一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺的制作方法

1.本发明涉及金属表面处理技术领域，特别涉及一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺。


背景技术：

2.微米级高纯铝粉是一种高活性易燃粉末，化学性质活泼，常温下可与水及氧气发生反应，生成的氢气遇明火发生燃烧爆炸，这一性质使铝粉在某些行业应用中，特别是湿法工艺生产中，存在极大的生产安全隐患，同时使用效果也难以保证。现有技术制备氧化壳层铝粉，主要是利用高纯铝粉在空气中氧化、一定温度加热氧化(铝粉燃点550℃)、与氧气和水反应几种工艺方法，前两种工艺会在铝粉颗粒表面形成一种较薄的氧化膜，对于高纯球型铝粉厚度约为几个～二十几纳米【北京理工大学发表的《微米铝粉活性及氧化膜厚度研究》】，粒度越低，氧化壳层越薄,薄氧化铝膜形成后会阻止内层铝单质的进一步氧化反应，由于形成的氧化膜层较薄且不均匀，无法达到铝粉表层的致密钝化，遇水仍会发生化学反应。第三种与氧气和水反应工艺由于反应释放氢气及铝粉原有氧化膜的影响，这种工艺普遍存在氧化壳层薄厚不均、颗粒表面粗糙、有漏点等问题(如图2所示)，在湿法混料处理工艺生产中，会导致体系局部或局部带动整体发生干扰反应，从而造成体系不稳定，无法达到理想的钝化和使用效果。本发明提供一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺，因致密氧化铝陶瓷层的存在，能够使铝粉在较大程度上实现完全钝化，可达到不与热水发生反应，并较大限度的保持了原有粉体的球形度和较大程度的活性性能指标，可解决多个行业铝粉的非危化使用问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺，处理后的微米铝粉在保持原有粉体球形度的基础上，氧化壳层均匀致密，无漏点，可达到与热水不发生反应，在致密增厚氧化壳层形态保持及钝化效果方面实现突破。在湿法工艺生产中，可解决多个行业铝粉的非危化使用问题。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
5.一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺，包括以下步骤：
6.1)铝粉脱膜活化：所述铝粉为1～50μm的微细高纯球形铝粉，将铝粉加入含有蚀刻剂的溶液或蚀刻剂与分散剂的混合溶液中，超声搅拌10～30min，铝粉与溶液的体积比为1：3～1：5，充分滤洗，得到活化微细球形铝粉；
7.20μm以上铝粉与蚀刻剂溶液混合，混合后蚀刻剂质量浓度为1％～5％。
8.不大于20μm的铝粉加入蚀刻剂与分散剂的混合溶液中，其中混合后蚀刻剂质量浓度为1％～10％，分散剂质量浓度为5-10
‰
。
9.2)氧化壳层铝粉的制备：向活化后微米铝粉加入含有氧化剂、蚀刻剂和分散剂的混合溶液，铝粉与混合溶液的体积比为1：3～1：5，进行超声搅拌，反应1～3小时，充分滤洗；
10.超声搅拌为：不大于20μm的铝粉进行间隔性超声搅拌，间隔时间为每隔5～15分钟超声5～10分钟；20μm以上的铝粉进行持续性超声搅拌；
11.3)将步骤2)处理的铝粉在温度为70～200℃条件下真空干燥,冷却，再加入含有氧化剂、蚀刻剂和分散剂的混合溶液中，重复步骤2)的操作；
12.混合溶液中，氧化剂质量浓度为5-15％，蚀刻剂质量浓度为1～10％，分散剂质量浓度为5～10
‰
。
13.所述蚀刻剂为氯化铵溶液、氟化氢铵、氟硅酸铵溶液其中的一种或几种。
14.所述分散剂为焦磷酸钠、磷酸三钠、磷酸四钠其中的一种或几种。
15.所述氧化剂为过氧化钠、过氧化钾、过氧化苯甲酰其中的一种或几种。
16.真空干燥条件为50～80℃，1～2小时；80～100℃，1～2小时；100～150℃，1～2小时；150～200℃，0.5～2小时；真空压力-0.03～-0.08mpa。
17.4)将步骤3)处理的铝粉加入3-4倍体积的实验用水,通入co2，超声搅拌10～20分钟，然后经70～200℃条件干燥，在温度为450～500℃条件热解，得到致密氧化壳层铝粉。
18.干燥条件为50～80℃，-0.02～-0.08mpa，3～6小时；80～100℃，1～2小时；150～200℃，1～2小时；热解时间为2小时。
19.本发明中的滤洗使用液体为纯净水，采用粉体专用抽滤装置，滤洗5遍以上。
20.本发明所采用的化学药品均为分析纯试剂。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.1)本发明在制备氧化壳前，对高纯微米铝粉表面的氧化层进行了脱膜活化，使铝粉表面活性增强。
23.2)实现了1～50μm级高纯铝粉氧化壳层的致密增厚，氧化壳层厚度为30～100nm。
24.3)钝化效果实现突破，处理后的微米氧化壳铝粉可实现在热水中不反应,实现微米铝粉在一定生产场景的非危化使用。
25.4)保持了微米铝粉原有球形度和颗粒形貌。
26.5)改善了高纯微米铝粉在一些行业生产中的使用效果。
附图说明
27.图1是10μm高纯微细铝粉的原形貌图；
28.图2是现有技术的铝粉与水和氧气反应制得的增厚氧化层铝粉形貌图(10μm)；
29.图3是本发明实施例1制备的增厚氧化壳铝粉(2μm)的形貌图；
30.图4是本发明实施例2制备的增厚氧化壳铝粉(5μm)的形貌图。
具体实施方式
31.下面结合说明书附图对发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
32.实施例1：
33.铝粉为2μm的微细高纯球形铝粉，实施例致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺包括以下步骤：
34.1)铝粉脱膜活化：将铝粉加入含有蚀刻剂与分散剂的混合溶液中，超声搅拌
30min，铝粉与混合溶液的体积比为1：4，充分滤洗，得到活化微细球形铝粉；
35.蚀刻剂质量浓度为4％，分散剂质量浓度为10
‰
。
36.2)氧化壳层铝粉的制备：向活化后微米铝粉加入含有氧化剂、蚀刻剂和分散剂的混合溶液，铝粉与混合溶液的体积比为1：4，进行间隔性超声搅拌，间隔时间为每隔15分钟超声5分钟，反应3小时，充分滤洗。
37.3)将步骤2)处理的铝粉进行真空干燥,真空干燥条件为70℃，2小时；90℃，2小时；120℃，1小时；160℃，0.5小时；真空压力-0.08mpa。冷却，再加入含有氧化剂、蚀刻剂和分散剂的混合溶液中，重复步骤2)的操作；
38.混合溶液中，氧化剂质量浓度为9％，蚀刻剂质量浓度为2％，分散剂质量浓度为6
‰
；
39.本实施例采用的蚀刻剂为氯化铵溶液；分散剂为焦磷酸钠；氧化剂为过氧化钠。
40.4)将步骤3)处理的铝粉加入3-4倍体积的实验用水,通入co2，超声搅拌20分钟，然后进行干燥，干燥条件为70℃，-0.02mpa，4小时；95℃，2小时；170℃，1.5小时；在温度为450～500℃条件热解，热解时间为2小时，得到致密氧化壳层微米铝粉。
41.如图3所示，本实施例制备得到的致密氧化壳层微米铝粉其氧化壳层厚度为：30-50nm；氧含量2.0～3.6％，活性铝93～95％.处理后的微米铝粉在保持原有粉体球形度的基础上，氧化壳层均匀致密，无漏点，与热水不发生反应。
42.实施例2：
43.铝粉为5μm的微细高纯球形铝粉，实施例致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺包括以下步骤：
44.1)铝粉脱膜活化：将铝粉加入含有蚀刻剂与分散剂的混合溶液中，超声搅拌10min，铝粉与混合溶液的体积比为1：3.5，充分滤洗，得到活化微细球形铝粉；
45.蚀刻剂质量浓度为3％，分散剂质量浓度为6
‰
。
46.2)氧化壳层铝粉的制备：向活化后微米铝粉加入含有氧化剂、蚀刻剂和分散剂的混合溶液，铝粉与混合溶液的体积比为1：3.5，进行间隔性超声搅拌，间隔时间为每隔5分钟超声10分钟，反应1小时，充分滤洗；
47.3)将步骤2)处理的铝粉进行真空干燥,真空干燥条件为60℃，2小时；80℃，2小时；130℃，1小时；170℃，1小时；真空压力-0.06mpa。冷却，再加入含有氧化剂、蚀刻剂和分散剂的混合溶液中，重复步骤2)的操作；
48.混合溶液中，氧化剂质量浓度为5％，蚀刻剂质量浓度为3％，分散剂浓度为8
‰
；
49.本实施例采用的蚀刻剂为氟化氢铵；分散剂为焦磷酸钠；氧化剂为过氧化钾。
50.4)将步骤3)处理的铝粉加入3-4倍体积的实验用水,通入co2，超声搅拌10分钟，然后进行干燥，干燥条件为60℃，-0.06mpa，4小时；80℃，2小时；170℃，1小时。在温度为450～500℃条件热解，热解时间为2小时，得到致密氧化壳层微米铝粉。
51.如图4所示，本实施例制备得到的致密氧化壳层微米铝粉其氧化壳层厚度为：30-70nm；氧含量2.5～5％，活性铝93～96％.处理后的微米铝粉在保持原有粉体球形度的基础上，氧化壳层均匀致密，无漏点，与热水不发生反应。
52.实施例3：
53.铝粉为25μm的微细高纯球形铝粉，实施例致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺包括
以下步骤：
54.1)铝粉脱膜活化：将铝粉加入含有蚀刻剂的溶液中，超声搅拌15min，铝粉与溶液的体积比为1：4.5，充分滤洗，得到活化微细球形铝粉；
55.蚀刻剂质量浓度为4.5％。
56.2)氧化壳层铝粉的制备：向活化后微米铝粉加入含有氧化剂、蚀刻剂和分散剂的混合溶液，铝粉与混合溶液的体积比为1：4.5，持续性超声搅拌2小时，充分滤洗。
57.3)将步骤2)处理的铝粉进行真空干燥,真空干燥条件为70℃，1.5小时；90℃，2小时；150℃，1小时；190℃，2小时；真空压力-0.04mpa。冷却，再加入含有氧化剂、蚀刻剂和分散剂的混合溶液中，重复步骤2)的操作；
58.混合溶液中，氧化剂质量浓度为10％，蚀刻剂质量浓度为4％和1％，分散剂浓度为5
‰
；
59.本实施例采用的蚀刻剂为氯化铵和氟化氢铵；分散剂为磷酸三钠；氧化剂为过氧化苯甲酰。
60.4)将步骤3)处理的铝粉加入3-4倍体积的实验用水,通入co2，超声搅拌15分钟，然后进行干燥，干燥条件为70℃，-0.04mpa，3小时；100℃，1小时；200℃，1小时。在温度为450～500℃条件热解，热解时间为2小时，得到致密氧化壳层微米铝粉。
61.本实施例制备得到的致密氧化壳层微米铝粉其氧化壳层厚度为：50-100nm,氧含量3～8％；活性铝91～96.5％.处理后的微米铝粉在保持原有粉体球形度的基础上，氧化壳层均匀致密，无漏点，与热水不发生反应。
62.上面所述仅是本发明专利的基本原理，并非对本发明专利作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。

技术特征：
1.一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)铝粉脱膜活化：将铝粉加入含有蚀刻剂的溶液或蚀刻剂与分散剂的混合溶液中，超声搅拌10～30min，铝粉与溶液的体积比为1：3～1：5，充分滤洗，得到活化铝粉；2)氧化壳层铝粉的制备：向活化后铝粉加入含有氧化剂、蚀刻剂和分散剂的混合溶液，铝粉与混合溶液的体积比为1：3～1：5，进行超声搅拌，反应1～3小时，滤洗；3)将步骤2)处理的铝粉在温度为70～200℃条件下真空干燥,冷却，再加入含有氧化剂、蚀刻剂和分散剂的混合溶液中，重复步骤2)的操作；4)将步骤3)处理的铝粉加入3-4倍体积的实验用水,通入co2，超声搅拌10～20分钟，然后经70～200℃条件干燥，在温度为450～500℃条件热解，得到致密氧化壳层铝粉。2.根据权利要求1所述的一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺，其特征在于，所述铝粉为1～50μm的微细高纯球形铝粉。3.根据权利要求1所述的一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺，其特征在于，上述步骤1)中，20μm以上铝粉与蚀刻剂溶液混合，混合后蚀刻剂质量浓度为1％～5％；不大于20μm的铝粉加入蚀刻剂与分散剂的混合溶液中，其中混合后蚀刻剂质量浓度为1％～10％，分散剂质量浓度为5-10
‰
。4.根据权利要求1所述的一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺，其特征在于，上述步骤2)和步骤3)中的混合溶液中，氧化剂质量浓度为5～15％，蚀刻剂质量浓度为1～10％，分散剂质量浓度为5～10
‰
。5.根据权利要求1所述的一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺，其特征在于，所述蚀刻剂为氯化铵、氟化氢铵、氟硅酸铵溶液其中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺，其特征在于，所述分散剂为焦磷酸钠、磷酸三钠、磷酸四钠其中的一种或几种。7.根据权利要求1所述的一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺，其特征在于，所述氧化剂为过氧化钠、过氧化钾、过氧化苯甲酰其中的一种或几种。8.根据权利要求1所述的一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺，其特征在于，上述步骤2)中的超声搅拌为：不大于20μm的铝粉进行间隔性超声搅拌，间隔时间为每隔5～15分钟超声5～10分钟；20μm以上的铝粉进行持续性超声搅拌。9.根据权利要求1所述的一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺，其特征在于，上述步骤3)的干燥条件为50～80℃，1～2小时；80～100℃，1～2小时；100～150℃，1～2小时；150～200℃，0.5～2小时；真空压力-0.03～-0.08mpa。10.根据权利要求1所述的一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺，其特征在于，上述步骤4)中的干燥条件为50～80℃，-0.02～-0.08mpa，3～6小时；80～100℃，1～2小时；150～200℃，1～2小时；热解时间为2小时。

技术总结
本发明提供了一种致密增厚氧化壳层铝粉的制备工艺，包括以下步骤：1)铝粉脱膜活化：2)向活化后微米铝粉加入含有氧化剂、蚀刻剂和分散剂的混合溶液，铝粉与混合溶液的体积比为1：3～1：5，进行超声搅拌，反应1～3小时，滤洗；3)真空干燥,重复步骤2)；4)加入实验用水,通入CO2，超声搅拌10～20分钟，干燥，热解。本发明实现了高纯微米铝粉氧化层脱膜活化。实现了1-50um高纯微米铝粉氧化壳层致密增厚。处理后的微米氧化壳铝粉可实现在热水中不反应,实现微米铝粉在一定生产场景的非危化使用。保持了微米铝粉原有球形度和颗粒形貌。米铝粉原有球形度和颗粒形貌。米铝粉原有球形度和颗粒形貌。


技术研发人员：郑丽丽 黄一林 张冲 苏德玺 王建博
受保护的技术使用者：鞍钢实业微细铝粉有限公司
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/8/14