RU2388686C1 - Method of obtaining metal oxides - Google Patents

Method of obtaining metal oxides Download PDF

Info

Publication number
RU2388686C1
RU2388686C1 RU2008134813/15A RU2008134813A RU2388686C1 RU 2388686 C1 RU2388686 C1 RU 2388686C1 RU 2008134813/15 A RU2008134813/15 A RU 2008134813/15A RU 2008134813 A RU2008134813 A RU 2008134813A RU 2388686 C1 RU2388686 C1 RU 2388686C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
ozone
oxygen
lead
metal oxides
Prior art date
Application number
RU2008134813/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008134813A (en
Inventor
Виктор Иванович Тихонов (RU)
Виктор Иванович Тихонов
Александр Николаевич Коробко (RU)
Александр Николаевич Коробко
Original Assignee
Инновационно-технический центр Общество с ограниченной ответственностью "СИТИС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Инновационно-технический центр Общество с ограниченной ответственностью "СИТИС" filed Critical Инновационно-технический центр Общество с ограниченной ответственностью "СИТИС"
Priority to RU2008134813/15A priority Critical patent/RU2388686C1/en
Publication of RU2008134813A publication Critical patent/RU2008134813A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2388686C1 publication Critical patent/RU2388686C1/en

Links

Landscapes

  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention can be used to obtain highly pure metal oxides. The method involves reacting dispersed liquid droplet forms of metal compounds with an oxidising agent. To obtain lead oxide, aluminium oxide or their mixture as starting compounds, an alkyl compound - tetraethyl lead, alcoholate compound - aluminum isopropylate or their mixture are used respectively, where the said compounds are mixed with an organic diluent - isooctane. The oxidising agent used is a gas mixture of oxygen and ozone. The reaction is carried out at temperature 1500 - 2300°C. The amount of oxidising agent is not more than 4 times greater than the stoichiometric amount and ozone content of the gaseous mixture ranges from 25 to 90 vol %.
EFFECT: invention increases degree of purity of synthesised metal oxides, simplifies their synthesis method and increases output.
3 ex

Description

Изобретение относится к области технологий синтеза неорганических материалов, в частности к получению оксидов металлов или их смесей из жидких алкильных или алкоголятных соединений металлов, например оксида цинка из диметилцинка или оксида алюминия из изопропилата алюминия. Оксиды металлов широко используются в электронике в составе полупроводниковых, ферромагнитных и люминофорных материалов, применяют их в волоконной оптике, химическом катализе и других отраслях техники.The invention relates to the field of synthesis technologies for inorganic materials, in particular to the production of metal oxides or their mixtures from liquid alkyl or alcoholate metal compounds, for example zinc oxide from dimethylzinc or aluminum oxide from aluminum isopropylate. Metal oxides are widely used in electronics as part of semiconductor, ferromagnetic and phosphor materials, they are used in fiber optics, chemical catalysis, and other branches of technology.

К материалу, используемому для этих целей, предъявляются высокие требования по чистоте, фазовому и гранулометрическому составу, насыпной плотности, удельной поверхности. Для получения оксидов с необходимыми физико-химическими свойствами используют, в частности, алкильные и алкоголятные соединения соответствующих металлов или их смеси, существующие (хотя бы некоторое время) в жидкой форме в нормальных условиях.The material used for these purposes has high demands on purity, phase and particle size distribution, bulk density, specific surface. To obtain oxides with the necessary physicochemical properties, in particular, alkyl and alcoholate compounds of the corresponding metals or their mixtures are used, existing (at least for some time) in liquid form under normal conditions.

Известен способ получения окислов свинца (АС SU 828632, МПК C01G 21/02, опубликован: БИ №14, дата публикации: 15.04.87). Способ заключается в окислении кислородом жидкого распыленного соединения свинца. Окисление осуществляют путем сжигания реагентов в интервале температур от 1200 до 2000°С.A known method for producing lead oxides (AC SU 828632, IPC C01G 21/02, published: BI No. 14, date of publication: 15.04.87). The method consists in oxidizing with oxygen the liquid atomized lead compound. The oxidation is carried out by burning reagents in the temperature range from 1200 to 2000 ° C.

Реализуют способ, например, путем заливки в резервуар установки 100 мл тетраэтилсвинца (C2H5)4Pb с содержанием примесей от 10-5 до 10-6% (масс.). По периферийным каналам горелки подают 120 л/мин кислорода. У основания центрального канала горелки создают зону пониженного давления, за счет этого из резервуара засасывается жидкий тетраэтилсвинец и распыляется в струе кислорода. Смесь поджигают электрозапальником. При этом 100 мл тетраэтилсвинца сгорает в реакторе при 1200°С в течение 12 минут, в результате чего получают 100 г смеси окислов свинца с размером частиц от 5 до 11 мкм, которые улавливаются системой фильтров. Смесь окислов переводят или в свинцовый сурик прокаливанием в интервале температур от 500 до 600°С, или в свинцовый глёт прокаливанием в интервале температур от 680 до 800°С в окислительной атмосфере. Производительность процесса составляет 500 г/час. Выход окислов достигает 100% от теоретического выхода (по-видимому, после прокалки).A method is implemented, for example, by pouring 100 ml of tetraethyl lead (C 2 H 5 ) 4 Pb into the installation tank with an impurity content of 10 -5 to 10 -6 % (mass). 120 l / min of oxygen are supplied through the peripheral channels of the burner. At the base of the central channel of the burner, a zone of reduced pressure is created, due to this, liquid tetraethyl lead is sucked from the tank and sprayed in a stream of oxygen. The mixture is ignited with an electric igniter. In this case, 100 ml of tetraethyl lead is burned in the reactor at 1200 ° C for 12 minutes, resulting in 100 g of a mixture of lead oxides with a particle size of 5 to 11 μm, which are captured by a filter system. The mixture of oxides is transferred either to lead red oxide by calcination in the temperature range from 500 to 600 ° C, or to lead lead by calcination in the temperature range from 680 to 800 ° C in an oxidizing atmosphere. The productivity of the process is 500 g / hour. The yield of oxides reaches 100% of the theoretical yield (apparently, after calcination).

Недостатками этого способа являются:The disadvantages of this method are:

- загрязнение конечного продукта сажей, возникновение и существование которой определяется относительно низкой (в условиях приведенного выше примера) величиной средневзвешенной температуры факела пламени кислородной горелки, что и реализует (на границе пламени в условиях небольшого недостатка кислорода) при температурах ниже примерно 350°С термодинамические условия образования элементного углерода;- contamination of the final product with soot, the occurrence and existence of which is determined by the relatively low (under the conditions of the above example) value of the average weight of the flame of the oxygen burner, which realizes (at the flame boundary under conditions of a slight lack of oxygen) at temperatures below about 350 ° C elemental carbon formation;

- трудоемкость способа за счет наличия дополнительной технологической операции - прокаливание смеси окислов свинца в окислительной среде в интервале температур от 500 до 800°С, обеспечивающее выжигание сажи и доокисление металлического свинца;- the complexity of the method due to the presence of additional technological operations - calcination of a mixture of lead oxides in an oxidizing environment in the temperature range from 500 to 800 ° C, providing soot burning and oxidation of metallic lead;

- необходимость применения (с целью снижения содержания примесей) практически девятикратного избытка окислителя (кислорода - αок>4), подаваемого в горелку (при синтезе оксидов свинца с высокой степенью окисления), что снижает средневзвешенную температуру факела пламени до 1200°С и уменьшает производительность способа за счет снижения концентрации тетраэтилсвинца в факеле пламени. При этом αок=v/v0, где v - фактически подаваемое число молей- the need to use (in order to reduce the content of impurities) a practically nine-fold excess of the oxidizing agent (oxygen - α ok > 4) supplied to the burner (in the synthesis of lead oxides with a high degree of oxidation), which reduces the weighted average flame temperature to 1200 ° C and reduces productivity method by reducing the concentration of tetraethyl lead in the flame torch. Moreover, α ok = v / v 0 , where v is the actually supplied number of moles

окислителя, a v0 - стехиометрический коэффициент для кислорода, при котором обеспечивается полное окисление подаваемого в горелку горючего (С, Н2, СО) до углекислого газа и воды;oxidizer, av 0 is the stoichiometric coefficient for oxygen, which ensures the complete oxidation of the fuel (C, H 2 , CO) supplied to the burner to carbon dioxide and water;

- практическая невозможность синтеза продукта в одну стадию с содержанием конденсированных примесей на уровне 0,01 ppm даже в условиях средневзвешенной температуры факела пламени в районе 2000°С путем снижения коэффициента избытка кислорода до величин, близких к единице. Причина такого эффекта скрыта в недостаточной химической активности кислорода.- the practical impossibility of synthesizing the product in one stage with a condensed impurity content of 0.01 ppm even under the conditions of a weighted average flame temperature in the region of 2000 ° C by reducing the oxygen excess coefficient to values close to unity. The reason for this effect is hidden in the lack of chemical activity of oxygen.

Известен способ получения оксида цинка окислением диметилцинка или диэтилцинка (патент RU 2154027 С1, МПК C01G 9/02, опубликован: БИ №22, дата публикации: 10.08.2000). Способ заключается в разбавлении диметилцинка или диэтилцинка органическим разбавителем в соотношении 1:(1:4) по объему перед их распылением в среде кислорода с получением аэрозоля и его сжигании.A known method of producing zinc oxide by oxidation of dimethylzinc or diethylzinc (patent RU 2154027 C1, IPC C01G 9/02, published: BI No. 22, publication date: 10.08.2000). The method consists in diluting dimethylzinc or diethylzinc with an organic diluent in a ratio of 1: (1: 4) by volume before spraying them in an oxygen medium to produce an aerosol and burning it.

Способ осуществляют следующим образом: в расходной емкости готовят раствор диметилцинка или диэтилцинка в гексане, гептане или октане в соотношении из интервала 1:(1-4), то есть от 1:1 до 1:4. Приготовление смеси осуществляют в атмосфере инертного газа, исключающей контакт алкильных соединений с кислородом и влагой воздуха. Смесь из расходной емкости подают на многоканальную форсунку горелки, введенную в трубчатый реактор. Форсунка осуществляет распыление подаваемой смеси в среде кислорода до аэрозольного состояния. Аэрозольная смесь в реакторе воспламеняется от введенного в него запальника и сгорает с образованием мелкодисперсного оксида цинка, который улавливается на выходе системой фильтров, а газообразные продукты сгорания (углекислый газ и пары воды) сбрасываются в атмосферу.The method is as follows: in a supply tank, a solution of dimethylzinc or diethylzinc in hexane, heptane or octane is prepared in a ratio from the interval 1: (1-4), that is, from 1: 1 to 1: 4. The mixture is prepared in an inert gas atmosphere, eliminating the contact of alkyl compounds with oxygen and air moisture. The mixture from the supply tank is fed to a multi-channel nozzle of the burner introduced into the tubular reactor. The nozzle sprays the feed mixture in an oxygen medium to an aerosol state. The aerosol mixture in the reactor ignites from the igniter introduced into it and burns with the formation of finely dispersed zinc oxide, which is captured at the outlet by a filter system, and gaseous products of combustion (carbon dioxide and water vapor) are discharged into the atmosphere.

Этот известный способ, заключающийся в окислении кислородом диметилцинка или диэтилцинка, выбран в качестве прототипа предлагаемого изобретения как наиболее близкий к нему по назначению, технической сущности и достигаемому эффекту.This known method, which consists in the oxidation by oxygen of dimethylzinc or diethylzinc, is selected as a prototype of the present invention as the closest to it in purpose, technical essence and the achieved effect.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- загрязнение конечного продукта микропримесями сажи и даже (в общем случае) чистым металлом алкилятобразующего или алкоголятобразующего соединения, термодинамика возникновения и существования которых определяется в целом величиной коэффициента избытка окислителя αок, относительно низкой величиной средневзвешенной температуры факела пламени кислородной горелки и его размытостью. Размытость факела пламени при синтезе оксида цинка реализует на его границах достаточно широкие пространственные области с температурой ниже 1000°С. В этих областях и догорает некоторое количество диметилцинка или диэтилцинка, разбавленное жидким горючим, с появлением видимого количества конденсированной примеси, загрязняющей конечный продукт;- the final product is contaminated with soot micro-impurities and even (in the general case) with a pure metal of an alkyl-forming or alcohol-forming compound, the thermodynamics of the appearance and existence of which are determined on the whole by the value of the oxidizer excess coefficient α ok , the relatively low average weight of the flame of the oxygen burner and its fuzziness. The blurriness of the flame during the synthesis of zinc oxide implements at its borders quite wide spatial areas with temperatures below 1000 ° C. In these areas, a certain amount of dimethylzinc or diethylzinc diluted with liquid fuel dies with the appearance of a visible amount of condensed impurity polluting the final product;

- наличие дополнительной технологической операции (для получения высокочистого оксида цинка с содержанием примеси до 0,01 ppm) - термообработки оксида цинка в кислороде, обеспечивающей выжигание сажи и доокисление металла (цинка) при его появлении. Дополнительная технологическая операция усложняет процесс;- the presence of an additional technological operation (to obtain high-purity zinc oxide with an impurity content of up to 0.01 ppm) - heat treatment of zinc oxide in oxygen, which ensures the burning of soot and the oxidation of metal (zinc) when it appears. An additional process operation complicates the process;

- необходимость применения коэффициента избытка окислителя αок>4 (с целью снижения содержания примесей) путем его сжигания в кислородной горелке, что увеличивает расход кислорода, снижает температуру факела пламени, уменьшает производительность способа.- the need to use the coefficient of excess of the oxidizing agent α ok > 4 (in order to reduce the content of impurities) by burning it in an oxygen burner, which increases oxygen consumption, reduces the temperature of the flame, reduces the productivity of the method.

Основными недостатками прототипа характеризуются практически все технологические процессы, связанные с взаимодействием горючего и кислорода путем их сжигания в горелке (вне зависимости от способа дальнейшей закалки конденсированных продуктов такого взаимодействия). Недостатки связаны с относительно малыми величинами средневзвешенных температур факела пламени и его поперечного градиента температур, которые, в основном, зависят от относительной концентрации и химической активности кислорода. Применение же дополнительной операции термообработки конденсированных продуктов синтеза или ее отсутствие связано с конкретными требованиями по чистоте на содержание примесей в конечном высокочистом продукте.The main disadvantages of the prototype are characterized by almost all technological processes associated with the interaction of fuel and oxygen by burning them in a burner (regardless of the method for further quenching of the condensed products of this interaction). The disadvantages are associated with relatively small values of the average weighted temperatures of the flame and its transverse temperature gradient, which mainly depend on the relative concentration and chemical activity of oxygen. The application of the additional heat treatment operation of condensed synthesis products or its absence is associated with specific purity requirements for the content of impurities in the final high-purity product.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение степени чистоты синтезируемых оксидов металлов или их смесей с одновременным упрощением способа и повышением его производительности.The task of the invention is to increase the purity of the synthesized metal oxides or their mixtures while simplifying the method and increasing its productivity.

При использовании настоящего изобретения достигается следующий технический результат - содержание в конденсированных продуктах синтеза элементарного углерода или чистого металла алкильных или алкоголятных соединений не превышает по каждому из них 0,01 ppm, при этом синтез осуществляют в одну стадию (т.е. исключается операция термообработки конденсированных продуктов синтеза в окисляющей среде). Одновременно повышается производительность процесса.Using the present invention, the following technical result is achieved: the content in the condensed products of the synthesis of elemental carbon or pure metal of alkyl or alcoholate compounds does not exceed 0.01 ppm for each of them, while the synthesis is carried out in one stage (i.e., the operation of heat treatment of condensed synthesis products in an oxidizing environment). At the same time, the productivity of the process increases.

Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе получения оксидов металлов взаимодействием диспергированных жидкокапельных форм соединений металлов с окисляющим реагентом согласно изобретению для получения оксида свинца, оксида алюминия или их смесей в качестве соединений металлов используют соответственно алкильное соединение - тетраэтилсвинец, алкоголятное соединение - изопропилат алюминия или их смесь, которые смешивают с органическим разбавителем - изооктаном, в качестве окисляющего реагента используют газовую смесь кислорода с озоном, взаимодействие осуществляют в интервале температур от 1500 до 2300°С, при этом количество окисляющего реагента превышает стехиометрическое не более чем в 4 раза, а содержание озона в газовой смеси составляет от 25 до 90 об.%.This problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the method of producing metal oxides by the interaction of dispersed liquid-drop forms of metal compounds with an oxidizing reagent according to the invention, for the production of lead oxide, aluminum oxide or mixtures thereof, respectively, an alkyl compound — tetraethyl lead, alcoholate — is used as metal compounds - aluminum isopropylate or a mixture thereof, which is mixed with an organic diluent, isooctane, as an oxidizing agent and a gas mixture of oxygen with ozone is used, the interaction is carried out in the temperature range from 1500 to 2300 ° C, while the amount of oxidizing reagent exceeds the stoichiometric not more than 4 times, and the ozone content in the gas mixture is from 25 to 90 vol.%.

Упрощение процесса достигается тем, что в известном способе получения оксида металла (цинка) путем взаимодействия алкильных и (или) алкоголятных соединений металлов или их смесей (диметилцинка или диэтилцинка) с окисляющим реагентом в качестве последнего используют газовую смесь кислорода с озоном. Этот реагент превращает диметилцинка или диэтилцинка в высокочистый оксид цинка, а, например, алюминия изопропилат и тетраэтилсвинец в высокочистые оксиды алюминия и свинца в одну стадию по реакциям соответственно:The simplification of the process is achieved by the fact that in the known method for producing metal oxide (zinc) by reacting alkyl and (or) alcoholate metal compounds or mixtures thereof (dimethylzinc or diethylzinc) with an oxidizing reagent, a gas mixture of oxygen with ozone is used as the latter. This reagent converts dimethylzinc or diethylzinc to high-purity zinc oxide, and, for example, aluminum isopropylate and tetraethyl lead to high-purity aluminum and lead oxides in a single stage according to the reactions, respectively:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Реакции горения разбавителей, например, изооктана в кислороде и озоне:Combustion reactions of diluents, for example, isooctane in oxygen and ozone:

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Эти реакции сопровождаются выделением значительного количества тепла, что позволяет реализовать их в режиме горения. Из реакций 1-8 видно, что в сравнении с прототипом введение в состав окисляющего реагента озона заметно увеличивает тепловой баланс факела пламени. Следствиями этого и являются увеличение средневзвешенной температуры факела пламени, увеличение градиента температур в его поперечном сечении (приводит к уменьшению степени размытости факела), при прочих равных условиях сравнения уменьшаются его геометрические размеры (диаметр ядра и общая длина факела). За счет большей реакционной способности озона температура ядра пламени увеличивается. Теоретические оценки показывают, что использование чистого озона (в реакциях 5-8) в сравнении с кислородом (в реакциях 1-4) поднимает величину максимально достижимых температур пламени (адиабатические условия) в среднем примерно на 25%. При этом за счет большей реакционной способности озона увеличиваются скорости протекания реакций. В этих условиях при одновременном уменьшении коэффициента избытка окислителя степень размытости факела пламени сужается. Уменьшается количество алкильных или алкоголятных соединений, попадающих в суженную (в сравнении с прототипом) область пламени, в которой могут реализоваться условия синтеза элементного углерода или чистого металла соответствующего соединения, что и реализует достижение заявленного технического результата - синтез высокочистых оксидов металлов или их смесей в одну стадию.These reactions are accompanied by the release of a significant amount of heat, which allows them to be realized in the combustion mode. From reactions 1-8, it can be seen that, in comparison with the prototype, the introduction of ozone into the oxidizing reagent noticeably increases the heat balance of the flame plume. The consequences of this are an increase in the weighted average temperature of the flame plume, an increase in the temperature gradient in its cross section (leading to a decrease in the degree of blurriness of the flame), ceteris paribus, its geometric dimensions (core diameter and total flame length) are reduced. Due to the greater reactivity of ozone, the temperature of the flame core increases. Theoretical estimates show that the use of pure ozone (in reactions 5–8) in comparison with oxygen (in reactions 1–4) raises the maximum attainable flame temperatures (adiabatic conditions) by an average of about 25%. Moreover, due to the greater reactivity of ozone, reaction rates increase. Under these conditions, while the coefficient of excess of the oxidizing agent decreases, the degree of blurriness of the flame plume narrows. The number of alkyl or alcoholate compounds falling into the narrowed (in comparison with the prototype) region of the flame, in which the conditions for the synthesis of elemental carbon or pure metal of the corresponding compound can be realized, is reduced, which realizes the achievement of the claimed technical result - synthesis of high-purity metal oxides or their mixtures in one stage.

Для интенсификации процесса горения его осуществляют путем распыления жидких алкильных и алкоголятных соединений металлов или их смесей в среде газообразной смеси кислорода с озоном. При этом количество окисляющего реагента превышает стехиометрическое не более чем в 4 раза, что и увеличивает производительность способа за счет увеличения массового расхода жидких алкильных и алкоголятных соединений металлов или их смесей в центральном канале кислородно-озонной горелки, который, в свою очередь, контролируется величиной пониженного давления у его основания. Массовый расход жидкости увеличивается с уменьшением давления в зоне основания центрального канала горелки, которое падает с увеличением температуры факела пламени и скорости истечения окисляющего реагента. При этом температура факела пламени увеличивается с уменьшением величины коэффициента избытка окислителя αок.To intensify the combustion process, it is carried out by spraying liquid alkyl and alcoholate metal compounds or their mixtures in a gaseous mixture of oxygen with ozone. Moreover, the amount of oxidizing reagent exceeds the stoichiometric not more than 4 times, which increases the productivity of the method by increasing the mass flow rate of liquid alkyl and alcoholate metal compounds or their mixtures in the central channel of the oxygen-ozone burner, which, in turn, is controlled by the value of the reduced pressure at its base. The mass flow rate of the liquid increases with a decrease in pressure in the base zone of the central channel of the burner, which decreases with increasing flame temperature and the rate of outflow of the oxidizing reagent. In this case, the flame temperature increases with decreasing oxidizer excess coefficient α approx .

Увеличение коэффициента избытка окисляющего реагента более 4 приводит к заметному уменьшению максимально возможной температуры пламени кислородно-озонной (для случая максимального содержания озона в составе окисляющего реагента) горелки за счет разогрева его избытка без существенного влияния на качество синтезируемых оксидов металлов (количество конденсируемых примесей остается на уровне 0.01 ppm), уменьшается производительность процесса. Поддержание величины коэффициента избытка окислителя αок≤1 не имеет ни экономического, ни технического смысла.An increase in the excess coefficient of the oxidizing reagent more than 4 leads to a noticeable decrease in the maximum possible temperature of the oxygen-ozone flame (for the case of the maximum ozone content in the oxidizing reagent) of the burner due to heating of its excess without significantly affecting the quality of the synthesized metal oxides (the amount of condensed impurities remains at the level 0.01 ppm), the performance of the process decreases. Maintaining the value of the coefficient of excess oxidizer α ok ≤1 has neither economic nor technical meaning.

Использование содержания озона в газовой смеси окисляющего реагента в интервале от 25 до 90 об.% сверху ограничено сегодняшним уровнем техники - СВЧ-генератор 100% озона высокой чистоты требуемой производительности технически трудно построить из-за высокой химической активности озона (превращается в кислород до момента использования) или из-за экономической нецелесообразности.The use of the ozone content in the gas mixture of the oxidizing reagent in the range from 25 to 90 vol.% Above is limited by the current level of technology - a microwave generator of 100% high purity ozone with the required performance is technically difficult to build because of the high chemical activity of ozone (converted to oxygen before use ) or because of economic inexpediency.

Ограничение по озону снизу диктуется требуемой степенью возможного увеличения минимальной величины средневзвешенной температуры факела пламени (обеспечивающей содержание примесей не выше 0,01 ppm для отдельных алкильных и алкоголятных соединений металлов), которое реализуется при минимальном коэффициенте избытка окислителя, близком к единице.The lower ozone limit is dictated by the required degree of a possible increase in the minimum value of the average weighted temperature of the flame plume (providing an impurity content of not higher than 0.01 ppm for individual metal alkyl and alcoholate compounds), which is realized with a minimum oxidant excess ratio close to unity.

Поддержка величины средневзвешенной температуры факела пламени горелки выше примерно 2300°С (при минимальном коэффициенте избытка окислителя, близком к единице) даже с применением чистого озона и отсутствием органических разбавителей затруднительна с практической стороны в связи с рассеиванием тепла во внешней среде.Maintaining the weighted average temperature of the torch flame of the burner above about 2300 ° C (with a minimum coefficient of excess oxidizing agent close to unity) even with the use of pure ozone and the absence of organic diluents is difficult from the practical side due to heat dissipation in the external environment.

Поддержка величины средневзвешенной температуры факела пламени горелки не ниже 1500°С обеспечивает возможность сгорания практически всех известных жидкокапельных форм смесей алкильных и (или) алкоголятных соединений металлов или их смесей без выпадения аппаратно-видимых количеств конденсируемых примесей.Supporting the weighted average temperature of the torch of the flame of the burner not lower than 1500 ° C enables the combustion of almost all known liquid-drop forms of mixtures of alkyl and (or) alcoholate metal compounds or their mixtures without precipitation of hardware-visible amounts of condensable impurities.

Введение в состав жидкокапельных форм алкильных и алкоголятных соединений металлов или их смесей органических разбавителей, заметно не понижающих и не повышающих температуру их горения (сбалансированных по теплоте сгорания, смотри реакции 9 и 10), обеспечивает такой технический эффект, как уменьшение концентрации соединений металлов в факеле пламени, а значит и их содержание в более узких (в сравнении с прототипом) зонах, в которых синтез конденсируемых примесей все-таки возможен, что и обеспечивает решение поставленной задачи и достижение технического результата.The introduction into the composition of liquid droplet forms of metal alkyl and alcohol compounds or their mixtures of organic diluents that do not noticeably lower or increase their combustion temperature (balanced by the calorific value, see reactions 9 and 10) provides such a technical effect as reducing the concentration of metal compounds in the flare flame, and hence their content in narrower (in comparison with the prototype) areas in which the synthesis of condensable impurities is still possible, which ensures the solution of the problem and is achieved e technical result.

Для практической реализации способа за основу взята установка, приведенная в патенте, взятом за прототип (патент RU 2154027 С1, МПК C01G 9/02, опубликован: БИ №22, дата публикации: 10.08.2000). В отличие от прототипа к кислородному каналу горелки дополнительно присоединен внешний источник газообразного озона избыточного давления с возможностью тонкой настройки его расхода с целью подачи на горелку газовой смеси кислорода с озоном соответствующего количества и концентрации.For the practical implementation of the method, the installation shown in the patent taken as a prototype (patent RU 2154027 C1, IPC C01G 9/02, published: BI No. 22, publication date: 10.08.2000) is taken as the basis. In contrast to the prototype, an external source of gaseous ozone of excess pressure is additionally connected to the oxygen channel of the burner with the possibility of fine-tuning its flow rate in order to supply an oxygen mixture with ozone of the appropriate amount and concentration to the burner.

Пример 1Example 1

В расходную емкость установки заливают 100 мл тетраэтилсвинца (C2H5)4Pb с содержанием примесей от 10-5 до 10-6 мас.%. По периферийным каналам горелки подают примерно 95 л/мин газовой смеси кислорода с озоном с объемным содержанием озона 27%. У основания центрального канала горелки создают зону пониженного давления, за счет этого из расходной емкости засасывается жидкий тетраэтилсвинец и распыляется в струе окислительного реагента с коэффициентом избытка αок≈3,7. Смесь поджигают электрозапальником. При этом 100 мл (С2Н5)4Pb сгорает в реакторе при средневзвешенной температуре факела пламени 1700°С в течение 5,5 минут, в результате чего получают примерно 122 г мелкокристаллического оксида свинца с размером частиц от 0,5 до 4,5 мкм, которые улавливаются системой фильтров.100 ml of tetraethyl lead (C 2 H 5 ) 4 Pb with an impurity content of 10 −5 to 10 −6 wt.% Are poured into the supply capacity of the installation. About 95 l / min of a gas mixture of oxygen and ozone with a volume content of ozone of 27% is supplied through the peripheral channels of the burner. At the base of the central channel of the burner, a zone of reduced pressure is created, due to this, liquid tetraethyl lead is sucked from the supply tank and sprayed in the stream of the oxidizing reagent with an excess coefficient α ok ≈ 3.7. The mixture is ignited with an electric igniter. In this case, 100 ml (C 2 H 5 ) 4 Pb burns in the reactor at a weighted average flame temperature of 1700 ° C for 5.5 minutes, resulting in approximately 122 g of fine crystalline lead oxide with a particle size of from 0.5 to 4, 5 microns, which are captured by a filter system.

Производительность процесса составляет 1331 г/час. Выход оксида свинца достигает 100% от теоретического выхода. Элементный углерод и металлический свинец аппаратно не обнаруживаются, то есть находятся на уровне, меньшем 0,01 ppm.The productivity of the process is 1331 g / hour. The yield of lead oxide reaches 100% of the theoretical yield. Elemental carbon and metallic lead are not detected by hardware, i.e., are at a level less than 0.01 ppm.

Пример 2Example 2

В расходной емкости установки готовят высокочистую смесь следующего состава: 100 мл тетраэтилсвинца (С2Н5)4Pb смешивают со 100 мл изопропилата алюминия (С3Н7О-i)3Al и 200 мл изооктана (триметилпентан). Приготовление смеси осуществляют в атмосфере инертного газа, исключающей ее контакт с кислородом и влагой воздуха.A high-purity mixture of the following composition is prepared in the unit’s supply tank: 100 ml of tetraethyl lead (C 2 H 5 ) 4 Pb are mixed with 100 ml of aluminum isopropylate (C 3 H 7 O-i) 3 Al and 200 ml of isooctane (trimethylpentane). The preparation of the mixture is carried out in an inert gas atmosphere, excluding its contact with oxygen and air moisture.

По периферийным каналам горелки подают 135 л/мин газовой смеси кислорода с озоном с объемным содержанием озона 80%. У основания центрального канала горелки создают зону пониженного давления, за счет этого из расходной емкости засасывается приготовленная жидкая смесь и распыляется в струе окислительного реагента с коэффициентом избытка αок≈2. Смесь поджигают электрозапальником. При этом 400 мл смеси сгорает в реакторе при средневзвешенной температуре факела пламени 2200°С в течение 5,2 минут, в результате чего получают примерно 148 г механической смеси мелкокристаллического оксида свинца и α-оксида алюминия с размером частиц от 0,25 до 2,5 мкм, которые улавливаются системой фильтров.135 l / min of a gas mixture of oxygen with ozone with a volume content of ozone of 80% is supplied through the peripheral channels of the burner. At the base of the central channel of the burner, a zone of reduced pressure is created, due to this, the prepared liquid mixture is sucked from the supply tank and sprayed in the stream of the oxidizing reagent with an excess coefficient α ok ≈2. The mixture is ignited with an electric igniter. In this case, 400 ml of the mixture burns in the reactor at a weighted average flame temperature of 2200 ° C for 5.2 minutes, resulting in approximately 148 g of a mechanical mixture of fine crystalline lead oxide and α-alumina with a particle size of 0.25 to 2, 5 microns, which are captured by a filter system.

Производительность процесса по общей массе оксидов металлов составляет 1707 г/час. Выход оксида свинца и корунда достигает 100% от теоретического выхода. Элементный углерод, металлические свинец и алюминий аппаратно не обнаруживаются, то есть находятся на уровне, меньшем 0,01 ppm.The performance of the process by the total mass of metal oxides is 1707 g / h. The yield of lead oxide and corundum reaches 100% of the theoretical yield. Elemental carbon, metallic lead, and aluminum are not detected by hardware, i.e., are at a level less than 0.01 ppm.

Пример 3Example 3

В расходной емкости установки смешивают высокочистые 100 мл изопропилата алюминия со 100 мл изооктана. По периферийным каналам горелки подают 85 л/мин газовой смеси кислорода с озоном с объемным содержанием озона 80%. У основания центрального канала горелки создают зону пониженного давления, за счет этого приготовленная смесь и распыляется в струе окислительного реагента с коэффициентом избытка αок≈2. Смесь поджигают электрозапальником. При этом 200 мл смеси сгорает в реакторе при средневзвешенной температуре факела пламени 2100°С в течение 5,5 минут, в результате чего получают примерно 26 г α-оксида алюминия с размером частиц от 0,25 до 1,7 мкм, которые улавливаются системой фильтров.High purity 100 ml of aluminum isopropylate is mixed with 100 ml of isooctane in the supply capacity of the installation. 85 l / min of a gas mixture of oxygen with ozone with a volume content of ozone of 80% is supplied through the peripheral channels of the burner. At the base of the central channel of the burner, a zone of reduced pressure is created, due to this, the prepared mixture is sprayed in the stream of the oxidizing reagent with an excess coefficient α ok ≈2. The mixture is ignited with an electric igniter. In this case, 200 ml of the mixture burns in the reactor at a weighted average flame temperature of 2100 ° C for 5.5 minutes, resulting in approximately 26 g of α-alumina with a particle size of 0.25 to 1.7 μm, which are captured by the system filters.

Производительность процесса составляет 284 г/час. Выход оксида алюминия достигает 100% от теоретического выхода. Элементный углерод и металлический алюминий аппаратно не обнаруживаются.The productivity of the process is 284 g / hour. The yield of alumina reaches 100% of the theoretical yield. Elemental carbon and metallic aluminum are not detected by hardware.

Кроме одновременного синтеза механических смесей нескольких оксидов металлов, изобретение принципиально позволяет в определенных конкретных условиях синтезировать мелкокристаллические формы отдельных сложных оксидов различного габитуса.In addition to the simultaneous synthesis of mechanical mixtures of several metal oxides, the invention fundamentally allows the synthesis of fine crystalline forms of individual complex oxides of various sizes under certain specific conditions.

Claims (1)

Способ получения оксидов металлов взаимодействием диспергированных жидко-капельных форм соединений металлов с окисляющим реагентом, отличающийся тем, что для получения оксида свинца, оксида алюминия или их смесей в качестве соединений металлов используют соответственно алкильное соединение - тетраэтилсвинец, алкоголятное соединение - изопропилат алюминия, или их смесь, которые смешивают с органическим разбавителем - изооктаном, в качестве окисляющего реагента используют газовую смесь кислорода с озоном, взаимодействие осуществляют в интервале температур от 1500 до 2300°С, при этом количество окисляющего реагента превышает стехиометрическое не более чем в 4 раза, а содержание озона в газовой смеси составляет от 25 до 90 об.%. A method of producing metal oxides by reacting dispersed liquid-drop forms of metal compounds with an oxidizing reagent, characterized in that for the production of lead oxide, aluminum oxide or mixtures thereof, the metal compounds are, respectively, an alkyl compound - tetraethyl lead, an alcoholate compound - aluminum isopropylate, or a mixture thereof which are mixed with an organic diluent - isooctane, a gas mixture of oxygen with ozone is used as an oxidizing reagent, the interaction is carried out in the temperature range from 1500 to 2300 ° C, while the amount of oxidizing reagent exceeds the stoichiometric not more than 4 times, and the ozone content in the gas mixture is from 25 to 90 vol.%.
RU2008134813/15A 2008-08-25 2008-08-25 Method of obtaining metal oxides RU2388686C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008134813/15A RU2388686C1 (en) 2008-08-25 2008-08-25 Method of obtaining metal oxides

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008134813/15A RU2388686C1 (en) 2008-08-25 2008-08-25 Method of obtaining metal oxides

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008134813A RU2008134813A (en) 2010-02-27
RU2388686C1 true RU2388686C1 (en) 2010-05-10

Family

ID=42127659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008134813/15A RU2388686C1 (en) 2008-08-25 2008-08-25 Method of obtaining metal oxides

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2388686C1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008134813A (en) 2010-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5489466B2 (en) Method for producing mixed metal oxide powder
US7749322B2 (en) Aluminium oxide powder produced by flame hydrolysis and having a large surface area
JP7021091B2 (en) Manufacturing method of tungsten oxide and tungsten mixed oxide
RU2404119C2 (en) Method of obtaining particles of doped metal oxides
US20010036437A1 (en) Nanoscale pyrogenic oxides
KR20050074289A (en) Silicon-titanium mixed oxide powder produced by flame hydrolysis
US20100304143A1 (en) PRODUCTION OF Si02-COATED TITANIUM DIOXIDE PARTICLES WITH AN ADJUSTABLE COATING
KR20040012924A (en) Compound Based on an Alkaline-Earth, Sulphur and Aluminium, Gallium or Indium, Method for Preparing Same and Use Thereof as Luminophore
CN107810166B (en) Method for producing metal oxide powder by flame spray pyrolysis
JP3170094B2 (en) Method for producing titanium oxide
US20170275166A1 (en) Method for producing metal oxides by means of spray pyrolysis
JPH01230409A (en) Method and apparatus for continuous production of ceramic powder
US1816388A (en) Method of producing finely divided metal oxides
TW201420542A (en) Flame spray pyrolysis method for forming nanoscale lithium metal phosphate powders
RU2388686C1 (en) Method of obtaining metal oxides
US4806333A (en) Finely divided oxide and its manufacture
WO2021045101A1 (en) Methane producing method and production system
US9673465B2 (en) Catalyst, method for producing catalyst, and method for producing hydrogen-containing gas using catalyst, and hydrogen generating device, fuel cell system, and silicon-supported CeZr-based oxide
Hakkoum et al. Activity of bimetallic gold-Iron catalysts in adipic acid production by direct oxidation of cyclohexene with molecular oxygen
KR101825907B1 (en) Catalyst for preparing hydrogen peroxide having core-shell structure and method for preparing hydrogen peroxide using the same
RU2738596C1 (en) Method of producing ultrafine particles of homogeneous oxide ceramic compositions consisting of core and outer shells
US8071070B2 (en) Titanium dioxide having a variable sintering stability
RU2349548C1 (en) Method of producing ultrafine gallium oxide
JP2008525294A (en) Titanium-aluminum mixed oxide powder
RU2154027C1 (en) Method of preparing zinc oxide by oxidation of dimethyl- or diethyl zinc

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: PLEDGE

Effective date: 20121101

QB4A Licence on use of patent

Free format text: PLEDGE

Effective date: 20131021

QB4A Licence on use of patent

Free format text: PLEDGE

Effective date: 20140404

QB4A Licence on use of patent

Free format text: PLEDGE

Effective date: 20161101

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190826