DD293799A5 - Verfahren zur pyrogenen herstellung von alpha-aluminiumoxid - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pyrogenen Herstellung von a-Aluminiumoxid mit einem a-Aluminiumoxidgehalt von 20 bis 80 Masseanteilen in % mit einer spezifischen Oberflaeche nach BET (DIN 66 131) von 5 bis 40 m2/g, nahezu isoliert vorliegenden Primaerteilchen und einer Primaerteilchenverteilung von ca. 20 bis 500 Nanometer, wird auf pyrogenem Wege hergestellt, indem man Aluminiumtrichlorid verdampft, mit einem Traegergas vermischt, dieses Gemisch in einer Sauerstoff/Brenngas-Flamme in ein Flammrohr verbrennt, in dem Flammrohr eine Temperatur von 1 200 bis 1 500C einhaelt oder bis auf 1 700C erhoeht und die Reaktionsabgase und das entstandene Produkt durch eine Kuehlstrecke bekannter Bauart hindurchleitet und das Produkt auf bekannte Weise von den Reaktionsabgasen abtrennt.{a-Aluminiumoxid-Herstellung, pyrogen; Primaerteilchen, nahezu isoliert vorliegend}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pyrogenen Herstellung von a-rtluminiumoxid.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

a-Aluminiumoxid ist ein bekanntes Handelsprodukt. Es weist gröbere Partikel mit Durchmessern von mehreren Mikrometern und eine niedrige spezifische Oberfläche von ώ 15m²/g auf.

Das bekannte a-Aluminiumoxid hat den Nachteil, daß es für manche Anwendungszwecke, wie zum Beispiel Polieren von empfindlichen Oberflächen oder elektronischen Verpackungen, zu grobkörnig ist.

In der älteren Anmeldung gemäß DE 3827898 wird beschrieben, wie man ein feinteiliges a-Aluminiumoxid durch thermische Nachbehandlung von a-Aluminiumoxid herstellen kann.

Eine direkte Synthese von a-Aluminiumoxid auf pyrogeiiem Wege ist nicht bekannt.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von a-Aluminiumoxid zur Verfügung gestellt, wobei der Vorteil des Verfahrens in der direkten Synthese von a-Aluminiumoxid auf AICI₃ mit einer feinen Teilchenverteilung besteht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Synthese von Aluminiumoxid bereitzustellen. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von a-Aluminiumoxid, welches gekennzeichnet ist durch einen a-Aluminiumoxidgehalt von 20 bis 80 Masseanteilen in %, eine spezifische Oberfläche nach BET (DIN 66131) von 5 bis 40m²/g, nahezu isoliert vorliegenden Primärteilchen und einer Primärteilchenverteilung von ca. 20 bis 500 Nanometer. Das erfindungsgemäß hergestellte a-Aluminiumoxid kann die folgende Zusammensetzung haben: 20 bis 80 Masseanteile in % kristallines a-Aluminiumoxid 10 bis 50 Masseanteile in % Delta-Aluminiumoxid 10 bis 30 Masseanteile in % ©-Aluminiumoxid

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das a-Aluminiumoxid die Primärteilchenverteilung gemäß Figur 2 aufweisen.

Das erfindungsgemäße a-Aluminiumoxid kann aufgrund seiner Teilchenfeinheit als Poliermittel für empfindliche Oberflächen, wie zum Beispiel bei Kontaktlinsen oder bei sogenannten Memory-Discs (Festspeicherplatten) in Computern, eingesetzt werden.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur pyrogenen Herstellung des a-Aluminiumoxids mit einem a-Aluminiumoxidgehalt von 20 bis 80 Masseanteilen in %, mit einer spezifischen Oberfläche nach BET (DIN 66131) von 5 bis 40m²/g, nahezu isoliert vorliegenden Primärteilchen und einer Primärteilchenverteilung von ca. 20 bis 500 Nanometer, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man Aluminiumtrichlorid verdampft, mit einem Inert-Trägergas vermischt, durch ein auf eine Temperatur von über 25O⁰C beheiztes Rohr leitet, unmittelbar vor einem Brenner mit einem Brenngas in einer Mischkammer vermischt, die Mischung dem Brenner zuführt und in einem Flammenrohr verbrennt, dabei in dem Flammrohr eine Temperatur von 1200⁰C bis 1500⁰C, vorzugsweise von 1200⁰C bis 1300⁰C einhält oder gegebenenfalls bis auf 1700⁰C erhöht, im Anschluß an das Flammrohr die Reaktionsabgase und das entstandene Produkt durch eine Kühlstrecke bekannter Bauart hindurchleitet und das Produkt auf bekannte Weise von den Reaktionsgasen abtrennt.

Eine derartige Kühlstrecke und Abtrennmethode werden bei der pyrogenen Herstellung von Metalloxid bzw. Metalloxiden verwendet (vgl. Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4.Auflage, Band 21, S.464).

Als Brenngas kann man Wasserstoff oder Kohlenmonoxid einsetzen, wobei Kohlenmonoxid bevorzugt wird.

Als Inertträgergas kann man Stickstoff oder Argon oder andere Edelgase einsetzen.

Als Brenner kann ein System aus drei koaxialen Rohren verwendet werden, durch deren mittleres Rohr das verdampfte Aluminiumtrichlorid im Gemisch mit dem Brenngas geführt wird, während durch das mittlere Rohr Sauerstoff und durch das äußere Rohr weiteres Brenngas geführt wird.

Als Flammrohr kann man ein Stahlrohr verwenden, welches innen mit Aluminiumoxid-Zement ausgegossen ist, Die Temperatur in dem Flammrohr kann man mittels Nachbrennern, die aus ringförmig in dem Flammrohr angeordneten Düsen bzw. Ringdüsen bestehen, durch die zusätzliches Brenngas eingeführt wird, in dem Bereich von 1200⁰C bis 1500⁰C aufrechterhält oder bis auf 1700°C erhöht.

In dem Flammrohr kann man 1 bis 4 ringförmig angeordnete Düsen oder Ringdüsen anordnen.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, daß er die direkte Synthese von a-Aluminiumoxid auf AICI₃ mit einer feinen Teilchenverteilung ermöglicht.

Die Primärteilchen des Produktes liegen nahezu isoliert vor und weisen eine Verteilung von ca. 20 bis 500 Nanometer auf.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. erfindungsgemäß eingesetzte Flammrohr wird in der Zeichnung erläutert.

Fig. 1: wird festes Aluminiumtrichlorid über die Dosieranlage 1 der Verdampfungsanlage 2 zugeführt. Das verdampfte Aluminiumtrichlorid wird in der Mischkammer 3 mit dem Brenngas vermischt und in den Brenner 4, der aus drei konzentrisch angeordneten Röhren besteht, geführt. Die Flamme strömt bei der Verbrennung des Gemisches in der durch Sauerstoff und weiterem Brenngas gespeisten Flamme in das Flammrohr 5.

Das Flammrohr 5 besteht aus dem Stahlmantel 6, welches mit Aluminiumoxid-Zement 7 derart ausgegossen ist, daß eine konzentrische Röhre 8 gebildet wird.

'ndem Flammrohr 5 sind in vorgegebenen Abständen die Ringdüsen 9; 10; 11 und 12 angeordnet, über die zusätzliches Brenngas in die konzentrische Röhre 8 des Flammrohres 5 eingeleitet wird.

Die Reaktionsabgase sowie das Produkt werden durch die Kühlstrecke 13 geführt.

Beispiel

In einem Verdampferwerden 1 kg/h AICI₃ verdampft und mit 300 l/h Stickstoff zum Brenner gefördert. Das AICI₃ wird im Brennerkern mit 2m³/h Kohlenmonoxid vorgemischt. Im I.Mantel werden 1,5m³/h Sauerstoff, in einem 2. Mantel nochmals 1 m³/h Kohlenmonoxid in die Flamme eingespeist. Die Reaktionsflamme brennt in ein Flammrohr gemäß Figur 1. Durch die Einleitung weiteren Brenngases und Sauerstoffs durch die Ringdüsen 9,10 und 11 wird das Flammrohr auf einem Temperaturniveau von 1200⁰C bis 1400°C gehalten.

Das Gas-Feststoffgemisch wird in einer Kühlstrecke bekannter Bauart abgekühlt und der Feststoff mittels Filtration oder Zyklon abgetrennt. Die Ausbeute beträgt 0,38 kg AI₂O₃ pro Stunde. Man erhält ein Aluminiumoxid mit einer BET-Oberf lache (DIN 66131) von 21 rnVg und folgender Phasenverteilung:

ca. 70% a-Aluminiumoxid

ca. 20% δ-Aluminiumoxid

ca. 1O%0-Aluminiumoxid

kein gamma- und amorphes Aluminiumoxid

Die Größe der Primärteilchen liegt vorzugsweise im Bereich von 50 bis 200 nm.

Die elektronenmikroskopische Aufnahme (TEM) gemäß Figur 3 zeigt nahezu ausschließlich isoliert vorliegende, d. h., nicht aggregierte sphärische Primärteilchen. Diese Primärteilchen weisen - gemessen mit dem Cilas-Granulometer- die folgende Teilchengrößenverteilung auf:

Gesamteilchenzahl (N) 2059

Teilchendurchmesser, Arithm. Mittel (DN) 104,54(NM)

Teilchendurchmesser, über Oberfl, gemittelt (DA) 146,45(NM)

Prozentuale Verteilung

	Anzahl	Anzahl %	Summe	Summe
Durchmesser	N	N% ·	Anzahl %	Gewichts %
D(NM)	15	0,729	SN %	SND 3%
29,780	43	2,083	0,729	0,010
40,820	123	5,974	2,817	0,086
51,860	199	9,665	8,791	0,529
62,900	276	13,405	18,456	1,808
• 73,940	216	10,491	31,860	4,689
84,980	251	12,190	42,351	8,113
96,020	212	10,296	54,541	13,852
107,060	181	8,791	64,837	2C.571
118,100	138	6,702	73,628	28,271
129,140	118	5,731	80,330	35,947
140,180	76	3,691	86,061	44,341
151,220	54	2,623	89,752	51,129
162,260	51	2,477	92,375	57,087
173,300	29	1,408	94,852	63,942
184,340	18	0,874	96,260	68,634
195,380	15	0,729	97,135	72,101
206,420	5	0,243	97,863	75,509
217,460	6	0,291	98,106	76,837
228,500	7	0,340	98,397	78,685
239,540	5	0,243	98,737	81,170
250,580	2	0,097	98,980	83,202
261,620	7	0,340	99,077	84,127
272,660	2	0,097	99,417	87,792
283,700	1	0,049	99,514	88,971
294,740	2	0,097	99,563	89,632
305,780	2	0,097	99,660	91.109
316,820	2	0,097	99,757	92,752
327,860	1	0,049	99,854	94,572
338,900	1	0,049	99,903	97,577
405,140	1	0,049	99,951	97,295
471,380		100,000	100,000

Claims (6)

1. Verfahren zur pyrogenen Herstellung von a-Aluminiumoxid mit einem a-Aluminiumoxidgehalt von 20 bis 80 Masseanteilen in%, mit einer spezifischen Oberfläche nach BET(DIN 66131) von 5 bis 40m²/g, nahezu isoliert vorliegenden Primärteilchen und einer Primärteilchenverteilung von ca. 20 bis 500 Nanometer, dadurch gekennzeichnet, daß man Aluminiumtrichlorid verdampft, mit einem Inertgas-Trägerstrom vermischt, durch ein auf eine Temperatur von über 250⁰C beheiztes Rohr leitet, unmittelbar vor einem Brenner mit einem Brenngas in einer Mischkammer vermischt, die Mischung dem Brenner zuführt und in ein Flammrohr verbrennt, dabei in dem Flammrohr eine Temperatur von 1200⁰C bis 1500⁰C, vorzugsweise von 1 200⁰C bis 1300⁰C einhält oder gegebenenfalls bis auf 1700⁰C erhöht, im Anschluß an das Flammrohr die Reaktionsabgase und das entstandene Produkt durch eine Kühlstrecke bekannter Bauart hindurchleitet und das Produkt auf bekannte Weise von den Reaktionsabgasen abtrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Brenngas Kohlenmonoxid verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Brenner ein System aus drei koaxialen Rohren verwendet, durch deren mittleres Rohr das verdampfte Aluminiumtrichlorid im Gemisch mit dem Brenngas geführt wird, während durch das mittlere Rohr Sauerstoff und durch das äußere Rohr weiteres Brenngas geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Flammrohr ein Stahlrohr verwendet, welches innen mit Aluminiumoxid-Zement ausgegossen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur in dem Flammrohr mittels Nachbrennern, die jeweils aus ringförmig in dem Flammrohr angeordneten Düsen bzw. Ringdüsen bestehen, durch die zusätzliches Brenngas eingeführt wird, in dem Bereich von 1200⁰C bis 1 500⁰C aufrechterhält oder gegebenenfalls bis 1700⁰C erhöht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Flammrohr 1 bis 4 ringförmig angeordnete Düsen oder Ringdüsen angeordnet hat.