DE3243193A1

DE3243193A1 - Wasserhaltiges aluminiumoxid, enthaltend im wesentlichen pseudoboehmit, verfahren zu seiner herstellung und verwendung

Info

Publication number: DE3243193A1
Application number: DE19823243193
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. 6450 Hanau Kleinschmit; Anh Thu Dr. 6450 Hanau Liu; Erfried 6458 Rodenbach Parr
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1982-11-23
Filing date: 1982-11-23
Publication date: 1984-05-30
Also published as: CA1246833A; EP0113796B1; EP0113796A1; DE3369114D1

Description

Wasserhaltiges Aluminiumoxid*· enthaltend im wesentlichen Pseudoböhmit, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung

Pseudoböhmit ist eine Aluminiumoxidhydrat-Modifikation, die wegen ihrer grossen spezifischen Oberfläche, Porenbe-. schaffenheit, Dispergierbarkeit und ihres Bindevermögens vielfach als Katalysator, Katalysatorträger, Füllstoff und Bindemittel verwendet wird.

Es ist bekannt Pseudoböhmit aus Aluminiumsulfat-Lösung herzustellen (vgl. ÜS-PS 4,297,325, US-PS 4,154,812, DE-AS 22 49 022);

Bei diesen Verfahren sind entweder lange Wasch- bzw. Alterurigszeiten notwendig oder man erhält kein gelierbares Produkt, d.h. der Peptisierungsindex ist^60 Minuten.

Gegenstand der Erfindung ist ein wasserhaltiges Aluminiumoxid, enthaltend im wesentlichen Pseudoböhmit, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es weniger als 400 ppm, vorzugsweise weniger als 200 ppm Natriumoxid und weniger als 2 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 1 Gew.-% Sulfat, berech-. net als SO. enthält, sowie einen Peptisierungsindex von weni-

■ . , _4_

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82 200 FH - 4.

ger als 60 Minuten, weniger vorzugsweise als 10 Minuten und eine spezifische Oberfläche von 200 bis 400 m²/g aufweist.

Der Gehalt an Natriumoxid wird mittels bekannten Analysenmethoden, wie z.B. Atomabsorptionsspektroskopie bestimmt.

Der Gehalt an Sulfat wird mittels bekannten Analysenmethoden, wie z.B. gravimetrisch© Bestimmung über BaSO. bestimmt.

Der Peptisxerungsgrad wird nach der Methode gemäß US-PS 4,297,325 bestimmt.

Die spezifische Oberfläche wird am Areameter nach der bekannten Methode gemäß DIN 66 132 bestimmt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des wasserhaltigen Aluminiumoxids, enthaltend im wesentlichen Pseudoböhmit, welches weniger als 400 ppm, vorzugsweise weniger als 200 ppm Natriumoxid und weniger

als 2 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 1 Gew.-% Sulfat, 25

berechnet als SO₄ enthält sowie einen Peptisierungsindex

von weniger als 60 Minuten, vorzugsweise weniger als 10 und eine spezifische Oberfläche von 200 bis 400 m²/g aufweist, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man zum einen wässrige Aluminiumsulfat-Lösung mit einem pH-Wert von 3,0 bis 2,6, vorzugsweise 2,8 und einem Al₃O₃-GeIIaIt von 70 bis 105 g/l (5,8 bis 8,0 Gew.-%) auf eine Temperatur von 50 bis 90⁰C, vorzugsweise 6O⁰C erwärmt, zum anderen

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Ol 82 200 FH - 5. -

wässrige Natriumaluminat-Lösung mit einem Gehalt von 120 bis 265 g/l Na₃O (10 bis 18,8 Gew.-%) und 70 bis 225 g/l Al₂O₃ (5,9 bis 15,9 Gew.-%), vorzugsweise 220 g/l Na₃O (16,3 Gew.-%) und 160 g/l Al₃O₃ (11,9 Gew»-%) auf eine Temperatur von 50 bis 90⁰C, vorzugsweise 6O⁰C erwärmt, anschliessend beide Lösungen gleichzeitig in eine Vorlage von Wasser mit einer Temperatur von 50 bis 90⁰C, vorzugsweise 60°e derart einfliessen läßt, daß die Reaktionsmischung während der Fällung einen konstanten pH-Wert von weniger als 5, vorzugsweise weniger als 4, aufweist, nach der Fällung durch weitere Zugabe von Natriumaluminatlauge derselben Konzentration den pH-Wert der Reaktionsmischung in den alkalischen Bereich, vorzugsweise grosser als 8, verschiebt, die Reaktionsmischung einer Alterung von 3,1 bis 20 Stunden, vorzugsweise 5 bis 18 Stunden bei einer Temperatur von 50 bis 90⁰C, vorzugsweise 8O⁰C, unterzieht, den Niederschlag abfiltriert, wäscht, trocknet und gegebenenfalls einen Ionenaustausch unterwirft.

Die Aluminiumsulfat- und Natriumaluminatlösungen können durch Auflösen der entsprechenden Salze hergestellt werden.

Die Aluminiumsulfat-Lösurig kann weiterhin durch Umsetzung von Aluminiumoxid mit Schwefelsäure und die Natriumaluminat-Lösung durch Umsetzung mit Natronlauge hergestellt werden.

30 Als Aluminiumoxid können eingesetzt werden:

z.B. Leichthydrat (58,5 - 65 Gew.-% Al₃O₃)/ Pseudoböhmit und insbesondere Feuchthydrat (57 - 58 Gew.-% Al₃O₃).

In einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wird die Alterung des Fällungsproduktes bei einem pH-Wert von 8,5 bis 9 durchgeführt.

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⁰¹ 82 200 FH - 6. -

Das erfindungsgemäße Aluminiumoxid weist vorteilhafterweise einen geringen Gehalt an Na₃O auf. Trotz der relativ kurzen Alterungszeit ist das Geliervermögen sehr hoch.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Vorteile auf:
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Beispiele, .

Bei den in der Tabelle I aufgeführten Beispiele 1 bis 8 wird ausgehend von einem technischen Feuchthydrat mit einem Gehalt von 57,5 Gew.-% Al₃O₃ mit wässriger Schwe- · feisäure eine Aluminiumsulfat-Lösung mit einem pH-Wert von 2,8 und einem tSehalt von 75-97 g/l Al₃O₃ hergestellt.

Eine Natriumaluminatlösung mit einem Gehalt von 220 g/l Na₃O und 160 g/l Al₃O₃ wird ausgehend von demselben tech-

nischen Feuchthydrat durch Umsetzung mit Natriumhydroxid hergestellt. Beide Lösungen werden auf die Fällungstemperatur erwärmt und gleichzeitig in eine wässrige Vorlage, die dieselbe Temperatur aufweist, gegeben. Der gewünschte pH-Wert wird während der Fällung konstant gehalten. _g

Die erhaltene Fällungssuspension wird unter konstanten Bedingungen einer Alterung unterworfen.

Das erhaltene Produkt wird abfiltriert und mit Wasser gewaschen.
30

Bei den Beispielen 1 bis 6 wird der Filterkuchen mit Wasser zu einer Suspension mit einem Gehalt von 11 Gew.-% Al₃O₃ redispergiert und die Suspension bei 380⁰C sprühgetrocknet.
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°~⁴'⁹¹⁸ BAD ORIGINAL

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Bei den Beispielen 7 und 8 wird der Filterkuchen 4-5 Stunden bei 105⁰C getrocknet und anschliessend mittels einer Stiftmühle gemahlen.

Die wesentlichen Parameter sowie die ermittelten Produktdaten sind·in.der· Tabelle I aufgeführt.

-8-

0-44918

U) Cn

U)

to

Cn

ο cn

σι > σ

Tabelle I Beispiel

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Fällung ph ⁰C

4
4
4
5
6
4
4
8
4
4

80 60 60 80 80 80 80 80 60 60

	PH	°.C	Std,	Na₂O	Produkt	PI	spezifi sche Ober fläche	OO to
				%	so₄	Min.	mVg	to O
	8,5	80	18	0,0032	%	4	325	O hrj
	9,0	60	18	0,0038	2,63	3	295	ÖS
Alterung	9,0	80	18	0,0211	1/3	2	297
10,0	80	18	0,073	1,95	13	-
10,0	80	18	0,057	^0,1	_φ	296	I
10,0	80	20	0,63	(0,1	1	-	α
10,0	80	18	0,21	^0,1	5	-	ι
10,0	80	18	0,22	^0,1		-
9,0	80	5	0,0083	4,0,1	9	228
9,0	80	5	0,0083	0,49	5	300
			0,50

Peptisierungsindex war nicht meßbar

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₀₁ 82 200 FH - 9. -

Die Theologischen Eigenschaften von Pseudoböhmit werden durch den Peptisierungsindex (PI) gekennzeicl der folgenden Testvorschrift ermittelt wird:

_nE. durch den Peptisierungsindex (PI) gekennzeichnet, der nach

Eine 10-gewichtsprozentige Suspension (bezogen auf AIpO-.) wird mit 90-prozentiger Ameisensäure im Verhältnis 100:1 _in versetzt. Der Peptisierungsindex ist die Zeit in Minuten, die die angesäuerte Suspension benötigt, um eine Viskosität von mindestens 5,000 cps zu erreichen.

Wegen seiner rheologischen Eigenschaften ist Pseudoböhmit -_g ein vorzügliches Bindemittel. Es verleiht den verschiedenartigsten Endprodukten, wie FCC-Katalysatoren oder Schleifbändern die gewünschte Abriebfestigkeit. Als Maß für die Bindefähigkeit dient der Peptisierungsindex (PI), der nach der beschriebenen Standardyorschrift bestimmt wird. Danach „_n bedeutet ein niedriger Index ein schnell peptisierbares Produkt mit gutem Bindevermögen.

Werden die Komponenten (Natriumaluminatlauge/Aluminiumsulfat) gleichzeitig in eine Wasservorlage zugegeben, so bestimmt das Zuflußverhältnis den pH-Wert der Produktsuspension. Ein Vergleich der Beispiele zeigt die Auswirkung dieses Fällungs-pH-Wertes auf die Peptisierbarkeit des Produktes: Unter sonst gleichen Bedingungen haben die bei pH 4 gefällten Pseudoböhmitproben die beste Peptisierbarkeit

_ (PI = 1 Min.). Diese, fällt immer weiter ab, je höher der pH-Weit für die" Fällung gewählt wird.

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Ol 82 200 FH - 10. -

Da bekanntlich hohe Temperaturen die Bildung von Aluminiumoxidtrihydraten in stark alkalischen Medien beschleunigen, wird bei den Fällung darauf geachtet/ daß sich der pH-Wert der Suspension steigend bis zum gewünschten Endwert einstellt- Dadurch wird in allen Versuchen reiner Pseudoböhmit erhalten. Je nach Versuchsbedingungen (pH, Temperatur, Älterungszeit) unterscheiden sich die Proben lediglich durch den Grad der Kristallinität, speziell durch die Kristallitgröße, die sich röntgenographisch ermitteln läßt.

Die spezifischen Oberflächen wurden am Areameter bestimmt, nachdem die Proben über Nach bei 100⁰C getrocknet und anschließend 20 Minuten bei 150⁰C mit Stickstoff gespült wurden. (DIN 66 132)

Nach der Fällung wird unter Zusatz von Natriumaluminat die Suspension bei verschiedenen pH-Werten gealtert. Es konnte eine eindeutige Abstufung festgestellt werden:

- pH = '8 : Alle Versuche haben zu nicht-peptisierbaren Produkten geführt.

- pH = "8,5-9,0 : Die Peptisierbarkeit des Pseudoböhmits

wird nur durch stützende Faktoren (hohe Temperaturen, strenges Einhalten der Fällungsbedingungen) erzwungen. - pH = '9,5-10,0: In diesem Bereich wird Pseudoböhmit mit

den gewünschten rheologischen Eigenschaften erhalten.

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Ol 82 200 FH - 11. -

In Pseudoböhmit verursacht Natrium als Verunreinigung unerwünschte Störeffekte bei vielen katalytischem Reaktionen. Als Trägermaterial muß der Pseudoböhmit daher eine hohe Reinheit besitzen. Nun liegt der isoelektrische Punkt für Psöudoböhmit bekanntlich bei pHr*9,5. In stärker alkalischen Bereichen adsorbiert das Material in immer bedeutenderem Ausmaß Natriumionen aus der Lösung.

Die Ergebnisse der chemischen Analyse bestätigen, daß nach Alterung in stärkeren alkalischen Medien (pH ^9,5) das Pseudoböhmitprodukt durchwegs einen relativ hohen Na₃O-GeIIaIt aufweist.

Bei der Diskussion über die rheologischen Eigenschaften wurde bereits festgestellt, daß auch im pH-Bereich 8,5 9,0 peptisierbäre Produkte unter streng kontrollierten Bedingungen hergestellt werden können. Durch Wahl der passenden Randbedingungen ist es uns auch tatsächlich gelungen, natriumarme und gleichzeitig leicht dispergierbare Pseudoböhmite zu produzieren.

Vergleichsbeispiel 1

Es wird das Beispiel gemäß US-PS 4 154 812, Spalten 29, und 31 nachgestellt. Die Konzentration der Al«(SO₄)₃-Lösung

ist ca. 8 Gew.-% (als Al₀O₀).

Die Konzentration der Natriumaluminatlauge (d = '1,46 g/cm³)

ist 336 g Na₃O/! und 236 g Al₃O₃/!, anders ausgedrückt: 23 Gew.-% Na₃O und 16,2 Gew.-% Al₃O₃.

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Ol 82 200 FH - 12. -

In einem 5 1-RundhalsJcolben wird 1,6 1 Wasser bei 7O⁰C vorgelegt und 2,5 ml der Aluminiumsulfatlösung dazugegeben; der pH-Wert dieser Mischung wird dabei auf 3,1 gesenkt.

Fünf Minuten nach dieser Animpfung werden die auf 65⁰C vorgewärmten Aluminiumsulfat- und Natriumaluminatlösungen gleichzeitig in der Weise zudosiert, daß der pH-Wert der Suspension bei 7,4 konstant bleibt. Die Temperatur der Mischung wird während der gesamten Reaktion bei 75⁰C gehalten. Nach einem Verbrauch von 0,9 1 wird der Zufluß von Aluminiumsulfat unterbrochen und der pH-Endwert durch Zusatz von weiteren 50 ml Aluminatlauge innerhalb einer Minute auf pH 10 eingestellt. Der Gesamtverbrauch an Aluminatlauge liegt bei 600 ml.

Nach Erreichen des pH-Endwertes wird die Suspension bei der gleichen Temperatur (75 ⁰C) 30 Minuten lang weiter gerührt, danach heiß abgenutscht und sulfatfrei gewaschen.

Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 ersichtlich.

25 Vergleichsbeispiel 2

Es wird gemäß den Ansprüchen der DE-AS 22 49 022 gearbeitet: Die Konzentration der Al₂(SO₄)-Lösung ist 97,0 g Al₂O₃/! Die Konzentration der Natrxumaluminatlauge ist 166,6 g

Kl₀OJl und 241,7 g Na,O/l. 30 ^{Δ ό Α}

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j 14 i ι a s

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in einem 2 m³-Fällbehälter werden 810 1 Wasser (80°C) vorgelegt und 600 1 der auf 80⁰C vorgeheizten Aluminiumsulfatlösung züdosiert. Mit 500 1 NaAlO₂ (80⁰C) wird der pH-Wert der Suspension auf pH 10 eingestellt. Nach 2 Stunden Alterungszeit bei gleicher Temperatur (80⁰C) wird die Suspension filtriert und sulfatfrei gewaschen. Das Produkt wird wie üblich aufgearbeitet und getestet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 zusammengefaßt.

-14-15

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LO LO NJ NJ Μ Μ OO Ul O UI O Ul O UlM

00

Tabelle 2

Versuchs- Fällung Alterung ehem. Anal. PI

Nr. pH Temp. pH Temp. Zeit Na₉O SO₄

(°e) (⁰C) (Std.) (Gl) (GS) (Min.)

1. sauer 80 9,5 80 2 0,22 ^0,1 ff 60

7,4 75 10 75 0,5 0,0178 /0,05 ^ 60

O ^Die angesäuerte Pseudoböhmitsuspension zeigte keine Viskositätserhöhung

> nach 60 Minuten.

ο ο

Claims

Degussa

52 200 FH

05 ;

Degussa Aktiengesellschaft 6000 Frankfurt am Main 1

Wasserhaltiges Aluminiumoxid enthaltend im wesentlichen' Pseudoböhmit, Verfahren zu seiner Herstellung und. Verwendung· ■ ·· ■

7. Wasserhaltiges Aluminiumoxid,.enthaltend im wesentli-20 chen Pseudoböhmit, dadurch gekennzeichnet, daß es

weniger als 400 ppm, vorzugsweise weniger als 200 ppm Natriumoxid und"weniger als.3 Gew.-%, vorzugsweise weniger" als T--Gew.-% Sulfat, berechnet als SCK enthält, sowie "einen Peptisierungsindex von weniger als 25 " 60 Minuten .und* eine spezifische Oberfläche von 200 bis .4QO m²/g 'aufweist.

i. Verfahren"'zur Herstellung des wasserhaltigen Aluminii umoxides,- enthaltend im wesentlichen Pseudoböhmit,
"30 welches weniger.als .400 ppm,, vorzugsweise weniger als 200 .ppm:Natriumoxid' und weniger als 2 Gew.-%, vorzugsweise "weniger-als T Gew.r% Sulfat berechnet als SO. ent- ^: hält,, sowie einen Peptisierungsindex von weniger als 60 Minuten'und .eine·'spezifische Oberfläche von 200 bis 400 m²/

35 ■.·..;■■

QOPY.

BAD

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Ol 82 200 FH - 2. -

aufweist, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß

05 man zum einen wässrige Aluminiumsulfat-Lösung mit

einem pH-Wert von 3,0 bis 2,6 und einem Al₂O₃-GeIIaIt
von 70 bis 105 g/l (5,8 bis 8,0 Gew.-%) auf eine
Temperatur von 50 bis 90⁰C erwärmt, zum anderen wässrige Natriumaluminat-Lösung mit einem Gehalt von 120 bis

265 g/l Na₃O (10 bis 18,8 Gew.-%) und 70 bis 225 g/l
Al₃O₃ (5,9 bis 15,9 Gew.-%) auf eine Temperatur von
50 bis 90 °C erwärmt, anschliessend beide Lösungen gleichzeitig in eine Vorlage von Wasser mit einer Temperatur von 50 bis 90⁰C derart einfliessen läßt, daß die Reaktionsm'ischung während der Fällung einen konstanten pH-Wert von weniger als 5 aufweist, nach der Fällung durch weitere Zugabe von Natriumaluminatlauge derselben Konzentration den pH-Wert der Reaktionsmischung in den alkalischen Bereich verschiebt, die Reaktionsmischung

einer Alterung von 3,1 bis 20 Stunden bei einer Temperatur von 50 bis 90⁰C unterzieht, den Niederschlag abfiltriert, trocknet und gegebenenfalls einen Ionenaustausch unterwirft.

3. Verwendung des wasserhaltigen Aluminiumoxids gemäß Anspruch 1 als Katalysator,

30 . ■ ■■ - : ■" .■"-;■■■'■ .;■■-"-■. -■':■- _: \ -

0-44918 BADORIQiNAt-