RU2122521C1

RU2122521C1 - Method of preparing aluminium oxide

Info

Publication number: RU2122521C1
Application number: RU97108620A
Authority: RU
Inventors: М.К. Боева; Р.Ф. Кадргулов; Р.А. Якшибаев; Н.А. Аминева; Мустафа Топчу; Б.В. Слободин
Original assignee: Башкирский государственный университет
Priority date: 1997-05-22
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 1998-11-27

Abstract

FIELD: manufacture of powdery aluminium oxide. SUBSTANCE: aluminium nitrate solution is mixed with nitrate solution of fatty and heterocyclic organic amines in 1:1.5 and 1:3.0 ratio, and the resulting solution is thereafter vacuum treated to dry state and calcined at 650-700 C for 1-1.5 hours. Nitrates of organic fatty amine includes hydrazine dinitrate, and nitrates of heterocyclic amines include pyridinium nitrate. The present invention makes it possible to simplify process for preparation of finely dispersed aluminium oxide in pure form with particle size from 0.1 to 0.8 mcm. EFFECT: more efficient method. 3 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в производстве оксида алюминия. The invention relates to chemical technology and can be used in the production of aluminum oxide.

В настоящее время для получения оксидов металлов широко используется технология, включающая термообработку исходных реагентов-солей металлов. Currently, to obtain metal oxides, technology is widely used, including heat treatment of the initial reagents, metal salts.

Известен способ получения индивидуальных и сложных оксидов металлов из нитратов их термическим разложением в атмосфере водяного пара с образованием газообразных продуктов реакции, содержащих оксиды азота, которые выводят и охлаждают до образования азотной кислоты (а.с. СССР N 2047556, кл. C 01 F 7/30, 1995). Кроме того, известен способ получения α-окиси алюминия, включающий термообработку γ-окиси алюминия в присутствии добавки-основной соли алюминия при температуре 1100-1300^oC в течение 3-5 ч (а.с. СССР N 429625, кл.C 01 F 7/30, 1971). Недостатком известных способов является невозможность получения частиц с диаметром менее одного мкм. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ получения смеси оксидов алюминия и циркония, содержащих в основном сферические частицы, имеющие размер менее 1 мкм (патент СССР 1609442, кл.C 01 F 7/02, 1990). Способ включает смешивание солей алюминия и циркония и обработку указанных солей осадителем, отделение продукта осаждения и его прокаливание, при этом соль алюминия берут в виде раствора с концентрациями Al³⁺ до 0,3 моль/л. Указанная соль алюминия по крайней мере на 80 мас.% состоит из сульфата алюминия, а соль циркония, растворимую в условиях реакции, берут в количестве, чтобы достичь максимум 38 мас.% в виде ZrO₂ от массы Al₂O₃ и ZrO₂ продукта, подвергнутого кальцинированию при 1000^oC в течение 2 ч. Осаждение смеси гидратированных окислов алюминия и циркония осуществляют в присутствии растворимых катионных полиэлектролитов, содержащих повторяющиеся звенья, основанные на замещении акриламида, имеющего общую формулу

где
R₁, R₂, R₃ и T равны друг другу или различны и выбираются из группы, содержащей водород и углеводородный радикал, содержащий от 1 до 4 атомов углерода;
Z и Y-H, CH₃;
X- анион;
n - целое число,
растворимых в условиях реакции и имеющих среднюю мол.мас.более 1 миллиона и степень ионизации не менее 3 мэк/г, при этом осаждение проводят в присутствии серной кислоты.A known method of producing individual and complex metal oxides from nitrates by their thermal decomposition in an atmosphere of water vapor with the formation of gaseous reaction products containing nitrogen oxides, which are removed and cooled to form nitric acid (AS USSR N 2047556, class C 01 F 7 / 30, 1995). In addition, there is a known method for producing α-alumina, including heat treatment of γ-alumina in the presence of an additive-basic aluminum salt at a temperature of 1100-1300 ^o C for 3-5 hours (AS USSR N 429625, class C 01 F 7/30, 1971). A disadvantage of the known methods is the inability to obtain particles with a diameter of less than one micron. The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a method for producing a mixture of aluminum and zirconium oxides containing mainly spherical particles having a size of less than 1 μm (USSR patent 1609442, class C 01 F 7/02, 1990). The method includes mixing salts of aluminum and zirconium and treating these salts with a precipitant, separating the precipitation product and calcining it, wherein the aluminum salt is taken in the form of a solution with Al ³⁺ concentrations up to 0.3 mol / L. The specified aluminum salt at least 80 wt.% Consists of aluminum sulfate, and the zirconium salt, soluble in the reaction conditions, is taken in an amount to achieve a maximum of 38 wt.% In the form of ZrO ₂ by weight of Al ₂ O ₃ and ZrO ₂ product calcined at 1000 ^° C. for 2 hours. A mixture of hydrated aluminum and zirconium oxides is precipitated in the presence of soluble cationic polyelectrolytes containing repeating units based on the substitution of acrylamide having the general formula

Where
R ₁ , R ₂ , R ₃ and T are equal to each other or different and are selected from the group consisting of hydrogen and a hydrocarbon radical containing from 1 to 4 carbon atoms;
Z and YH, CH ₃ ;
X is an anion;
n is an integer
soluble under the reaction conditions and having an average molar mass of more than 1 million and an ionization degree of at least 3 meq / g, while the deposition is carried out in the presence of sulfuric acid.

Недостатком известного способа является его продолжительность, трудоемкость и невозможность получения в чистом виде порошкообразного оксида алюминия. The disadvantage of this method is its duration, the complexity and the inability to obtain in pure form powdered alumina.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение процесса получения в чистом виде мелкодисперсного оксида алюминия с возможностью регулирования размера частиц от 0,1 до 0,8 мкм. The technical result of the claimed invention is to simplify the process of obtaining in pure form finely dispersed aluminum oxide with the ability to control particle size from 0.1 to 0.8 microns.

Технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем смешивание растворов, один из которых является исходным раствором соли алюминия, с последующим прокаливанием полученного сухого продукта при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве исходного раствора соли алюминия берут нитрат алюминия с концентрацией 0,1 моль/л, который смешивают с раствором нитратов органических аминов жирного и гетероциклического ряда с концентрацией 0,1 моль/л в соотношении 1:3 и 1:1,5, после чего осуществляют вакууммирование полученного раствора до сухого состояния. The technical result is achieved in that in the known method, comprising mixing solutions, one of which is the initial solution of an aluminum salt, followed by annealing the obtained dry product at elevated temperature, characterized in that aluminum nitrate with a concentration of 0 is taken as the initial solution of the aluminum salt, 1 mol / l, which is mixed with a solution of nitrates of organic amines of fatty and heterocyclic series with a concentration of 0.1 mol / l in a ratio of 1: 3 and 1: 1.5, after which the floor is evacuated solution to dry state.

Кроме того, технический результат достигается тем, что прокаливание ведут при температуре 650-700^oC в течение 1-1,5 ч.In addition, the technical result is achieved in that the calcination is carried out at a temperature of 650-700 ^o C for 1-1.5 hours

Возможность получения технического результата обусловлена тем, что нитрат алюминия способен взаимодействовать с нитратами органических аминов в водных растворах с образованием нитратных комплексов за счет разрушения гидратной оболочки трехвалентного катиона алюминия, при этом поставщиками дополнительных нитратионов являются нитраты органических аминов различных классов. The possibility of obtaining a technical result is due to the fact that aluminum nitrate is capable of interacting with nitrates of organic amines in aqueous solutions with the formation of nitrate complexes due to the destruction of the hydration shell of the trivalent aluminum cation, while nitrates of organic amines of various classes are suppliers of additional nitration.

Из научно-технической литературы и патентной документации неизвестно использование смеси растворов нитрата алюминия и нитратов органических аминов при получении оксида алюминия. Однако, известно использование при получении оксида алюминия тех или иных органических соединений, например, алкоголята алюминия в соотношении с галогенидом алюминия (0,95-11):1 (а.с.СССР N 554210, кл. C 01 F 7/36, 1977). From the scientific and technical literature and patent documentation it is not known to use a mixture of solutions of aluminum nitrate and organic amine nitrates in the preparation of aluminum oxide. However, it is known to use certain organic compounds in the preparation of aluminum oxide, for example, aluminum alcoholate in the ratio with aluminum halide (0.95-11): 1 (a.c.SSSR N 554210, class C 01 F 7/36, 1977).

Амины жирного ряда используются при синтезе лекарств, красителей, инсектицидов, ПАВ, ракетных топлив. Высшие амины (C₁₂-C₂₀) можно вводить в уплотняющие составы, замазки, дорожные покрытия, ингибиторы коррозии сплавов алюминия, для получения полиуретанов (А.И.Артеменко, Органическая химия/ М., Высшая школа, 1994, с.247). Нитраты аминов являются сильными взрывчатыми веществами, нитрат гидразина используется в фотографии (Л.Физер, М.Физер, Органическая химия. -М.: Химия, 1970, т.1, с.588-657).Fatty amines are used in the synthesis of drugs, dyes, insecticides, surfactants, rocket fuels. Higher amines (C ₁₂ -C ₂₀ ) can be introduced into sealing compounds, putties, pavements, corrosion inhibitors of aluminum alloys to obtain polyurethanes (A.I. Artemenko, Organic Chemistry / M., Higher School, 1994, p. 247) . Amine nitrates are powerful explosives, hydrazine nitrate is used in photography (L. Fizer, M. Fizer, Organic Chemistry. -M .: Chemistry, 1970, v.1, p. 588-657).

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень" как новая совокупность существенных признаков, проявляющая новое свойство. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step" as a new set of essential features exhibiting a new property.

Способ осуществляют следующим образом. Раствор нитрата алюминия с концентрацией 0,1 моль/л смешивают с раствором нитратов органических аминов жирного и гетероциклического ряда в соотношении Al:Амин HNO₃ как 1:3, при этом образуются нитратные комплексы алюминия и органических аминов, имеющие общую формулу (Амин H⁺)₃ [Al(NO₃)₆]nH₂O, где n - целое число. Комплексообразование происходит в кислой среде. Полученный раствор подвергают вакуумному испарению на ротационном испарителе типа 350-P до сухого состояния и прокаливают в муфельной печи при температуре 650-700^oC в течение 1-1,5 ч. Данный способ позволяет получить ультрадисперсный порошок оксида алюминия и, кроме того, дает возможность регулировать дисперсность порошка в зависимости от природы используемого нитрата амина.The method is as follows. A solution of aluminum nitrate with a concentration of 0.1 mol / L is mixed with a solution of nitrates of organic amines of fatty and heterocyclic series in the ratio Al: Amine HNO ₃ as 1: 3, and nitrate complexes of aluminum and organic amines are formed, having the general formula (Amine H ⁺ ) ₃ [Al (NO ₃ ) ₆ ] nH ₂ O, where n is an integer. Complexation occurs in an acidic environment. The resulting solution is subjected to vacuum evaporation on a rotary evaporator type 350-P to dryness and calcined in a muffle furnace at a temperature of 650-700 ^o C for 1-1.5 hours. This method allows to obtain ultrafine aluminum oxide powder and, in addition, gives the ability to control the dispersion of the powder depending on the nature of the amine nitrate used.

Пример 1. Для синтеза ультрадисперсного оксида алюминия 10,65 г Al(NO₃)₃растворяют при перемешивании в 500 мл воды. Готовят раствор нитрата пиридиния C₅H₅NHNO₃ из расчета Al(NO₃)₃:C₅H₅NHNO₃ как 1:3, для этого растворяют 21,3 г нитрата пиридиния в 500 мл воды. Раствор нитрата пиридиния осторожно приливают к раствору нитрата алюминия; полученный продукт реакции подвергают вакуумному испарению на ротационном испарителе до сухого состояния. Полученный сухой порошок сжигают под тягой на электрической плитке и прокаливают в муфельной печи при температуре 700^oC в течение 1,5 ч. Получают 2,55 г порошкообразного оксида алюминия, который, согласно рентгенографическим данным, является аморфным. Анализ с помощью электронного микроскопа показывает, что продукт содержит сфероидальные частицы со средним диаметром около 0,1 мкм.Example 1. For the synthesis of ultrafine alumina, 10.65 g of Al (NO ₃ ) _{3 is} dissolved with stirring in 500 ml of water. Prepare a solution of pyridinium nitrate C ₅ H ₅ NHNO ₃ from the calculation of Al (NO ₃ ) ₃ : C ₅ H ₅ NHNO ₃ as 1: 3, to do this, dissolve 21.3 g of pyridinium nitrate in 500 ml of water. The pyridinium nitrate solution is carefully poured into the aluminum nitrate solution; the resulting reaction product is subjected to vacuum evaporation on a rotary evaporator until dry. The resulting dry powder is burned under draft on an electric stove and calcined in a muffle furnace at a temperature of 700 ^° C. for 1.5 hours. 2.55 g of powdered alumina is obtained, which, according to X-ray diffraction data, is amorphous. Analysis using an electron microscope shows that the product contains spheroidal particles with an average diameter of about 0.1 microns.

Пример 2. 10,65 г нитрата алюминия растворяют при перемешивании в 500 мл воды. Готовят раствор динитрата гидразина из расчета Al(NO₃)₃: N₂H₄2HNO₃ как 1:1,5, для чего 11,85 г N₂H₄2HNO₃ растворяют в 500 мл воды. К раствору нитрата алюминия осторожно приливают раствор динитрата гидразина. Продукт реакции подвергают вакуумному испарению на ротационном испарителе. Полученный сухой порошок сжигают под тягой на электрической плитке и прокаливают в муфельной печи при температуре 650^oC в течение 1 ч. Получают 2,55 г оксида алюминия, который является рентгеноаморфным. Средний диаметр частиц оксида алюминия равен 0,8 мкм.Example 2. 10.65 g of aluminum nitrate is dissolved with stirring in 500 ml of water. A solution of hydrazine dinitrate is prepared from the calculation of Al (NO ₃ ) ₃ : N ₂ H ₄ 2HNO ₃ as 1: 1.5, for which 11.85 g of N ₂ H ₄ 2HNO _{3 are} dissolved in 500 ml of water. A solution of hydrazine dinitrate is carefully poured into a solution of aluminum nitrate. The reaction product is subjected to vacuum evaporation on a rotary evaporator. The resulting dry powder is burned under draft on an electric stove and calcined in a muffle furnace at a temperature of 650 ^° C. for 1 hour. 2.55 g of aluminum oxide is obtained, which is X-ray amorphous. The average particle diameter of alumina is 0.8 μm.

Использование заявляемого изобретения позволит
снизить трудоемкость и время получения порошкообразного оксида алюминия,
регулировать размеры частиц получаемого порошка в зависимости от природы используемого нитрата амина.The use of the claimed invention will allow
reduce the complexity and time of obtaining powdered alumina,
adjust the particle size of the obtained powder depending on the nature of the amine nitrate used.

Claims

1. A method of producing powdered alumina, including mixing solutions, one of which is the initial solution of an aluminum salt, followed by annealing the resulting dry product at elevated temperature, characterized in that 0.1 mol of aluminum nitrate is taken as the initial solution of the aluminum salt. / l, which is mixed with a solution of nitrates of organic amines of a fatty or heterocyclic series in a ratio of 1: 1.5 and 1: 3.0, after which the resulting solution is evacuated to dry -being.

2. The method according to claim 1, characterized in that the calcination is carried out at a temperature of 650 - 700 ^o C for 1 to 1.5 hours

3. The method according to claims 1 to 2, characterized in that hydrazine dinitrate is taken as nitrates of organic amines of the fatty series, and pyridinium nitrate is taken as heterocyclic.