DE2020050A1

DE2020050A1 - Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid-Pellets mit hoher Oberflaeche und hoher Sorptionsfaehigkeit

Info

Publication number: DE2020050A1
Application number: DE19702020050
Authority: DE
Inventors: Miller Frank Elmer
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1969-04-25
Filing date: 1970-04-24
Publication date: 1971-02-11
Also published as: NL7005868A; FR2046412A5; GB1295133A; DE2020050B2

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN PATENTANWÄLTE D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

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Aluminum Company of America In Pittsburgh,Pa./USA

Verfahren zur Herstellung von. Aluminiumoxid-Pellets mit hoher Oberfläche und hoher Sorptionsfähigkeit

Die Wasser-Pelletisierung von aktiviertem Aluminiumoxid kann manchmal einen schädlichen Effekt auf die Sorptionsfähigkeit der fertigen pelletisieren Produkte ausüben, obgleich hierdurch stark gebundene Pellets erhalten werden können. Dies ist auf die exotherme Natur der Reaktion zurückzuführen, die bei dem herkommlicherweise darauf folgenden Alterungsschritt eine unerwünscht hohe Temperatur ergibt. Teilweise auf Grund des Unvermögens zur PelIetislerung des Wassers ist es bis jetzt nicht bekannt gewesen, wie Alumlniumoxid-Hydrat, das nicht ak^i/ierc vioru^u i. >fc, eingesetzt werden kann, tun aIu f^at-s 'lLuini./.i^i.uno-.ilii-b_i;"'.----):^j>f'>-

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dukt mit guter Sorptionsfahigkeit herzustellen. Es ist daher ein Verfahren anzustreben, bei dem sowohl aktiviertes und nicht aktiviertes Aluminiumoxid zur Herstellung von Aluminiumoxid mit hoher Oberfläche und guter Sorptionsfahigkeit eingesetzt werden, ohne daß das Verfahren in der Weise nachteilig beeinflußt wird, daß die Festigkeit der Bindung oder die oorptionsfähigkeit des Produkts zu gering wird, um die für den technischen Gebrauch als Entwässerungsmittel erforderliche hohe Oberflächen-Sorptionsfähigkeit und den anderen Erfordernissen hierfür zu genügen.

Es ist daher ein Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zur Verbesserung der Sorptionsfähigkeit von pelletisiertem Aluminiumoxid zur Verfügung zu stellen. Es ist ein weiteres Ziel* ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Ältiffllnlumoxids vom Entwässerungsgrad, welches eine höhere Sorptionsfahigkeit hat als ein bekanntes Wasser-pelletisiertes, aktiviertes Aluminiumxod zur Verfügung zu stellen.

Die Erfindung sieht daher ein Verfahren vor, bei welchem Aluminiumoxid-Pellets mit hoher Oberfläche und hoher Sorptionsfahigkeit erhalten werden und bei welchem aktiviertes Aluminiumoxid in Gegenwart von Aluminiumoxid-Hydrat Wasser-pelletisiert wird. Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete aktivierte Aluminiumoxid ist vorzugsweise ein poröses, :torptionsföhiges Alvrriniun.-oxid, dan durch Erhitzen von Al-?mirr umo::ld-Hydra^;: ;">is zu •inem Erhltzungcrerlust (SV) von j ils ir Gew. -% er hai-

herkömmlichen Methoden hergestellt werden kann, bringt Jedoch die Verwendung der sogenannten "Flash-Aktivierung" bei der Durchführung des Verfahrens der Erfindung die besten Ergebnisse mit sich. Bei der Flash-Aktivierung wird teilchenförmiges Aluminiumoxid-Hydrat in einen in einem Ofen nach oben strömenden Heißgasstrom eingespeist, in welchem die Teilchen mitgerissen und in wenigen Sekunden auf eine Temperatur erhitzt werden, die ausreicht, um daraus das kombinierte Wasser abzutreiben. Die erhaltenen Teilchen werden von dem Gasstrom durch einen Cyclon-3eparator an der Spitze des Ofens abgetrennt. Das aktivierte Aluminiumoxid besitzt vorzugsweise einen E.V. von 4 bis 7 'S, eine Oberfläche von 220 bis 26o m /g und eine Sorptionsfähigkeit von 17 bis 19 % bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 6o %.

Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung kann Bayer-Alur.i!iiiunoxid-Hydrat sowohl als Quelle für das aktivierte Aluminiumoxid und als in dem zu pellet!sierenden aemisch verwendetes Aluminiumoxid-Hydrat verwendet werden.

Bei der Wasser-Pelletisierung wird ein Gemisch aus aktivierten Aluminiunoxid-Teilchen,- Aluminiumoxid-Hydrat-Teilchen und-Wasser zu einen einheitlichen Körper verdichtet, in dem das Gemisch beispielsweise verpreßt wird oder in deir, die Teilehen des Aluir.iniuisoxii-Hydrats und des aktivierten Aluminiunoxids unter Besprüher, mit V/-isser in einer Trommel vermengt werden.

Die mittlere Teilchengröße des Ausgangsgenisches für die Wasser-Pelletisierung beträgt vorzugsweise erwa 10 bis l8

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Micron. Die Befeuchtungswärme des Gemisches aus dem aktivierten Aluminiumoxid und dem Aluminiumoxid-Hydrat beträgt mindestens 10 cal/g. Das aktivierte Aluminiumoxid und das Aluminiumoxid-Hydrat können entweder vor oder nach dem Vermischen zu dem gewünschten Feinheitsgrad vermählen werden. Bei Verwendung eines herkömmlichen Rotationstrommel-Pelletisators bei der Wasser-Pelletisierung des Aluminiumoxid-Hydrats und des aktivierten Aluminiumoxids beträgt bei der Herstellung von Pellets mit einer losen Schüttdichte nach der Endaktivierung von 0,7 bis 0,8 g/cm^ die durchschnittliche Verweilzeit 5 bis 15 Minuten.

Die erhaltenen Pellets können zu der gewünschten Größe gesiebt werden, sodann nachgewalzt und gewünschtenfalls bei erhöhter Temperatur gealtert werden. In der Alterungsstufe wird die Verwendung von geschlossenen Behältern bevorzugt. Bei einem Gemisch, welches etwa 50 % Flashaktiviertes Hydrat (FAH) enthält, beträgt die maximale Alterungstemperatur im allgemeinen etwa 98,9°C Diese Temperatur ergibt sich aus der exother~men Natur der Pelletisierungsreaktlon, d.h. aus der oben genannten bevorzugten Befeuchtungswärme des aktivierten Aluminiumoxids/Aluminiumoxids -Hydrats von mindestens etwa 10 cal/g. Die bevorzugte Alterungszeit beträgt 2 bis 10 Stunden. An das Altern schließt sich vorzugsweise ein Trocknen.an, vorzugsweise bei 93,3 bis 121,1°C und eine Reaktivierung , vorzugsweise bei niedriger Feuchtigkeit und mit einem stufenweisen Erhitzen auf eine Maximal-Temperatur von 42? bis 454°C. Wenn man der vorstehend angegebenen bevorzugten Arbeitsweise folgt, dann besitzt das aktivierte

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Endprodukt einen E.V. von 2,6 bis 3,9 # und eine Sorptionsfähigkeit bei 6o % r.F. von mindestens etwa 20.%. Dann kann es auch eine Oberfläche von bis zu etwa 400 m/g oder mehr besitzen. ',

Es erscheint, daß bei Verwendung von mindestens einem Teil Aluminiumoxid-Hydrat zusammen mit dem aktivierten Aluminiumoxid die Rehydratisierungs-Reaktionstemperatur verringert wird, d.h. daß die exotherme Natur der Reaktion verkleinert wird. Es liegt auch eine· geringere Neigung der einzelnen Teilchen vor, aneinander zu haften und nicht kugelförmige Pellets zu bilden, wodurch die Durchführung der Pelletisierung erleichtert wird* Man nimmt an, daß die Gegenwart des Aluminiumoxid-Hydrats die freigesetzte Wärmemenge bei der Pelletisierungsreaktion verringert und einen Teil der entwickelten Wärmemenge zerstreut, wodurch die Temperatur während des vorzugsweise auf die Pelletisierung folgenden Alterungsschritt gesenkt wird und die Sorptionsfähigkeit des Produkts verbessert wird. Die Verwendung von heißem Wasser während der Pelleti-.sierung gestattet, daß diedehydratisierung der aktivierten Hydrat-Komponente schneller fortschreitet, wodurch Pellets gebildet werden, die eine so genügende Festigkeit aufweisen, daß sie direkt gesiebt und sodann gewalzt und gealtert werden können. Die Verwendung von heißem Wasser bei der Pelletisierung verringert ferner die maximale Alterungstemperatur, und zwar auf Grund der Zerstreuung der während des Bildens und Walzens vor dem Altern freigesetzten Wärmemenge. Wenn»beispielsweise Wasser von 68,3°C bei der Pelletisierung eines Gemisches mit einem Gehalt von etwa 4o bis 60 Gew.-^ Aluminiumoxid-Hydrat verwendet wird, dann wird die Temperatur, welche

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die erhaltenen Pellets während des Alterns erreichen, auf etwa 65,6⁰G verringert und hierdurch die Sorptionsfähigkeit des Endprodukts nach dem Altern weiter gesteigert. Das gemäß der Erfindung zu pelletisierende Material, welches das Aluminiuraoxid-Hjdrat und das aktivierte Aluminiumoxid enthält* kann jedocfe bis zu 75 Gew.-^ Aluminiumoxid-Hydrat enthalten, wobei das Produkt gewöhnlich eine etwas niedrigere Festigkeit von einem Wert, der so hoch wie 75 % ist, besitzt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand des beigefügten Flleßsclieraas näher erTänt®wt werden.

Aktiviertes Musniniianioxid maö ÄLuminiraaoxid-Hydrat auf eine mittlere T?eiletienfp€»Se von 10 bis 18 Micron gemahlen (öntweder verlier einzeln oder miteinander im Gemisch) werden bei 10 salt- Wasser pelletisiert« Das pelletislerte Produkt wird bei 12 gesiebt und sodann bei 14 nach bekannten Verfahren verwalzt, um die Oberflächeneigenschaften zu verbessern. Nach dem Altern bei 16 erfolgt bei 18 die Aktivierung, um ein hocti sorptionsfahiges Aluminiumoxid-Endprodukt zu bilden, welches dann in einen (nicht gezeigten) Schwalltank eingegeben und in Säcke oder dergleichen abgepackt werden kann.

Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert.

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Beispiel 1

454 kg Aluminiumöxld-Hydrat-Pellets mit 6,35 bis 3,36 mm (3 bis 6 mesh) wurden mit einer Geschwindigkeit von 1,36 kg/min gebildet, Indem ein Gemisch, welches 45 Gew.-# aktiviertes Bayer-Aluminiumoxid-Trihydrat mit einem E.V. von 6,3 Ji, einer Oberfläche von 232 m /g und 18,4 % Sorptionsfähigkeit bei 60 % r,P. und 55 % Bayer-Alurainlumoxid-Trihydrat pelletislert wurde. Die Temperatur des Wasserbinders betrug 88,3⁰C. Die naehgewalzten Pellets wurden 6 stunden gealtert und sodann vor der Aktivierung bei 93,3°C vw dar Alrtiri »rung durch Erhitzen in einem lufVgespülten Ofen getrocknet. Das Produkt hatte durchschnittlich einen E.V. von 3,1 %, eine Oberfläche von ir: g und eine Sorptionsfähigkeit bei 60 % r.F. (bestimmt nach einem Standard-Statischen-Sorptions-Test) von 23*3 %>·

Beispiel 2 ■■-"■ . ' -,

Ein 272 kp Ansatz von hoch sorptionsfMhigem Aluainiuinoxid Wurde-in wesentlichen gemäß der Arbeitsweise des Beispiels i hergestellt, mit der Ausnalirr.e, daß das aktivierte Aluminiumoxid'durchschnittlich ' einen. E.V. von 4,8 $, eine Oberfläche von 260 n»²/g und eine Sorptionsfähigkeit von 18,? % halte. Die-Endaktlvierung bei niedriger Feuchtigkeit ergab ein Produkt mit durchschnittlich eine» S.V.

von 3,1 -o, einer Oberfläche vor. 424 m g und einer 3orptionsfählekelt von 24,2 t.

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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß das Verfahren der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid mit hoher Oberfläche und hoher Sorptionsfähigkeit darstellt. Gemäß dem Verfahren der Erfindung kann die Alterungs-Temperatur·, die zur Herstellung von Aluminiumoxid mit der gewünschten hohen Sorptionsfähigkeit äußerst wichtig ist, durch geeignete Variierung verschiedener Paktoren, die diese beeinflußen, kontrolliert werden. Solche Paktoren sind z.B. die Befeuchtungswärme des aktivierten Aluminiumoxids, der Prozentgehalt des aktivierten Aluminiumoxids in dem als Ausgangsmaterial eingesetzten Gemisch aus aktiviertem Aluminiumoxid und Aluminiumoxid-Hydrat, die Temperatur des Wasserbinders, die Agglomerationsgeschwindigkeit sowie die Oberfläche des bei dem Verfahren verwendeten Wärmezerstreuungssystems. Die Befeuchtungswärme des aktivierten Aluminiumoxids verändert sich direkt mit ihrer statischen Sorptionsfähigkeit, welche ihrerseits eine Funktion des Erhitzungsverlusts ist. Demgemäß fällt bei Verwendung von aktiviertem Aluminiumoxid mit hoher Sorptionsfähigkeit und niedrigem Erhitzungsverlust die Erhitzungswärme im allgemeinen in den Bereich von JA bis 44 cal/g. Die gewünschte Befeuchtungswärme und daher die freigesetzte Wärmemenge sowie die gewünschte Alterungstemperatur kann auch in der Weise erhalten werden, daß man die Menge des dem Beschickungsgemisch für den Pelletisator einverleibten Aluminiumoxids einstellt. Je mehr Aluminiumoxid-Hydrat in diesem Gemisch verwendet wird, desto weniger Wärme wird frei und desto niedriger ist die Alterungstemperatur.

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Die Temperatur des Wasserbinders kann als sekundäre Kontrolle der Alterungstemperatur verwendet werden. Durch Steigerung der Wasserbinder-Temperatur kann eine Reaktion früher eingeleitet werden, wobei sich ein gesteigerter Wärmeverlust an die Umgebung wie an die Umgebungsluft und die Nachwalzen ergibt. Es wird somit in dem Alterungs-Behälter, der bei dem Alterungsschritt eingesetzt wird,■ weniger Wärme freigesetzt und eine verringerte Alterungs-Temperatur ergibt sich.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens der Erfindung liegt darin, daß die Alterungstemperatur innerhalb des gewünschten Bereiches ziemlich konstant gehalten werden kann, während die Pelletisierungsgeschwindigkeit durch Steigerung der Geschwindigkeit der Wärmezerstreuung erhöht wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man die Oberfläche der verwendeten Vorrichtung, beispielsweise der Nachwalzen, größer macht oder daß man die Vorrichtung mit Wasser kühlt, um aus dem System vor dem Altern mehr Wärme zu entnehmen. Das gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellte Produkt ist besonders als EntwäBserungsmittel geeignet. '

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Claims

202005Q - ίο - Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid-Pellets mit hoher Oberfläche und hoher Sorptionsfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß man aktiviertes Aluminiumoxid in Gegenwart von Aluminiumoxid-Hydrat Wasser-pelletisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß das aktivierte Aluminiumoxid in Gegenwart von Aluminiumoxid-Hydrat ein Gemisch aus aktiviertem Aluminiumoxid und Aluräiniumoxid-Hydrat mit einer Befeuchtungswarme von mindestens etwa 10 cal/g darstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aktivierte Aluminium- . oxid Plash-aktiviertes Aluminiumoxid ist.

4. Verfahren nach Anspruch J5» dadurch gekenn zeichnet, ■ daß das aktivierte Aluminiumoxid Flash-aktiviertes Aluminiumoxid mit einem Erhitzungsverlust von 3 bis 14 ^

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Aluminiumoxid-Hydrat bis zu 75 Gew.-^ der Gesamtmenge des aktivierten Aluminiumoxids und des Aluminiumoxid-Hydrats ausmacht.

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6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das bei der Wasser-Pelletisierung verwendete Wasser eine Temperatur von 26,7 Ms 82,2⁰C besitzt und daß die durchschnittliche Teilchengröße des Aluminitunoxid-Hydratsⁿaes aktivierten Aluminiumoxids "etwa IO bis 18 Micron beträgt.

7« Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die erhaltenen Wasser-pelletisierten, aktivierten Aluminiumoxid-Teilchen gesiebt, gewalzt, gealtert und durch Erhitzen aktiviert werden,

8. Verfahren nach Anspruch 7j dadurch · g e k e η η ζ e i c h η e t , daß man das Altern bei einer Temperatur von höchstens etwa 98,9°C vornimmt und daß das nach dem durch Erhitzen erfolgenden Aktivieren erhaltene Produkt eine SorptionsfähiEkeit bei 60 % r.F. yon mindestens etwa 20 % besitzt.

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