DD273824A1 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF TONERDE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tonerde durch thermisches Zersetzen von Aluminiumchloridhexahydrat. Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von Sondertonerde. Das erfindungsgemaesse Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass AlCl36 H2O im Temperaturbereich von 130-200C bis zu einem Molverhaeltnis nAl nCl 0,8-2,0 teilzersetzt wird, dieses Zersetzungsprodukt mit bis zur fuenffachen Menge an Wasser zu einem basischen Aluminiumchloridsol umgesetzt wird, durch Wasserentzug ein Gel hergestellt wird, das bei 400-700C unter staendigem Abtransport der Spaltgase durch einen Inertgasstrom zu a-Tonerde kalziniert wird. Dadurch wird erreicht, dass die thermisch zu zersetzende Aluminiumverbindung (Gel) eine diasporanaloge Nahordnung aufweist, die bei der thermischen Zersetzung unter erfindungsgemaessen Bedingungen bei 400C einen Uebergang zu a-Al2O3 zeigt.The invention relates to a process for producing alumina by thermal decomposition of aluminum chloride hexahydrate. Field of application of the invention is the production of special clay. The inventive method is characterized in that AlCl36 H2O is partially decomposed in the temperature range of 130-200C to a molar ratio nAl nCl 0.8-2.0, this decomposition product is reacted with up to five times the amount of water to a basic Aluminiumchloridsol, by dehydration a gel is prepared, which is calcined at 400-700C with constant removal of the fission gases by an inert gas stream to a-alumina. This ensures that the thermally decomposable aluminum compound (gel) has a diasporanaloge Nahordnung showing a transition to a-Al2O3 at 400C in the thermal decomposition under conditions according to the invention.
Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tonerde durch thermische Zersetzung won Aluminiumverbindungen. Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von Sondertonerde.The invention relates to a process for the preparation of alumina by thermal decomposition of aluminum compounds. Field of application of the invention is the production of special clay.
Charakteristik des bekannten Standes dor TechnikCharacteristic of the known state of the art
Die Herstellung von α-Tonerde durch thermische Zersetzung von Aluminiumverbindungen ist allgemein bekai ,nt. So wird die Hauptmenge des großtechnisch erzeugten 0-AI2O3 zur Aluminiumgewinnung aus dem nach dem BAYER-Verf ihren gewonnenen Aluminiumtrihydroxid [AI(OH)3] hergestellt. Als weitere Vorprodukte zur Tonerdegewinnung durch thermische Zersetzung sind Aluminiumöxidhydroxide, -saue, -komplexverbindungen sowie organische Aluminiumverbindungen bekannt. So beschreibt beispielsweise die britische Patentschrift GB 2.184.715 ein Verfahren zur Herstellung von Tonerde durch thermische Zersotzung von basischen Aluminiumchloriden. Die thermische Spaltung läuft unter Entstehung von metastabilen Übergangstonerden bei niedrigen Temperaturen ab, die bei >950°C in die thermodynamisch stabile α-Form übergehen. Nachteilig dabai sind die zur Erzeugung der α-Tonerde erforderlichen hohen Temperaturen.The production of α-alumina by thermal decomposition of aluminum compounds is generally known. Thus, the bulk of the industrially produced 0-Al 2 O 3 for aluminum extraction from the aluminum obtained according to the BAYER-Verf aluminum trihydroxide [Al (OH) 3 ] is prepared. As further precursors for the recovery of alumina by thermal decomposition Aluminiumöxidhydroxide, -saue, complex compounds and organic aluminum compounds are known. For example, British Patent GB 2,184,715 describes a process for producing alumina by thermal calcination of basic aluminum chlorides. The thermal cleavage proceeds at low temperatures with the formation of metastable transitional toners, which change into the thermodynamically stable α-form at> 950 ° C. A disadvantage dabai are the high temperatures required to produce the α-alumina.
In diesem Zusammenhang ist auch bekannt, daß bei Diaspor der Übergang in das a-Tonerdege -iet ohne Entstehen metastabiler Übergangstonerden bei Temperaturen von etwa 42O0C erfolgt (Tokar, K.; Krischner, H.; Monatshefte für Chemie 91 [1960] 757-763). Dieses Verhalten wird auf strukturelle Analogien zwischen Diaspor und Korund zurückgeführt. Diese Besonderheit ist jedoch technisch nicht nutzbar, da einerseits die vorkommenden Bauxite ein tonerdereiches Gemenge von Hydroxiden und Oxidhydroxiden des Aluminiums, darunter auch Diaspor, darstellen, nicht trennbar sind und andererseits Diaspor nur mit, großem Aufwand durch Rehydratisierung von H-AI2O3 in seiner aktiven Form (0.'-AI2O3) oder durch Umsetzen von Aluminium mit Wasserdampf bei Temperaturen über 3400C und Drücken über 100 bar hergestellt werden kann. Es ist weiter bekannt, daß Ci-AI2O3 durch Behandlung von Aluminiumhydroxiden bzw. -oxiden mit Wasserdampf bei Temperaturen über 43O0C und Drücken über 30 bar herstellbar ist. Es ist auch bekannt, 0-AI2O3 durch Hydrolyse von AIF3 an feuchter Luft bei 7000C oder durch intensives Mahlen von Bayerit und Böhmit oberhalb von 25O0C herzustellen (Petzold, A.; Ulbricht, J.: Tonerde und Tonerdewerkstoffe, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1984, Ullmanns Encyklopädie der techn. Chemie, Verlag Chemie, Weinheim Bergstraße, 4.Aufl., Band 7).In this context, it is also known that in diaspore the transition into the a-alumina soil occurs without the formation of metastable transitional alumina at temperatures of about 42O 0 C (Tokar, K .; Krischner, H .; Monatshefte für Chemie 91 [1960] 757 -763). This behavior is attributed to structural analogies between diaspore and corundum. However, this peculiarity is technically not usable because on the one hand the bauxites present a toner-rich mixture of hydroxides and oxide hydroxides of aluminum, including diaspore, are not separable and on the other diaspore with great effort by rehydration of H-Al 2 O 3 in its active form (0 .'Al 2 O 3 ) or by reacting aluminum with water vapor at temperatures above 340 0 C and pressures above 100 bar can be prepared. It is also known that Ci-Al 2 O 3 by treatment of aluminum hydroxides or oxides with steam at temperatures above 43O 0 C and pressures above 30 bar can be produced. It is also known, 0-AI 2 O 3 by hydrolysis of 3 AIF in moist air at 700 0 C, or by intensive grinding of bayerite and boehmite above 25O 0 C to produce (Petzold, A .; Ulbricht, J .: clay and Tonerdewerkstoffe, VEB German publishing house for raw materials industry, Leipzig 1984, Ullmanns Encyklopadie of the technical chemistry, publishing house chemistry, Weinheim Bergstrasse, 4.Aufl., Volume 7).
Aus der Auslegeschrift DE-AS 1954138 ist ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem 0-AI2O3 bekannt, bei dem ein Al-haltiges Ausgangsprodukt in einer Strahlmühle bei 315-815°C vermählen und das die Mühle verlassende Produkt bei einer Temperatur von 700 bis 10000C kalziniert wird. Ausgangsprodukte sind ein festes, geschmolzenes oder gelöstes Aluminiumnitrat, -chlorid, -chlorat oder -bromid, ein Sol, eine Suspension, ein Gel oder eine Paste, die durch Ammoniakfällung aus einer Al-Salzlösung bei pH-Werten kleiner als 6 erhalten wurden, schließlich ein Gemisch aus hydratisiertem Aluminiumoxid mit Ammoniumnitrat oder Salpetersäure. Es wird angegeben, daß das die Mühle verlassende Produkt 10-20% 0.-AI2O3 enthält. Das aus Aluminiumchlorid erhaltene Vorprodukt wird bai 750-85O0C vollständig in AI2O3 überführt.From the Auslegeschrift DE-AS 1954138 a process for the preparation of highly pure 0-Al 2 O 3 is known in which an Al-containing starting material in a jet mill at 315-815 ° C milled and leaving the mill product at a temperature of 700 is calcined to 1000 0 C. Starting materials are a solid, molten or dissolved aluminum nitrate, chloride, chlorate or bromide, a sol, suspension, gel or paste obtained by ammonia precipitation from an Al salt solution at pH values less than 6, finally a hydrated alumina mixture with ammonium nitrate or nitric acid. It is stated that the product leaving the mill contains 10-20% of O-Al 2 O 3 . The intermediate obtained from aluminum chloride bai is 750-85O 0 C completely converted to Al 2 O 3.
Alle diese bekannten Verfahrensvorschläge zir Herstellung von α-Tonerde ermöglichen zwar deren Bildung zumindest teilweise bei niedrigeren Temperaturen, sind jedoch tecnnisch nur unter erheblichem Aufwand zu realisieren.Although all of these known process proposals for the production of α-alumina allow their formation at least partially at lower temperatures, but tecnnisch be realized only with considerable effort.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von a-AI2O3 bei erheblich niedrigeren Temperaturen als bisher technisch üblich.The aim of the invention is an economical process for the preparation of α-Al 2 O 3 at considerably lower temperatures than hitherto technically common.
Darlegung des Wesens dor ErfindungExplanation of the nature of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermisch zu zersetzende Aluminiumverbindung herzustellen, die die gleichen Nahordnuniisverhältnisse wie Diaspor aufweist.The invention has for its object to produce a thermally decomposable aluminum compound having the same Nahordnuniisverhältnisse as diaspore.
Erfindungsgomäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Aluminiumchloridhexahydrat im Temperaturbereich vonErfindungsgomäß the object is achieved in that Aluminiumchloridhexahydrat in the temperature range of
130-200cC bis zu einem Molverhältnis —— = 0,8-2,0 tailzersetzt wird, dieses Zorsetzungsprodukt mit bis zur fünffachen Menge130-200 c C to a molar ratio - = 0.8-2.0, this decomposition product with up to five times the amount
nCin C i
an Wasser zu einem basischem Aluminiumchloridsol umgesetzt wird, durch Wasserentzug ein Gel hergestellt wird, das bei 400-700"C unter ständigem Abtransport der Spaltgase durch einen Inertgasstrom zu α-Tonerde kalziniert wird. Das im Temperaturbereich < 100 "C getrocknete Aluminiumchloridhexahydrat wird auf Korngrößen von 0,1-1 mm zerkleinert und vorteilhafterweise zur Erzielung eines gleichmäßigen Abbauzustandes in einer Wirbelschicht bei 130-200°C thermisch zersetzt. Der anschließende Lösevorgang des entstandenen Zersetzungsproduktes kann durch Erhitzen beschleunigt und die Lösungen können durch Verdampfen der Flüssigkeit eingeengt werden. Je nach Konzentration werden niedrigviskoso bis zähe basische Lösungen (Sole) erhalten. Durch weiteren Entzug der Flüssigkeit werden glasklare, spröde Gele erzeugt. Vorteilhafterweise erfolgt die weitere Verarbeitung dos Gels in pulverförmigem Zustand.dehydration to produce a gel which is calcined at 400-700 ° C. with constant removal of the fission gases by an inert gas stream to form α-alumina. The aluminum chloride hexahydrate dried in the temperature range <100 ° C. is reduced to particle sizes crushed from 0.1 to 1 mm and advantageously thermally decomposed to achieve a uniform state of degradation in a fluidized bed at 130-200 ° C. The subsequent dissolution process of the resulting decomposition product can be accelerated by heating and the solutions can be concentrated by evaporation of the liquid. Depending on the concentration, low viscous to viscous basic solutions (brine) are obtained. Further depletion of the liquid produces crystal clear, brittle gels. Advantageously, further processing of the gel takes place in a powdery state.
Dazu können entweder das Sol dispergiert und die Soltröpfchen in den Gelzustand überführt werden, oder es wird durch Eintrocknen einer größeren Solmenge ein kompakter Gelkörper erzeugt, der sich auf Grund seiner Sprödigkeh leicht zermahlen läßt. Im ersten Falle ist empfehlenswert, von niedrigviskosen Solen auszugehen und den Sol-Gel-Übergang durch eine Sprühtrocknung oder durch Einemulgieren bzw. Einsprühen des Sols in eine wasserentzieiiende Flüssigkeit vorzunehmen. Bei der zweiten Vorgehensweise wird ein hochviskoses Sol zu einem Aerogel eingetrocknet, wobei bezüglich der Trockenzeit eine Abhängigkeit von der Schichtdicke besteht. Die Trockenzeit kann durch höhere Temperaturen erheblich verkürzt werden. IR-spektrometrische Untersuchungen der röntgenamorphen Gele ergaben Spektren mit den für Diaspor typischen Absorptionsbanden, d. h., daß in ihnen eine diasporanaloge Nahordnung vorliegt.For this purpose, either the sol can be dispersed and the sol droplets can be converted into the gel state, or it is produced by drying a larger amount of sol a compact gel body, which can be easily ground due to its Sprödigkeh. In the first case, it is advisable to start with low-viscosity sols and to carry out the sol-gel transition by spray-drying or by emulsifying or spraying the sol into a water-removing liquid. In the second approach, a highly viscous sol is dried to form an airgel, with respect to the drying time is a function of the layer thickness. The drying time can be considerably shortened by higher temperatures. IR spectrometric studies of the X-ray amorphous gels revealed spectra with diasporic absorption bands, i. h., that in them a Diasporanaloge Nahordnung exists.
Für die Bildung von 0.-AI2O3 durch Kalzination der Gele bei den angegebenen niedrigen Temperaturen sind auch die Kalzinationsbedingungen erfindungswesei'tlich. Es wurde gefunden, daß der angestrebte Erfolg nur dann eintritt, wenn durch einen Inertgasstrom wie beispielsweise Stickstoff oder Luft für einen schnellen Abtransport der HCI- und H2O-reichen Spaltgase gesorgt wird. Im Diffraktogramm derartig kalzinierter Proben werden die Maxima des 0-AI2O3 als einziger kristalliner Phase bereits nach einer Kalzination bei 4000C gefunden.For the formation of 0.-Al 2 O 3 by calcination of the gels at the indicated low temperatures and the calcination conditions are erfindungsweseilich. It has been found that the desired success occurs only when provided by an inert gas stream such as nitrogen or air for a rapid removal of HCI and H 2 O-rich fission gases. In the diffractogram of such calcined samples, the maxima of the 0-Al 2 O 3 are found as the only crystalline phase after calcination at 400 0 C.
AusführungsbelsplalAusführungsbelsplal
Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert:The invention is explained in more detail in the following exemplary embodiments:
Getrocknetes und auf K jrngrößen von 0,1-1 mm zerkleinertes Aluminiumchloridhexahydrat wird in einer Wirbelsohichtripparatur jai einer Temperatur von 1700C bis zu einem Molverhältnis nA,/nCi von 1,3 zersetzt. Das Zersetzungsprodukt wird in Wasser bei einem Massenverhältnis Feststoff: Wasser von 1:1,5 in der Hitze gelöst. Das entstehende Sol läßt sich durch einen schnellaufenden Flügelrührer (1 OOOUmin"1) in sec-Butanol, Verhältnis SohAlkohoi 1:10, emulgieren.Dried and K jrngrößen of 0.1-1 mm crushed aluminum chloride is decomposed in a Wirbelsohichtripparatur jai a temperature of 170 0 C to a molar ratio n A / n C i of 1.3. The decomposition product is dissolved in water at a mass ratio solid: water of 1: 1.5 in the heat. The resulting sol can be emulsified by means of a high-speed paddle stirrer (1 000 rpm " 1 ) in sec-butanol, ratio of 1:10 carbon black.
Die Soltröpfchen wandeln sich durch Wasserentzug in Gelkugeln um, es wurden sphärische Partikel mit einem Durchmesser von 1-10pm erhalten. Das Gelpulver wurde abfiltriert, mit Butanol gewaschen und getrocknet.The Soltröpfchen transform by dehydration in gel balls, it spherical particles were obtained with a diameter of 1-10pm. The gel powder was filtered off, washed with butanol and dried.
Im getrockneten Zustand zeigt es die IR-Absorptionsbanden des Diaspors, ist jedoch röntgenamorph.When dried, it shows the IR absorption bands of the diaspore, but is X-ray amorphous.
Das so hergestellte Gelpulver wurde in einem Röhrenofen nach allmählichem Aufheizen bei 6f O0C unter ständigem Abtransport ' der Spaltgase durch Luft kalziniert. Das Kalzinat zeigte im Diffraktogramm nur die Maxima des α·Α!2Ο3. Die spezifische Oberfläche des Prodi/. ?3 wurde zu 22m2g~' bestimmt. Die sphärischen Partikel bleiben bei der Kalzination weitgehend erhalten. Sie nehmen e η einkörniges, poröses Gefüge an. Der Restgehalt an flüchtigen Substanzen beträgt 1,2%.The gel powder thus prepared was calcined in air in a tube furnace after gradual heating at 6f O 0 C with continuous removal of the fission gases. The calcinate showed in the diffractogram only the maxima of α · Α! 2 Ο 3 . The specific surface of the Prodi. ? 3 was determined to be 22m 2 g ~ '. The spherical particles are largely retained during calcination. They adopt e η single-grained, porous structure. The residual content of volatile substances is 1.2%.
Wie in Ausführungsbeispiel 1 darge·. JIt, wurde Aluminiumhexahydrat bis zu einem Molvei^ältnisnAi/nci von 1,3 thermisch zersetzt. Das Zersetzungsprodukt wurde in der Hitze gelöst und das Sol bis zu einer zähflüssigen Konsistenz eingedampft. Das viskose Sol wurde an der Luft getrocknet. Das entstandene glasklare, spröde Gel wurde anschließend zerkleinert. Das Gel zeigt ein dem Diaspor entsprechendes IR-Spektrum, es ist röntgenamorph.As in exemplary embodiment 1. Finally, aluminum hexahydrate was thermally decomposed to a molecular weight of 1.3. The decomposition product was dissolved in the heat and the sol evaporated to a viscous consistency. The viscous sol was air dried. The resulting crystal clear, brittle gel was then crushed. The gel shows an IR spectrum corresponding to the diaspore, it is X-ray amorphous.
Das aufgemahlene Gel wurde analog Beispiel 1 kalzirert. Im Röntgendiffraktogramm des Kalzinates sind nur die Beugungsmaxima des Ci-AI2O3 festzustellen. Die spezifische Oberfläche beträgt 8m2g"'. Es wurde ein Restgehalt von 0,7% an flüchtigen Bestandteilen ermittelt. Die Tonerde ist feinteilig und leicht zerkleinerbar. Unter dem Elektronenmikroskop sind Primärpartikel um 0,1 μΓη, häufig auch gut ausgebildete hexagonale Tafeln mit einem Durchmesser von 0,1-0,3 pm festzustellen. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der Herstellung von α-Tonerde bei niedrigeren Temperaturen als bisher technisch üblich, so daß sich eine erhebliche Einsparung an Energie ergibt. Gleichzeitig ist mit der tieferen Herstellungstemperatur ein verändertes Kristallisationsverhalten verbunden. Es werden gegenüber bekannten Verfahron Kristallite mit Korngrößen < 1 pm gebildet.The milled gel was calcined analogously to Example 1. In the X-ray diffractogram of the calcinate, only the diffraction maxima of the Ci-Al 2 O 3 are observed. The specific surface area is 8m 2 g "'and has a residual content of 0.7% volatiles, which is finely divided and easily comminuted Under the electron microscope primary particles are around 0.1 μΓη, often also well-formed hexagonal sheets with The advantage of the solution according to the invention is the production of α-alumina at lower temperatures than hitherto technically customary, so that a considerable saving in energy results Crystallites with grain sizes <1 pm are formed in comparison with known Verfahron.
Claims (3)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2016040902A3 (en) * | 2014-09-12 | 2016-07-14 | Usalco Llc | Method for production of aluminum chloride derivatives |
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1988
- 1988-07-07 DD DD31765388A patent/DD273824A1/en not_active IP Right Cessation
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