wt%，工業(yè)γ氧化鋁粉粒度≤500微米。

11.進一步地，所述工業(yè)γ氧化鋁粉造粒的造粒方式為糖衣機滾動法造粒。

12.根據(jù)權利要求3所述的低成本納米氧化鋁粉的制備方法，其特征在于，糖衣機滾動法造粒時，邊滾動邊噴灑粘結劑溶液與添加工業(yè)γ氧化鋁粉，直至滾動成型粉料顆粒長大至0.6~1.0mm出機。

13.進一步地，所述粘結劑溶液由pva、cmc、腐植酸、聚丙烯酰胺中的一種或幾種配置而成。

14.進一步地，所述步驟（2）中的微波燒結窯爐為微波加熱式輥道窯或微波加熱式隧道窯；微波燒結窯爐設有急冷帶。

15.進一步地，所述步驟（2）中微波燒結窯爐的燒結曲線為：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；然后經過急冷帶15~45min將溫度快降至315~500℃；再通過緩冷帶150~240min將溫度降至室溫。

16.進一步地，所述步驟（3）中粉碎時通過氣力粉碎機粉碎，所述氣力粉碎機的進氣壓為6~10atm，氣力粉碎機的分級輪轉速為2500~4500r/min。

17.本發(fā)明的有益效果是：1、由于工業(yè)氧化鋁顆粒是由若干簇狀單元按照一定順序組成的顆粒體，簇狀單元內部為層狀排布，煅燒后層與層之間呈現(xiàn)較為明顯的裂紋，若直接進窯燒成會導致冷卻風將部分氧化鋁吹散殘留在窯內，晶粒異常長大，殘留粉較多時會掉落到正常產品中，造成氧化鋁原晶粒度范圍明顯變寬。本發(fā)明中造粒的大顆粒氧化鋁粉在急冷降溫階段不會被風吹揚，避免了風管堵塞，降低料耗，提高粉料收率。

18.2、本發(fā)明中α-al2o3相變以固相傳質為主，成核與一次晶體生長是同時發(fā)生的，造粒后氧化鋁粉致密度高，原子擴散速率加快，所以相變過程加快，可在短時間和較低的溫度條件下實現(xiàn)較高的相轉率。

19.3、本發(fā)明中由于工業(yè)氧化鋁粉主要為板狀、層狀，若不造粒微波直接燒結，會導致比表面積明顯增大，氣孔率也急劇增加，容易吸收大量的氣體阻礙顆粒之間的接觸，提高顆粒的原子擴散距離，阻礙燒結，本發(fā)明采用造粒后的顆粒致密度高，微波燒結更容易，均勻性更好。

20.傳統(tǒng)的α-al2o3由原料經燃氣窯爐高溫煅燒而成，火焰形狀直接影響到物料的燒成溫度和燒成時間，生產時火焰穩(wěn)定性要求高，操作人員對是該過程的關鍵，人為因素影響大易造成物料局部高溫，部分晶粒異常長大，嚴重影響產品的整體質量，本發(fā)明采用微波加熱方式，可以實現(xiàn)窯爐溫度精準穩(wěn)定控制，α-al2o3晶粒成核與生長均勻，粒徑分布范圍窄，同時還具有能源利用率高、加熱效率高和安全衛(wèi)生無污染等特點，微波熱處理升溫與降溫速率均較快，實現(xiàn)α-氧化鋁純度更高、晶粒更加均勻、粒度范圍更窄，而且大大降低生產能耗，低污染。

21.4、本發(fā)明采用微波加熱的特定燒結工藝，低溫階段50℃~150℃用時15~60min，實現(xiàn)工業(yè)氧化鋁造粒顆粒中大部分自由水的蒸發(fā)、氧化鋁與粘結劑分子、水分子的水合均化與羥基化，增強微波燒結在低溫段的耦合性；150℃~500℃用時60~150min，此溫度段實現(xiàn)氧化鋁粉結構水的脫除，形成活性氧化鋁；500℃~800℃用時30~60min，此階段工業(yè)氧化鋁完全脫水，na2o開始與形成的活性氧化鋁反應生成na2o

·

α-al2o3，微波加熱升溫速率快降低na2o反應時間；800℃~1350℃，用時30~120min，此階段隨著溫度升高，na2o

·

α-al2o3分解后的na2o蒸汽與α-al2o3反應逐漸形成naal7o11，最終形成高鋁酸鈉naal11o17，由于工業(yè)氧化鋁造粒后致密度高、微波燒結升溫快，內外粉料均勻受熱，na2o快速汽化排除，殘余量少，同時實現(xiàn)α-al2o3的相變與生長，細小的晶粒發(fā)育長大，晶粒間結合較為緊密，單晶顆粒較為細小。高溫段溫度范圍為950~1350℃，高溫段保溫時間為30~120min，此溫度段實現(xiàn)氧化鋁粉的完全相變與均勻生長。通過此燒結工藝幾乎所有的小晶粒都已經長成了三維的小顆粒狀，且晶粒大小均勻，晶粒與晶粒之間的縫隙較大，沒有彼此相連形成的蠕蟲狀連體結構；造粒顆粒煅燒后裂紋多，裂紋深度深，顆粒間的晶粒結構容易打散、打碎，形成納米級的粉末。

22.5、本發(fā)明通過氣力粉碎機處理微波熱處理的氧化鋁粉，通過集料罐收集獲得納米α相氧化鋁粉氧化鈉含量≤0.2%，氧化鋁晶粒大小在5nm~0.5μm，氧化鋁粉的晶粒達到納米級，無需經過濕法研磨工序處理，十分適用于工業(yè)化生產，成本低性能好，與同質產品相比市場競爭力更強，滿足中高端氧化鋁材料市場需求，具有顯著的經濟效益和社會效益。

23.6、本發(fā)明將工業(yè)氧化鋁粉通過滾制法造粒，使工業(yè)氧化鋁粉致密化降低孔隙率，利用粘結劑中的羥基等極性分子結構，增強粉料在低溫下與微波的耦合性，可實現(xiàn)低溫段快速升溫。

附圖說明

24.圖1為實施例1成品的sem圖。

25.圖2為實施例2成品的sem圖。

26.圖3為實施例3成品的sem圖。

具體實施方式

27.下面將結合附圖對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。

28.實施例1：一種低成本納米氧化鋁粉的制備方法，將工業(yè)γ氧化鋁粉造粒得到造粒粉；工業(yè)γ氧化鋁粉中氧化鈉含量為0.5wt%、氧化鋁含量為98wt%；工業(yè)γ氧化鋁粉粒度≤500微米。工業(yè)γ氧化鋁粉造粒的造粒方式為糖衣機滾動法造粒；糖衣機滾動法造粒時，邊滾動邊噴灑粘結劑溶液與添加工業(yè)γ氧化鋁粉，直至滾動成型粉料顆粒長大至0.6mm出機。粘結劑溶液由pva配置而成。

29.將造粒粉通過微波燒結窯爐熱處理獲得α相氧化鋁粉；微波燒結窯爐為微波加熱式輥道窯；微波燒結窯爐設有急冷帶；微波燒結窯爐的燒結曲線為：50~150℃下保持15min，150~500℃下保持60min ，500~800℃下保持30min，800~1350℃下保持30min；然后經過急冷帶15min將溫度快降至315℃；再通過緩冷帶150min將溫度降至室溫。

30.將α相氧化鋁粉粉碎，獲得成品。粉碎時通過氣力粉碎機粉碎，氣力粉碎機的進氣壓為6atm，氣力粉碎機的分級輪轉速為2500r/min。

31.通過xrf測試成品氧化鈉含量為0.17%。

32.本實施例制備的低成本納米氧化鋁粉sem圖見圖1，由圖1可以看出，氧化鋁晶粒細小均勻，氧化鋁晶粒大小在0.05~0.5微米范圍內，納米氧化鋁粉平均0.371μm，粒徑測試方法檢測標準為gb/t26824-2020納米氧化鋁。

33.實施例2：一種低成本納米氧化鋁粉的制備方法，將工業(yè)γ氧化鋁粉造粒得到造粒粉；工業(yè)γ氧化鋁粉中氧化鈉含量為0.4wt%、氧化鋁含量為98.5wt%；工業(yè)γ氧化鋁粉粒度≤500微米。工業(yè)γ氧化鋁粉造粒的造粒方式為糖衣機滾動法造粒；糖衣機滾動法造粒時，邊滾動邊噴灑粘結劑溶液與添加工業(yè)γ氧化鋁粉，直至滾動成型粉料顆粒長大至0.8mm出機。粘結劑溶液由cmc配置而成。

34.將造粒粉通過微波燒結窯爐熱處理獲得α相氧化鋁粉；微波燒結窯爐為微波加熱式隧道窯；微波燒結窯爐設有急冷帶；微波燒結窯爐的燒結曲線為：50~150℃下保持40min，150~500℃下保持100min ，500~800℃下保持80min，800~1350℃下保持80min；然后經過急冷帶25min將溫度快降至400℃；再通過緩冷帶200min將溫度降至室溫。

35.將α相氧化鋁粉粉碎，獲得成品。粉碎時通過氣力粉碎機粉碎，氣力粉碎機的進氣壓為8atm，氣力粉碎機的分級輪轉速為3500r/min。

36.通過xrf測試成品氧化鈉含量為0.14%。

37.本實施例制備的低成本納米氧化鋁粉sem圖見圖2，由圖2可以看出，氧化鋁晶粒細小均勻，氧化鋁晶粒大小在0.05-0.5微米范圍內，納米氧化鋁粉平均0.353μm，粒徑測試方法檢測標準為gb/t26824-2020納米氧化鋁。

38.實施例3：一種低成本納米氧化鋁粉的制備方法，將工業(yè)γ氧化鋁粉造粒得到造粒粉；工業(yè)γ氧化鋁粉中氧化鈉含量為0.3wt%、氧化鋁含量為99wt%；工業(yè)γ氧化鋁粉粒度≤500微米。工業(yè)γ氧化鋁粉造粒的造粒方式為糖衣機滾動法造粒；糖衣機滾動法造粒時，邊滾動邊噴灑粘結劑溶液與添加工業(yè)γ氧化鋁粉，直至滾動成型粉料顆粒長大至1.0mm出機。粘結劑溶液由腐植酸配置而成。

39.將造粒粉通過微波燒結窯爐熱處理獲得α相氧化鋁粉；微波燒結窯爐為微波加熱式隧道窯；微波燒結窯爐設有急冷帶；微波燒結窯爐的燒結曲線為：50~150℃下保持60min，150~500℃下保持150min ，500~800℃下保持120min，800~1350℃下保持120min；然后經過急冷帶45min將溫度快降至500℃；再通過緩冷帶240min將溫度降至室溫。

40.將α相氧化鋁粉粉碎，獲得成品。粉碎時通過氣力粉碎機粉碎，氣力粉碎機的進氣壓為10atm，氣力粉碎機的分級輪轉速為4500r/min。

41.通過xrf測試成品氧化鈉含量為0.16%。

42.本實施例制備的低成本納米氧化鋁粉sem圖見圖3，由圖3可以看出，氧化鋁晶粒細小均勻，氧化鋁晶粒大小在0.05-0.5微米范圍內，納米氧化鋁粉平均0.297μm，粒徑測試方法檢測標準為gb/t26824-2020納米氧化鋁。

43.實施例4：參考實施例1，粘結劑溶液為聚丙烯酰胺或pva、cmc、腐植酸、聚丙烯酰胺中的幾種配置而成。

44.所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。技術特征：

1.一種低成本納米氧化鋁粉的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將工業(yè)γ氧化鋁粉造粒得到造粒粉；將造粒粉通過微波燒結窯爐熱處理獲得α相氧化鋁粉；將α相氧化鋁粉粉碎，獲得成品。2.根據(jù)權利要求1所述的低成本納米氧化鋁粉的制備方法，其特征在于，所述工業(yè)γ氧化鋁粉中氧化鈉含量≤0.5wt%、氧化鋁含量≥98wt%，工業(yè)γ氧化鋁粉粒度≤500微米。3.根據(jù)權利要求1所述的低成本納米氧化鋁粉的制備方法，其特征在于，所述工業(yè)γ氧化鋁粉造粒的造粒方式為糖衣機滾動法造粒。4.根據(jù)權利要求3所述的低成本納米氧化鋁粉的制備方法，其特征在于，糖衣機滾動法造粒時，邊滾動邊噴灑粘結劑溶液與添加工業(yè)γ氧化鋁粉，直至滾動成型粉料顆粒長大至0.6~1.0mm出機。5.根據(jù)權利要求4所述的低成本納米氧化鋁粉的制備方法，其特征在于，所述粘結劑溶液由pva、cmc、腐植酸、聚丙烯酰胺中的一種或幾種配置而成。6.根據(jù)權利要求1所述的低成本納米氧化鋁粉的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中的微波燒結窯爐為微波加熱式輥道窯或微波加熱式隧道窯；微波燒結窯爐設有急冷帶。7.根據(jù)權利要求6所述的低成本納米氧化鋁粉的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中微波燒結窯爐的燒結曲線為：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；然后經過急冷帶15~45min將溫度快降至315~500℃；再通過緩冷帶150~240min將溫度降至室溫。8.根據(jù)權利要求1所述的低成本納米氧化鋁粉的制備方法，其特征在于，所述步驟（3）中粉碎時通過氣力粉碎機粉碎，所述氣力粉碎機的進氣壓為6~10atm，氣力粉碎機的分級輪轉速為2500~4500r/min。

技術總結

本發(fā)明公開了一種低成本納米氧化鋁粉的制備方法，包括以下步驟：將工業(yè)γ氧化鋁粉造粒得到造粒粉；將造粒粉通過微波燒結窯爐熱處理獲得α相氧化鋁粉；將α相氧化鋁粉粉碎，獲得成品。本發(fā)明通過氣力粉碎機處理微波熱處理的氧化鋁粉，通過集料罐收集獲得納米α相氧化鋁粉氧化鈉含量≤0.2%，氧化鋁晶粒大小在5nm~0.5μm，氧化鋁粉的晶粒達到納米級，無需經過濕法研磨工序處理，十分適用于工業(yè)化生產，成本低性能好。本低性能好。本低性能好。

技術研發(fā)人員：陶華上 李強 王俊甫 周雄 羅甲業(yè)

受保護的技術使用者：江蘇金石研磨有限公司

技術研發(fā)日：2022.12.21

技術公布日：2023/3/14