RU2738182C2

RU2738182C2 - Method of producing magnesium aluminate

Info

Publication number: RU2738182C2
Application number: RU2018141761A
Authority: RU
Inventors: Валерий Викторович Викторов; Елена Александровна Белая; Мария Сергеевна Грязнова; Игорь Николаевич Ковалев
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2020-12-09
Also published as: RU2018141761A3; RU2018141761A

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy.

SUBSTANCE: method of producing magnesium aluminate involves mixing solutions of magnesium and aluminum salts, taken in molar ratio of magnesium and aluminum 1:2 with a precipitator. Then reaction mixture is dried at room temperature and calcined at 700–1000 °C for 0.75–1 hours. Precipitation agent used is sulphonated polystyrene.

EFFECT: higher efficiency due to reduced number and duration of operations, as well as low calcination temperature.

1 cl, 1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии получения алюмината магния.The invention relates to nonferrous metallurgy, in particular to a technology for producing magnesium aluminate.

Известен способ получения алюмината магния, в котором гидроксид алюминия и гидроксид магния смешивают и подвергают механической активации в планетарно-центробежных мельницах в течение 5-15 минут (Патент РФ на изобретение №2457181, Способ получения высокодисперсного алюмината магния, МПК C01F7/16, от 27.04.2011). Продукты активации обрабатывают водой при температурах 20-95°С и времени 0,25-2 часа, фильтруют, высушивают и подвергают термической обработке при температуре не ниже 800°С в течение 2-4 часов.There is a known method of producing magnesium aluminate, in which aluminum hydroxide and magnesium hydroxide are mixed and subjected to mechanical activation in planetary centrifugal mills for 5-15 minutes (RF patent for invention No. 2457181, Method for producing highly dispersed magnesium aluminate, IPC C01F7 / 16, dated 27.04 .2011). The activation products are treated with water at temperatures of 20-95 ° C and a time of 0.25-2 hours, filtered, dried and heat-treated at a temperature not lower than 800 ° C for 2-4 hours.

Недостатками способа являются низкая производительность, связанная с многостадийностью процесса, наличие примесей, применение сложного оборудования.The disadvantages of this method are low productivity associated with the multistage process, the presence of impurities, the use of complex equipment.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемому является способ синтеза алюмината магния методом соосаждения путем медленного добавления смеси водных растворов нитратов магния и алюминия к избытку 1,5М водного раствора бикарбоната аммония [Anna Wajler, Henryk Tomaszewski, Ewa

Helena Weglarz and Zbigniew Kaszkur. Study of magnesium alumínate spinel formation from carbonate precursors. // Journal of the European Ceramic Society. Volume 28, Issue 13, 2008, Pages 2495-2500]. Полученный осадок выдерживается в течение 17 часов для созревания, дважды промывается водой и сушится при комнатной температуре. Образующаяся после соосаждения смесь аммониевого даусонита NН₄Аl(ОН)₂СО₃⋅Н₂O и магний-алюминиевого гидроталькита Mg₆Al₂(CO₃)(OH)₁₆⋅4H₂O подвергается термической обработке с образованием алюмината магния. Алюминат магния образуется при температуре выше 1100С.The closest in technical essence and the achieved effect of the proposed is a method for the synthesis of magnesium aluminate by the method of coprecipitation by slowly adding a mixture of aqueous solutions of magnesium and aluminum nitrates to an excess of 1.5M aqueous solution of ammonium bicarbonate [Anna Wajler, Henryk Tomaszewski, Ewa

Helena Weglarz and Zbigniew Kaszkur. Study of magnesium alumínate spinel formation from carbonate precursors. // Journal of the European Ceramic Society. Volume 28, Issue 13, 2008, Pages 2495-2500]. The resulting precipitate is kept for 17 hours for maturation, washed twice with water and dried at room temperature. The mixture of ammonium dawsonite NH ₄ Al (OH) ₂ CO ₃ ⋅ H ₂ O and magnesium-aluminum hydrotalcite Mg ₆ Al ₂ (CO ₃ ) (OH) ₁₆ ⋅ 4H ₂ O formed after coprecipitation is subjected to heat treatment with the formation of magnesium aluminate. Magnesium aluminate is formed at temperatures above 1100C.

Недостатками данного метода является наличие значительного количества отходов нитрата аммония при соосаждении, а также сложность и длительность реализации процесса.The disadvantages of this method are the presence of a significant amount of waste ammonium nitrate during coprecipitation, as well as the complexity and duration of the process.

Технической проблемой является трудность получения мелкодисперсного алюмината магния при снижении количества операций при его осуществлении.A technical problem is the difficulty of obtaining finely dispersed magnesium aluminate while reducing the number of operations during its implementation.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение производительности за счет снижения количества и длительности операций, а также снижение температуры прокаливания.The technical result of the proposed invention is to increase productivity by reducing the number and duration of operations, as well as reducing the calcination temperature.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигается тем, что в способе получения алюмината магния, включающем смешивание растворов солей магния и алюминия, взятых в молярном соотношении 1:2, с осадителем, сушку реакционной смеси при комнатной температуре, прокаливание реакционной смеси, согласно предлагаемому решению, в качестве осадителя используют сульфмнированный полистирол, а прокаливание ведут при 700-1000°С в течение 0,75-1 часа.The technical result in the proposed invention is achieved by the fact that in the method of obtaining magnesium aluminate, including mixing solutions of magnesium and aluminum salts, taken in a molar ratio of 1: 2, with a precipitant, drying the reaction mixture at room temperature, calcining the reaction mixture, according to the proposed solution, in sulfonated polystyrene is used as a precipitant, and calcination is carried out at 700-1000 ° C for 0.75-1 hours.

Сульфинированный полистирол при химическом взаимодействии с солями магния и алюминия снижает температуру прокаливания и длительность процесса. При этом фиксируется статистически равномерное распределение ионов в твердой фазе, труднодостижимое другими методами, что обеспечивает высокую скорость процесса за счет снижения доли диффузионных процессов при формировании продукта. Более низкие температуры синтеза позволяют получить продукт в высокодисперсном состоянии за счет того, что в этих условиях существенно замедляются процессы рекристаллизации, приводящие к росту частиц.Sulfonated polystyrene by chemical interaction with magnesium and aluminum salts reduces the calcination temperature and the duration of the process. At the same time, a statistically uniform distribution of ions in the solid phase is recorded, which is difficult to achieve by other methods, which ensures a high process speed due to a decrease in the proportion of diffusion processes during product formation. Lower synthesis temperatures make it possible to obtain the product in a highly dispersed state due to the fact that, under these conditions, the recrystallization processes, leading to the growth of particles, are significantly slowed down.

Производительность метода достигается снижением количества стадий, снижения времени, требуемого для созревания осадка и прокаливания, более низкой температуры прокаливания.The productivity of the method is achieved by reducing the number of stages, reducing the time required for sediment maturation and calcination, and a lower calcination temperature.

Пригодную для сульфирования форму полистирола получают методом замены растворителя. Для этого пенопласт растворяют в толуоле, добавляют ацетон, а затем небольшими порциями прибавляют раствор этанола. Полученный образец представляет собой гель белого цвета, который высушивают на воздухе до полного удаления растворителя. Высушенный материал подвергают сульфированию. Для этого его помещают в термостойкий стакан на 100 мл, добавляют 6 мл 20%-го раствора олеума при тщательном перемешивании в течение 60 минут на песчаной бане при температуре 130-140°C. После сульфирования полученный материал представляет собой порошок черного цвета, который промывают дистиллированной водой методом декантации до нейтральной реакции на воронке Бюхнера, после чего высушивают при комнатной температуре до полного высыхания.The polystyrene form suitable for sulfonation is obtained by solvent exchange. To do this, the foam is dissolved in toluene, acetone is added, and then ethanol solution is added in small portions. The resulting sample is a white gel, which is dried in air until the solvent is completely removed. The dried material is subjected to sulfonation. To do this, it is placed in a heat-resistant 100 ml glass, 6 ml of a 20% oleum solution is added with thorough stirring for 60 minutes in a sand bath at a temperature of 130-140 ° C. After sulfonation, the resulting material is a black powder, which is washed with distilled water by decantation until neutral on a Buechner funnel, and then dried at room temperature until completely dry.

Прокаливание реакционной смеси при температуре ниже 700°С приводит к неполному протеканию реакции, а, следовательно, к загрязнению продукта непрореагировавшими компонентами - оксидами магния и алюминия. Прокаливание при температуре выше 1000° усложняет и удорожает процесс, кроме того приводит к интенсивному увеличению размеров частиц. Аналогично, прокаливание в течение менее 0,75 часа ведет к неполному протеканию реакции, а прокаливание более 1 часа делает процесс нерациональным.Calcining the reaction mixture at a temperature below 700 ° C leads to incomplete reaction, and, consequently, to contamination of the product with unreacted components - magnesium and aluminum oxides. Calcining at temperatures above 1000 ° complicates and increases the cost of the process, in addition, leads to an intensive increase in the particle size. Likewise, calcining for less than 0.75 hours leads to incomplete reaction, and calcining for more than 1 hour renders the process irrational.

Способ получения алюмината магния осуществляется следующим образом.The method of obtaining magnesium aluminate is as follows.

Готовят смесь водных растворов солей магния и алюминия в молярном соотношении 1:2, в смесь добавляют сульфинированный полистирол? материал в Η-форме из расчета m=3×n(Mg)/C_кат Prepare a mixture of aqueous solutions of magnesium and aluminum salts in a molar ratio of 1: 2, add sulfonated polystyrene to the mixture? material in Η-form based on m = 3 × n (Mg) / C _cat

Где: n(Mg) - количество моль магния в раствореWhere: n (Mg) is the number of moles of magnesium in solution

С_кат - обменная емкость катионита (г-экв/г).C _cat - exchange capacity of the cation exchanger (g-eq / g).

Смесь перемешивают в течение 15-30 минут, промывают водой, сушат. Высушенный прекурсор прокаливают при температуре от 700 до 1000 С.The mixture is stirred for 15-30 minutes, washed with water, and dried. The dried precursor is calcined at a temperature of 700 to 1000 C.

Согласно предлагаемому способу получен алюминат магния. Приготовлены растворы солей нитратов магния и алюминия, в молярном соотношении 1:2.According to the proposed method obtained magnesium aluminate. Solutions of salts of magnesium and aluminum nitrates were prepared in a molar ratio of 1: 2.

Для приготовления растворов брали соли: нитрат алюминия девятиводный (Аl(NO₃)₃⋅9Н₂O) и нитрат магния шестиводный (Mg(NO₃)₃⋅6H₂O)To prepare solutions, the following salts were taken: aluminum nitrate nine-water (Al (NO ₃ ) ₃ ⋅9H ₂ O) and magnesium nitrate six-water (Mg (NO ₃ ) ₃ ⋅6H ₂ O)

Эквимолярное соотношение солей, для приготовления раствора объемом 50 мл составляет 18,75 г нитрата алюминия к 6,4 г нитрата магния.The equimolar ratio of salts for preparing a solution with a volume of 50 ml is 18.75 g of aluminum nitrate to 6.4 g of magnesium nitrate.

В небольшом количестве дистиллированной воды растворили сначала нитрат алюминия, затем добавили навеску нитрат мания, объем довели водой до 50 мл. К полученному раствору добавили 7,3 г сульфированного полистирола. Осадок отделили от раствора, высушили. Прокаливали при температурах от 500 до 1000°С в муфельной печи. Размер частиц оценивали по ширине линий рентгеновской дифракции. Результаты приведены в таблице.First, aluminum nitrate was dissolved in a small amount of distilled water, then a sample of mania nitrate was added, the volume was brought to 50 ml with water. To the resulting solution was added 7.3 g of sulfonated polystyrene. The precipitate was separated from the solution and dried. Calcined at temperatures from 500 to 1000 ° C in a muffle furnace. The particle size was estimated from the width of the X-ray diffraction lines. The results are shown in the table.

Рентгенограмма образца, полученного при 700°С в течение 1 часа, показана на фиг.An X-ray diffraction pattern of a sample obtained at 700 ° C for 1 hour is shown in FIG.

Предлагаемый способ найдет применение в цветной металлургии.The proposed method will find application in non-ferrous metallurgy.

Claims

A method of obtaining magnesium aluminate, including mixing solutions of magnesium and aluminum salts, taken in a molar ratio of magnesium and aluminum 1: 2, with a precipitant, drying the reaction mixture at room temperature, calcining the reaction mixture, characterized in that sulfinated polystyrene is used as a precipitant, and calcination is carried out at 700-1000 ° C for 0.75-1 hours.