RU2257346C1 - Fine-crystalline alpha-alumina production process - Google Patents
Fine-crystalline alpha-alumina production process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2257346C1 RU2257346C1 RU2004106756/15A RU2004106756A RU2257346C1 RU 2257346 C1 RU2257346 C1 RU 2257346C1 RU 2004106756/15 A RU2004106756/15 A RU 2004106756/15A RU 2004106756 A RU2004106756 A RU 2004106756A RU 2257346 C1 RU2257346 C1 RU 2257346C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- alumina
- synthesis
- pressure
- autoclave
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области синтеза неорганических материалов, в частности к производству керамических порошков, а именно к производству альфа-оксида алюминия (α -Аl2О3), применяемого в различных отраслях химической, радиотехнической, электрохимической и металлургической промышленности. Альфа-оксид алюминия используют как абразивный материал, а также в качестве сырья для изготовления керамики и монокристаллов лейкосапфира и как наполнитель композитных материалов.The invention relates to the field of synthesis of inorganic materials, in particular to the production of ceramic powders, namely the production of alpha-alumina (α-Al 2 O 3 ) used in various sectors of the chemical, radio engineering, electrochemical and metallurgical industries. Alpha-alumina is used as an abrasive material, as well as as a raw material for the manufacture of ceramics and single crystals of leucosapphire and as a filler of composite materials.
Известен ряд способов получения порошка корунда, в том числе золь-гелиевый, гидротермальный способ, включающий кристаллизацию в гидротермальных условиях; флюсовый способ, заключающийся в добавлении флюса к гидроксиду алюминия, расплавлении и осаждении. Флюсовый способ применяют в качестве средства контроля формы частиц и распределения преимущественного размера частиц альфа-оксида алюминия.A number of known methods for producing corundum powder, including sol-helium, hydrothermal method, including crystallization in hydrothermal conditions; flux method, which consists in adding flux to aluminum hydroxide, melting and precipitation. The flux method is used as a means of controlling the shape of the particles and the distribution of the preferred particle size of alpha alumina.
На протяжении нескольких лет оксид алюминия получают с использованием способа Байера. При осуществлении способа Байера предварительно боксид преобразуют в гидроксид алюминия или переходной оксид алюминия, который затем обжигают на воздухе с получением порошка α -оксида алюминия. Так, согласно известной технологии, боксид предварительно измельчают и смешивают с каустической содой. При температуре 120-300° С получают раствор алюмината натрия. Раствор алюмината натрия стравливают с кристаллами тригидрата алюминия и гидрализуют в течение нескольких часов при умеренной температуре. Полученный продукт представляет собой гиббит Аl2О3· 3Н2О с определенным размером гранул. Продукт отстаивают и фильтруют для того, чтобы отделить его от отработанной жидкости, которая еще содержит значительные концентрации алюмината натрия. В конечном итоге продукт осаждают при температуре около 1200° С, в результате чего гиббит переходит в окись алюминия (корунд), потерявший три молекулы воды. Хотя способ Байера включает гидротермальную фазу, однако прямое осаждение окиси алюминия термодинамически невозможно. Использованию фазы гидротермального осаждения препятствуют два обстоятельства. Во-первых, продукт, образованный гидротермальным синтезом в субкритическом температурном диапазоне 100-374° С, все еще отчасти содержит гидратированный бемит А100Н и, следовательно, для достижения безводной фазы необходимо осаждение целевого продукта. Во-вторых, частицы бемита имеют вытянутую форму кристаллов, неподходящую для изготовления керамики. Трудность состоит в определении условий, при которых частицы бемита могут переходить в окись алюминия при обжиге с сохранением при этом игольчатого габитуса.For several years, alumina is produced using the Bayer method. In the Bayer process, the oxide is first converted to aluminum hydroxide or transition alumina, which is then calcined in air to produce α-alumina powder. So, according to known technology, the oxide is pre-crushed and mixed with caustic soda. At a temperature of 120-300 ° C., a solution of sodium aluminate is obtained. A solution of sodium aluminate is etched with crystals of aluminum trihydrate and hydralized for several hours at a moderate temperature. The resulting product is gibbit Al 2 O 3 · 3H 2 O with a certain granule size. The product is sedimented and filtered in order to separate it from the spent liquid, which still contains significant concentrations of sodium aluminate. Ultimately, the product is precipitated at a temperature of about 1200 ° C, as a result of which gibbit passes into alumina (corundum), which has lost three water molecules. Although the Bayer method involves a hydrothermal phase, direct precipitation of alumina is thermodynamically impossible. The use of the hydrothermal precipitation phase is hindered by two circumstances. Firstly, the product formed by hydrothermal synthesis in the subcritical temperature range of 100-374 ° C still partially contains hydrated boehmite A100H and, therefore, the precipitation of the target product is necessary to achieve the anhydrous phase. Secondly, boehmite particles have an elongated crystal shape, unsuitable for the manufacture of ceramics. The difficulty lies in determining the conditions under which boehmite particles can transform into alumina during firing while preserving the needle habit.
Известная золь-гелиевая технология применяется с изменениями фаз осаждение-отжиг и, как правило, включает растворение кислых солей, их последующее осаждение при добавлении базового растворителя для образования смешанного гидроксида. Гидроксид фильтруют, промывают, а затем отжигают при нескольких сотнях градусов Цельсия для получения твердого раствора в виде порошка. После этого осуществляют помол для получения порошка мелкой фракции.The well-known sol-helium technology is applied with precipitation-annealing phase changes and, as a rule, involves dissolution of acid salts, their subsequent precipitation with the addition of a base solvent to form a mixed hydroxide. The hydroxide is filtered, washed, and then annealed at several hundred degrees Celsius to obtain a solid solution in the form of a powder. After that, grinding is carried out to obtain a fine powder.
В патенте RU 2140876, кл. С 01 F 7/44, 1999 г. раскрыт способ получения альфа-оксида алюминия путем предварительного получения зауглероженной гамма-окиси алюминия и последующей ее обработки кислородсодержащим газом при температуре 1100-1250° С до полного выгорания углерода. При такой термообработке происходит фазовый переход гамма-оксида алюминия в альфа-оксид алюминия. Известный способ позволяет получать альфа-оксид алюминия с размером кристаллов менее 1 мкм. Известному способу присущи такие недостатки, как высокая себестоимость целевого продукта за счет энергоемкости способа его получения в связи с необходимостью затрат энергии на прогрев зауглероженной гамма-окиси алюминия. Кроме того, способ характеризуется сложностью проведения ввиду его двухстадийности. Способ включает этап предварительного получения в процессе термообработки зауглероженной гамма-окиси алюминия, а затем необходимость последующего выделения кристаллов альфа-оксида алюминия, что затруднительно при крупнотоннажном производстве. Полученный альфа-оксид алюминия включает множество агломерированных частиц, при этом порошок корунда содержит большое количество примесей, в том числе углерода, что снижает его механическую прочность и не позволяет использовать для выращивания методом профильной плавки кристаллов сапфира.In patent RU 2140876, cl. From 01 F 7/44, 1999, a method for producing alpha-alumina by first producing carbonized gamma-alumina and then treating it with an oxygen-containing gas at a temperature of 1100-1250 ° C. until complete carbon burnout is disclosed. With this heat treatment, a phase transition of gamma-alumina to alpha-alumina occurs. The known method allows to obtain alpha-alumina with a crystal size of less than 1 μm. The known method has such disadvantages as the high cost of the target product due to the energy intensity of the method for its production due to the need for energy costs for heating carbonized gamma-alumina. In addition, the method is characterized by the complexity of the implementation due to its two-stage. The method includes the step of preliminarily obtaining carbonized gamma-alumina during heat treatment, and then the need for subsequent isolation of alpha-alumina crystals, which is difficult for large-scale production. The obtained alpha-alumina includes many agglomerated particles, while corundum powder contains a large amount of impurities, including carbon, which reduces its mechanical strength and does not allow sapphire crystals to be used for profile melting.
Другой патент RU 2118612, кл. C 01 F 7/44, 1998 г. предлагает способ получения корунда, позволяющий регулировать диаметр частиц от долей микрона до нескольких десятков микрон с получением узкого распределения преимущественного размера частиц. По известному способу японской компании Сумитомо Кемикал Компани, Лимитед, порошок α -оксида алюминия получают путем прокаливания, по крайней мере, одного исходного материала, выбранного из модификаций оксида алюминия и соединений алюминия. Прокаливание проводят в галогенсодержащей атмосфере, которая включает газообразный галогенид водорода, газообразный галоген или смесь газообразного галогена и пара. Последующее дегалогенирование позволяет получить продукт высокого качества; порошок альфа-оксида алюминия имеет чистоту 99,9%, однако характеризуется значительной себестоимостью.Another patent RU 2118612, cl. C 01 F 7/44, 1998, proposes a method for producing corundum, which allows controlling the particle diameter from fractions of a micron to several tens of microns to obtain a narrow distribution of the predominant particle size. According to the known method of the Japanese company Sumitomo Chemical Company, Limited, α-alumina powder is obtained by calcining at least one starting material selected from modifications of alumina and aluminum compounds. Calcination is carried out in a halogen-containing atmosphere, which includes gaseous hydrogen halide, gaseous halogen or a mixture of gaseous halogen and steam. Subsequent dehalogenation allows to obtain a high quality product; alpha-alumina powder has a purity of 99.9%, but is characterized by a significant cost.
Для производства альфа-оксида алюминия длительное время широко используется метод гидротермального синтеза, именуемый иногда способом гидротермальной обработки (Willam J. Dawson. Hydrothermal Synthesis of Advanced Ceramic Powders. Ceramic Bulletin, 1998, vol.67, № 10). Гидротермальный синтез известен как метод дешевого производства керамических порошков. Этот метод представляет собой влажную (гидро-термальную) химическую технологию для получения прямым путем порошков оксидных соединений. Гидротермальный синтез, применяемый для получения керамических порошков, представляет собой водный химический процесс, позволяющий получать кристаллические безводные порошки. Этот процесс отличается от известной золь-гелиевой технологии такими параметрами, как температура и давление, сопровождающие реакцию синтезирования керамических порошков. Как правило, температуру опускают до точки между температурой кипения воды и так называемой критической температурой, составляющей 374° С, в интервале давлений до 25 МПа (US 2001/0043910 A1, Patent Application Publication, кл. 424-63, 2001). Были предприняты различные попытки в данной области для получения кристаллов корунда заданного габитуса и размеров.For the production of alpha-alumina, the hydrothermal synthesis method, sometimes referred to as the hydrothermal treatment method (Willam J. Dawson. Hydrothermal Synthesis of Advanced Ceramic Powders. Ceramic Bulletin, 1998, vol. 67, No. 10), has been widely used for a long time. Hydrothermal synthesis is known as the method of cheaply producing ceramic powders. This method is a wet (hydro-thermal) chemical technology for the direct production of powders of oxide compounds. Hydrothermal synthesis used to produce ceramic powders is an aqueous chemical process that allows the preparation of crystalline anhydrous powders. This process differs from the known sol-helium technology in such parameters as temperature and pressure that accompany the synthesis reaction of ceramic powders. Typically, the temperature is lowered to the point between the boiling point of water and the so-called critical temperature of 374 ° C, in the pressure range up to 25 MPa (US 2001/0043910 A1, Patent Application Publication, CL 424-63, 2001). Various attempts have been made in this field to obtain corundum crystals of a given habit and size.
Так, в патенте US 2642337 раскрыт способ получения мелкокристаллического корунда с размером кристаллов 70-150 мкм из гидроксида алюминия путем его нагрева в парах воды в автоклаве до температуры не более 450° С. При нагревании в автоклаве за счет фазового превращения воды в пар создается давление не менее 30 атм. По известному способу обработку гидроксида алюминия ведут при давлении 30-250 атм и температуре из диапазона 350-450° С в течение 20 часов.So, in US Pat. No. 2,642,337, a method for producing fine crystalline corundum with a crystal size of 70-150 μm from aluminum hydroxide by heating it in water vapor in an autoclave to a temperature of not more than 450 ° C is disclosed. When heated in an autoclave due to the phase transformation of water into steam, pressure is created not less than 30 atm. According to the known method, the processing of aluminum hydroxide is carried out at a pressure of 30-250 atm and a temperature from the range of 350-450 ° C for 20 hours.
По способу ЕР 1148028, кл. С 01 F 7/02, 2001 г. альфа-оксид алюминия получают в виде пластинчатых кристаллов размером 0,5-25 мкм в поперечнике и отношением "диаметр/средняя толщина" в диапазоне 50-2000 с хорошо выраженной текстурированной формой. Такие "слоистые" частицы корунда, имеющие тонкоплоскостную форму частиц оксида получают методом гидротермального синтеза, в котором к исходному материалу корунду добавляют воду, после чего осуществляют нагрев до 450° С. Для полного протекания реакции превращения в альфа-оксид алюминия требуется не менее 24 часов. Давление в автоклаве поддерживают на уровне 5-25 МПа. Соотношение между температурой синтеза и давлением для метода гидротермального синтеза выбирают в области образования Аl2О3 (корунд) на диаграмме состояния Аl2О3 - Н2O.By the method of EP 1148028, cl. From 01 F 7/02, 2001, alpha-alumina is obtained in the form of plate crystals with a size of 0.5-25 μm in diameter and a ratio of diameter / average thickness in the range of 50-2000 with a well-defined textured shape. Such “layered” corundum particles having a thin-plane form of oxide particles are obtained by hydrothermal synthesis, in which water is added to the corundum starting material and then heated to 450 ° C. It takes at least 24 hours for the conversion to alpha alumina to complete. . The pressure in the autoclave is maintained at 5-25 MPa. The relationship between the synthesis temperature and pressure for the hydrothermal synthesis method is chosen in the region of formation of Al 2 O 3 (corundum) in the state diagram of Al 2 O 3 - H 2 O.
В патентах RU 2092438, кл. С 01 F 7/02, 1991 г.; RU 2167817, кл. C 01 F 7/02, 1999 г., а также RU 2093464, кл. C 01 F 7/02, 1997 г. описаны модифицированные способы получения мелкокристаллического корунда в лабораторных условиях путем термопаровой обработки гидроксида алюминия при температуре из диапазона 350-450° С и давлении воды 50-300 атм. Полученный продукт имеет высокую влажность, при этом он характеризуется высоким содержанием примесей и низкой воспроизводимостью физико-химических свойств, поскольку его состав полностью определяется содержанием примеси в исходном сырье.In patents RU 2092438, cl. C 01 F 7/02, 1991; RU 2167817, class C 01 F 7/02, 1999, as well as RU 2093464, cl. C 01 F 7/02, 1997 describes modified methods for producing fine crystalline corundum in laboratory conditions by thermocouple treatment of aluminum hydroxide at a temperature in the range of 350-450 ° C and a water pressure of 50-300 atm. The resulting product has high humidity, while it is characterized by a high content of impurities and low reproducibility of physico-chemical properties, since its composition is completely determined by the content of impurities in the feedstock.
В патенте RU 2015105, кл. C 01 F 7/02, 1992 г. раскрыт гидротермальный способ получения альфа-оксида алюминия, в котором при температуре 370-450° С и давлении 100-800 атм обрабатывают смесь гидроксида алюминия и основания, в состав которой включено хромсодержащее соединение. Процесс ведут 41 час, после чего автоклав охлаждают. По патенту RU 2052383, кл. C 01 F 7/02, 1996 г. осуществляют способ получения тонкодисперсных порошков корунда путем термообработки в автоклаве гидроксида алюминия с водным раствором минерализатора, в качестве которого используют соль лития.In patent RU 2015105, cl. C 01 F 7/02, 1992 disclosed a hydrothermal process for producing alpha alumina in which a mixture of aluminum hydroxide and a base containing a chromium-containing compound is treated at a temperature of 370-450 ° C and a pressure of 100-800 atm. The process is carried out for 41 hours, after which the autoclave is cooled. According to patent RU 2052383, cl. C 01 F 7/02, 1996. There is a method for producing finely dispersed corundum powders by heat treatment in an autoclave of aluminum hydroxide with an aqueous solution of a mineralizer, which is used as a lithium salt.
Полученный известными способами оксид алюминия имеет хорошую абразивную способность, однако имеет высокую влажность и низкую воспроизводимость его физико-химических свойств ввиду сильной зависимости от состава примесей исходного сырья.Obtained by known methods of alumina has good abrasive ability, however, it has high humidity and low reproducibility of its physicochemical properties due to the strong dependence on the composition of the impurities of the feedstock.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу является способ получения мелкокристаллического альфа-оксида алюминия методом гидротермального синтеза, включающий нагрев в автоклаве воды и оксида или гидроксида алюминия до температуры синтеза 250-400° С при повышенном давлении и выдержку при этой температуре (SU 1477682, кл. C 01 F 7/02, 1989 г.). Мелкокристаллический корунд (α -Аl2O3) получают в лабораторных условиях путем обработки аморфного гидроксида алюминия в автоклаве в атмосфере паров воды в присутствии активатора и различных временах реакции. По данному способу процесс обработки исходных ингредиентов длителен, а поэтому непригоден для крупного промышленного использования. Хотя в известных способах гидротермального синтеза предъявляются высокие требования к уровню содержания минеральных примесей в исходном сырье (не более 0,015 вес.%), однако получаемый порошкообразный альфа-оксид алюминия имеет содержание примесей Fe, Сr, Сu, Са, Тi, значительно превышающее уровень, требуемый для изготовления лейкосапфира и керамики.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed method is a method for producing crystalline alpha-alumina by hydrothermal synthesis, including autoclaving water and aluminum oxide or hydroxide to a synthesis temperature of 250-400 ° C at elevated pressure and holding at this temperature ( SU 1477682, class C 01 F 7/02, 1989). Fine crystalline corundum (α-Al 2 O 3 ) is obtained under laboratory conditions by autoclaving amorphous aluminum hydroxide in an atmosphere of water vapor in the presence of an activator and various reaction times. According to this method, the processing process of the starting ingredients is long, and therefore unsuitable for large industrial use. Although the known methods of hydrothermal synthesis have high requirements for the level of mineral impurities in the feedstock (not more than 0.015 wt.%), However, the obtained powdery alpha-alumina has an impurity content of Fe, Cr, Cu, Ca, Ti, significantly exceeding the level required for the manufacture of leucosapphire and ceramics.
В рамках данной заявки решается задача разработки такой промышленной технологии, которая позволила бы получать мелкокристаллический альфа-оксид алюминия в виде порошка, который имеет высокую чистоту оксида алюминия безотносительно к содержанию примесей в исходных ингредиентах, низкое содержание влаги. Имеется потребность в разработке способа с повышенной воспроизводимостью физико-химических свойств мелкозернистого корунда и с малой энергоемкостью производства.In the framework of this application, the task of developing such an industrial technology that would allow to obtain fine crystalline alpha-alumina in the form of a powder, which has a high purity of alumina regardless of the content of impurities in the starting ingredients, low moisture content, is being solved. There is a need to develop a method with increased reproducibility of the physicochemical properties of fine-grained corundum and with low energy intensity of production.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения мелкокристаллического альфа-оксида алюминия методом гидротермального синтеза, включающем нагрев в автоклаве воды и оксида или гидроксида алюминия до температуры синтеза 250-400° С при повышенном давлении и выдержку при этой температуре, указанные воду и оксид или гидроксид алюминия берут в соотношении 1: 0,7÷ 1,2 соответственно, а выдержку проводят при давлении 300-600 атм, при этом после выдержки при температуре синтеза в течение времени не менее 20 часов проводят термообработку либо в процессе охлаждения от температуры синтеза до температуры окружающей среды в течение времени не менее 24 часов без снижения давления, либо сначала при температуре синтеза снижают давление со скоростью 20-50 атм/час до атмосферного давления, а затем отключают нагрев.The problem is solved in that in the method for producing crystalline alpha-alumina by hydrothermal synthesis, which includes autoclaving water and aluminum oxide or hydroxide to a synthesis temperature of 250-400 ° C at elevated pressure and holding at that temperature, said water and oxide or aluminum hydroxide is taken in a ratio of 1: 0.7 ÷ 1.2, respectively, and exposure is carried out at a pressure of 300-600 atm, while after exposure at a temperature of synthesis for at least 20 hours, heat treatment is carried out or in the process of cooling from the synthesis temperature to the ambient temperature for at least 24 hours without reducing the pressure, or first, at the synthesis temperature, reduce the pressure at a rate of 20-50 atm / h to atmospheric pressure, and then turn off the heating.
При этом нагрев до температуры синтеза осуществляют в режиме контролируемого удаления паров воды.In this case, heating to the synthesis temperature is carried out in the mode of controlled removal of water vapor.
Предпочтительно вести нагрев до температуры синтеза со скоростью не более 10 град/час.It is preferable to conduct heating to the synthesis temperature at a rate of not more than 10 deg / h.
Целесообразно при получении кристаллов корунда различного габитуса нагрев исходных ингредиентов проводить в присутствии активаторов, взятых в количестве 0,001 - 1 вес.%.It is advisable when obtaining crystals of corundum of different habitus, the heating of the starting ingredients is carried out in the presence of activators taken in an amount of 0.001 - 1 wt.%.
Сущность данного изобретения состоит в установлении причинно-следственной связи между физико-химическими свойствами альфа-оксида алюминия и термодинамическими режимами его получения в отсутствие общеизвестных закономерностей физико-химического состояния вещества после гидротермальной обработки исходных ингредиентов безотносительно к их примесному составу в условиях избыточного содержания воды по отношению к оксиду либо гидроксиду алюминия. Порошок мелкокристаллического альфа-алюминия получают прямым путем из раствора в результате протекания при высокой температуре в воде сложных реакций. Контролируя процесс взаимодействия исходных ингредиентов, время реакции, температуру, природу и уровень растворенных примесей, можно получить безводные кристаллические порошки с низким содержанием примесей.The essence of this invention is to establish a causal relationship between the physicochemical properties of alpha-alumina and the thermodynamic modes of its production in the absence of well-known laws of the physicochemical state of a substance after hydrothermal treatment of the starting ingredients regardless of their impurity composition under conditions of excess water content with respect to to aluminum oxide or hydroxide. Fine crystalline alpha-aluminum powder is obtained directly from the solution as a result of complex reactions at high temperature in water. By controlling the interaction process of the starting ingredients, reaction time, temperature, nature and level of dissolved impurities, anhydrous crystalline powders with a low content of impurities can be obtained.
В данном способе получения мелкокристаллического α -оксида алюминия исходные ингредиенты, оксид или гидроксид алюминия, берут при избыточном содержании воды, а после их гидротермальной обработки при температуре синтеза 250-400° С и давлении 300-600 атм проводят термообработку либо в режиме контролируемого охлаждения от температуры синтеза до температуры окружающей среды в течение времени не менее 24 часов без снижения давления, либо в режиме снижения давления при температуре синтеза со скоростью 20-50 атм/час от давления 300-600 атм до атмосферного давления с последующим отключением нагрева. Гидротермальный синтез в условиях избыточного содержания воды по отношению к оксиду или гидроксиду алюминия с последующей термообработкой в едином технологическом цикле позволяет в дальнейшем получить промышленным способом α -оксид алюминия высокой степени чистоты безотносительно к примесному составу исходных ингредиентов.In this method of producing fine crystalline α -alumina, the starting ingredients, aluminum oxide or hydroxide, are taken at an excess water content, and after their hydrothermal treatment at a synthesis temperature of 250-400 ° C and a pressure of 300-600 atm, heat treatment is carried out or under controlled cooling from synthesis temperature to ambient temperature for at least 24 hours without pressure reduction, or in pressure reduction mode at a synthesis temperature with a speed of 20-50 atm / h from a pressure of 300-600 atm to atmospheric pressure followed by turning off the heating. Hydrothermal synthesis under conditions of excess water content with respect to aluminum oxide or hydroxide, followed by heat treatment in a single technological cycle, allows us to subsequently obtain industrially produced high-purity α -alumina without regard to the impurity composition of the starting ingredients.
Сущность изобретения поясняется способами получения мелкокристаллического α -оксида алюминия.The invention is illustrated by methods for producing crystalline α-alumina.
Пример 1.Example 1
В промышленный автоклав типа ЕУВ-1-70-7,4-01, имеющий рабочий объем 6,9 м3, оснащенный двумя системами сброса давления (так называемая стравливающая система), помещают 5 т порошка оксида алюминия и заливают 4,2 т дистиллированной воды. Избыток воды составил 2,2 т, поскольку по диаграмме состояния “температура-давление” для получения порошка альфа-оксида алюминия необходимо было залить только 2,1 т воды (с учетом объема, занимаемого окисью алюминия). Соотношение исходных реагентов в реакционной смеси составляет Аl2О3:H2O = 1:0,84.In an industrial autoclave of the EUV-1-70-7.4-01 type, having a working volume of 6.9 m 3 , equipped with two pressure relief systems (the so-called bleeding system), 5 tons of aluminum oxide powder are placed and 4.2 tons of distilled are poured water. The excess water was 2.2 tons, because according to the temperature-pressure diagram, to obtain alpha-alumina powder, it was necessary to fill in only 2.1 tons of water (taking into account the volume occupied by aluminum oxide). The ratio of the starting reagents in the reaction mixture is Al 2 O 3 : H 2 O = 1: 0.84.
Автоклав с исходными ингредиентами после герметизации нагревают со скоростью 6 град/час до температуры синтеза 390° С и поддерживают рабочее давление в автоклаве путем контролируемого удаления паров воды в процессе нагрева так, чтобы оно находилось в диапазоне 300-400 атм. С этой целью при достижении давления величины 240-280 атм открывают стравливающую систему для выпускания избыточных паров воды, продолжая нагрев и поддерживая давление в интервале 240-280 атм. После достижения в автоклаве температуры 380° С прекращают сброс давления. Затем нагревают автоклав до температуры 390° С, поднимая давление до 310 атм. Выдерживают реакционную смесь при температуре синтеза 96 часов до завершения процесса перекристаллизации и проводят термообработку в процессе охлаждения со скоростью 10 град/час до температуры окружающей среды в течение 36 часов. После этого автоклав вскрывают и извлекают мелкокристаллический альфа-оксид алюминия в виде порошка. Получаемые мелкие кристаллы корунда размером 10-50 мкм имеют природную огранку. При этом содержание примесей уменьшается следующим образом: окиси калия с 0,05 до 0,007 вес.%, окиси железа с 0,01 до 0,004 вес.%. В целом суммарное содержание примесей уменьшилось в 2 раза с 0,10 до 0,05 вес.%.After sealing, the autoclave with the starting ingredients is heated at a speed of 6 deg / h to a synthesis temperature of 390 ° C and the working pressure in the autoclave is maintained by controlled removal of water vapor during heating so that it is in the range of 300-400 atm. To this end, when a pressure of 240-280 atm is reached, a bleed system is opened to release excess water vapor, continuing heating and maintaining a pressure in the range of 240-280 atm. After reaching an autoclave temperature of 380 ° C, pressure relief is stopped. Then the autoclave is heated to a temperature of 390 ° C, raising the pressure to 310 atm. The reaction mixture is kept at a synthesis temperature of 96 hours until the recrystallization process is completed and heat treatment is carried out during cooling at a rate of 10 deg / h to ambient temperature for 36 hours. After this, the autoclave is opened and fine crystalline alpha alumina in the form of a powder is recovered. The resulting small crystals of corundum with a size of 10-50 microns are naturally cut. The content of impurities is reduced as follows: potassium oxide from 0.05 to 0.007 wt.%, Iron oxide from 0.01 to 0.004 wt.%. In general, the total content of impurities decreased by 2 times from 0.10 to 0.05 wt.%.
Пример 2.Example 2
Способ осуществляют аналогично примеру 1 с использованием гидроксида алюминия, который берут в количестве 5 т и заливают 4,2 т воды. По диаграмме состояния “температура-давление” для получения заданных параметров корунда в автоклав необходимо было залить 1,79 т воды с учетом объема, занимаемого гидратом окиси алюминия. Избыток залитой воды составил 2,4 т с учетом выделившейся в процессе кристаллизации, сопровождаемом протеканием реакции Аl(ОН)3→ Аl2O3+Н2О. Процесс термообработки после выдержки при температуре синтеза 400° С до окончания процесса кристаллизации проводят в условиях снижения давления со скоростью 35 атм/час от рабочего давления 510 атм до атмосферного. Затем автоклав охлаждают, вскрывают и извлекают порошок мелкокристаллического альфа-оксида алюминия. Получают 2,65 т мелкокристаллического корунда с фракцией от 120 до 200 мкм. При этом суммарное содержание примесей уменьшается в 2 раза с 0,02 до 0,016 вес.%.The method is carried out analogously to example 1 using aluminum hydroxide, which is taken in an amount of 5 tons and pour 4.2 tons of water. According to the “temperature-pressure” state diagram, in order to obtain the specified corundum parameters, it was necessary to pour 1.79 tons of water into the autoclave taking into account the volume occupied by alumina hydrate. The excess of filled water was 2.4 tons, taking into account the precipitated during the crystallization process, accompanied by the reaction Al (OH) 3 → Al 2 O 3 + H 2 O. The heat treatment process after exposure at a synthesis temperature of 400 ° C until the crystallization process is completed is carried out under conditions pressure reduction at a speed of 35 atm / hour from a working pressure of 510 atm to atmospheric. Then the autoclave is cooled, opened and the fine crystalline alpha alumina powder is recovered. 2.65 tons of finely crystalline corundum are obtained with a fraction of 120 to 200 microns. In this case, the total content of impurities decreases by 2 times from 0.02 to 0.016 wt.%.
В таблице приведены результаты исследований порошка мелкокристаллического α -оксида алюминия, полученного по данной технологии.The table shows the results of studies of fine crystalline α-alumina powder obtained by this technology.
Анализ приведенных в таблице результатов позволяет сделать вывод о том, что данный гидротермальный метод с использованием избыточного содержания воды по отношению к содержанию оксида или гидроксида алюминия в составе исходных ингредиентов, включающий этап термообработки, позволяет получать порошок оксида алюминия высокой степени чистоты.An analysis of the results in the table allows us to conclude that this hydrothermal method using excess water in relation to the content of aluminum oxide or hydroxide in the composition of the starting ingredients, including the heat treatment stage, allows to obtain high-purity alumina powder.
Существует множество различных конечных применений α - оксида алюминия, полученного посредством данного способа. Изобретение может быть использовано при промышленном получении мелкокристаллического оксида алюминия, соответствующего по чистоте оптическому классу кристаллов. Это приводит к ряду коммерческих преимуществ, включая способность получения корунда, соответствующего требованиям к сырью для изготовления лейкосапфира или светопропускающей керамики.There are many different end uses for α - alumina obtained by this process. The invention can be used in the industrial production of fine crystalline alumina corresponding in purity to the optical class of crystals. This leads to a number of commercial advantages, including the ability to produce corundum that meets the requirements for raw materials for the manufacture of leucosapphire or light-transmitting ceramics.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004106756/15A RU2257346C1 (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Fine-crystalline alpha-alumina production process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004106756/15A RU2257346C1 (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Fine-crystalline alpha-alumina production process |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2257346C1 true RU2257346C1 (en) | 2005-07-27 |
Family
ID=35843534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004106756/15A RU2257346C1 (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Fine-crystalline alpha-alumina production process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2257346C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2519450C1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Method of obtaining high purity corundum |
| WO2024045201A1 (en) * | 2022-09-03 | 2024-03-07 | 深圳技术大学 | Alumina ceramic powder with high sintering activity and preparation method therefor |
-
2004
- 2004-03-10 RU RU2004106756/15A patent/RU2257346C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2519450C1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Method of obtaining high purity corundum |
| WO2014092599A1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-06-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Method for producing high-purity corundum |
| WO2024045201A1 (en) * | 2022-09-03 | 2024-03-07 | 深圳技术大学 | Alumina ceramic powder with high sintering activity and preparation method therefor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4797139A (en) | Boehmite produced by a seeded hydyothermal process and ceramic bodies produced therefrom | |
| RU2076083C1 (en) | PROCESS FOR PREPARING SINTERED MATERIAL BASED ON α- MODIFICATION OF ALUMINA | |
| Ndayishimiye et al. | Low temperature hydrothermal sintering process for the quasi-complete densification of nanometric α-quartz | |
| JP4238963B2 (en) | High temperature stable highly porous aluminum oxide composed of boehmite type crystalline alumina and pure single phase obtained therefrom | |
| JPS60239323A (en) | Ceric oxide with novel morphological properties and manufacture | |
| Cho et al. | Morphological Forms of α‐Alumina Particles Synthesized in 1, 4‐Butanediol Solution | |
| KR101939265B1 (en) | Method of manufacturing boehmite | |
| JPH07187663A (en) | Production of alpha-alumina powder | |
| CN102320638A (en) | Preparation method of low-sodium fine grain alumina | |
| CN110395757B (en) | Method for removing alkali metal and alkaline earth metal impurities in acid-process alumina | |
| Ru et al. | Synthesis of yttrium aluminum garnet (YAG) powder by homogeneous precipitation combined with supercritical carbon dioxide or ethanol fluid drying | |
| JP4281943B2 (en) | Method for producing plate-like alumina particles | |
| Inoue et al. | Synthesis of Rare‐Earth Gallium Garnets by the Glycothermal Method | |
| Shayanfar et al. | Aluminum hydroxide crystallization from aluminate solution using carbon dioxide gas: Effect of temperature and time | |
| US2549549A (en) | Process for producing aluminum trihydrate | |
| JPH0664918A (en) | Production of alumina hydrate and alumina sol | |
| Ambaryan et al. | Advanced manufacturing process of ultrahigh-purity α-Al2O3 | |
| RU2257346C1 (en) | Fine-crystalline alpha-alumina production process | |
| CN1316382A (en) | Process for preparing high-purity superfine alumina powder by aluminium alkoxide hydrolysis | |
| US4595581A (en) | Boehmite production by precipitation from sodium aluminate solution at elevated temperatures | |
| JP3906352B2 (en) | Method for producing YAG transparent sintered body | |
| US5435986A (en) | Method for preparing high purity aluminum hydroxide | |
| Shayanfar et al. | Thermodynamic modeling and experimental studies of Bayerite precipitation from aluminate solution: temperature and pH effect | |
| US3623837A (en) | Process for producing fine particle size alumina hydrates | |
| KR100528672B1 (en) | Method for Preparing ZSM-5 Using Variable Temperatures in the Absence of Organic Template |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060311 |