Способ получения сферического оксида алюминия

 

Изобретение относится к способам получения сферического оксида алюминия, который может найти применение в качестве носителей для катализаторов и для изготовления энтеро- и гемосорбентов. Сферический оксид алюминия получают путем гранулирования порошкообразного гидроксида алюминия состава Al₂O₃•nH₂O, где 0,25<n<2,0, предварительно подвергнутого механической обработке в дезинтеграторе. Порошкообразный гидроксид алюминия увлажняют азотной кислотой с концентрацией 0,32-1,28 мас.%, затем загружают в реактор с механической мешалкой, заполненный углеводородной жидкостью, и гранулируют при перемешивании при скорости вращения мешалки 1000-3000 об/мин, в течение 3-20 мин при следующем соотношении компонентов в реакторе, мас.ч.: гидроксид алюминия 10-50, раствор азотной кислоты концентрации 0,32-1,28% 4-20, углеводородная жидкость 100, сформованные гранулы сушат, обрабатывают насыщенными парами воды и прокаливают. Способ компактен, прост, дешев. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения сферического оксида алюминия из порошкообразного гидроксида алюминия состава Аl₂O₃•nН₂O, где 0,25<n<2,0, предварительно подвергнутого механической обработке в дезинтеграторе, путем его гранулирования в углеводородной жидкости, и может найти применение при выпуске небольших партий сферического оксида алюминия для его применения в качестве носителей для катализаторов, для изготовления энтеро- и гемосорбентов.

Известно, что сферический оксид алюминия получают в установках жидкостного формования путем предварительной пептизации гидроксида алюминия минеральной кислотой при нагревании с получением пластичной массы, которую дробят на капли с помощью соответствующего гранулятора и пропускают сначала через слой керосина, где капли принимают сферическую форму, а затем сквозь слой раствора аммиака, где они твердеют. С помощью жидкостной формовки получают гранулированный оксид алюминия требуемого фракционного состава и формы (авт. св. 1757727, кл. В 01 J 02/06, G 05 D 27/00, опубл. 08.01.90 г., Бюл. 32 [1]).

Недостатком данного способа является довольно сложная технология, а также низкие санитарно-гигиенические условия труда из-за использования больших количеств минеральной кислоты на стадии пептизации, а также - аммиака на стадии формования.

Известен аппарат для агломерации дисперсной фазы из водной суспензии в углеводородной жидкости (авт. св. 808116, кл. B 01 J 02/06, опубл. 28.02.81, Бюл. 8 [2]).

С помощью данного аппарата проводят агломерацию дисперсной фазы, например, сажи из водной суспензии в углеводородной жидкости (мазуте) путем перемешивания водной суспензии дисперсной фазы с агломерирующей жидкостью. В зоне мешалки, под ее воздействием, происходит диспергирование мазута и образование зародышей агломератов при налипании дисперсной фазы на частицы диспергированного мазута. Далее, зародыши агломератов вследствие турбулентности потока соударяются с частицами сажи, налипание которых на зародыши ведет к их росту.

Однако технических решений по получению сферического оксида алюминия агломерацией порошкообразного гидроксида алюминия в углеводородной жидкости нами не обнаружено.

Наиболее близким техническим решением, выбранным нами за прототип, является способ получения сферического оксида алюминия (патент RU 2102321, C 01 F 7/02, опубл. 20.01.1998 [3]).

Сущность метода: кислородсодержащие соединения состава Аl₂О₃•nН₂О, где 0,25<n<2,0 подвергают механохимической активации. Полученный полупродукт подают в непрерывном режиме на гранулятор. Образующиеся гранулы поступают на транспортер. Ленточный транспортер проходит через камеру, где поддерживается заданное парциальное давление паров воды в диапазоне 25-100^oС в течение 1-5 часов. Полученные гранулы высушивают в сушилке и затем прокаливают в потоке воздуха. Прокаливание осуществляют при объемной скорости от 500 до 3000 обратных часов и t=330-900^oС в течение 1-6 часов. Механохимическую активацию проводят путем ударного воздействия в дезинтеграторе при скорости соударения частиц между собой и с ротором дезинтегратора 80-200 м/с.

К недостаткам этого способа гранулирования следует отнести не 100% выход сферических гранул, гранулы не достаточно прочные и при транспортировке на другую стадию приготовления могут частично разрушаться. При этом способе гранулирования всегда будет довольно широкое распределение по размерам, способ не позволяет получать сферический оксид алюминия в диапазоне от 0,1 до 15 мм с необходимыми техническими характеристиками, к тому же, этот способ сложен, требует наличия больших производственных мощностей, обладает высокой производительностью, что не всегда нужно при наработке небольших партий сферического оксида алюминия.

Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в получении сферического оксида алюминия с размером гранул от 0,1 до 15 мм, причем с узким заданным интервалом распределения гранул по размерам, а также в создании более простого, дешевого и компактного способа получения небольших партий сферического оксида алюминия необходимого качества.

Оборудование, необходимое для реализации способа - очень простое, не требует больших производственных мощностей и может быть реализовано на небольшой площадке, в непосредственной близости, например, от установок по производству энтеро- и гемосорбентов.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявляемом способе получения сферического оксида алюминия путем гранулирования порошкообразного гидроксида алюминия состава Аl₂О₃•nН₂О, где 0,25<n<2,0, предварительно подвергнутого механической обработке в дезинтеграторе, порошкообразный гидроксид алюминия смешивают с азотной кислотой концентрации 0,32-1,28 мас.%, затем загружают его в реактор с механической мешалкой, заполненный углеводородной жидкостью и гранулируют путем перемешивания получившейся суспензии при скорости вращения мешалки 1000-3000 об/мин в течение 3-20 мин при следующем соотношении компонентов в реакторе, мас.ч.: Гидроксид алюминия - 10 - 50 Раствор азотной кислоты концентрации 0,32-1,28% - 4 - 20 Углеводородная жидкость - 100 Сформованные гранулы высушивают на воздухе, затем обрабатывают насыщенными парами воды, после чего гранулы приобретают нужную прочность, и прокаливают до получения оксида алюминия.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна" по действующему законодательству.

По отношению к выбранному прототипу заявляемое техническое решение имеет следующую совокупность отличительных признаков: - порошкообразный гидроксид алюминия увлажняют азотной кислотой с концентрацией 0,32-1,28 мас.% при перемешивании; - увлажненный кислотой гидроксид алюминия гранулируют в среде углеводородной жидкости путем перемешивания мешалкой со скоростью вращения 1000-3000 об/мин в течение 3-20 мин; - гранулирование проводят при следующем соотношении компонентов в реакторе мас. ч.: Гидроксид алюминия - 10 - 50 Раствор азотной кислоты концентрации 0,32-1,28% - 4 - 20
Углеводородная жидкость - 100
Сведений об известности данных отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением того же результата не обнаружено. На основании этого сделан вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Увлажнение порошкообразного гидроксида алюминия, предварительно подвергнутого механической обработке в дезинтеграторе, раствором разбавленной азотной кислоты с концентрацией 0,32-1,28 мас.% при выбранном соотношении (гидроксид алюминия: раствор азотной кислоты = 10-50:4-20 мас.ч.) позволяет проводить гранулирование гидроксида алюминия в углеводородной жидкости при перемешивании и получать сферические гранулы.

Выбранные соотношения гидроксида алюминия, увлажнителя (раствор азотной кислоты) и углеводородной жидкости, а также режимы работы мешалки при грануляции являются обязательными для проведения процесса, обеспечивающего получение продукта необходимого качества и гранулометрического состава.

Ниже приведены примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1 ( 9 в таблице).

210 г порошкообразного гидроксида алюминия увлажнили 60 мл азотной кислоты с концентрацией 0,64 мас.%, перемешали до однородного состояния. Увлажненный кислотой гидроксид алюминия загрузили в реактор с механической мешалкой, заполненный 1500 мл авиационного керосина. Получившуюся суспензию перемешивали 15 минут при скорости вращения мешалки 2000-2500 об/мин. Образовавшиеся сферические гранулы, размером 0,1-0,6 мм отделили от керосина, высушили на воздухе в тонком слое, затем пропарили на водяной бане до получения требуемой прочности, а затем прокаливали при температуре 550^oС в течение 4 часов. Выход гранул 97%.

Примеры, обосновывающие параметры заявляемого способа, сведены в таблицу.

Как видно из таблицы, заявляемые существенные отличительные признаки являются необходимыми и достаточными для решения поставленной задачи.

Увеличение количества азотной кислоты (1,28%) для смачивания гидроксида алюминия выше 20 мас.ч. экономически нецелесообразно.

Уменьшение количества разбавленной азотной кислоты (0,32%) ниже 4 мас.ч. снижает прочность получаемых сферических гранул.

Экспериментально было установлено, что уменьшение скорости вращения мешалки менее 1000 об/мин приводит к образованию гранул неправильной формы, а увеличение числа оборотов более 3000 об/мин - не целесообразно по экономическим соображениям.

При перемешивании суспензии гидроксида алюминия в углеводородной жидкости менее 3 мин получаются рыхлые гранулы, которые слипаются при сушке в агломераты неправильной формы и рассыпаются при рассеве.

Увеличение времени перемешивания суспензии выше 20 мин экономически нецелесообразно, поскольку не приводит к получению более прочных гранул.

Уменьшение количества гидроксида алюминия ниже 10 мас.ч. при проведении грануляции снижает производительность реактора в расчете на одну загрузку.

Увеличение количества гидроксида алюминия выше 50 мас.ч. приводит к трудностям при перемешивании, а также к разрушению уже образовавшихся сферических гранул.

Получение сферической окиси алюминия по предлагаемому способу позволяет упростить процесс, а также получать продукт требуемой прочности и удельной поверхности, согласно ТУ 38-301-41-141-92. Способ позволяет получать гранулы нужного размера в диапазоне 0,1-15 мм.

При гранулировании использовали порошкообразный гидроксид алюминия, предварительно подвергнутый механической обработке в дезинтеграторе, следующего состава: Аl₂O₃•nН₂O, где 0,25<n<2,0.

1. Авт. св. 1757727, кл. В 01 J 02/06, G 05 D 27/00, опубл. 08.01.90 г., Бюл. 32.

2. Авт. св. 808116, кл. B 01 J 02/06, опубл. 28.02.81, Бюл. 8.

3. Патент RU 2102321, C 01 F 7/02, опубл. 20.01.1998 (прототип).

Формула изобретения

Способ получения сферического оксида алюминия путем гранулирования порошкообразного гидроксида алюминия состава Al₂O₃•nH₂O, где 0,25<n<2,0, предварительно подвергнутого механической обработке в дезинтеграторе, отличающийся тем, что порошкообразный гидроксид алюминия увлажняют азотной кислотой с концентрацией 0,32-1,28 мас.%, затем загружают в реактор с механической мешалкой, заполненный углеводородной жидкостью, и гранулируют при перемешивании при скорости вращения мешалки 1000-3000 об/мин в течение 3-20 мин при следующем соотношении компонентов в реакторе, мас.ч.:
Гидроксид алюминия - 10-50
Раствор азотной кислоты концентрации 0,32-1,28% - 4-20
Углеводородная жидкость - 100
сформованные гранулы сушат, обрабатывают насыщенными парами воды и прокаливают.

РИСУНКИ

Рисунок 1