[发明专利]高强度成形氧化铝和用于生产这样的高强度成形氧化铝的方法

说明书

一种通过以下方式生产高强度成形氧化铝的方法：将氧化铝粉末进料到凝集器中，所述凝集器包括具有混料器的轴，所述混料器能够使氧化铝粉末沿着轴移动，当氧化铝粉末沿着轴移动时，将液体粘合剂喷到氧化铝粉末上以形成成形氧化铝，以及煅烧该成形氧化铝。所生产的成形氧化铝具有大于或等于1.20g/ml的松散堆积密度、小于10m²/g的表面积、小于5ppm的单个金属杂质和小于9ppm的总杂质，和/或大于12000psi的压碎强度。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年5月23日提交的美国申请号62/340,048的优先权，将其公开内容通过引用结合于此用于所有目的。

本发明涉及生产高强度成形氧化铝(定形氧化铝，shaped alumina)的方法以及具有低杂质、高强度、可控孔隙率和高松散堆积密度的成形氧化铝。

背景技术

以例如珠粒(小珠，bead)、球粒(sphere)、球形粒子(spherical particle)或团聚体(凝集体，agglomerate)的形式的高强度成形氧化铝用于许多应用，如油田化学载体、催化剂载体和催化剂、用于耐火材料和聚合物的填料以及用于油田用途的支撑剂粒子。具有高堆积密度的成形氧化铝在通过坩埚熔炼过程制造合成蓝宝石中使用。

成形氧化铝(例如珠粒)通常通过以下方式生产：用原料氧化铝制备分散体或溶胶，使该分散体或溶胶喷雾或滴落以形成珠粒，干燥该珠粒以去除水并且使珠粒足够强以用于另外的加工，然后在高温下煅烧以生成具有高强度和高堆积密度的γ或烧结的α氧化铝。由于生成氧化铝分散体需要大量水，所以这些方法需要昂贵的形成和干燥步骤。

随后转化为α氧化铝需要高温煅烧或用α氧化铝接种以降低α转化温度并且降低将珠粒烧结成具有低孔隙率、高密度并且因此具有高强度的珠粒的成本。

降低制造这样的珠粒的成本的一种可能方式是将喷雾干燥步骤结合到上述方法中，然而这样的方法改进仍然将珠粒尺寸限制于喷雾干燥器喷嘴将液滴喷到干燥器中并且将它们在离开干燥器之前干燥的能力。

仍然还需要煅烧以生成坚固的、致密的颗粒。

形成氧化铝珠粒的另一种方法是改进的干燥和凝集方法，其将氧化铝分散体喷到粒子的流化床上，以在去除水或溶剂的同时增进珠粒的尺寸。

挤出加滚圆方法是其他的已知方法，其不使用与滴落或喷雾干燥方法那么多的液体，但是需要多至40％至50％的液体以将氧化铝转化为可以通过使其强制通过模具或挤出机而成形的柔韧或可塑性坯料。通过冲模板或挤出机挤出氧化铝糊料以生成圆柱形状，其通过高速转筒装置成形为珠粒，所述转筒装置将圆柱物破裂成碎片并且使它们成圆形为具有与挤出的圆柱形物相同的直径的珠粒。然后这些珠粒必须干燥并煅烧以具有高强度和高堆积密度。

如上所概述的，所有这些方法都具有若干固有问题。它们需要大量的水来分散氧化铝并且使其可成形为液滴或挤出物。然后必须小心地去除水以防止强度下降。此步骤之后是煅烧步骤，该步骤烧结氧化铝以获得高强度和高堆积密度。干燥步骤和煅烧步骤不能组合，因为当高速去除水时珠粒将破裂或损坏。商业生产率需要大型设备以及高固有资本和运营成本。

本申请的发明使用利用以下的凝集(附聚，agglomeration)方法克服了这些问题，该凝集方法相比于其他成形方法以较低的成本并具有较少的加工步骤来生产高强度、高密度的成形氧化铝。

发明概述

根据本发明的一个方面，提供了一种生产高强度成形氧化铝的方法，所述方法包括：

i)将氧化铝粉末进料到凝集器(造粒机，agglomerator)中，所述凝集器包括具有混料器(搅拌器，mixer)的轴(轴杆，shaft)，所述混料器能够使氧化铝粉末沿着该轴的长度移动，

ii)当氧化铝粉末沿着凝集器的轴的长度移动时，将液体粘合剂喷到该氧化铝粉末上以形成成形氧化铝