专利名称：一种氧化铝基纳米人造刚玉类宝石粉体制造方法现有的人造刚玉类宝石通常采用硫酸铝铵热分解法，原材料采用硫酸铝铵固体加 相应比例的着色剂，分步加热，在100°c时恒温使其溶化并与着色剂混合，在150°C脱掉结 晶水，在450-550°C时，硫酸铵分解，在700-850°C时硫酸铝分解，最后在1100°C时恒温2小 时得到产品。此分解法释放出水、氨气和三氧化硫，其中氨气和三氧化硫是环境污染的物， 而且粉体中着色剂经常分布不均勻。氧化铝基纳米人造宝石粉体的制备工艺不仅无上述污 染排放，而且是通过溶液添加着色剂，应用喷雾干燥技术在550°C得到了纳米级、着色均勻 的粉体，可在人造宝石行业有广泛使用。目前未见此类的氧化铝基纳米人造刚玉类宝石粉 体制备工艺报道。
本发明的目的是提供一种氧化铝基纳米人造刚玉类宝石粉体制备工艺，尤其涉 及一种采用固_液反应法和喷雾干燥技术生产氧化铝基纳米人造刚玉类宝石粉体的方法。本发明的目的是这样实现的一种氧化铝基纳米人造刚玉类宝石粉体生产方法，包括以下步骤1)采用溶胶_凝胶法制备铝氢氧化物胶体溶液；2)按照人造宝石颜色要求，在上述制备得到的铝氢氧化物胶体溶液中按比例分别 添加着色剂，其中红宝石添加重结晶重铬酸铵溶液和钛氢氧化物胶体溶液、蓝宝石添加铁 氢氧化物胶体溶液和钛氢氧化物胶体溶液和重结晶钒酸铵溶液；3)通过喷雾干燥设备干燥添加着色剂的铝氢氧化物胶体，分别得到掺着色剂的氧 化铝基人造红宝石和氧化铝基人造蓝宝石粉体。在本发明的一个实施例中，其中步骤1)采用溶胶-凝胶法制备铝氢氧化物胶体是 将铝丝与HV-I催化剂溶液进行混合反应，在铝丝表面形成催化剂合金层，常温下放入蒸馏 水中反应，通过搅拌机搅拌，最后得到铝氢氧化物胶体溶液。在本发明的另外一个实施例中，其中的铝丝是高纯铝丝，直径Φ = 0.25mm，纯度 为99. 999%，通过搅拌机搅拌的反应时间为5-7天。在本发明的另外一个实施例中，其中的铁氢氧化物胶体溶液的制备方法是将氯化 铁溶解入蒸馏水中，得到铁氢氧化物胶体溶液，通过沉淀，离心分离得到沉淀，将沉淀放入 蒸馏水超声分散得到铁氢氧化物胶体溶液。在本发明的另外一个实施例中，其中上述的蒸馏水的温度是70摄氏度，沉淀时间 是24小时，离心分离的转速是9000r/分钟。在本发明的另外一个实施例中，其中钛氢氧化物胶体溶液通过以下方法制得，将氟钛酸铵(优选纯度为99. 99% )溶解入蒸馏水，常温下得到其水解钛水合物溶液。通过沉 淀24小时，离心分离(优选转速为9000r/分钟)得到沉淀，将沉淀放入蒸馏水超声分散得 到钛氢氧化物胶体溶液。在本发明的另外一个实施例中，其中的重结晶重铬酸铵和重结晶钒酸铵溶液通过 以下方法制得，将一定量钒酸铵和重铬酸铵分别溶解到一定体积的蒸馏水中，在85摄氏度 形成各自的饱和溶液，用中性滤纸过滤。利用溶解和再结晶过程使钒酸铵和重铬酸铵重结 晶，重复3-5次，最后将一定量的重结晶钒酸铵和重铬酸铵分别溶解到一定体积的蒸馏水 中，分别得到重结晶纯化的钒酸铵溶液和重铬酸铵溶液。在发明的另外一个实施例中，其中步骤3)中通过喷雾干燥设备干燥添加着色剂 的铝氢氧化物胶体是应用气电联合加热的喷雾干燥机干燥，温度达到550摄氏度，从而得 到着色均勻的纳米级超细人造红刚玉粉体。在本发明的另外一个实施例中，还公开了一种氧化铝基粉体焰熔法烧制人造红蓝 宝石的制造方法，将根据上述方法得到的氧化铝基红、蓝宝石粉体投入到焰熔法宝石机，采 用氢气和氧气做热源，得到了颜色均一的红蓝人造宝石。根据本发明的另外一个实施例，进行粉体的包装，将根据上述方法得到的粉体通 过过筛，由于喷雾过程会产生大的水滴，极少量的大颗粒存在因此需要用筛网过滤，一般采 用300目的筛网进行过滤一二级旋风分离的产品。过滤采用密封振动筛。包装采用负压包 装技术。根据本发明的一个实施例，催化剂Hv-I可以回收利用。本发明的特点1、铝的氢氧化物胶体可以在常温下生产。2、着色剂按照其理论产率在溶液中加入，通过搅拌可以形成着色均勻的胶体溶 液。3、应用喷雾干燥技术，气电联合加热，控制干燥温度在550°C，即可得到纳米级着 色均勻的红、蓝人造宝石粉体。4、催化剂回收于水中保存，可以直接用来进行下次反应，降低了原材料成本。5、通过焰熔法烧结试验，其宝石具有着色均勻、透明度高、爆裂率低的特点。本发明一高纯铝为原料，着色剂纯度均为99. 99%，通过固-液常温下反应和着色 剂胶体溶液混合，应用气电联合加热的喷雾干燥系统得到着色均勻的纳米级宝石粉体。根 据人造宝石行业对宝石粉体的要求本法可以生产除主要元素外，其余杂质含量可控制在 30-50ppm的产品。该产品具有高附加值，目前尚未见国内外厂家规模化生产。该法不仅可 以生产宝石粉体，也可以用来生产高纯纳米级氧化铝粉体。本发明的应用领域主要是人造刚玉类宝石市场、红蓝宝石激光器、半导体衬底制 造等方面。其可替代目前国内市场采用硫酸铝铵热分解法的所有产品。其市场潜力巨大。本发明采用气电联合加热离心喷雾干燥系统，控制干燥温度在550°C、离心喷雾速 度在150001·/分，在无超声分散的条件下，得到一级旋风分离产品粒度在15微米，二级旋风 分离得到产品粒度在0. 2-5微米，在超声分散条件下，扫描电镜测得其粒径在10-80纳米之 间。EDS能谱分析结果表明其各微区的着色剂含量基本保持在产品理论要求的比例。与传 统硫酸铝铵分解方法比较其粒度和着色剂的分布均勻，其生产过程无固体污染物和废气排放，热处理温度低，能耗较低，符合国家减排和降低能耗的政策。以红宝石粉体成本核算为 例，目前市场上刚玉类红宝石粉体60-70元/kg，本发明的刚玉类红宝石粉体35元/kg左 右，大大降低了成本，提高了产品的竞争力。通过焰熔法宝石烧结试验，传统硫酸铝铵热分 解法得到的宝石粉体，每公斤粉大约出宝石0.7公斤左右，而本发明的每公斤粉大约出宝 石0. 75公斤左右，其宝石具有着色均勻、透明度高、爆裂率低、其一级品85-90%。人造宝石。在铝氢氧化物胶体溶液制备过程中，由于此反应为放热反应，密切关注反应釜中 水位变化，应该及时添加蒸馏水，此反应产物为氢气，注意通风和无明火。搅拌机为无机调 速，其搅拌速度优选控制在500-8001·/分。着色剂的加入量优选按照比例加入，人造红宝石的加入量优选为每十公斤铝的反5应产物中加入含500g重铬酸铵的水溶液和含0. 45g氟钛酸铵的水溶液，搅拌均勻，以备干 燥使用，按此比例添加可获得较好的颜色。人造蓝宝石的加入铁量优选为0. 0189g铁氢氧化物胶体、含钛量为0. 20g的钛氢 氧化物胶体和含钒量为0. 18g的钒酸铵溶液，搅拌均勻，以备干燥使用，按此比例添加可获 得较好的颜色。气电联合加热离心喷雾干燥系统控制条件，优选当系统温度达到150摄氏度时， 可以按照50L/小时的流量将蒸馏水喷雾，随着温度升高，逐渐加大流量，是出风口温度控 制控制在100摄氏度左右，在干燥温度达到550°C恒温时、切换成上述的混合胶体溶液，按 150L/小时流量干燥，离心速度在15000r/分，若转速太高粉体会随排风口排除，产品按照 一、二级旋风和多层布袋收集器分别收集，分别包装。在无超声分散的条件下，得到一级旋 风分离产品粒度在15微米，二级旋风分离得到产品粒度在0. 2-5微米，布袋收集器收集的 粉体粒径在0. 02-1微米之间，在超声分散条件下，扫描电镜测得其粒径在10-80纳米之间。 EDS能谱分析结果表明其各微区的着色剂含量基本保持在产品理论要求的比例。与传统硫酸铝铵分解方法比较其粒度和着色剂的分布均勻，其反应无污染物，热 处理温度低，能耗较低，符合国家减排和降低能耗的政策。粉体的包装，将上述分级收集的粉体通过过筛，由于喷雾过程会产生大的水滴，极 少量的大颗粒存在因此需要用筛网过滤，一般采用300目的筛网进行过滤一二级旋风分离 的产品。过滤采用密封振动筛。包装采用负压包装技术。
本发明介绍一种氧化铝基加着色剂纳米级人造宝石粉体生产工艺，应用溶胶-凝胶法生产铝的氢氧化物胶体，再加入一定比例着色剂重铬酸铵溶液(或铁氢氧化物胶体，钒酸铵溶液)和增韧剂-氟钛酸铵水解溶液，通过气电联合加热喷雾干燥方法得到氧化铝基纳米人造宝石粉体。该粉体颗粒粒度达到纳米级，可作为刚玉类人造宝石的生产原料，相比传统的硫酸铝铵法，除降低环境污染和能耗外，其人造刚玉类宝石具有着色均匀、透明度高、爆裂率低、成品率高的优点。