Способ получения оксида алюминия

 

Изобретение предназначено для производства порошкообразного оксида алюминия. Смешивают раствор нитрата алюминия с раствором нитратов органических аминов жирного или гетероциклического ряда в соотношении 1:1,5 и 1:3,0, после чего осуществляют вакуумирование полученного раствора до сухого состояния и прокаливание при температуре 650-700^oC в течение 1-1,5 ч. В качестве нитратов органических аминов жирного ряда берут динитрат гидразина, а гетероциклического - нитрат пиридиния. Изобретение позволяет упростить процесс получения в чистом виде мелкодисперсного оксида алюминия с возможностью регулирования размера частиц от 0,1 до 0,8 мкм. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в производстве оксида алюминия.

В настоящее время для получения оксидов металлов широко используется технология, включающая термообработку исходных реагентов-солей металлов.

Известен способ получения индивидуальных и сложных оксидов металлов из нитратов их термическим разложением в атмосфере водяного пара с образованием газообразных продуктов реакции, содержащих оксиды азота, которые выводят и охлаждают до образования азотной кислоты (а.с. СССР N 2047556, кл. C 01 F 7/30, 1995). Кроме того, известен способ получения α-окиси алюминия, включающий термообработку γ-окиси алюминия в присутствии добавки-основной соли алюминия при температуре 1100-1300^oC в течение 3-5 ч (а.с. СССР N 429625, кл.C 01 F 7/30, 1971). Недостатком известных способов является невозможность получения частиц с диаметром менее одного мкм. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ получения смеси оксидов алюминия и циркония, содержащих в основном сферические частицы, имеющие размер менее 1 мкм (патент СССР 1609442, кл.C 01 F 7/02, 1990). Способ включает смешивание солей алюминия и циркония и обработку указанных солей осадителем, отделение продукта осаждения и его прокаливание, при этом соль алюминия берут в виде раствора с концентрациями Al³⁺ до 0,3 моль/л. Указанная соль алюминия по крайней мере на 80 мас.% состоит из сульфата алюминия, а соль циркония, растворимую в условиях реакции, берут в количестве, чтобы достичь максимум 38 мас.% в виде ZrO₂ от массы Al₂O₃ и ZrO₂ продукта, подвергнутого кальцинированию при 1000^oC в течение 2 ч. Осаждение смеси гидратированных окислов алюминия и циркония осуществляют в присутствии растворимых катионных полиэлектролитов, содержащих повторяющиеся звенья, основанные на замещении акриламида, имеющего общую формулу где R₁, R₂, R₃ и T равны друг другу или различны и выбираются из группы, содержащей водород и углеводородный радикал, содержащий от 1 до 4 атомов углерода; Z и Y-H, CH₃; X- анион; n - целое число, растворимых в условиях реакции и имеющих среднюю мол.мас.более 1 миллиона и степень ионизации не менее 3 мэк/г, при этом осаждение проводят в присутствии серной кислоты.

Недостатком известного способа является его продолжительность, трудоемкость и невозможность получения в чистом виде порошкообразного оксида алюминия.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение процесса получения в чистом виде мелкодисперсного оксида алюминия с возможностью регулирования размера частиц от 0,1 до 0,8 мкм.

Технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем смешивание растворов, один из которых является исходным раствором соли алюминия, с последующим прокаливанием полученного сухого продукта при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве исходного раствора соли алюминия берут нитрат алюминия с концентрацией 0,1 моль/л, который смешивают с раствором нитратов органических аминов жирного и гетероциклического ряда с концентрацией 0,1 моль/л в соотношении 1:3 и 1:1,5, после чего осуществляют вакууммирование полученного раствора до сухого состояния.

Кроме того, технический результат достигается тем, что прокаливание ведут при температуре 650-700^oC в течение 1-1,5 ч.

Возможность получения технического результата обусловлена тем, что нитрат алюминия способен взаимодействовать с нитратами органических аминов в водных растворах с образованием нитратных комплексов за счет разрушения гидратной оболочки трехвалентного катиона алюминия, при этом поставщиками дополнительных нитратионов являются нитраты органических аминов различных классов.

Из научно-технической литературы и патентной документации неизвестно использование смеси растворов нитрата алюминия и нитратов органических аминов при получении оксида алюминия. Однако, известно использование при получении оксида алюминия тех или иных органических соединений, например, алкоголята алюминия в соотношении с галогенидом алюминия (0,95-11):1 (а.с.СССР N 554210, кл. C 01 F 7/36, 1977).

Амины жирного ряда используются при синтезе лекарств, красителей, инсектицидов, ПАВ, ракетных топлив. Высшие амины (C₁₂-C₂₀) можно вводить в уплотняющие составы, замазки, дорожные покрытия, ингибиторы коррозии сплавов алюминия, для получения полиуретанов (А.И.Артеменко, Органическая химия/ М., Высшая школа, 1994, с.247). Нитраты аминов являются сильными взрывчатыми веществами, нитрат гидразина используется в фотографии (Л.Физер, М.Физер, Органическая химия. -М.: Химия, 1970, т.1, с.588-657).

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень" как новая совокупность существенных признаков, проявляющая новое свойство.

Способ осуществляют следующим образом. Раствор нитрата алюминия с концентрацией 0,1 моль/л смешивают с раствором нитратов органических аминов жирного и гетероциклического ряда в соотношении Al:Амин HNO₃ как 1:3, при этом образуются нитратные комплексы алюминия и органических аминов, имеющие общую формулу (Амин H⁺)₃ [Al(NO₃)₆]nH₂O, где n - целое число. Комплексообразование происходит в кислой среде. Полученный раствор подвергают вакуумному испарению на ротационном испарителе типа 350-P до сухого состояния и прокаливают в муфельной печи при температуре 650-700^oC в течение 1-1,5 ч. Данный способ позволяет получить ультрадисперсный порошок оксида алюминия и, кроме того, дает возможность регулировать дисперсность порошка в зависимости от природы используемого нитрата амина.

Пример 1. Для синтеза ультрадисперсного оксида алюминия 10,65 г Al(NO₃)₃растворяют при перемешивании в 500 мл воды. Готовят раствор нитрата пиридиния C₅H₅NHNO₃ из расчета Al(NO₃)₃:C₅H₅NHNO₃ как 1:3, для этого растворяют 21,3 г нитрата пиридиния в 500 мл воды. Раствор нитрата пиридиния осторожно приливают к раствору нитрата алюминия; полученный продукт реакции подвергают вакуумному испарению на ротационном испарителе до сухого состояния. Полученный сухой порошок сжигают под тягой на электрической плитке и прокаливают в муфельной печи при температуре 700^oC в течение 1,5 ч. Получают 2,55 г порошкообразного оксида алюминия, который, согласно рентгенографическим данным, является аморфным. Анализ с помощью электронного микроскопа показывает, что продукт содержит сфероидальные частицы со средним диаметром около 0,1 мкм.

Пример 2. 10,65 г нитрата алюминия растворяют при перемешивании в 500 мл воды. Готовят раствор динитрата гидразина из расчета Al(NO₃)₃: N₂H₄2HNO₃ как 1:1,5, для чего 11,85 г N₂H₄2HNO₃ растворяют в 500 мл воды. К раствору нитрата алюминия осторожно приливают раствор динитрата гидразина. Продукт реакции подвергают вакуумному испарению на ротационном испарителе. Полученный сухой порошок сжигают под тягой на электрической плитке и прокаливают в муфельной печи при температуре 650^oC в течение 1 ч. Получают 2,55 г оксида алюминия, который является рентгеноаморфным. Средний диаметр частиц оксида алюминия равен 0,8 мкм.

Использование заявляемого изобретения позволит снизить трудоемкость и время получения порошкообразного оксида алюминия, регулировать размеры частиц получаемого порошка в зависимости от природы используемого нитрата амина.

Формула изобретения

1. Способ получения порошкообразного оксида алюминия, включающий смешивание растворов, один из которых является исходным раствором соли алюминия, с последующим прокаливанием полученного сухого продукта при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве исходного раствора соли алюминия берут нитрат алюминия с концентрацией 0,1 моль/л, который смешивают с раствором нитратов органических аминов жирного или гетероциклического ряда в соотношении 1 : 1,5 и 1 : 3,0, после чего осуществляют вакуумирование полученного раствора до сухого состояния.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокаливание ведут при температуре 650 - 700^oC в течение 1 - 1,5 ч.

3. Способ по пп.1 - 2, отличающийся тем, что в качестве нитратов органических аминов жирного ряда берут динитрат гидразина, а гетероциклического - нитрат пиридиния.