NO842409L - Fremgangsmaate for fremstilling av aluminium trihydroksyd med en midlere diameter paa under 4 my-m, varierbar etter oenske - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av aluminium trihydroksyd med en midlere diameter som kan varieres etter ønske under 4<y>m, med unimodal fordeling og minimalt avvik. Aluminium trihydroksydet fremstilles ved dekomponering av en varm overmettet oppløsning av natrium aluminat i nærvær av oppmalt aluminium trihydroksyd med et spesifikt B.E.T. overflate areal, oppnådd ved oppmaling, på minst lik 8 m 2/g.

Det er velkjent i denne teknikk å gjennomføre utfelling av aluminium trihydroksyd fra en overmettet oppløsning av natrium aluminat ved tilsetning av en primer bestående av på forhånd krystallisert aluminium trihydroksyd. Den sponatane dannelse av podekrystaller i en oppløsning av denne type er funnet åvære ekstremt langsom og vanskelig å oppnå, den sågar utebli, avhengig av betingelser for temperatur og konsentrasjon i det behandlede medium.

Av denne grunn er det vanlig i Bayer prosessen å favorisere utfelling av aluminium trihydroksyd fra overmettede natrium aluminat oppløsninger oppnådd ved alkalisk oppslutning av aluminium-holdige malmer p.g.a. tilbakeføring av en vesentlig andel aluminium trihydroksyd oppnådd i en foregående cykel.

Slik den utføres resulterer imidlertid denne prosess ikke bare

i tilbakeføring av en meget betydelig mengde på forhånd utfelt aluminium trioksyd men fremfor alt resulterer den i fremstilling av korn av aluminium trihydroksyd med meget varierende størrelse. De midlere dimensjoner og avviket rundt denne verdi er vanskelig

å kontrollere p.g.a. det faktum at korndimensjonene for aluminium trihydroksydet øker under de etter hverandre følgende cykler og forårsaker dannelse av nye podeelementer i periodisk rytme.

Imidlertid ville fagmannen like å være istand til for spesielle formål å fremstille et aluminium trihydroksyd der den midlere diameter av de utfelte partikler er mindre enn 4ym, og med en granulometri som avviker kun i liten grad rundt den ønskede midlere dimensjon.

Således krever visse anvendelser av aluminium trihydroksyd enn granulometri som er spesifikk. Spesielt for bruk som flamme-hemmende fyllstoffer i syntetiske polymerer, milde slipemidler i kosmetologien og tilsetninger i papirindustrien finne disse stoffer anvendelse.

Ut fra det antall publikasjoner som foreligger på dette område viser den spesialiserte litteratur viktigheten og kompleksiteten av den forskning som er utført av fagmannen for å søke å komme frem til industrielt brukbare løsninger på de ovenfor angitte problemer og kontrollere størrelsen av partiklene av aluminium trihydroksyd.

Blant de tallrike løsninger som er foreslått fører noen til anvendelse av mekaiske hjelpemidler og andre, i større mengder, fører til prosesser som tyr til kjemien.

Den første gruppe som benytter mekaniske hjelpemidler angår fremstilling av aluminium trihydroksyd der den midlere diameter generelt er fra 1 - 30 ym ved oppmaling av et grovt aluminium trihydroksyd som oppnås ifølge Bayer prosessen. En prosess av denne type er beskrevet i FR PS 2 298 510 som krever fremstilling av et aluminium trihydroksyd ment for anvendelse i kosmetologien, der den midlere diameter er fra 1 - 25 ym, ved oppmaling av et grovt hydroksyd i nærvær av en organisk syre. En slik prosess kan benyttes ved fremstilling av et aluminium hydroksyd med en midlere diameter på mer enn 15 ym, fordi den forblir rimelig uttrykt ved energiforbruk og teknologisk investering. Hvis imidlertid et aluminium hydroksyd skal fremstilles med en meget rairvdre midlere diameter, slik som mindre enn 4 ym, blir anvendelsen av slike hjelpemidler ekstremt kostbar fordi den midlere diameter som ønskes krever et betydelig energiforbruk og anvendelse av et slipeutstyr med meget høy kapasitet, noe som er uakseptabelt innenfor rammen av industriell produksjon.

Den andre gruppe som benytter kjemiske hjelpemidler foreslår fremgangsmåter som søker å oppnå et aluminium trihydroksyd med regulert granulometri og omfattende å gjennomføre dekomponeringen av overmettet natrium aluminatoppløsning i nærvær av meget fint aluminium trihydroksyd som virker som primer.

En første prosess som har flere trinn og er beskrevet i FR PS

1 290 582 omfatter til å begynne med fremstilling av primer materiale..bestående av aluminium trihydroksyd med meget fine og regulære korn, anvendelse av dette materiale for dekomponering, i etter hverandre følgende trinn, av en overmettet oppløsning av natrium aluminat. Primer materialet fremstilles ved brå og heftig fortynning av en sterkt konsentrert natrium aluminatopp-løsning med et molforhold Na20:Al2C>2så nær én som mulig, for derved å gjennomføre en markert overmetting av aluminium trihydroksydet som skiller seg.ut som en gel. Denne gel dannes av sfærer som er svellet med vann, inneholdende tallrike mikroskop-iske podeelementer av aluminium hydroksyd med en midlere diameter fra 0,3 til 0,5 ym.

Når primer materiale med meget små korn er fremstilt presenteres dette som en vandig suspensjon i sin moderoppløsning inn i hvilken den overmettede vandige oppløsning av natrium aluminat som. skal dekomponeres innføres i trinn idet hvert innføringstrinn følges av flere timers omrøring. Denne omrøring fortsetter etter den siste tilsetning av oppløsning som skal dekomponeres inntil dekomponeringen er fullført.

En annen prosess som er beskrevet i FR PS 2 041 750 omfatter til

å begynne med fremstilling av et meget fint aluminium trihydroksyd ved karbonering av en natrium aluminatoppløsning under regulert

temperatur, ved å forårsake dannelsen av en gel og omdanning av denne aluminium oksyd gel til en stabil krystallinsk fase ved fremstilling av en suspensjon av denne gel i en overmettet opp-løsning av natrium aluminat under omrøring. Hvis granulometri-en for det resulterende aluminium trihydroksyd er for liten kan dette aluminium trihydroksyd benyttes som primer for fremstilling av et aluminium trihydroksyd med den ønskede granulometri ved dekomponering av en overmettet natrium aluminat oppløsning.

Videre foreslår en eldre prosess som er beskrevet i US PS 2 549 54 9 innføring av et aluminiumsalt i en natrium aluminatoppløs-ning oppnådd ved Bayer prosessen, for derved å oppnå en aluminium oksyd gel, omdanning av noe av denne gel til krystallinsk aluminium trihydroksyd og til slutt innføring av blandingen som således oppnås i en overmettet oppløsning av natrium aluminat som skal dekomponeres og holdes under omrøring for derved å forårsake utfelling av meget fint aluminium trihydroksyd.

Gjennom de forskjellige kjente publikasjoner som benytter kjemiske hjelpemidler synes det til slutt som om prosessen som er foreslått for forsøk på å fremstille et aluminium trihydroksyd med meget liten midlere diameter ved utfelling fra en varm overmettet oppløsning av natrium aluminat, medfører fremstilling av en aluminium oksyd gel og dennes omdanning til en stabil krystallinsk fase. Imidlertid merker fagmannen seg at de fore-slåtte fremgangsmåter gir ufullstendige og utilfredsstillende løsninger fordi de fører til fremstilling av partikler av aluminium trihydroksyd viss størrelse i utilstrekkelig grad er kontrollert p.g.a. den dårlige reproduserbarhet av gelkvaliteten og p.g.a. gelens dårlige tidsstabilitet.

Det er av denne grunn, basert på de ovenfor angitte mangler, at søkeren ved forskning har funnet og perfeksjonert en fremgangsmåte for fremstilling av aluminium trihydroksyd med en midlere diameter som kan varieres etter ønske og som er mindre enn 4 ym, med unimodal fordeling og minimalt avvik, ved varmedekomponering av en overmettet oppløsning av natrium aluminat i nærvær av primer. Denne prosess lider ikke under de ovenfor beskrevne mangler.

I henhold til dette tilveiebringer foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av aluminium trihydroksyd med midlere diameter som kan varieres etter ønske og som er mindre enn 4 ym, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at aluminium trihydroksyd i et første trinn under kastes oppmaling inntil det er oppnådd et oppmalt aluminium trihydroksyd med et spesifikt BET overflateareal som minst er lik 8 m 2/g og der det oppmalte aluminium trihydroksyd i et andre trinn bringes i kontakt med alt av en varm oppløsning av natrium aluminat som skal dekomponeres i en mengde slik at den totale overflate av nevnte aluminium trihydroksyd som"innføres i oppmalt form"er minst 100 m 2/l overmettet oppløsning av natrium aluminat, og der nevnte oppløsning dekomponeres ved å underkastes den dannede suspensjon omrøring inntil det er oppnådd et vektforhold mellom oppløst AI^O^: og kaustisk Na02som høyst er lik 0,7.

For å lette den etterfølgende beskrivelse av oppfinnelsen er

det nødvendig å påpeke at konsentrasjonen av kaustisk Na20 i g/l natrium aluminatoppløsning på velkjent måte uttrykker den totale mengde Na20 som er tilstede i oppløsningen i bundet form som natrium aluminat og i fri form som natrium hydroksyd.

Under den gjennomførte forskning og i et forsøk på å forbedre fremgangsmåtene som foreligger i den kjente teknikk og som an-befaler bruk av aluminium oksyd gel, ble det gjort forsøk på å erstatte nevnte gel med tidligere oppmalt aluminium trihydrosyd. Det ble så med stor interesse observert at innføring av dette oppmalte aluminium trihydroksyd i en overmettet oppløsning av natrium aluminat medførte utfelling av et aluminium trihydroksyd viss midlere diameter klart var mindre enn den midlere diameter for det oppmalte aluminium trihydroksyd som ble innført mens man i henhold til den kjente teknikks kunnskap skulle for-vente en økning i den midlere diameter. Ved videre forskning ble det ønsket å verifisere graden av denne observasjon og for å gjøre dette ble i nye forsøk oppmalt aluminium trihydroksyd erstattet med et utfelt trihydroksyd med den samme midlere diameter og med så og si identisk fordeling. Det ble så i det sistnevnte tilfelle funnet at dette resulterte i en betydelig økning av den midlere diameter for aluminium trihydroksydet som ble felt ut slik som i de tidligere prosesser.

Det var således mulig å påvise at anvendelsen av et oppmalt aluminium trihydroksyd ved dekomponering av en overmettet opp-løsning av natrium aluminat resulterte i en meget forskjellig oppførsel sammenlignet med ikke-oppmalt aluminium trihydroksyd med samme granulometri.

For å oppnå en bedre forståelse av parametrene som spilte en rolle ved prosessen ble forskningen fullført i den hensikt å regulere de betingelser som er mest gunstige for fremstilling av et aluminium trihydroksyd som har en begrenset granulometri og en midlere diameter på mindre enn 4 ym.

Det spesifikke BET overflateareal som dannes ved oppmalingen gis ved forskjellen mellom det spesifikke overflateareal for oppmalt aluminium trihydroksyd og det spesifikke overflateareal for aluminium trihydroksydet før oppmaling. Som allerede nevnt må det spesifikke BET overflateareal som oppstår ved malingen av aluminium trihydroksydet minst være 8 m 2/g. Det er generelt fra 2 2

10 til 25 m /g og fortrinnsvis fra 12 til 20 m /g.

Oppmalingen av aluminium trihydroksydet som gjennomføres ved bruk av en hvilken som helst kjent apparatur og kan gjennomføres tørr men det er ønskelig å gjennomføre det hele i et flytende medium. I det sistnevnte tilfelle kan den flytende fase som benyttes for å suspendere trihydroksydet være et vandig medium

som kan være vann.

Den overmettede oppløsning av natrium aluminat som behandles ifølge oppfinnelsens fremgangsmåte resulterer generelt fra varm alkalisk oppslutning av en aluminiumholdig malm slik som bauxit i henhold til Bayer prosessen som beskrives i detalj i litteraturen og som er velkjent for fagmannen. Imidlertid kan denne oppløsning også være av syntetisk opprinnelse. Uansett opprinnelse har den overmettede oppløsning av natrium aluminat generelt en konsentrasjon av kaustisk Na20 fra 50 til 200 g og fortrinnsvis 90 til 170 g Na20/1 natrium aluminatoppløsning som skal dekomponeres.

Imidlertid er det ønskelig at denne overmettede oppløsning av natrium aluminatet har et vektforhold mellom oppløst Al^ O^ og kaustisk Na20 fra 0,8 til 1,3 og fortrinnsvis 1,0 til 1,2.

I tillegg til dette er mengden aluminium trihydroksyd som oppmales ifølge den kjente teknikk og som tilføres til den overmettede oppløsning av natrium aluminat som skal dekomponeres slik at det totale overflateareal for aluminium trihydroksyd som oppmales og innføres i oppløsningen er fra 100 til 600 m 2/l og fortrinnsvsi fra 200 til 400 m 2/l overmettet natrium alumi-natoppløsning.

Når det oppmalte aluminium trihydroksydet tilføres i tilstrekke-lig mengde til den varme overmettede oppløsning av natrium aluminat blir den således dannede suspensjon omrørt og holdt i denne tilstand i et tidsrom slik at vektforholdet mellom opp-løst Al2°3og kaustisk Na20 høyst er 0,7.

Dekomponeringen skjer i et medium som underkastes omrøring og fortsettes generelt inntil det er oppnådd et vektforhold mellom oppløst Al^ O^ og kaustisk Na20 fra 0,65 til 0,35, fortrinnsvis fra 0,60 til 0,40.

Dekomponeringen av det overmettede natrium aluminatoppløsning

i nærvær av oppmalt aluminium trihydroksyd skjer ved en temperatur fra 30 til 80°C og fortrinnsvis fra 40 til 60°C.

Således fører dekomponeringen av den overmettede natrium aluminat oppløsning under det andre trinn av foreliggende fremgangsmåte nærværet av oppmalt aluminium trihydroksyd fra det første trinn til utfelling av aluminium trihydroksyd med den ønskede midlere diameter på mindre enn 4 ym og med snever granulometri. De vesntlige karakteristiske trekk ved oppfinnelsens fremgangsmåte vil fremgå av beskrivelsen av de følgende eksempler.

Eksempel 1

Dette eksempel viser muligheten for et ønske og ifølge oppfinnelsen å fremstille et aluminium trihydroksyd med en midlere diameter på mindre enn 4 ym og med begrenset granulometri.

For dette formål og i et første trinn i fremgangsmåten benyttes industrielt aluminium trihydroksyd som stammer fra alkalisk oppslutning av et bauxit i Bayer prosessen. For å gjennomføre opp-maligen blir det dannet en vandig suspensjon av aluminium trihydroksydet i en konsentrasjon av 100 g/l tørrstoff.

Oppmalingen gjennomføres ved bruk av kjente hjelpemidler bestående av en sylinder med horisontal rotasjonsakse og med nytte-diameter 100 mm der oppmalingen skjer ved hjelp av stålkuler.

En liter av den ovenfor angitte suspensjon underkastes således oppmaling ved bruk av 2 kg kuler med en diameter på 9 mm og 1 kg kuler med en diameter på 6 mm.

Etter oppmaling i 24 timer blir de oppnådde partikler av aluminium trihydroksyd og med et BET overflateareal på 13,5 m 2/g, målt i henhold til den metode som er beskrevet i AFNOR X 11-621 og X 11-622 mens aluminium trihydroksydet hadde et BET overflateareal før oppmaling på 0,10 m 2/g.

Senere, og for å gjennomføre det andre trinnet i prosessen, ble det benyttet en overmettet oppløsning - av natrium aluminat fra Bayer prosessen og som hadde følgende sammensetning: 2 liter av nevnte oppløsning og 30 g oppmalt aluminium trihydroksyd i form av en suspensjon i vann tilføres deretter til en egnet reaktor slik at det foreligger 15 g oppmalt aluminium trihydroksyd/1 overmettet natrium aluminatoppløsning som skal dekomponeres .

Den således oppnådde suspensjon omrøres ved hjelp av et røreverk med en vertikal akse og brede blader og i en hastighet av 60 om-dreininger/min. Temperaturen i suspensjonen holdes ved 50°C under dekomponeringen som varte i 20 timer.

Etter dekomponering var vektforholdet mellom oppløst Al^O^ og kaustisk Na20 0,4, som som antydet at 60% av tilstedeværende aluminiumoksyd i oppløsning var utfelt. Aluminiumhydroksydet som ble gjenvunnet ved slutten av dette andre trinn hadde en midlere diameter på 2,1 ym, målt i henhold til den sedimentering-metode som er beskrevet i AFNOR X 11-683. Videre hadde dette aluminium trihydroksyd en meget snever granulometri fordi 90%

av partiklene hadde en diameter på mindre enn 3 ym og 90% av partiklene hadde en diameter på over 1,5 ym.

For sammenligningens skyld ble den samme overmettede oppløsning av natrium aluminat behandlet med et oppmalt aluminium trihydroksyd med et BET overflateareal, oppnådd ved maling, pa kun 4 m 2/g. Ved å bruke den samme apparatur og ved å gjennomføre den samme prosedyre som ovenfor, d.v.s. de samme mengder oppmalt aluminium trihydroksyd og overmettet natrium aluminat oppløsning for dekomponering, ved bruk av samme temperatur, rørhastighet og behandlingstid, ble det oppnådd et utfelt aluminium trihydroksyd der partiklene hadde en midlere diameter på 2 ym men der 10% hadde en diameter på over 10 ym.

Eksempel 2

Dette eksempel viser muligheten for etter ønske og i henhold

til oppfinnelsens fremgangsmåte å fremstille et aluminum trihydroksyd med en midlere diameter på mindre enn 1 ym og med snever granulometri.

I det første trinn av prosessen ble aluminium trihydroksyd, utfelt fra Bayer prosessen og med et spesifikt BET overflateareal på 2 m 2/g, underkastet oppmaling i den samme apparatur som ble benyttet i eksempel 1.

For dette formål ble en vandig suspensjon av dette aluminium trihydroksyd fremstilt ved en konsentrasjon på 100 g/l tørrstoff. Bortsett fra oppmalingstiden som var 30 timer var alle andre forhold som i eksempel 1.

Etter o<p>pmaling ble det oppnådd partikler av aluminium trihydroksyd med et spesifikt BET overflateareal på 18 m 2/g.

Senere, og for å gjennomføre det andre trinn i foreliggende prosess, ble det benyttet en overmettet oppløsning av natrium aluminat fra Bayer prosessen som hadde følgende sammensetning: 2 liter av denne oppløsning og 40 g aluminium trihydroksyd i form av en suspensjon i vann ble deretter innført i en egnet reaktor slik at det var 20 g oppmalt aluminium trihydroksyd/1 overmettet natrium aluminatoppløsning som skulle dekomponeres. Den således dannede suspensjon ble omrørt ved hjelp av et røre-verk med vertikal akse og brede blader og med en rotasjons-hastighet på 60 omdreininger/minutt. Temperaturen for suspensjonen ble holdt ved 40° under dekomponeringen som varte i 20 timer.

Etter dekomponering var vektforholdet mellom oppløst Al^ O^ og kaustisk Na20 0,35, noe som antydet at 68% av aluminium oksydet i oppløsning var utfelt.

Aluminium trihydroksydet som ble gjenvunnet ved slutten av dette andre trinn hadde en midlere diameter på 0,7 ym og en granulometrisk analyse for de utfelte partikler er som følger, der %-andelen partikler som går gjennom sikten er gitt for hver diameter i ym.

I henhold til oppfinnelsen er det således mulig å oppnå et aluminium trihydroksyd med en midlere diameter på mindre enn 1 ym og med en lav granulometrisk fordeling.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av aluminium trihydroksyd med en midlere diameter som kan varieres etter ønske og er mindre enn 4 ym, med unimodal fordeling og minimalt avvik, omfattende å gjennomføre dekomponering under varme av en overmettet oppløsning av natrium aluminat i nærvær av en primer bestående av-aluminium trihydroksyd, å gjenn-omføre separering av de resulterende faste og flytende faser og gjenvinning av den faste fase som utgjøres av utfelt aluminium trihydroksyd, karakterisert ved at aluminium trihydroksyd i et første trinn underkastes oppmaling inntil det er oppnådd et oppmalt aluminium trihydroksyd med et spesifikt BET overflateareal som minst er lik 8 m 2/g, og deretter i et andre trinn a bringe det oppmalte aluminium trihydroksyd i kontakt med alt av en varmoppløsning av natrium aluminat som skal dekomponeres i en mengde slik at det totale overflateareal for aluminium trihydroksydet som innføres i oppmalt form er minst 100 m 2/l overmettet oppløsning av natrium aluminat, og at op <p> løsning-en dekomponeres ved å underkaste suspensjonen som dannes omrøring inntil det er oppnådd et vektforhold mellom oppløst Al^ O^ og kaustisk Na2 <D som høyst er lik 0,7.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det spesifikke BET overflateareal som oppnås ved oppmaling er fra 10 til 25 m 2/g og fortrinnsvis 12 til 20 m <2> /g.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at oppmalingen av aluminium trihydroksydet skjer på tørr måte.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at oppmalingen av aluminium trihydroksydet skjer i suspensjon i et vandig medium.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at det benyttes en varm overmettet oppløsning av natrium aluminat med en konsentrasjon av kaustisk Na2 0 fra 50 til 200 g/l og fortrinnsvis 90 til 170 g/l.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det benyttes en overmettet oppløsning av natrium aluminat med et vektforhold mellom oppløst A^O^ og kaustisk Na2 0 fra 0,8 til 1,3 og fortrinnsvis 1,0 til 1,2.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at mengden oppmalt aluminium hydroksyd som benyttes for dekomponering av den overmettede oppløsning av natrium aluminat er slik at det totale overflateareal av aluminium trihydroksyd som oppmales og innføres i oppløsningen er fra 100 til 600 m 2/l og fortrinnsvis fra 200 til 400 m 2/l overmettet natrium aluminat oppløsning.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 7, karakterisert ved at dekomponeringen av den overmettede natrium aluminat oppløsning fortsettes under omrøring inntil det er oppnådd et vektforhold mellom oppløst ^2 °3 og kaustisk Na2 0 fra 0,65 til 0,35 og fortrinnsvis fra 0,60 til 0,40.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 8, karakterisert ved at dekomponeringen av fraksjoner av den overmettede natrium aluminatoppløsning i to trinn gjennomføres ved en temperatur fra 30 til 80°C og fortrinnsvis 40 til 60°C.