一种低含氧量无水氟化铝的制备方法技术

本发明专利技术提供一种低含氧量无水氟化铝的制备方法，解决现有干法和湿法生产氟化铝均存在含氧量及纯度达不到技术要求的不足之处。本发明专利技术通过选用湿法氟化铝的方法进一步加深反应强度，以及通过加入过量氟化氢铵除去氟化铝中多余的氧，从而转化为水与氟化铵，通过过量的氟化氢铵的量保护氟化铝减轻反应出来的水再次对氟化铝的水解反应，从而降低氟化铝中的氧含量，从而得到含氧量较低的氟化铝。从而得到含氧量较低的氟化铝。从而得到含氧量较低的氟化铝。

【技术实现步骤摘要】
一种低含氧量无水氟化铝的制备方法


[0001]本专利技术属于光学玻璃添加剂
，具体涉及一种低含氧量无水氟化铝的制备方法，可作为特定高端光学玻璃添加剂使用。

技术介绍

[0002]随着各类科技的飞速发展，光学玻璃领域也在快速向成像越来越清晰的方向发展。在一些高端光学玻璃系列中，对产品绝对纯度的要求也越来越高。
[0003]氟化铝作为一种重要的光学玻璃添加剂，也被要求提高绝对纯度，降低含氧量，从而使其能够应用至特定的高端光学玻璃上。目前常规的干法或者湿法生产的氟化铝含氧量一般在2
‑
4％，但在特定的高端光学玻璃系列中，添加含氧量2
‑
4％的氟化铝在玻璃成型后会存在影响透过率与折射率的微小气泡，从而导致玻璃无法达到要求的透过率和折射率，故光学玻璃厂商提出将氟化铝中的含氧量降低到0.5
‑
0.3％以下、纯度达到99.99％以上这一要求。然而，目前工业上使用的干法和湿法生产氟化铝均无法达到前述含氧量以及纯度的要求。鉴于此，有必要探索一种新的工艺来制备能够满足商业要求的无水氟化铝。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有干法和湿法生产氟化铝均存在含氧量及纯度达不到技术要求的不足之处，而提供一种低含氧量无水氟化铝的制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案是：
[0006]一种低含氧量无水氟化铝的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1、制备氟铝酸溶液
[0008]步骤1.1将氢氟酸加入至反应釜中进行加热，在搅拌状态下，加入氢氧化铝；
[0009]其中，氢氟酸与氢氧化铝的摩尔比为4.2
‑
4.3∶1，若按照理论上氢氟酸与氢氧化铝的摩尔比例进行生产中，是无法将氢氧化铝完全反应为氟化铝，过程中会形成四氟铝酸、氟化铝以及未反应的氢氧化铝，因此，采用前述原料配比制备氟铝酸溶液；
[0010]步骤1.2待步骤1.1的反应液沸腾，维持反应温度在95℃
‑
105℃(即反应放热，等到反应液沸腾后，利用设备维持95
‑
105℃的反应环境)，持续反应40
‑
60分钟，得到氟铝酸溶液；
[0011]步骤2、制备水合氟化铝精品
[0012]将步骤1得到的氟铝酸溶液，加热至110℃
‑
120℃，进行浓缩结晶，趁热进行液固分离，并采用高纯水清洗结晶，得到水合氟化铝精品；
[0013]步骤3、进行水合氟化铝除水，制备无水氟化铝粗品
[0014]将步骤2得到的水合氟化铝精品进行梯度升温烘干，具体烘干工艺如下：
[0015]第一梯度：200
‑
300℃烘干3
‑
4小时，去除表面水以及大部分结合水，减小高温过程中氟化铝水解回氢氧化铝的程度；
[0016]第二梯度：550
‑
600℃烘干3
‑
4小时，得到无水氟化铝粗品，该粗品中含氧量2
‑
2.5％；
[0017]步骤4、进行无水氟化铝粗品除氧，得到低氧无水氟化铝精品
[0018]步骤4.1将步骤3得到的无水氟化铝粗品粉碎，与氟化氢铵混合均匀，得到氟化铝氟化氢铵混合物；
[0019]其中，氟化氢铵与无水氟化铝粗品的摩尔比为6
‑
7％；
[0020]步骤4.2将步骤4.1得到的氟化铝氟化氢铵混合物置于坩埚中，铺平并戳出小洞以方便多余的氟化氢铵与反应出的水脱离，在惰性气体保护下进行梯度升温煅烧，具体煅烧工艺如下：
[0021]第一梯度：150
‑
200℃煅烧3
‑
4小时，为了使氟化铝中的氧与氟化氢铵反应完全转化成氟化铝、氟化铵与水，进一步促使反应完全，更利于反应完全，且保留一部分氟化铵、氟化氢铵不挥发；
[0022]第二梯度：350
‑
400℃煅烧2
‑
3小时，为了在氟化氢铵、氟化铵的保护下去除多余的水，防止高温时氟化铝再次水解，促进方应向正方向进行，更利于反应完全；
[0023]第三梯度：550
‑
600℃煅烧1.5
‑
2小时，为了去除干净多余的氟化氢铵，氟化铵，以及其他低组分的东西，确保烧失重小于0.5％；
[0024]步骤4.3在惰性气体保护的状态下进行梯度降温：
[0025]第一梯度：每小时降50
‑
55℃，降至350℃；
[0026]第二梯度：每半小时降40
‑
50℃直至室温该梯度降温主要是防止在温度较高时，产品接触空气中的氧、水，降至室温再取出产品可避免产品引入不必要的氧含量。此过程涉及反应温度对反应速率的影响，在高温向低温降温的过程中，始终使用惰性气体保护产品氛围，降低可逆反应的发生，防止再引入氧、水，降至低温，反应过程极大降低，基本不影响产品氧指标，取出即可按要求装袋，得到氧含量为0.3
‑
0.4％，纯度大于等于99.99％的低氧氟化铝。
[0027]优选地，为了适应不同晶型的氢氧化铝，促进反应正向进行，提高收率，步骤1中，将质量浓度40
‑
50％的氢氟酸加热至50
‑
60℃，在搅拌状态下，加入氢氧化铝；所述氢氟酸为UPS级，所述氢氧化铝为高纯干粉。
[0028]优选地，步骤1.1中，为了完全溶解反应氢氧化铝而形成四氟铝酸，消除未反应的氢氧化铝中的氧，氢氟酸与氢氧化铝的摩尔比优选4.2∶1。
[0029]优选地，步骤2具体为：将步骤1得到的氟铝酸溶液，加热至115℃，进行浓缩，浓缩出结晶，收集结晶，去除上清液，趁热在离心机中进行液固分离，随后用高纯水清洗结晶表面的游离酸，得到水合氟化铝精品。
[0030]优选地，步骤2中，离心机的转速为500转/分；
[0031]高纯水清洗时的水洗量为结晶量的3/1
‑
2/1。
[0032]优选地，步骤3中，采用烘干箱进行梯度升温烘干。
[0033]优选地，步骤4.1具体为：将步骤3得到的无水氟化铝粗品进行粉碎至80
‑
100目，加入摩尔比例6
‑
7％的氟化氢铵在四氟材质的混料器中充分混合均匀。
[0034]优选地，步骤4.2中，将步骤4.1得到的氟化铝氟化氢铵混合物放到坩埚中，铺平，用四氟棒戳出小洞，放入真空干燥炉中，通氮气保护，进行梯度升温煅烧；
[0035]步骤4.3中，在氮气保护下进行梯度降温。
[0036]同时本专利技术还提供了一种无水氟化铝，其特殊之处在于：采用上述制备方法获得，其纯度和含氧量均可满足目前商业要求。
[0037]一种光学玻璃，其特殊之处在于：制备时采用上述制备方法制得的无水氟化铝作为添加剂。
[0038]本专利技术的构思及原理为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低含氧量无水氟化铝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、制备氟铝酸溶液步骤1.1将氢氟酸加热，在搅拌状态下，加入氢氧化铝；其中，氢氟酸与氢氧化铝的摩尔比为4.2
‑
4.3∶1；步骤1.2待步骤1.1的反应液沸腾，维持反应温度在95℃
‑
105℃，持续反应40
‑
60分钟，得到氟铝酸溶液；步骤2、制备水合氟化铝精品将步骤1得到的氟铝酸溶液，加热至110℃
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120℃，进行浓缩结晶，趁热进行液固分离，并采用高纯水清洗结晶，得到水合氟化铝精品；步骤3、进行水合氟化铝除水，制备无水氟化铝粗品将步骤2得到的水合氟化铝精品进行梯度升温烘干，具体烘干工艺如下：第一梯度：200
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300℃烘干3
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4小时；第二梯度：550
‑
600℃烘干3
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4小时，得到无水氟化铝粗品；步骤4、进行无水氟化铝粗品除氧，得到低含氧量无水氟化铝精品步骤4.1将步骤3得到的无水氟化铝粗品粉碎，与氟化氢铵混合均匀，得到氟化铝氟化氢铵混合物；其中，氟化氢铵与无水氟化铝粗品的摩尔比为6
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7％；步骤4.2将步骤4.1得到的氟化铝氟化氢铵混合物置于坩埚中，铺平并戳出小洞，在惰性气体保护下进行梯度升温煅烧，具体煅烧工艺如下：第一梯度：150
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200℃煅烧3
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4小时；第二梯度：350
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400℃煅烧2
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3小时；第三梯度：550
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600℃煅烧1.5
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2小时；步骤4.3在惰性气体保护下进行梯度降温：第一梯度：每小时降50
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55℃，降至350℃；第二梯度：每半小时降40
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘明钢，张勤生，赵全民，程振江，刘鹏，程杰鹏，
申请(专利权)人：灵宝市民生高新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：