Способ получения малощелочного глинозема с высоким содержанием -модификаций al2o3

Авторы патента:

C01F7/44 - обезвоживание гидроксида алюминия

Владельцы патента RU 2462417:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет) (RU)

Изобретение относится к области химии и может быть использовано в производстве малощелочного глинозема, полученного из карбонизационного или декомпозиционного гидроксида алюминия. Щелочесодержащий гидроксид алюминия отмывают кипящим 5%-ным раствором борной кислоты и соотношении по массе жидкой фазы к твердой Ж:Т=5:1-6:1. Затем пульпу фильтруют и без промывки подвергают прокалке при температуре 1275-1325°С в течение одного часа. Изобретение позволяет снизить энергетические затраты. 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к производству глинозема, в частности к производству малощелочного глинозема с высоким содержанием α-модификации Al₂O₃, полученного из карбонизационного или декомпозиционного гидроксида алюминия.

Известен способ получения мелкокристаллического корунда (Патент RU №2077157, опубл. 10.04.1997 г.). Способ включает термопаровую обработку гидроксидов или оксидов алюминия при температуре 350-450°C и давлении паров воды 30-400 ат в присутствии активатора ионного типа. В качестве активатора используют соединения, содержащие анионы, выбранные из группы нитратов, сульфатов, хроматов, боратов, ацетатов и гидроксил-ионов.

Недостатком этого способа является проведение процесса в автоклавных условиях, что требует применения сложного и дорогостоящего оборудования, работающего под высоким давлением.

Известен способ получения металлургического глинозема (Патент SU №1307751, опубл. 10.06.1999 г.). Способ включает обработку щелочесодержащего гидроксида алюминия раствором фтористого алюминия при 50-100°C в течение 0,5-1,0 часа и кальцинацию при 700-800°C.

Положительное влияние фтористых солей и борной кислоты на фазовые превращения γ→(глинозема известно (Гопиенко Г.Н., Заварицкая Т.А., Пашкевич Л.А. Влияние различных минерализаторов на образование α-Al₂O₃ из гидраргиллита и бемита. Цвет, металлы, 1970, №4, с.53-55). Действительно таким образом можно повысить качество глинозема и экономичность процесса, однако при температуре кальцинации 700-800°C содержание α-Al₂O₃ в конечном продукте (из-за малой скорости фазового превращения γ→α-Al₂O₃) всего 25-60% (Наумчик А.Н., Дубовиков О.А. Производство глинозема из низкокачественного сырья. Учебное пособие. - Л.: изд. ЛГИ, 1987, 99 с). Главным недостатком способа является малое содержание α-Al₂O₃.

Известен способ получения малощелочного тонкодисперсного α-глинозема из оборотной пыли электрофильтров печей кальцинации (Патент RU №2241672, опубл. 10.12.2004 г.). Способ включает выщелачивание, фильтрацию и прокаливание при температуре 1200°С. Выщелачивают оборотную пыль при температуре 80°C, а прокаливание ведут в две стадии: от 20°C до 800°C со скоростью 150°C/ч, от 800°C до 1200°C со скоростью 250°C/ч. Прокаливают оборотную пыль в присутствии минерализаторов, например AlF₃.

Недостатком способа является то, что оборотная пыль уже подверглась термической обработке с затратой на это тепловой энергии, а последующая прокалка еще больше увеличит энергетические затраты.

Известен способ получения малощелочного глинозема (Патент RU №2047561, опубл. 10.11.1995 г.), принятый за прототип. Способ включает термообработку гидроксида алюминия, отмывку от щелочных примесей, фильтрацию, прокалку в присутствии минерализатора. При термообработке используют карбонизационный гидроксид алюминия и ведут ее при температуре 1050-1150°C. В качестве минерализатора используют фторид алюминия или смесь фторида алюминия и борной кислоты в количестве 0,3-0,5% от массы глинозема при массовом соотношении в смеси фторида алюминия к борной кислоте (0,5:1,5).

Недостатком способа является двухстадийная термическая обработка со значительными энергетическими затратами.

Технический результат заключается в упрощении технологии при содержании α-модификации в глиноземе не менее 95% и снижении энергетических затрат.

Технический результат достигается тем, что в способе получения малощелочного глинозема с высоким содержанием α-модификации Al₂O₃, включающем отмывку щелочесодержащего гидроксида алюминия от щелочных примесей, фильтрацию, прокалку в присутствии минерализатора - борной кислоты, гидроксид алюминия отмывают кипящим 5%-ным раствором борной кислоты при соотношении по массе жидкой фазы к твердой Ж:Т=5:1-6:1, а после фильтрации прокаливают в течение часа при температуре 1275-1325°C.

Отмывка щелочесодержащего гидроксида алюминия 5%-ным (мас.) раствором борной кислоты уменьшает содержание межкристаллитной щелочи в гидроксиде алюминия и устраняет ее отрицательное влияние на скорость образования α-Al₂O₃ (Арлюк Т.А., Телятников Г.В., Кухоткина Т.Н. О факторах, влияющих на скорость кристаллизации глинозема. Труды ВАМИ, 1974, №88, с.105-109). При отмывке щелочесодержащего гидроксида алюминия раствором борной кислоты происходит нейтрализация щелочи по реакции

4H₃BO₃+4H₂O+Na₂O=Na₂B₄O₇*10H₂O,

с образованием тетрабората натрия, который при последующей прокалке переходит в газовую фазу (Глинка Н.Л. Общая химия. Издание 12. М-Л.: Химия, 1965, с.601). Оставшаяся после фильтрации без промывки в гидроксиде алюминия борная кислота является минерализатором при последующей прокалке.

5%-ная (мас.) концентрация раствора борной кислоты обусловлена максимальной растворимостью борной кислоты при 20°C, при обработке раствором с концентрацией выше 5% (мас.) на фильтре выкристаллизовывается борная кислота.

Повышение температуры раствора борной кислоты интенсифицирует взаимодействие кислоты и щелочи, а 100°C это максимальная температура, которая еще не требует применения автоклавов.

Соотношение по массе жидкой фазы к твердой Ж:Т=5:1-6:1 позволяет осуществить отмывку щелочесодержащего глинозема без значительного увеличения материальных потоков при отмывке и фильтрации.

Прокаливание отфильтрованного и непромытого гидроксида алюминия в течение часа при температуре 1275-1325°C - оптимальное соотношение экспозиции и температуры, которое позволило получить в малощелочном глиноземе не менее 95% α-Al₂O₃ без увеличения на это энергетических затрат (получено экспериментально).

Реализация предлагаемого способа в промышленных условиях заключается в следующем: в мешалку подают щелочесодержащий (карбонизационный или декомпозиционный) гидроксид алюминия и кипящий раствор 5%-ной (мас.) борной кислоты при соотношении по массе жидкой фазы к твердой Ж:Т=5:1. Пульпа, без временной выдержки в мешалке, фильтруется и влажный гидроксид алюминия, содержащий борную кислоту и тетраборат натрия, подвергают прокаливанию в трубчатых вращающихся печах при температуре 1300°C в течение часа. Минерализатором при прокалке является борная кислота, оставшаяся во влажном гидроксиде алюминия.

Пример. Достигаемый технический результат подтверждается лабораторными исследованиями. В перемешиваемый в мешалке и нагретый до 100°C раствор 5%-ной (мас.) борной кислоты загружался карбонизационный гидроксид алюминия в соотношении по массе жидкой фазы к твердой Ж:Т=5:1. Сразу горячая пульпа фильтровалась на воронке Бюхнера, без промывки сушилась и прокаливалась в муфельной печи при 1300°C в течение часа. Параллельно, без обработки раствором борной кислоты проводилась эталонная серия опытов. Полученный после прокалки малощелочной глинозем исследовался кристаллооптическим и рентгеноструктурным методами анализа.

Дополнительно малощелочной глинозем по способу и глинозем эталонной серии опытов подвергались химическому опробованию, базирующемуся на общеизвестном положении - инертности α-модификации Al₂O₃ при гидрометаллургических переделах. Влияние отмывки щелочесодержащего гидроксида алюминия борной кислотой и прокалки в присутствии минерализатора (борной кислоты) на результаты химического опробования приведены в табл.1. Отмывка гидроксида алюминия 5%-ным (мас.) раствором борной кислоты при 100°C (III вариант) с последующей прокалкой при 1300°C в течение часа позволяет резко уменьшить переход Al₂O₃ в раствор при контрольном химическом опробовании - менее 1%.

В аналогичных условиях проводилось химическое опробование проб отечественных и зарубежных специальных марок глубокопрокаленного глинозема, содержащих α-модификации Al₂O₃ не менее 95%. Результаты химического опробования специальных марок глинозема приведены в табл.2. Рентгеноструктурный и кристаллооптический анализы показали полную идентичность малощелочного глинозема специальных марок, содержащих α-модификации Al₂O₃ не менее 95%, и малощелочного глинозема с высоким содержанием α-модификации Al₂O₃, полученного по предлагаемому способу.

Таким образом, при упрощении технологии за счет одностадийной термической обработки и при меньших энергетических затратах достигают содержания α-модификации Al₂O₃ не менее 95%.

Таблица 1
Способ получения малощелочного глинозема с высоким содержанием α-модификации Al₂O₃
Условия прокалки	Навеска, г	Содержание в растворе, г/л	Извлечение в раствор Al₂O₃, %
Температура, °C	Выдержка, мин	Na₂O_общ	Na₂O_к	Al₂O₃
1	2	3	4	5	6	7
Без отмывки борной кислотой
900	нет	5,0378	300,7	298,1	20,2	35,19
1000	нет	4,9596	297,6	295,1	16,3	29,17
1100	нет	4,9968	322,4	317,7	15,0	24,57
1200	нет	4,5922	305,3	301,1	12,5	23,53
1250	нет	6,4290	313,2	311,7	5,7	7,47
1300	нет	5,0014	280,5	-	1,1	2,07
1300	60	4,9629	256,0	252,3	1,2	2,20
I вариант отмывки борной кислотой
900	нет	4,9999	265,0	260,0	34,4	61,38
1000	нет	5,0005	268,0	266,6	17,1	30,16
1100	нет	5,0086	242,4	239,0	19,1	37,19
1200	нет	4,9996	323,7	322,0	23,6	34,47
1250	нет	5,0022	320,7	285,2	26,1	38,60
1300	нет	4,9914	308,2	306,9	23,4	35,96
1300	60	5,0042	257,3	256,0	4,26	7,82
1300	60	4,5538	257,5	256,5	4,10	8,26
II вариант отмывки борной кислотой
1100	60	5,4346	296,6	289,8	14,0	22,92
1300	60	5,0170	251,5	250,0	2,9	5,43
1300	60	3,8019	263,5	262,0	5,5	12,98
III вариант отмывки борной кислотой
1100	нет	5,0010	296,6	296,0	15,4	24,54
1300	нет	4,9924	281,6	280,5	2,0	3,36
1300	60	4,9866	253,0	248,0	0,27	0,51
1300	60	4,9968	266,5	266,0	0,37	0,66
1300	60	5,0022	254,0	253,0	0,42	0,78
1300	60	4,9460	248,0	247,0	0,40	0,77

Таблица 2
Способ получения малощелочного глинозема с высоким содержанием α-модификации Al₂O₃
Проба	Навеска, г	Содержание в растворе, г/л	Извлечение в раствор Al₂O₃, %
Na₂O_общ	Na₂O_к	Al₂O₃
1	2	3	4	5	6
Чистый щелочной раствор без проб	нет	291,3	290,1	нет	нет
	нет	308,7	308,2	нет	нет
	нет	291,7	290,6	нет	нет
нет	302,1	301,5	нет	нет
Англия	2,1770	310,2	306,9	0,15	0,59
Венгрия	3,4318	298,1	291,4	0,10	0,26
Россия	3,9121	292,1	285,2	0,15	0,35
США	1,3955	302,6	300,7	0,15	0,94
Япония	5,9598	286,1	280,5	0,18	0,28

Способ получения малощелочного глинозема с высоким содержанием α-модификаций Al₂O₃, включающий отмывку щелочесодержащего гидроксида алюминия от щелочных примесей, фильтрацию, прокалку в присутствии минерализатора - борной кислоты, отличающийся тем, что гидроксид алюминия отмывают кипящим 5%-ным раствором борной кислоты при соотношении по массе жидкой фазы к твердой Ж:Т 5:1-6:1, а после фильтрации прокаливают в течение часа при температуре 1275-1325°С.

Изобретение относится к способам получения гранулированного высокоактивного нанопористого оксида алюминия, используемого в качестве адсорбента-осушителя в процессах осушки газов: водородсодержащего, природного и др.

Порошок -оксида алюминия // 2441841

Изобретение относится к области химии, в частности к порошку -оксида алюминия, подходящему для получения сапфира. .

Абразивный порошковый материал и абразивная суспензия для избирательного полирования полупроводниковой подложки и способ полирования // 2401856

Изобретение относится к абразивному порошковому материалу, представляющему собой частицы оксида алюминия, содержащему переходный оксид алюминия и не менее 5.0 вес.%, но не более 40 вес.% аморфной фазы, причем частицы оксида алюминия имеют плотность менее 3,20 г/см3; к абразивной суспензии, содержащей воду в качестве растворителя и указанный абразивный порошковый материал в количестве от 3,0 вес.% до не более 30 вес.%.

Порошкообразный альфа-оксид алюминия, способ его получения и изделие из него // 2386589

Изобретение относится к материаловедению и гетерогенному катализу и касается частиц окиси алюминия, применяемых в качестве носителя катализаторов для псевдоожиженного, кипящего и движущегося слоев, а также в качестве абразивного материала и наполнителя.

Порошковый материал из оксида алюминия (варианты) и способ его получения // 2348641

Изобретение относится к получению порошкообразного материала из переходного оксида алюминия. .

Способ получения бемитного порошкового материала // 2342321

Изобретение относится к способу получения бемитного порошкового материала. .

Способ получения гидроксида алюминия псевдобемитной структуры и гамма-оксида алюминия на его основе // 2335457

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в производстве гидроксида алюминия псевдобемитной структуры и гамма-оксида алюминия на его основе, применяемых в производстве катализаторов, носителей, связующих, наполнителей, поглотителей, других областях химической технологии.

Нанопористые сверхмелкие порошки из альфа оксида алюминия и золь-гель, способ их приготовления // 2302374

Изобретение относится к созданию наноразмерных частиц из альфа оксида алюминия, способу их приготовления и способу полирования. .

Нанопористые сверхмелкие порошки из альфа оксида алюминия и способ их приготовления при помощи сублимационной сушки // 2299179

Способ, реактор и установка для термообработки порошкообразного материала // 2294896

Изобретение относится к технологии переработки порошкообразных материалов, преимущественно гидроксида алюминия. .

Катализатор селективного гидрирования и способ его получения // 2490060

Изобретение относится к катализатору и способу селективного гидрирования полиненасыщенных углеводородных соединений, присутствующих в нефтяных фракциях, преимущественно происходящих из парового или каталитического крекинга, в соответствующие алкены

Способ получения корунда высокой чистоты // 2519450

Изобретение относится к технологии получения оксидов алюминия, которые используются для производства лейкосапфира, имеющего широкую область применения: при изготовлении подложек микросхем, светодиодов и лазерных диодов, имплантов и искусственных суставов, микроскальпелей, защитных стекол, ювелирных изделий, а также при изготовлении огнеупорных изделий и при производстве катализаторов и сорбентов. Способ получения корунда включает водоподготовку и регулируемое дозирование воды и алюминия в смеситель, разогрев реактора высокого давления до температуры 200-400°С, регулируемую подачу суспензии порошкообразного алюминия в воде из смесителя с помощью регулируемого насоса высокого давления в реактор высокого давления, распыл суспензии в реакторе с помощью распылительных форсунок, отделение пароводородной смеси от бемита, аккумулирование и осушку бемита, при этом бемит дополнительно сепарируют, после чего подают его в термошкаф, где производят его сушку в диапазоне температур от 50 до 200°С в течение 1-5 ч, после чего подают его в муфельную печь, где в диапазоне температур от 400 до 1200°С из него удаляют кристаллизационную воду в течение 3-10 ч, а образовавшийся в муфельной печи продукт затем загружают в вакуумную печь с последующей термообработкой в диапазоне температур 900-1900°С в течение 3-8 ч. Изобретение обеспечивает получение корунда высокой химической чистоты (не менее 99,99% мас.%). 1 ил., 1 табл., 2 пр.

Способ получения оксида алюминия // 2547833

Изобретение относится к способу получения оксида алюминия в виде порошков или агломератов с частицами, имеющими сотовую пористую структуру. Способ включает обработку соли алюминия раствором щелочного реагента, промывку осадка и его термообработку. В качестве соли алюминия используют кристаллы гексагидрата хлорида алюминия, которые обрабатывают избытком водного раствора аммиака при температуре 20-80°C с образованием бемита. Термообработку осуществляют при 450-650°C до образования оксида алюминия. Изобретение позволяет получить оксид алюминия в виде отдельных частиц с заданными структурой и свойствами, а именно с пористостью частиц 60-80% и пористой структурой, представленной протяженными, параллельно расположенными каналами с упаковкой, близкой к гексагональной, с размером каналов в поперечнике 0,3-1,0 мкм и длиной до 50 мкм. 2 ил.

Альфа-оксид алюминия для получения монокристаллического сапфира // 2552473

Изобретение может быть использовано в химической и электронной промышленности. Объем на одну частицу α-оксида алюминия для получения монокристаллического сапфира составляет не менее 0,01 см3, относительная плотность не менее 80%, объемная плотность агрегата 1,5-2,3 г/см3, и его форма представляет собой любую форму из сферической формы, цилиндрической формы и брикетоподобной формы. Изобретение позволяет снизить количество адсорбированной воды, снизить окисление тигля и повысить эффективность получения монокристаллического сапфира. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.

Α-оксид алюминия для получения монокристалла сапфира и способ его получения // 2554196

Изобретения могут быть использованы в химической и электронной промышленности. Способ получения α-оксида алюминия для получения монокристалла сапфира включает этап, на котором смешивают 100 массовых частей α-оксида алюминия (I) и 25-235 массовых частей α-оксида алюминия (II). α-Оксид алюминия (I) имеет удельную площадь поверхности от 0,1 до 5 м2/г и объемную плотность 1,5 г/см3 или более. α-Оксид алюминия (II) образован из спеченных частиц и имеет удельную площадь поверхности 1 м2/г или менее и относительную плотность 85% или более, и каждая из спеченных частиц имеет объем 0,01 см3 или более. Изобретения позволяют снизить количество адсорбированной воды, снизить окисление тигля и повысить эффективность получения монокристаллического сапфира. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 пр.

Способ получения термоактивированного неметаллургического глинозема и установка для его осуществления // 2591162

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к способу и установке получения термоактивированного неметаллургического глинозема. Способ включает подачу исходного гидроксида алюминия в бункер, его дозирование, загрузку, сушку во взвешенном состоянии, разделение обрабатываемой массы на фазы, термообработку и дегидратацию, охлаждение и выгрузку готового продукта. Дозирование и загрузку выполняют одновременно. Сушку исходного материала проводят по восходящей спирали. После разделения обрабатываемой массы на фазы осуществляют ее дополнительный нагрев с отделением газового потока, направляемого снова на сушку исходного материала. В результате первой стадии дегидратации получают смесь из термоактивированного моногидроксида алюминия и сухого гидроксида алюминия, которая проходит на термообработку с протеканием второй стадии дегидратации и получением материала, состоящего из гидроксида алюминия, бемита (AlOOH)+ рентгеноаморфный псевдобемит и низкотемпературной группы гамма-оксидов алюминия. Обеспечивается повышение эффективности проведения процессов теплопередачи, рекуперации, снижение тепловых потерь, а также упрощение конструкции. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ получения субмикронного порошка альфа-оксида алюминия // 2625104

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения субмикронного порошка альфа-оксида алюминия включает обработку гидроксида алюминия, полученного способом Байера, в мельнице с затравочными частицами, сушку, прокаливание и дезагрегацию полученного порошка путем помола в органическом растворителе. В качестве затравки используют нанопорошок альфа-оксида алюминия с размером частиц менее 25 нм в количестве 1-5 масс. %. Смесь гидроксида алюминия с затравкой обрабатывают методом сухого помола в шаровой мельнице с добавлением 20-30 масс. % гексана. Затем проводят сушку на воздухе и прокаливание при 900-950°С в токе воздуха. Принудительный поток воздуха над прокаливаемым материалом имеет температуру в интервале 500-950°С. Скорость подъема температуры при прокаливании 300°С/час. Изобретение позволяет получить порошок, состоящий из частиц альфа-оксида алюминия сферической формы, слабоагрегированный, с узким распределением частиц по размерам, а именно от 0,1 до 0,3 мкм, пригодный для получения плотной алюмооксидной керамики при снижении энергозатрат. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 пр.