RU2528979C1 - Способ получения альфа-фазы оксида алюминия - Google Patents

Способ получения альфа-фазы оксида алюминия Download PDF

Info

Publication number
RU2528979C1
RU2528979C1 RU2013121849/04A RU2013121849A RU2528979C1 RU 2528979 C1 RU2528979 C1 RU 2528979C1 RU 2013121849/04 A RU2013121849/04 A RU 2013121849/04A RU 2013121849 A RU2013121849 A RU 2013121849A RU 2528979 C1 RU2528979 C1 RU 2528979C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aluminum
phase
synthesis
alcoholate
alpha
Prior art date
Application number
RU2013121849/04A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Иванович Тихонов
Владимир Владимирович Романов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ПРИМА"
Коробко Александр Николаевич
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 Общество с ограниченной ответственностью "ПРИМА", Коробко Александр Николаевич filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ПРИМА"
Priority to RU2013121849/04A priority Critical patent/RU2528979C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2528979C1 publication Critical patent/RU2528979C1/ru

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Landscapes

  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к улучшенному способу получения альфа-фазы оксида алюминия, включающему дистилляционную очистку алкоголята алюминия, его гидролиз и синтез альфа-фазы оксида алюминия. При этом дистилляционную очистку алкоголята алюминия проводят в токе инертного газа, а гидролиз алкоголята алюминия и синтез альфа-фазы оксида алюминия осуществляют в сверхкритическом реакторе. Способ позволяет повысить степень чистоты альфа-фазы оксида алюминия, повысить производительность и уменьшить энергозатраты на единицу продукции с одновременным увеличением насыпной плотности альфа-фазы оксида алюминия. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области технологий синтеза неорганических материалов, в частности, к получению высокочистого порошка оксида алюминия через алкоголяты алюминия, используя в качестве первичного сырья компактный алюминий и спирт. Высокочистые смесевые оксиды металлов, включая оксид алюминия, используются, например, для производства лазерной керамики.
Известен способ получения альфа-фазы оксида алюминия (United States Patent 8.147.795 B2, опубл. 03.04.12, МПК C01F 7/00) путем гидролиза алкоголятов алюминия в водно-щелочной среде и дальнейшего прокаливания образовавшейся бемитной формы на воздухе. Гидролиз осуществляется в присутствии замещенных карбоксильных (карбоновых) кислот, солей или их производных, которые в течение реакции преобразуются в свободную карбоксильную кислоту или ее диссоциированную форму. Окисление проводится в течение 30 минут при температуре (70-90)°С и рН, равном 9-11. Высушенный продукт прокаливают при температуре от 1200 до 1400°С не менее 3 часов, в результате чего образуется альфа-фаза оксида алюминия (α-Al2O3) с большими объемами пор 1,05 мл/г и удельной площадью поверхности 28 м2/г.
Недостатками этого способа являются:
- недостаточная насыпная плотность альфа-фазы оксида алюминия;
- высокие температуры синтеза (не менее 1300°С), что значительно увеличивает энергозатраты;
- продолжительный технологический цикл за счет двухстадийного синтеза: сначала получение бемита, который в дальнейшем подвергают обжигу для образования альфа-фазы оксида алюминия, что увеличивает габаритно-массовые характеристики технологического оборудования;
- высокое содержание натрия (около 40 ppm) в промежуточном алкоголяте, что при дальнейшей очистке продукта усложняет процесс получения высокочистого прекурсора лазерной керамики;
- большое время проведения всего технологического цикла (около 20 часов);
- для управления структурой и размерами частиц прибегают к использованию дополнительных реагентов (например, гидроксидикарбоновая кислота), что приводит к дополнительным затратам при очистке конечных алкоголятов металлов.
Также существует способ получения мелкокристаллической альфа-фазы оксида алюминия в суперкритическом водном флюиде. (Данчевская М.Н. и др. // «Синтетический мелкокристаллический корунд - новое сырье для выращивания лейкосапфира». / Перспективные материалы, №4, 2009).
Способ основан на преобразовании исходного сырья, гидраргиллита в среде суперкритического водного флюида в промышленном автоклаве. Синтез проводился при температуре 410°С и давлении пара воды 28,4 МПа в течение трех суток. Водный флюид содержал специальные добавки для предотвращения коррозии стенок контейнера и автоклава, а также вещества, способствующие повышению чистоты синтезированного продукта. Синтез в водном флюиде позволил получить мелкокристаллический альфа - фаза оксид алюминия чистотой 99,994% при насыпной плотности (2,3-2,4) г/см3.
Недостатками этого способа являются:
- время синтеза мелкокристаллического альфа-фазы оксида алюминия достаточно велико и составляет не менее 3 суток, сказывается на производительности метода;
- высокие удельные энергозатраты на единицу массы конечного продукта;
- чистота конечного продукта определяется чистотой прекурсора и не превышает 99,994% по 8 элементам, что не всегда достаточно для применения, например, в оптоэлектронике.
В качестве прототипа выбран способ получения нанопорошков оксидов и тонких оксидных слоев (Гринберг Е.Е. и др. // «Технология алкоголятов высокой чистоты для получения нанопорошков и тонких слоев». / Физическая мезомеханика 7. Спец. выпуск 4.2, 2004, с.69-72), основанный на методе растворения металла в спиртах, дальнейшей очистке алкоголятов, их гидролизе и высокотемпературном разложении в кислородосодержащей среде.
Способ осуществляют следующим образом: металлический алюминий растворяют в бутиловом или изопропиловом спирте. Выбор этих спиртов обусловлен тем, что получаемые алкоголяты являются жидкостью (бутилат) или легкоплавким веществом (изопропилат). Полученные алкоголяты алюминия очищают вакуумными дистилляцией и ректификацией при давлении (0,1-3) мм рт.ст. и температуре 132°С. Полученный чистый алкоголят алюминия гидролизуют особо чистой водой и далее отправляют на высокотемпературное разложение (при температуре 1300°С и времени не менее чем 3 часа), в результате которого получают высокочистые порошки оксидов алюминия (99,993% по 8 элементам) различного габитуса и структуры.
Недостатками прототипа являются:
- использование двойной вакуумной перегонки (дистилляция и последующая ректификация) для очистки алкоголята алюминия (до уровня 99,9993% не более чем по 8 элементам) ухудшает энергоэффективность всего процесса;
- проведение очистки и гидролиза в разных емкостях, что увеличивает габаритно-массовые параметры технологического оборудования;
- удельная дороговизна вакуумной перегонки алкоголятов, а также энергозатратность получения альфа-фазы оксида алюминия на единицу конечной продукции.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение степени чистоты альфа-фазы оксида алюминия, упрощение способа его получения, повышение производительности и уменьшение энергозатрат на единицу продукции, с одновременным увеличением насыпной плотности альфа-фазы оксида алюминия.
При использовании настоящего изобретения достигается следующий технический результат:
- содержание основного вещества составляет 99,9999% по 23 элементам;
- продолжительность технологического цикла синтеза α - Al2O3 составляет до 12 часов от начала растворения компакта металла, при этом синтез мелкокристаллического оксида алюминия осуществляется в одну стадию, прекурсором которого является алкоголят металла;
- насыпная плотность полученного альфа-фазы оксида алюминия не менее чем 2,4 г/см3.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата в способе получения альфа-фазы оксида алюминия, включающем дистилляционную очистку алкоголята алюминия, его гидролиз и синтез альфа-фазы оксида алюминия,
согласно изобретению дистилляционную очистку алкоголята алюминия проводят в токе инертного газа, а гидролиз алкоголята алюминия и синтез α - Al2O3 осуществляют в сверхкритическом реакторе. При этом допустимо:
- дистилляционную очистку проводить в токе азота;
- синтез мелкокристаллического α - Al2O3 проводить на наноразмерных затравочных прекурсорах альфа-фазы оксида алюминия различного габитуса.
Проведение процесса дистилляции алкоголята алюминия в токе инертного газа при атмосферном давлении снижает температуру кипения алкоголята алюминия до уровня существенно ниже температуры его термодеструкции. Это позволяет насытить инертный носитель парами алкоголятов алюминия, которые в дальнейшем в дистилляционной колонне делятся на легкую и продуктовую фракции. Таким образом, одностадийная очистка в инертном газе при атмосферном давлении позволяет существенно упростить технологическое оборудование, снизить его металлоемкость и сократить энергозатраты при одновременном достижении степени очистки исходного алкоголята металла до уровня не менее чем 99,9999% по 23 элементам, что обеспечивается конструкцией дистилляционной колонны (know how заявителя).
Введение очищенного алкоголята алюминия в жидкой фазе в реактор со сверхкритическим флюидом (водой) обеспечивает такой сверхсуммарный технический эффект, как получение мелкокристаллического высокочистого альфа-фазы оксида алюминия путем последовательного протекания нескольких процессов (трансформации первичного жидкого прекурсора), а именно - гидролиза алкоголята алюминия и синтеза зародышей альфа-фазы оксида алюминия. Протекание процесса формирования мелкокристаллического α- Al2O3 возможно на первичных зародышах альфа-фазы оксида алюминия за счет специальных термодинамических условий, реализуемых в сверхкритическом реакторе, с последующим антибатным переходом глобул гидрооксида металла на нивелирных кристаллических поверхностях зародышей альфа-фазы оксида алюминия, что и обеспечивает процесс его роста. Для ускорения процесса выращивания мелкокристаллического альфа-фазы оксида алюминия в реактор вводят наноразмерные затравочные прекурсоры, что обеспечивает уменьшение времени синтеза конечного продукта до 5 часов. Конечный продукт имеет насыпную плотность не менее чем 2,4 г/см3 и размер кристаллов (0,1-0,4) мм. Процесс введения в реактор затравочных компонентов обеспечивает сокращение технологического цикла синтеза конечного продукта не менее, чем в 6 раз от начала растворения компакта алюминия, и сокращение энергозатрат не менее чем в 13 раз.
Для практической реализации синтеза мелкокристаллической альфа-фазы оксида алюминия применялась установка, схема которой изображена на фиг.1.
Установка состоит из блока 1 подготовки сырья, блока 2 растворения исходного алюминия, блока 3 дистилляции (очистки) алкоголятов алюминия и блока 4 сверхкритического синтеза.
Блок подготовки сырья 1 состоит из загрузочного бункера 5, куда загружают металлический компакт алюминия, и дозатора спирта 6. Растворение металла в спирте происходит в реакторе растворения 7 непрерывного действия, с образованием алкоголята металла и выделением водорода. Образующийся алкоголят подается в реактор 8 атмосферной дистилляции в токе инертного газа. Из реактора 8 через соответствующие патрубки отводятся легкие фракции 9, кубовый остаток 10 и продуктовый алкоголят алюминия 11. Последний подают в сверхкритический секционный реактор 12 периодического действия.
Устройство работает следующим образом. Алюминий технической чистоты, раздробленный на гранулы размером от 1 до 20 мм, подается из бункера 5 в реактор растворения 7 совместно с осушенным спиртом из дозатора 6 и небольшой частью изопропилата алюминия в качестве катализатора. Процесс растворения ведут в паровой фазе при температуре 160°С с одновременным отводом газообразного водорода из реактора 7 и непрерывным добавлением спирта из дозатора 6.
В результате реакции растворения образуется алкоголят алюминия, чистота которого недостаточна для дальнейшего его использования. В целях очистки смесь алкоголятов подают в реактор 8 атмосферной дистилляции в токе азота, в котором в зависимости от температурных режимов, алкоголят алюминия разделяется на несколько фракций, которые отводятся через соответствующие патрубки: легкие фракции 9 (водно-спиртовая смесь и более летучие, чем изопропилат алюминия, изопропилаты металлов), кубовый остаток 10 и продуктовый алкоголят алюминия 11. Последний направляют в блок 4 сверхкритического синтеза, а именно, в секционный реактор 12, куда предварительно могут вводиться наноразмерные затравочные гранулы α-Al2O3 различного габитуса, на поверхностях которых происходит синтез мелкокристаллического α-Al2O3. В качестве сверхкритического флюида используют воду.
На выходе из реактора 12 сверхкритического синтеза образуется мелкокристаллический α-Al2O3 чистотой не менее 99,9999% и насыпной плотностью 2,4 г/см3. Также в результате гидролиза образуется уже осушенный спирт, который возвращается в блок растворения 2, в реактор растворения 7.
Пример 1
В реактор 7 растворения установки помещают 10 кг компактного металлического алюминия с содержанием примесей 5×10-2 %мас. и подают абсолютированный изопропиловый спирт со скоростью ~4 кг/ч. После загрузки сырья емкость нагревается до температуры кипения спирта (82,5°С), и в течение некоторого времени происходит растворение алюминия в парах спирта. Выход реакции растворения составляет 96%. Образующийся жидкий изопропилат алюминия (C3H7O)3Al переходит в реактор 8 дистилляционной очистки в токе азота. Диапазон температур данной стадии составляет (134-146)°С, а скорость подачи азота - 36 м3/ч. Кубовых остатков (примеси) после дистилляции не более 10%. Очищенный алкоголят алюминия направляют в сверхкритический реактор 12, где происходит гидролиз алкоголята алюминия и синтез оксида алюминия в сверхкритической среде при температуре 410°С и давлении пара воды 22,5 МПа. Давление пара создается при нагреве сверхкритического реактора за счет регулирования температуры воды, находящийся в нижней части реактора 12, над которой располагается контейнер с алкоголятом алюминия. Для ускорения процесса синтеза в реактор 12 вводят наноразмерные затравочные гранулы α-Al2O3 различного габитуса, на поверхностях которых происходит синтез мелкокристаллического α-А2О3.
Полученный порошок представляет собой хорошо ограненные мелкие кристаллы оксида алюминия с размерами кристаллов (0,1-0,4) мм и насыпной плотностью 2,4 г/см3, чистота получаемого продукта достигает 99,9999% по 23 элементам, таким как: В, Bi, Са, Со, Cr, Cu, Fe, Ga, In, К, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Si, Ti, V, W, Zn, Zr. Продолжительность технологического цикла α-Al2O3 составляет до 12 часов от начала растворения компакта металла, при этом в сверхкритическом реакторе одновременно происходит гидролиз алкоголята алюминия и синтез мелкокристаллического оксида алюминия.

Claims (3)

1. Способ получения альфа-фазы оксида алюминия, включающий дистилляционную очистку алкоголята алюминия, его гидролиз и синтез альфа-фазы оксида алюминия, отличающийся тем, что дистилляционную очистку алкоголята алюминия проводят в токе инертного газа, а гидролиз алкоголята алюминия и синтез альфа-фазы оксида алюминия осуществляют в сверхкритическом реакторе.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дистилляционную очистку проводят в токе азота.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что синтез мелкокристаллического альфа-фазы оксида алюминия проводят на наноразмерных затравочных прекурсорах альфа-фазы оксида алюминия.
RU2013121849/04A 2013-05-13 2013-05-13 Способ получения альфа-фазы оксида алюминия RU2528979C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121849/04A RU2528979C1 (ru) 2013-05-13 2013-05-13 Способ получения альфа-фазы оксида алюминия

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121849/04A RU2528979C1 (ru) 2013-05-13 2013-05-13 Способ получения альфа-фазы оксида алюминия

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2528979C1 true RU2528979C1 (ru) 2014-09-20

Family

ID=51583159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013121849/04A RU2528979C1 (ru) 2013-05-13 2013-05-13 Способ получения альфа-фазы оксида алюминия

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2528979C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990003331A1 (en) * 1988-09-30 1990-04-05 Ferro Corporation High surface area alpha-alumina and supercritical fluid synthesis thereof
RU94042255A (ru) * 1993-11-25 1996-09-20 Сумитомо Кемикал Компани СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА α -ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И ПОРОШОК a -ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
US8147795B2 (en) * 2003-07-17 2012-04-03 Sasol Germany Gmbh Process for preparing boehmitic aluminas having a high α-conversion temperature
CN102491391A (zh) * 2011-12-13 2012-06-13 大连交通大学 一种高纯度氧化铝的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990003331A1 (en) * 1988-09-30 1990-04-05 Ferro Corporation High surface area alpha-alumina and supercritical fluid synthesis thereof
RU94042255A (ru) * 1993-11-25 1996-09-20 Сумитомо Кемикал Компани СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА α -ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И ПОРОШОК a -ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
US8147795B2 (en) * 2003-07-17 2012-04-03 Sasol Germany Gmbh Process for preparing boehmitic aluminas having a high α-conversion temperature
CN102491391A (zh) * 2011-12-13 2012-06-13 大连交通大学 一种高纯度氧化铝的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГРИНБЕРГ Е.Е. И ДР., Технология алкоголятов высокой чистоты для получения нанопорошков и тонких слоев, Физическая мезомеханика, т.7, N спец.2, 2004, с. 69-72. ДАНЧЕВСКАЯ М.Н. И ДР, Синтетический мелкокристаллический корунд- новое сырье для выращивания лейкосапфира, Перспективные материалы, N4, 2009, с.28-33. G.P. PANASYUK ET AL., Phenomenology of corundum crystal formation in supercritical water fluid, Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 16(14), 2004, p. S1215-S1221 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lu et al. Hydrothermal synthesis of prism-like mesocrystal CeO2
Singh et al. Formation of CaO from thermal decomposition of calcium carbonate in the presence of carboxylic acids
RU2477653C2 (ru) Способ непрерывного получения металлооксидного катализатора и аппарат для его осуществления
CN102320638A (zh) 一种低钠细晶氧化铝的制备方法
WO2016078035A1 (zh) 一种活性硅铝酸盐材料及其制备方法
CN102826579A (zh) 超高纯、超细氧化铝粉体制备方法
Anuwattana et al. Conventional and microwave hydrothermal synthesis of zeolite ZSM-5 from the cupola slag
EP2492008A1 (en) Methanol synthesis catalyst
CN210635721U (zh) 一种铝水反应制氢联产氢氧化铝的装置
CN104817100B (zh) 一种制备砂状氧化铝的方法
CN102976379A (zh) 一种铝酸钠溶液晶种分解的方法
CN113860341B (zh) 一种高纯片状勃姆石及其制备方法
CN113070056A (zh) 一种三维有序网状结构五氧二钽光催化材料的通用合成方法
WO2019057050A1 (zh) 一种多孔复合骨架材料的浆态合成方法
CN106582602A (zh) 一种高效的系列尖晶石纳米结构材料的合成方法
CN108130595B (zh) 一种气氛控制制备氧化铝晶须的方法
RU2528979C1 (ru) Способ получения альфа-фазы оксида алюминия
CN111807396A (zh) 高纯拟薄水铝石的生产方法及生产的高纯拟薄水铝石
CN101786644B (zh) 一种制备砂状氧化铝的方法
WO2017041738A1 (zh) 含铵根离子废水的回收利用工艺及金属氧化物的制备方法
CN101837987A (zh) 一种碘辅助镁共还原固相反应合成金属硼化物纳米粉体的方法
CN1174921C (zh) 一种在循环介质中制取高纯度氧化镁或碳酸镁的方法
WO2012100556A1 (en) Process for the preparation and solidification of lower aluminum alkoxide
KR101504118B1 (ko) 고온 진공소결로를 이용한 고순도 고밀도 알루미나의 제조방법
CN113860340A (zh) 一种干法制备高纯粒状勃姆石的方法及勃姆石

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190514