[发明专利]一种干法制备高纯粒状勃姆石的方法及勃姆石

说明书

本发明提供了一种干法制备高纯粒状勃姆石的方法及勃姆石。该方法包括：将铝源、铵盐、碱度调节剂混合得到不加入水的反应体系，或者，将铝源、铵盐、碱度调节剂、水混合得到加入少量水的反应体系，加入的水的量≤15wt％；将反应体系升温至170‑250℃，反应4‑14h；采用稀酸对反应产物进行洗涤、二次洗涤、干燥得到勃姆石。本发明还提供了通过上述方法制备的勃姆石。本发明提供了一种低能耗、低成本、易操作、易放大的直接制备高纯粒状勃姆石的生产方法，制得的勃姆石具有形状规整、结晶度高、以及粒度分布窄等优势；其中勃姆石粒径0.4‑2.0μm，勃姆石结晶度99％，勃姆石纯度99.95％。

技术领域

本发明涉及一种干法制备高纯粒状勃姆石的方法及勃姆石，属于无机材料制备技术领域。

背景技术

勃姆石(γ-AlOOH，γ-Al₂O₃·H₂O)又被称为软水铝石，是一种部分脱水的氢氧化铝。勃姆石外观为细小的白色晶体，属于正交晶系，具有层状结构；单一结构层内，氧离子(O^2-)以立方密堆积排列在八面体的顶点，铝离子(Al³⁺)位于八面体的中央，氢氧根(OH^-)位于层状结构的表面上，层与层之间由氢键连接。另外，勃姆石导热系数较高，热稳定性好，堆密度较低，并且热分解会释放出水蒸气，吸收大量热量，分解产生的Al₂O₃覆盖于基体表面，可延缓燃烧速率，达到阻燃效果。因其良好的微观组织及热稳定性，勃姆石广泛应用于陶瓷材料、半导体材料、涂覆材料、阻燃材料、催化剂及载体等领域；更为值得注意的是，由于勃姆石具有密度低、质地软、导热性好、和有机物相容性好等特点，使得勃姆石逐渐取代传统的Al₂O₃和TiO₂等硬质材料用于锂电池隔膜涂覆；除此以外，使用勃姆石涂覆锂电池隔膜还能主动提升锂电池安全性能和能量密度；在实现“双碳”目标的时代背景下，作为新能源电池电芯隔膜、极片涂覆材料的首选材料，勃姆石有非常广阔的应用前景。

在应用方面，材料的特性往往因其粒径和形貌的变化而变化；从廉价易得的工业原料出发制备粒径小的高纯勃姆石成为目前行业研究的重点。CN 106186008 A公开了一种锂电池隔膜涂层用勃姆石的水热制备方法，以六水氯化铝和九水硝酸铝作铝源，经沉淀、陈化、过滤、水热、洗涤、干燥等步骤后获得粒径为800nm左右的菱形勃姆石。该法使用价格相对高昂的无机铝盐作铝源，且流程复杂，生产和操作成本高。CN 104944454 A公开了一种勃姆石制备方法，即使用氢氧化铝为原料，调节pH值后，经水热法制备勃姆石；该法虽使用相对廉价的氢氧化铝做原料，但反应物料Al(OH)₃/H₂O料液中Al(OH)₃质量分数为20-60％，水含量相当高；且反应温度为170-240℃，由于水具有相当高的比热容(4.2KJ/Kg℃)和相变热(2260KJ/kg)，单纯将高压釜中的水加热至170-240℃就会消耗大量的电能，极大的增加了生产成本。CN 111453751A公开了一种高纯勃姆石的制备方法，即通过控制高温水蒸气和醇铝的反应比例和气体流速来控制反应进程以制备高纯纳米块状勃姆石；该法不经水热生产勃姆石，且制备的勃姆石粒度分布窄、分散性好、纯度高；但操作复杂、并且使用价格高昂的醇铝作铝源，不利于工业放大。

在制备高纯勃姆石方面，如上所述，主要依赖于直接使用价格高昂的无机、有机铝盐作铝源，原料成本极高，难以大规模生产。在勃姆石形貌控制方面，主要采取加入添加剂的形式控制形貌。CN 112607759 A公开了一种勃姆石的形貌控制方法，即以氢氧化铝作原料，使用氯化镁作为添加剂，虽然可通过控制原料液中氯化镁含量来控制勃姆石形貌，但产物中引入了镁离子，最终降低了勃姆石纯度；CN 108569713 A公布了一种片状勃姆石的制备方式，即以氢氧化铝为铝源，使用高速球磨机将氢氧化铝与水的浆料充分研磨后，加入乙酸钠、磷酸钠、硝酸钠等碱金属盐作晶型调节剂，再经氢氧化钠/氢氧化钾调节pH之后，水热、过滤、洗涤、干燥，得到片状勃姆石；该法经球磨操作繁琐，且使用大量碱金属盐和碱，洗涤废水多，且产品中金属杂质残留量高。

发明内容