RU2759835C2 - Высокопрочные формованные оксиды алюминия и способ получения таких высокопрочных формованных оксидов алюминия - Google Patents
Высокопрочные формованные оксиды алюминия и способ получения таких высокопрочных формованных оксидов алюминия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2759835C2 RU2759835C2 RU2018144008A RU2018144008A RU2759835C2 RU 2759835 C2 RU2759835 C2 RU 2759835C2 RU 2018144008 A RU2018144008 A RU 2018144008A RU 2018144008 A RU2018144008 A RU 2018144008A RU 2759835 C2 RU2759835 C2 RU 2759835C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alumina
- less
- alumina powder
- ppm
- powder
- Prior art date
Links
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 230
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 55
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 152
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 79
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 48
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 39
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 5
- FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M hydroxidooxidoaluminium Chemical compound O[Al]=O FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 78
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 19
- 229910001593 boehmite Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 6
- VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M aluminum;oxygen(2-);hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[Al+3] VXAUWWUXCIMFIM-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 239000008187 granular material Substances 0.000 abstract description 87
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 7
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 5
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 description 28
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 18
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 10
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 9
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 9
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 8
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 7
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- ZZBAGJPKGRJIJH-UHFFFAOYSA-N 7h-purine-2-carbaldehyde Chemical compound O=CC1=NC=C2NC=NC2=N1 ZZBAGJPKGRJIJH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000010902 jet-milling Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 2
- 238000007780 powder milling Methods 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- -1 spheres Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 2
- 208000034809 Product contamination Diseases 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005563 spheronization Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
- C01F7/021—After-treatment of oxides or hydroxides
- C01F7/023—Grinding, deagglomeration or disintegration
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
- C01F7/021—After-treatment of oxides or hydroxides
- C01F7/025—Granulation or agglomeration
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/111—Fine ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/111—Fine ceramics
- C04B35/1115—Minute sintered entities, e.g. sintered abrasive grains or shaped particles such as platelets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/6261—Milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/6261—Milling
- C04B35/62615—High energy or reactive ball milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62695—Granulation or pelletising
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/6303—Inorganic additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/632—Organic additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B35/002—Crucibles or containers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
- B01J2/10—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic in stationary drums or troughs, provided with kneading or mixing appliances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/60—Compounds characterised by their crystallite size
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/11—Powder tap density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/14—Pore volume
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
- C04B2235/3218—Aluminium (oxy)hydroxides, e.g. boehmite, gibbsite, alumina sol
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5463—Particle size distributions
- C04B2235/5472—Bimodal, multi-modal or multi-fraction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/549—Particle size related information the particle size being expressed by crystallite size or primary particle size
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
- C04B2235/6567—Treatment time
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/94—Products characterised by their shape
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/95—Products characterised by their size, e.g. microceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/60—Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
- C09K8/80—Compositions for reinforcing fractures, e.g. compositions of proppants used to keep the fractures open
Abstract
Изобретение относится к высокопрочному формованному оксиду алюминия в виде гранул, сферических частиц или агломератов, которые могут быть использованы в качестве носителей нефтепромысловых реагентов, носителей катализаторов и наполнителей огнеупорных материалов. Способ получения высокопрочного формованного оксида алюминия путем подачи порошка оксида алюминия в агломератор, имеющий вал со смесителями, способными вытеснять порошок оксида алюминия вдоль вала, распыления жидкого связующего на порошок оксида алюминия при его вытеснении вдоль вала с образованием формованного оксида алюминия и прокаливания формованного оксида алюминия при температуре 1250-1700оС. Перед подачей в агломератор порошок оксида алюминия имеет величину D50среднего размера частиц менее 40 мкм, при этом размер кристаллитов составляет от 35 до 190 ангстрем. Во втором варианте используют порошок оксида алюминия с размером кристаллитов от 300 до 500 ангстрем. В третьем варианте используют комбинацию этих порошков. Полученный формованный оксид алюминия в виде гранул имеет свободную насыпную плотность не менее 1,20 г/мл, площадь поверхности менее 10 м2/г, примеси менее 5 ч./млн для отдельных металлов и менее 9 ч./млн примесей в сумме и/или прочность на раздавливание более 12000 фунт/кв. дюйм (82,7 МПа). 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 13 ил., 3 табл., 10 пр.
Description
ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка испрашивает приоритет над заявкой США № 62/340048 от 23 мая 2016, содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки для всех целей.
Данное изобретение относится к способу получения высокопрочного формованного оксида алюминия и к формованному оксиду алюминия, имеющему низкое содержание примесей, высокую прочность, регулируемую пористость и высокую свободную насыпную плотность.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Высокопрочный формованный оксид алюминия в форме гранул, сфер, сферических частиц или агломератов, например, используется в многочисленных применениях, таких как носители нефтепромысловых реагентов, носители катализаторов и катализаторы, наполнители для огнеупорных материалов и полимеров, а также частицы проппанта для использования на нефтяных месторождениях. Формованный оксид алюминия с высокой насыпной плотностью используется при получении синтетического сапфира с помощью процессов тигельной плавки.
Формованный оксид алюминия, например, гранулы, обычно получают путем приготовления дисперсии или золя с исходным оксидом алюминия, распыления или нанесения капель дисперсии или золя с образованием гранул, сушки гранул для удаления воды и получения достаточно прочных гранул для дополнительной обработки, с последующим прокаливанием при высоких температурах для образования гамма- или спеченного альфа-оксида алюминия с высокой прочностью и высокой насыпной плотностью. Эти процессы требуют дорогостоящих стадий формования и сушки из-за большого количества воды, необходимого для образования дисперсий оксида алюминия.
Последующее превращение в альфа-оксид алюминия требует высокотемпературного прокаливания или затравки альфа-оксидом алюминия для снижения температуры альфа-превращения и уменьшения стоимости спекания гранулы в гранулу, имеющую низкую пористость, высокую плотность и, таким образом, высокую прочность.
Возможным способом снижения стоимости изготовления таких гранул является включение стадии распылительной сушки в описанный выше процесс, однако такое усовершенствование процесса по-прежнему ограничивает размер гранул способностью форсунки распылительной сушилки распылять капли в сушилку и высушивать их перед выходом из сушилки.
Прокаливание также необходимо для образования прочных плотных гранул.
Другим способом получения гранул оксида алюминия является модифицированный процесс сушки и агломерации, в котором осуществляется распыление дисперсии оксида алюминия на псевдоожиженный слой частиц с увеличением размера гранул при одновременном удалении воды или растворителя.
Процессы экструзии и сферонизации представляют собой другие известные способы, которые не используют так много жидкости, как капельные способы или способы распылительной сушки, но требуют до 40-50% жидкости для превращения оксида алюминия в гибкую или пластичную массу, которая может быть сформована путем продавливания ее через фильеру или экструдер. Пасту оксида алюминия экструдируют через фильерную пластину или экструдер для создания цилиндрической формы, которую формуют в гранулы с помощью высокоскоростного барабанного устройства, которое разбивает цилиндры на части и окатывает их в гранулы того же диаметра, как и у экструдированных цилиндров. Затем гранулы сушат и прокаливают для получения высокой прочности и высокой насыпной плотности.
Как указано выше, все эти способы имеют несколько присущих им недостатков. Они требуют большого количества воды для диспергирования оксида алюминия и возможности его формования в виде капель или экструдатов. Воду затем нужно осторожно удалять для предотвращения снижения прочности. За данной стадией следует стадия прокаливания, на которой происходит спекание оксида алюминия для получения высокой прочности и высокой насыпной плотности. Стадия сушки и стадия прокаливания не могут быть объединены, поскольку гранулы будут растрескиваться или разрушаться, если вода удаляется с высокой скоростью. Темпы промышленного производства требуют крупного оборудования с присущими высокими капитальными и эксплуатационными затратами.
Настоящее изобретение преодолевает проблемы, связанные с процессом агломерации, который обеспечивает высокую прочность, высокую плотность формованного оксида алюминия при меньших затратах и с меньшим числом стадий обработки, чем в других в процессах формования.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одним аспектом изобретения предлагается способ получения высокопрочного формованного оксида алюминия, включающий:
i) подачу порошка оксида алюминия в агломератор, причем агломератор содержит вал со смесителями, способными вытеснять порошок оксида алюминия вдоль длины вала,
ii) распыление жидкого связующего на порошок оксида алюминия при его вытеснении вдоль длины вала агломератора с образованием формованного оксида алюминия,
iii) прокаливание формованного оксида алюминия.
Следует отметить, что имеется увеличение свободной насыпной плотности (LBD) продукта данного способа без необходимости использования затравки оксида алюминия мелкими частицами альфа-оксида алюминия для улучшения спекания и уплотнения, т.е. в способе изобретения не требуется стадия затравки. Кроме того, гранулы формованного оксида алюминия с прочностью, превышающей промышленные продукты, легко образуются с помощью единственной стадии формования, за которой следует единственная стадия прокаливания. Это чрезвычайно выгодно по сравнению с капельным процессом, который требует формирования золя, затравки золя частицами альфа-оксида алюминия, нанесения капель золя для формирования гранул, сушки гранул, чтобы сделать их достаточно прочными для обработки, и затем прокаливания гранул для получения плотного продукта с высокой насыпной плотностью.
Формованный оксид алюминия может быть в форме агломератов, гранул или сферических частиц.
Под «агломератором» подразумевается камера, содержащая центральный вал со смесителями на нем. Смесители предпочтительно выполнены в виде стержней или лопастей, расположенных вдоль длины вала. Порошок оксида алюминия предпочтительно вытесняется вдоль длины вала за счет вращения вала и действия стержней или лопастей для перемещения порошка оксида алюминия или формованного оксида алюминия вдоль оси вращения. Вал вращается непрерывно таким образом, что смесители способны сначала разбивать порошок оксида алюминия и затем повторно агломерировать порошок оксида алюминия, по мере того, как порошок оксида алюминия вытесняется вдоль длины вала агломератора. Агломератор предпочтительно представляет собой высокосдвиговый агломератор. Примеры таких высокосдвиговых агломераторов включают стержневой смеситель, смеситель Turbulizer® (высокосдвиговый лопастной смеситель непрерывного действия) или смеситель производства Lödige.
Порошок оксида алюминия может содержать оксигидроксид алюминия (AlOOH), бемит или псевдобемит, предпочтительно бемит.
В первом варианте порошок оксида алюминия может иметь размер кристаллитов 35-190 Å и величину D50 размера частицы не менее 40 мкм. Используемый в настоящем документе размер кристаллитов относится к измерению размера в плоскости 021, измеренному с помощью рентгеновской дифракции с использованием уравнения Шерера для определения размера кристаллита. Под величиной D50 понимается «медиана», означающая, что 50% всех частиц меньше описанного размера и 50% - больше описанного размера. Величину D50 размера частицы определяли лазерным рассеянием с помощью анализатора размера частиц Malvern Mastersizer 2000. Примерами подходящего оксида алюминия являются Catapal® B, Catapal® C1, Catapal® D и сверхвысокочистый оксид алюминия с размером кристаллитов 35-190 Å производства Sasol.
Когда порошок оксида алюминия имеет размер кристаллитов 35-190 Å и величину D50 размера частицы не менее 40 мкм, способ также включает начальную стадию измельчения порошка оксида алюминия перед подачей порошка оксида алюминия в агломератор до величины D50 среднего размера частицы менее 40 мкм, предпочтительно величины D50 среднего размера частицы 30 мкм, и более предпочтительно величины D50 среднего размера частицы 10 мкм или менее.
В качестве альтернативы, во втором варианте порошок оксида алюминия может иметь размер кристаллитов 300-500 Å, предпочтительно 325-450 Å. Когда такие оксиды алюминия выбирают в качестве сырья для способа настоящего изобретения, стадия измельчения не требуется. Примерами такого оксида алюминия являются оксид алюминия Catapal® 200, оксид алюминия Pural® 200 и сверхвысокочистый оксид алюминия с размером кристаллитов 300-500 Å производства Sasol.
Изобретение предлагает третий вариант, включающий комбинирование i) измельчения порошка оксида алюминия, имеющего размер кристаллитов 35-190 Å и величину D50 размера частицы не менее 40 мкм, до величины D50 среднего размера частицы менее 40 мкм, предпочтительно величины D50 среднего размера частицы 30 мкм и более предпочтительно величины D50 среднего размера частицы 10 мкм или менее, и ii) выбора подходящего порошка оксида алюминия, имеющего размер кристаллитов 300-500 Å, предпочтительно 325-450 Å, который не нужно измельчать.
Порошок оксида алюминия может включать кислоту, включенную в порошок оксида алюминия в результате процесса получения оксида алюминия, т.е. in situ. Например, линейка продуктов оксида алюминия Sasol Dispal® или оксиды алюминия с крупными кристаллитами, такие как Catapal® 200, содержат кислоту, включенную в сухой порошок. Когда порошок оксида алюминия содержит кислоту, жидкое связующее, используемое для способа изобретения, может содержать только воду. Кислоту можно добавлять в воду, если это необходимо, например, в случае выбора третьего варианта. При добавлении кислоты в воду до 4% кислоты может быть добавлено в воду.
Если порошок оксида алюминия не включает кислоту, тогда жидкое связующее может включать как воду, так и кислоту.
Кислоты предпочтительно представляют собой одновалентные кислоты. Эти одновалентные кислоты могут включать азотную кислоту, муравьиную кислоту, уксусную кислоту или их смеси. Также могут использоваться карбоновые кислоты с одним или несколькими кислотными центрами. Кислоты, такие как молочная и винная, являются примерами этих типов кислот.
Количество свободного жидкого связующего, нанесенного на порошок оксида алюминия для образования формованного оксида алюминия, например, гранул, определяется массой порошка оксида алюминия, деленной на массу нанесенного жидкого связующего. Это представляет собой отношение порошка оксида алюминия к жидкому связующему. Отношение порошка оксида алюминия к жидкому связующему может составлять от 1,5:1 до 15:1 в расчете на массу. Предпочтительно отношение порошка оксида алюминия к жидкому связующему составляет от 1,8:1 до 10:1.
Температура прокаливания может изменяться в зависимости от выбранного размера кристаллита оксида алюминия и может быть в диапазоне от 1250°C до 1700°С, предпочтительно от 1250°C до 1600°С, более предпочтительно от 1250°C до менее чем 1500°С. Прокаливание может осуществляться в течение периода времени от 1 ч до 40 ч. Время прокаливания по меньшей мере 6 ч является предпочтительным.
Способ может быть либо периодическим процессом, либо непрерывным процессом.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предлагается формованный оксид алюминия, полученный в соответствии со способом (способами) изобретения, причем формованный оксид алюминия содержит одно, более одного или все, предпочтительно более одного, и наиболее предпочтительно все из следующих свойств:
i) свободная насыпная плотность не менее 1,20 г/мл, предпочтительно более 1,65 г/мл;
ii) площадь поверхности менее 10 м2/г, предпочтительно менее 5 м2/г;
iii) содержание примесей менее 5 ч/млн, предпочтительно менее 3 ч/млн, и наиболее предпочтительно менее 2,5 ч/млн любого отдельного металла, и менее 9 ч/млн, предпочтительно менее 7 ч/млн примесей в сумме; и
iv) прочность на раздавливание более 12000 фунт/кв. дюйм (82,7 МПа).
В соответствии с третьим аспектом изобретения предлагается формованный оксид алюминия, содержащий одно, более одного или все, предпочтительно более одного, и наиболее предпочтительно все из следующих свойств:
i) свободная насыпная плотность не менее 1,20 г/мл, предпочтительно более 1,650 г/мл;
ii) площадь поверхности менее 10 м2/г, предпочтительно менее 5 м2/г;
iii) содержание примесей менее 5 ч/млн, предпочтительно менее 3 ч/млн, и наиболее предпочтительно менее 2,5 ч/млн любого отдельного металла, и менее 9 ч/млн, предпочтительно менее 7 ч/млн примесей в сумме; и
iv) прочность на раздавливание более 12000 фунт/кв. дюйм (82,7 МПа).
Формованный оксид алюминия предпочтительно находится в форме агломерата, гранулы, сферической частицы или их смеси.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение теперь будет описано со ссылкой на следующие чертежи и неограничивающие эксперименты.
На фигурах показано:
на фиг.1 представлена схема технологического процесса высокосдвиговой агломерации;
на фиг.2 представлена схема, иллюстрирующая высокосдвиговую агломерацию в непрерывном потоке;
на фиг.3 представлен график, показывающий влияние измельчения порошка на формованный оксид алюминия, т.е. прочность гранулы;
на фиг.4 представлен график, показывающий влияние размера частицы исходного порошка на формованный оксид алюминия, т.е. на прочность гранулы на раздавливание;
на фиг.5 представлен график, показывающий влияние размера частицы исходного порошка на свободную насыпную плотность;
на фиг.6 представлен график, показывающий влияние размера кристаллитов бемита на прокаленный формованный оксид алюминия, т.е. прочность гранул;
на фиг.7 представлен график, показывающий комбинированное влияние температур прокаливания, размера кристаллитов и измельчения порошка на прочность формованного оксида алюминия, т.е. гранул;
на фиг.8 представлен график, показывающий изменения площади поверхности и пористости при температурах прокаливания;
на фиг.9 представлен график, показывающий сравнение свободной насыпной плотности для формованного оксида алюминия, т.е. гранул, образованных для различных размеров кристаллитов бемита и различных размеров частиц порошка при различных температурах прокаливания;
на фиг.10 представлен график, показывающий сравнение свободной насыпной плотности для формованного оксида алюминия, т.е. гранул, образованных для различных размеров частиц порошка (измельченных и неизмельченных) при различных размерах кристаллитов;
на фиг.11 представлен график, демонстрирующий сравнение формованного оксида алюминия в соответствии с настоящим изобретением, т.е. прочности гранул, с показателями прочности промышленного проппанта;
на фиг.12 представлен график, показывающий прочность на раздавливание гранул, изготовленных из смешанного измельченного оксида алюминия и Catapal® 200 при температурах прокаливания примера 4; и
на фиг.13 представлен график, иллюстрирующий свободную насыпную плотность гранул, изготовленных из смешанного измельченного оксида алюминия и Catapal® 200 при температурах прокаливания примера 4.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение описывает способ получения высокопрочного формованного оксида алюминия путем подачи порошка оксида алюминия в агломератор, имеющий центральный вал, распыления жидкого связующего на порошок оксида алюминия по мере его вытеснении вдоль длины вала агломератора с образованием формованного оксида алюминия. Оксид алюминия может быть в форме агломератов, гранул, сферических частиц или комбинаций этого. Формованный оксид алюминия далее прокаливают.
Пример способа (8) изобретения представлен на фиг.1. Порошок оксида алюминия - бемита подают из устройства (10) подачи порошка оксида алюминия ко входу (12) агломератора (14), являющегося в данном примере стержневым смесителем. Стержневой смеситель (14) включает в себя камеру (16) и центральный вал (18) со смесителями (20) на нем. Смесители предпочтительно выполнены в виде стержней или лопастей (специально не показаны), расположенных вдоль длины вала (18). Вал (18) вращается непрерывно таким образом, что смесители (20) способны сначала разбивать порошок оксида алюминия и затем повторно агломерировать порошок оксида алюминия, по мере того, как порошок оксида алюминия вытесняется вдоль длины вала (18) стержневого смесителя (14).
Порошок оксида алюминия включает оксигидроксид алюминия, бемит или псевдобемит, но предпочтительно является бемитом. Порошок оксида алюминия может в качестве первого варианта иметь размер кристаллитов 35-190 Å и величину D50 размера частицы не менее 40 мкм. В таком случае порошок оксида алюминия может включать или может и не включать кислоту в порошке оксида алюминия. Такой порошок оксида алюминия должен быть измельчен перед подачей в стержневой смеситель до величины D50 среднего размера частицы менее 40 мкм, предпочтительно 30 мкм и более предпочтительно 10 мкм или менее.
В качестве второго варианта порошок оксида алюминия может иметь размер кристаллитов 300-500 Å, предпочтительно 325-450 Å. Такой оксид алюминия имеет величину D50 среднего размера частицы 40 мкм и может включать кислоту in situ в порошке оксида алюминия.
Изобретение предлагает третий вариант, включающий комбинирование i) измельчения порошка оксида алюминия, имеющего размер кристаллитов 35-190 Å и величину D50 размера частицы не менее 40 мкм, до величины D50 среднего размера частицы менее 40 мкм, предпочтительно величины D50 среднего размера частицы 30 мкм и более предпочтительно величины D50 среднего размера частицы 10 мкм или менее, и ii) выбора подходящего порошка оксида алюминия, имеющего размер кристаллитов 300-500 Å, предпочтительно 325-450 Å, который не нужно измельчать. Вкратце, третий вариант представляет собой комбинацию первого и второго вариантов.
Жидкое связующее распыляется на порошок (порошки) оксида алюминия сразу же после того, как порошок (порошки) поступают в стержневой смеситель (14). Жидкое связующее может быть либо водой, либо сочетанием воды и кислоты (кислот), в зависимости от того, какой порошок оксида алюминия выбран для способа изобретения. Кислоты предпочтительно представляют собой одновалентные кислоты. Эти одновалентные кислоты могут включать азотную кислоту, муравьиную кислоту, уксусную кислоту или их смеси. Также могут использоваться карбоновые кислоты с одним или несколькими кислотными центрами. Кислоты, такие как молочная и винная, являются примерами этих типов кислот.
Кислота в жидком связующем способствует частичному диспергированию части порошка оксида алюминия. Сочетание воды и кислоты (кислот), действующих на оксид алюминия, создает связующее для оксида алюминия. В случае оксида алюминия, содержащего кислоту, в качестве жидкого связующего может использоваться только вода, поскольку кислотная функция уже обеспечена в порошковом сырье. Однако изобретение не исключает добавления дополнительной кислоты, если это необходимо. Добавленная кислота может составлять 5% масс., предпочтительно 4% масс. или менее от жидкого связующего.
При высокосдвиговом действии смесителей (20), т.е. вращающихся стержней или лопастей в стержневом смесителе (14), жидкое связующее диспергируется в порошок оксида алюминия. Когда жидкое связующее смешивается в порошке оксида алюминия, порошок оксида алюминия становится частично диспергированным, что делает его липким и пластичным. Энергия от смесителей (20) сначала разбивает порошок оксида алюминия и затем формует его в формованный оксид алюминия, включающий гранулы или сферические формы, посредством агломерации. Гранулы сглаживаются и округляются за счет вращающего действия внутри камеры. Влажный формованный оксид алюминия в форме гранул, агломератов, сферических частиц или смесей этого образуется и выходит из смесителя. Гранулы могут быть отсортированы по размерам путем просеивания для получения продукта с более узким распределением частиц. Эти гранулы могут быть прокалены при температуре прокаливания в диапазоне от 1250°C до 1700°С, предпочтительно от 1250°C до 1600°С, более предпочтительно от 1250°C до менее чем 1500°С в течение периода времени от 1 до 40 ч, предпочтительно по меньшей мере 6 ч, без дополнительной сушки. Стадия сушки, необходимая в предшествующем уровне техники, больше не требуется, если применяется способ настоящего изобретения.
На фиг.2 представлено подробное изображение стержневого смесителя (14) фиг.1. Смесители (20) или вращающиеся элементы стержневого смесителя (14) придают высокую энергию порошку оксида алюминия, смешанному с жидким связующим, что осуществляет два эффекта: а) жидкое связующее равномерно диспергируется на порошке оксида алюминия, и b) совместное действие кислотного связующего (воды и кислоты in situ оксида алюминия или воды и кислоты, или и того и другого) и большого усилия сдвига в камере вызывает разрушение порошка оксида алюминия на мелкие ядра. Эти ядра затем прижимаются друг к другу под действием смешивания и далее агломерируют с образованием более крупного формованного оксида алюминия в виде агломератов, гранул, сферических частиц или смесей этого, которые, в свою очередь, агломерируют с образованием еще более крупных гранул. Размер гранул регулируется отношением порошка оксида алюминия к жидкому связующему, скоростью подачи порошка, которая регулирует время агломерации в смесителе, и скоростью вращения ротора. Отношение порошка оксида алюминия к жидкому связующему может составлять от 1,5:1 до 15:1 в расчете на массу. Предпочтительно это отношение составляет от 1,8:1 до 10:1.
Стержневой смеситель (14), показанный на фиг.1 и фиг.2, представляет собой агломератор непрерывного действия. Однако способ может быть осуществлен в высокосдвиговом агломераторе, который работает, например, в периодическом режиме.
ПРИМЕРЫ:
В следующих ниже примерах:
Муравьиная кислота или азотная кислота используются в качестве кислоты в жидком связующем.
Используется отношение порошка оксида алюминия к жидкому связующему от 10:1 до 13:1.
Формованный оксид алюминия в виде гранул с размером частиц от 100 мкм до 2 мм в диаметре может быть получен с использованием соответствующих скоростей подачи порошка и скоростей ротора в агломераторе.
Прочность гранул измеряли путем испытания на раздавливание отдельных гранул на испытательном стенде Mecmesin MultiTest 2,5i между параллельными пластинами. Тестировали по меньшей мере 25 гранул и результаты усредняли. Измеряли усилие, необходимое для раздавливания каждой отдельной гранулы, а также диаметр гранулы. Прочность на раздавливание каждой гранулы рассчитывали как усилие раздавливания, деленное на площадь поперечного сечения гранулы. Значения прочности и диаметра усредняли для образца гранул. Результаты были представлены в фунт/кв. дюйм и нанесены на график относительно среднего диаметра гранул.
Свойства различных порошков, используемых в примерах и показанных на фигурах, обобщены в таблице I. Измельченный оксид алюминия Catapal B относится к любому из двух размеров частиц, образованных из оксида алюминия.
Таблица I. Свойства порошков оксида алюминия, используемых в примерах
Порошок | Размер кристаллитов, плоскость 021, Å | Средний размер частицы порошка, мкм |
оксид алюминия Catapal® B | 47 | 40 |
измельченный оксид алюминия Catapal® B | 47 | 30 |
измельченный оксид алюминия Catapal® B | 47 | 10 |
оксид алюминия Catapal® С1 | 58 | 40 |
оксид алюминия Catapal® D | 77 | 40 |
измельченный оксид алюминия Catapal® D | 77 | 10 |
оксид алюминия Dispal® 15N4 | 186 | 40 |
оксид алюминия Catapal® 200 | 400 | 40 |
Пример 1
Использовали порошок оксида алюминия - оксид алюминия Catapal® B, с размером кристаллитов 47 Å в плоскости 021 и величиной D50 размера частицы 40 мкм. Оксид алюминия измельчали струйным измельчением до величины D50 среднего размера частицы 30 мкм. Муравьиная кислота, разбавленная до 4% или более низкой концентрации, и вода составляли жидкое связующее. Порошок оксида алюминия и жидкое связующее пропускали через стержневой смеситель и полученные гранулы далее просеивали по размеру и прокаливали при 1450°С в течение 10 ч для превращения их в агломераты/гранулы альфа-оксида алюминия.
Пример 2
Использовали такой же процесс, что и в примере 1, за исключением того, что размер частиц исходного порошка оксида алюминия Catapal® B измельчали в соответствии с настоящим изобретением, путем струйного измельчения порошка оксида алюминия до величины D50 среднего размера частицы 10 мкм.
Пример 3
Осуществляли тот же процесс, что и в примере 1, за исключением того, что использовали оксид алюминия Catapal® 200 с размером кристаллитов 400 Å. Поскольку Catapal® 200 имеет размер кристаллитов 400 Å, его не измельчали. В состав оксида алюминия Catapal® 200 входила муравьиная кислота, поскольку данная муравьиная кислота in situ была обеспечена как часть порошкового сырья. Жидким связующим являлась только вода. Величина D50 размера частицы порошка составляла 40 мкм.
Пример 4
Измельченный Catapal B смешивали в соотношении 25% с Catapal® 200. Измельченный Catapal B имел размер частицы 4 мкм. Гранулы обрабатывали без кислоты. Жидкое связующее представляло собой смесь воды и 1% муравьиной кислоты. На фиг.13 показана насыпная плотность и на фиг.12 показана прочность на раздавливание смешанного материала.
Сравнительный пример 1
Использовали порошок оксида алюминия - неизмельченный оксид алюминия Catapal® B, с размером кристаллитов 47 Å в плоскости 021 и величиной D50 размера частицы 40 мкм. Муравьиная кислота, разбавленная до 4% или более низкой концентрации, и вода составляли жидкое связующее. Порошок оксида алюминия и жидкое связующее пропускали через стержневой смеситель и полученные гранулы далее просеивали по размеру и прокаливали при 1450°С в течение 10 ч для превращения их в агломераты/гранулы альфа-оксида алюминия.
Сравнительный пример 2
Использовали такой же процесс, что и в сравнительном примере 1, за исключением того, что гранулы прокаливали при 1600°С в течение 10 ч.
Сравнительный пример 3
Использовали порошок оксида алюминия - неизмельченный оксид алюминия Catapal® B, с размером кристаллитов 47 Å в плоскости 021 и величиной D50 размера частицы 40 мкм. Жидким связующим была азотная кислота, разбавленная до 2,5% или более низкой концентрации, и вода. Порошок оксида алюминия и жидкое связующее пропускали через стержневой смеситель и полученные гранулы далее просеивали по размеру и прокаливали при 1600°С в течение 10 ч для превращения их в агломераты/гранулы альфа-оксида алюминия.
Сравнительный пример 4
Использовали такой же процесс, что и в примере 1, за исключением того, что исходным оксидом алюминия был неизмельченный оксид алюминия Dispal® 15N4 (186 Å). Этот продукт содержал азотную кислоту, включенную в оксид алюминия во время его получения. В этом примере в качестве жидкого связующего использовали только воду, поскольку кислота находилась в порошке оксида алюминия. Величина D50 размера частицы порошка составляла 40 мкм.
Сравнительный пример 5
Осуществляли тот же процесс, что и в примере 1, за исключением того, что оксид алюминия Catapal® D с размером кристаллитов 77 Å был заменен на оксид алюминия Catapal® B. Величина D50 размера частицы порошка составляла 40 мкм.
На фиг.3 показаны прочность на раздавливание гранул из некоторых примеров и сравнительных примеров. Гранулы из каждого сравнительного примера и примера просеивали до различных размеров и затем испытывали на прочность на раздавливание. Среднюю прочность отображали на графике в зависимости от среднего диаметра гранулы. Типичная монотонная кривая прочности на раздавливание (фунт/кв. дюйм), уменьшающаяся с увеличением диаметра гранулы, представлена для всех примеров данных. Для сравнения включены линии тренда для неизмельченных гранул оксида алюминия Catapal® B, прокаленных при 1450°C и 1600°C, с использованием муравьиной кислоты и азотной кислоты для сравнительных примеров 1 и 3, соответственно.
На фиг.3 хорошо видно, что прокаливание неизмельченного оксида алюминия Catapal® B при 1450°C (сравнительный пример 1) дает более низкую прочность, чем прокаливание неизмельченного Catapal® B при 1600°C (сравнительные примеры 2 и 3). Дальнейшее сравнение между сравнительным примером 2 и сравнительным примером 3 показывает, что муравьиная и азотная кислоты образуют гранулы одинаковой прочности при одинаковой температуре прокаливания.
Когда Catapal® B измельчали до величины D50 среднего размера частицы 30 мкм (пример 1), прочность увеличивалась по сравнению с неизмельченными порошковыми гранулами (сравнительный пример 1), как показано на фиг.3, хотя температура прокаливания была такой же. Измельчение порошка Catapal® B до величины D50 среднего размера частицы 10 мкм (пример 2) еще больше увеличивало прочность гранул, почти до таких же значений, что и у гранул, прокаленных при 1600°C. Прочность повышалась более чем в 2 раза для измельченного оксида алюминия по сравнению с неизмельченным оксидом алюминия при одинаковом связующем и условиях прокаливания.
Данные для сравнительного примера 4, использующего оксид алюминия Dispal® 15N4 и воду в качестве связующего, показали прочность, аналогичную неизмельченному оксиду алюминия Catapal B (сравнительный пример 1) при той же температуре прокаливания 1450°C. Это показывает, что увеличение размера кристаллитов исходного оксида алюминия (Dispal 15N4, 186 Å) по сравнению с Catapal® B (47 Å) не дает преимущества в прочности в данном случае.
Из фиг.3 видно, что формованные оксиды алюминия настоящего изобретения имеют высокую прочность даже при прокаливании при температуре 1450°С.
Для демонстрации преимуществ изобретения на фиг.4 показан размер частицы исходного порошка оксида алюминия (по оси х, в мкм), соответствующий средней прочности на раздавливание гранул (по оси y, в фунт/кв. дюйм). На фиг.4 показана средняя прочность на раздавливание для гранул с одинаковым средним диаметром, изображенная в зависимости от величины D50 среднего размера частицы исходного порошка оксида алюминия. Температура прокаливания была постоянной на уровне 1450°С при времени взаимодействия 10 ч для всех данных.
График четко показывает, что по мере уменьшения размера порошка прочность значительно увеличивается. Увеличение прочности не зависит от размера агломерированной гранулы, а скорее от величины D50 размера частицы или диаметра порошка оксида алюминия, поданного в стержневой смеситель. Прочность гранул всех размеров увеличивается пропорционально уменьшению диаметра подаваемого порошка.
На фиг.4 ясно показано, что измельчение исходного порошка оксида алюминия до величины D50 размера частиц 30 мкм и далее до 10 мкм увеличивает прочность на раздавливание гранул для всех образцов. Также на фиг.4 показаны данные для двух различных подаваемых порошков оксида алюминия. Порошок Catapal® B имеет размер кристаллитов 47 Å (плоскость 021), и порошок Catapal® D имеет размер кристаллитов 77 Å. Однако измельчение исходного порошка до меньшего начального размера оказывает аналогичное влияние на оба порошка.
На фиг.5 показано, что свободная насыпная плотность (далее LBD) гранул улучшается путем измельчения порошка оксида алюминия перед подачей в агломератор. Порошок оксида алюминия с меньшим размером частицы, используемый на стадии агломерации, образует гранулы, которые являются более плотными после прокаливания, чем порошок с более крупным начальным размером частицы. Это приводит к более высокой свободной насыпной плотности агломератов, когда порошок измельчают, чем при отсутствии измельчения.
При использовании порошка оксида алюминия с величиной D50 размера частицы 40 мкм были предприняты попытки для увеличения LBD за счет манипулирования рабочими переменными стержневого смесителя (отношение порошка к жидкости, скорость подачи и скорость вращения ротора), которые имели некоторый успех. В то же время, измельчение порошка дает немедленное увеличение LBD выше того уровня, который может быть достигнут с неизмельченными порошками. Эффект был аналогичным для порошков с различными размерами кристаллитов, как показано для порошка Catapal® B (47 Å) и порошка Catapal® D (77 Å).
Важное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что имеется увеличение LBD без необходимости введения затравки оксида алюминия мелкими частицами альфа-оксида алюминия для улучшения спекания и уплотнения. Введение затравки представляет собой дополнительную стадию, которую трудно осуществлять. Это требует интенсивного смешивания затравки и порошка для обеспечения однородного распределения затравочных частиц. Затравка должна быть получена правильного размера и количества для получения эффектов затравки, и затем должна смешиваться в объеме порошка. Введение затравки является хорошо известным способом, но трудным для эффективного осуществления.
Кроме того, за счет использования бемитового оксида алюминия с размером кристаллитов, существенно превышающим предложенные в первом варианте 35-190 Å, т.е. как во втором варианте, в диапазоне 300-500 Å, может быть достигнута очень высокая прочность на раздавливание без необходимости прокаливания гранул при чрезвычайно высоких температурах.
На фиг.6 показана прочность на раздавливание для гранул, полученных и сформованных в аналогичных условиях, но при использовании порошков бемита с другим размером кристаллитов в качестве сырья, в соответствии со сравнительным примером 1 и примером 3. При температуре прокаливания 1450°С гранулы, изготовленные из порошков с разными размерами кристаллитов, показывали одинаковую прочность на раздавливание. При небольшом повышении температуры очень крупный оксид алюминия Catapal® 200 (имеющий размер кристаллитов 400 Å) показал большое увеличение прочности на раздавливание по сравнению с оксидом алюминия Catapal® B (имеющим размер кристаллитов 47 Å). Использование бемита с более крупным размером кристаллитов, чем у оксида алюминия Catapal® B (47 Å), дает намного более высокую прочность при раздавливании при температурах, которые являются более экономичными и более легкими для достижения, чем при использовании бемита с малым размером кристаллитов.
На фиг.7 показаны дополнительные результаты комбинированного влияния температуры прокаливания, размера частиц порошка оксида алюминия и размера кристаллитов оксида алюминия на прочность гранул. Начиная с температуры 1250°С прочность гранулы монотонно возрастает при повышении температуры прокаливания до 1600°C. Неизмельченный оксид алюминия Catapal® B дает очень прочные гранулы при прокаливании при 1600°С. Гранулы с прочностью, эквивалентной неизмельченному оксиду алюминия Catapal® B, прокаленному при 1600°C, могут быть получены при температурах почти на 200°C ниже, чем при использовании данного бемита с малым размером кристаллитов.
Чтобы сделать способ изобретения более экономичным, можно использовать следующее: i) измельчение одного из оксидов алюминия с малыми размерами кристаллитов в диапазоне 35-190 Å до меньшей величины D50 размера частицы, или ii) использование оксида алюминия с крупным размером кристаллитов, такого как Catapal® 200, порошка оксида алюминия, имеющего размер кристаллитов 300-500 Å, или iii) сочетание i) и ii). Эти варианты дают гранулу оксида алюминия, имеющую удвоенную прочность по сравнению с гранулами, полученными из неизмельченного бемита с малым размером кристаллитов (имеющего размер кристаллитов в диапазоне 35-190 Å). Данная прочность может быть достигнута при использовании температуры 1450°C. Прочность может быть изменена до желаемого уровня путем изменения температуры прокаливания в диапазоне, который достижим в общедоступном промышленном оборудовании.
Как показано на фиг.7, гранулы с очень высокой прочностью на раздавливание получают из оксида алюминия Catapal® 200 при использовании температур прокаливания, превышающих 1525°C. Это является предпочтительным для производства гранул с прочностью, эквивалентной наиболее высокопрочным нефтепромысловым проппантам.
Возможность достижения высокой прочности за счет выбора различных комбинаций размера частиц порошка и конечной температуры прокаливания является предпочтительной для регулирования других свойств гранул, таких как свободная насыпная плотность, пористость или адсорбционная способность, диаметр пор и площадь поверхности. Примеры этого будут показаны на фиг.8 - фиг.10.
Поскольку прочность может сохраняться в широком диапазоне условий прокаливания, физические свойства гранул можно изменять по мере необходимости для каждого применения. Например, на фиг.8 площадь поверхности и пористость гранул, образованных из бемита с крупным размером кристаллитов (400 Å, Catapal® 200), и с меньшим размером кристаллитов, Catapal® D (77 Å), измельченного до величины D50 размера частицы 10 мкм, показаны в зависимости от температуры прокаливания. Широкий диапазон площади поверхности или объема пор может быть достигнут за счет изменения температуры прокаливания. В то время как прочность обычно увеличивается с увеличением температуры и, наоборот, снижается при более низкой температуре прокаливания, гранулы настоящего изобретения уже имеют высокую прочность при более низких температурах и, таким образом, другие характерные свойства могут быть изменены без ухудшения прочности гранул.
За счет измельчения оксида алюминия или выбора подходящего размера кристаллитов, или и того и другого, желаемые характерные свойства гранул можно регулировать, используя температуру прокаливания. Прочность гранул будет сохраняться во время этого процесса.
Для катализаторов и химических носителей это важно, поскольку пористость и адсорбционная способность могут быть достигнуты с помощью гранул, которые достаточно прочны для своего применения.
Свободная насыпная плотность (LBD) важна для заполнения тигля в производстве синтетического сапфира. Высокая насыпная плотность желательна для максимального увеличения массы заполнения отдельного тигля. Это максимально увеличивает продукцию из одного цикла тигля и снижает затраты.
На фиг.9 показана LBD гранул оксида алюминия, полученных с помощью изменения величины D50 размера частицы и размера кристаллитов подаваемого порошка оксида алюминия. Увеличение размера кристаллитов или измельчение до порошка с меньшей величиной D50 размера частицы дает гранулы, которые имеют более высокую LBD, чем у оксида алюминия с меньшим размером кристаллитов или неизмельченного порошка. Для неизмельченного порошка график показывает, что LBD увеличивается по мере увеличения размера кристаллитов для различных температур прокаливания. Когда порошки оксида алюминия измельчаются, также отмечаются более значительные увеличения LBD. LBD приближается к 2,0 г/мл при температуре 1450°С при использовании измельченного Catapal® B (с величиной D50 размера частицы до измельчения 40 мкм и после измельчения 10 мкм) или измельченных оксидов алюминия Catapal® D (с величиной D50 размера частицы до измельчения 40 мкм и после измельчения 10 мкм). Оксид алюминия с очень крупными размерами кристаллитов, Catapal® 200 (размер кристаллитов 400 Å) показывает высокую LBD без измельчения при прокаливании при 1550°C. Подходящий выбор размера кристаллитов, совмещенный при необходимости с измельчением порошка, может образовывать гранулы с высокой LBD, которые, соответственно, будут давать высокую массу заполнения.
На фиг.10 показано более резкое влияние уменьшения величины D50 размера частицы порошка при измельчении. Результаты LBD представлены на графике для оксидов алюминия с небольшим диапазоном размеров кристаллитов, от 47 Å до 77 Å. Увеличение размера кристаллитов оксида алюминия в данном диапазоне приводит к умеренному увеличению LBD. В то же время, измельчение порошка до формования гранул приводит к значительному улучшению LBD гранул, получаемых как на нижнем, так и на верхнем конце диапазона размеров кристаллитов. Catapal® B (47 Å) дает почти такую же LBD, что и Catapal D (77 Å), когда оба измельчены до величины D50 размера частицы 10 мкм. Все эти результаты были получены при одинаковой температуре прокаливания.
Сравнительный пример 6
Сравнение данных оксида алюминия с промышленными проппантами, используемыми для операций гидроразрыва в нефтяных скважинах, показано на фиг.11. Диапазон прочностей проппантов показан заштрихованной областью на графике и представляет диапазон значений прочности для гранул промышленного проппанта из спеченного боксита и диоксида кремния-оксида алюминия, как показано в работе Harris, J. T., Finite Element Modeling of Particle Failure in Stressed Particle Bes, M.S. Thesis, Engineering, Mechanics, Pennsylvania State University (2008), включенной в настоящее описание посредством ссылки для всех целей. Гранулы, полученные из оксида алюминия Catapal® B с величиной D50 размера частицы, равной среднему диаметру порошка 40 мкм, и прокаленные при 1450°C, имеют значительно более низкую среднюю прочность на раздавливание при любом диаметре, чем типичные виды проппантов. Это показано кривой в нижней части графика. Повышение температуры прокаливания до 1600°C дает прочность, которая находится в пределах диапазона промышленных проппантов, как показано верхней кривой на графике.
Когда тот же порошок измельчали до величины D50 размера частицы 10 мкм, прочность на раздавливание значительно улучшалась и становилась эквивалентной наиболее высокопрочным промышленным проппантам. При этом, для достижения данной прочности достаточно прокаливания до 1450°C. Аналогичный результат наблюдался при измельчении Catapal® D с более крупным размером кристаллитов. За счет изменения начального диаметра порошка бемита прочность, соответствующая различным видам проппанта, может быть получена при использовании одного единственного сырья. Это выгодно при изготовлении гранул химической доставки для нефтепромысловых применений. Прочность гранул химической доставки должна соответствовать прочности проппанта, используемого в скважинных операциях гидроразрыва, чтобы гранулы химической доставки не разрушались под действием напряжения гидроразрыва в скважине.
Также на фиг.11 показано влияние увеличения размера кристаллитов порошка бемита. Обычный оксид алюминия Catapal® B с размером кристаллитов 47 Å имеет значительно более низкую среднюю прочность на раздавливание при любом диаметре, чем типичные виды проппантов. Использование Catapal® 200 с размером кристаллитов 400 Å дает гранулы, которые превышают прочность обычного оксида алюминия Catapal® B и могут быть прокалены для достижения прочности, равной или большей, чем у наиболее прочных промышленных проппантов, показанных на графике. Для сравнения показан типичный высокопрочный промышленный проппант, Carboprop® 20/40. Гранулы, полученные из оксида алюминия Catapal® 200, имеют прочность, эквивалентную этому продукту.
При использовании способа настоящего изобретения можно использовать различное сырье, имеющее разные размеры кристаллитов и величину D50 размера частиц. Кроме того, за счет измельчения сырья или использования сырья с более крупными размерами кристаллитов, или и того и другого, способ предусматривает различные условия прокаливания, например условия прокаливания, которые остаются в пределах рентабельности для промышленного оборудования. Когда температура прокаливания увеличивается до значений, которые обычно используются для промышленных проппантов, прочность этих гранул превышает значения для большинства промышленных проппантов. Опять же, чрезвычайно важно отметить, что дополнительная стадия затравки и стадия сушки не требуются для способа данного изобретения, что также является техническим и коммерческим преимуществом. К преимуществам также относится и тот факт, что может применяться непрерывный способ, а также тот факт, что в определенных обстоятельствах может использоваться простая вода в качестве связующего.
Продукт оксида алюминия:
Чистота оксида алюминия является критически важной для производства сапфира. В таблице II приведены анализы примесей металлов для а) исходного порошка оксида алюминия, b) непрокаленных гранул, изготовленных с помощью струйного измельчения высокочистого бемита и формования в высокосдвиговом агломераторе, и c) гранул после прокаливания. Можно видеть, что в способе настоящего изобретения не происходит никакого или же имеется очень небольшое загрязнение продукта. Этот низкий уровень потенциального загрязнения делает способ формования гранул подходящим для получения высокой насыпной плотности заполнения тигля для процессов производства синтетического сапфира.
Единственная стадия формования не вносит металлических примесей в оксид алюминия. В сочетании с высокой насыпной плотностью, которую легко получить, продукт может использоваться для изготовления синтетического сапфира способами тигельной плавки.
Таблица II. Чистота гранул, образованных при высокосдвиговой агломерации
Описание | Ca | Cr | Cu | Fe | Ga | К | Mn | Na | Ni | Si | Ti | Zn | Zr | Общее содержание примесей |
Сверхвысокочистый оксид алюминия перед прохождением через стержневой смеситель | 2 | Н/О | Н/О | 0,7 | Н/О | Н/О | <0,2 | Н/О | Н/О | 1 | <0,2 | Н/О | Н/О | <4,1 |
Сверхвысокочистый оксид алюминия после прохождения через стержневой смеситель, но перед прокаливанием | <0,2 | Н/О | Н/О | 1,4 | Н/О | Н/О | <0,2 | 1 | Н/О | 1 | 0,4 | Н/О | Н/О | <4,2 |
Сверхвысокочистый оксид алюминия после прокаливания | 0,3 | Н/О | Н/О | 1 | Н/О | 2 | 0,4 | 1 | Н/О | 2 | <0,2 | Н/О | Н/О | <6,8 |
Н/О означает не обнаружено
Сверхвысокочистый оксид алюминия=например, Pural®
Пористость гранул можно регулировать с помощью регулирования параметров как на стадии подачи, так и на стадии обработки. Конечный объем пор регулируют путем выбора подачи в зависимости от размера частиц, условий агломерации и температуры прокаливания. Различные комбинации этого могут использоваться отдельно или совместно для достижения желаемой конечной пористости гранул.
Некоторые типичные свойства формованных гранул приведены в таблице III.
Таблица III. Свойства гранул, полученных из высокочистого оксида алюминия в стержневом смесителе
Температура прокаливания, °С | Площадь поверхности, м2/г | Объем пор, мл/г | Свободная насыпная плотность, г/мл |
1450 | 0,822 | 0,0035 | 1,41 |
1600 | 0,064 | 0,00026 | 2,15 |
Гранулы, описанные в данном изобретении, могут использоваться в качестве химических носителей для нефтепромыслового применения, носителей катализаторов, сырья для различных способов формирования кристаллов сапфира, которые требуют свободной сыпучести, не образующих пыли частиц или для заполнения тигля в производстве сапфира и потенциально в качестве проппантов для применений в нефтяных скважинах.
Claims (38)
1. Способ получения формованного оксида алюминия, включающий:
i) подачу порошка оксида алюминия в агломератор, причем агломератор содержит вал со смесителями, способными вытеснять порошок оксида алюминия вдоль длины вала, и при этом порошок оксида алюминия включает в первом варианте порошок оксида алюминия, имеющий размер кристаллитов от 35 до 190 ангстрем и величину D50 размера частицы не менее 40 мкм, который перед подачей такого порошка оксида алюминия в агломератор измельчают до получения порошка оксида алюминия, имеющего величину D50 среднего размера частиц менее 40 мкм, во втором варианте порошок оксида алюминия, имеющий размер кристаллитов от 300 до 500 ангстрем, или в третьем варианте комбинацию порошка оксида алюминия, имеющего размер кристаллитов от 35 до 190 ангстрем и величину D50 размера частицы не менее 40 мкм, который перед подачей такого порошка оксида алюминия в агломератор измельчают до получения порошка оксида алюминия, имеющего величину D50 среднего размера частиц менее 40 мкм, и порошка оксида алюминия, имеющего размер кристаллитов от 300 до 500 ангстрем,
ii) распыление жидкого связующего на порошок оксида алюминия при его вытеснении вдоль длины вала агломератора с образованием формованного оксида алюминия,
iii) прокаливание формованного оксида алюминия при температуре от 1250°С до 1700°С.
2. Способ по п.1, в котором порошок оксида алюминия содержит оксигидроксид алюминия (AlOOH), бемит или псевдобемит.
3. Способ по п.1, в котором порошок оксида алюминия, имеющий размер кристаллитов 35-190 ангстрем и величину D50 размера частицы не менее 40 мкм, измельчают до величины D50 среднего размера частицы 30 мкм.
4. Способ по п.1, в котором порошок оксида алюминия, имеющий размер кристаллитов 35-190 ангстрем и величину D50 размера частицы не менее 40 мкм, измельчают до величины D50 среднего размера частицы 10 мкм или менее.
5. Способ по любому из пп.1-4, где способ включает начальную стадию измельчения порошка оксида алюминия, имеющего размер кристаллитов 35-190 ангстрем и величину D50 размера частицы не менее 40 мкм, до величины D50 среднего размера частицы менее 40 мкм, для образования измельченного порошка оксида алюминия, и объединение измельченного порошка оксида алюминия с порошком оксида алюминия, имеющим размер кристаллитов 300-500 ангстрем, который не требует измельчения.
6. Способ по любому из пп.1-5, в котором порошок оксида алюминия содержит кислоту, включенную в порошок оксида алюминия в ходе процесса получения оксида алюминия.
7. Способ по п.6, в котором жидкое связующее включает воду.
8. Способ по любому из пп.1-5, в котором жидкое связующее содержит воду и кислоту.
9. Способ по любому из пп.1-8, в котором отношение порошка оксида алюминия к жидкому связующему составляет от 1,5:1 до 15:1 в расчете на массу.
10. Способ по любому из пп.1-9, в котором прокаливание осуществляют в течение периода времени от 1 ч до 40 ч.
11. Формованный оксид алюминия, полученный способом в соответствии с пп.1-10 и имеющий по меньшей мере одно из следующих свойств:
i) свободную насыпную плотность не менее 1,20 г/мл;
ii) площадь поверхности менее 10 м2/г;
iii) содержание примесей менее 5 ч./млн любого отдельного металла и менее 9 ч./млн в сумме; и
iv) прочность на раздавливание более 12000 фунт/кв. дюйм (82,7 МПа).
12. Формованный оксид алюминия по п.11, у которого свободная насыпная плотность составляет более 1,65 г/мл.
13. Формованный оксид алюминия по п.11 или 12, у которого площадь поверхности составляет менее 5 м2/г.
14. Формованный оксид алюминия по любому из пп.11-13, у которого содержание примесей составляет менее 3 ч./млн, предпочтительно менее 2,5 ч./млн любого отдельного металла и менее 7 ч./млн в сумме.
15. Формованный оксид алюминия, имеющий все следующие свойства:
i) свободную насыпную плотность не менее 1,20 г/мл;
ii) площадь поверхности менее 10 м2/г;
iii) содержание примесей менее 5 ч./млн любого отдельного металла и менее 9 ч./млн в сумме; и
iv) прочность на раздавливание более 12000 фунт/кв. дюйм (82,7 МПа).
16. Формованный оксид алюминия по п.15, у которого свободная насыпная плотность составляет более 1,650 г/мл.
17. Формованный оксид алюминия по п.15 или 16, у которого площадь поверхности составляет менее 5 м2/г.
18. Формованный оксид алюминия по любому из пп.15-17, у которого содержание примесей составляет менее 3 ч./млн, предпочтительно менее 2,5 ч./млн любого отдельного металла и менее 7 ч./млн в сумме.
19. Формованный оксид алюминия, имеющий:
i) свободную насыпную плотность не менее 1,20 г/мл;
ii) содержание примесей менее 5 ч./млн любого отдельного металла и менее 9 ч./млн в сумме; и
по меньшей мере одно из следующих свойств:
iii) площадь поверхности менее 10 м2/г; и
iv) прочность на раздавливание более 12000 фунт/кв. дюйм (82,7 МПа).
20. Формованный оксид алюминия по п.19, у которого свободная насыпная плотность составляет более 1,650 г/мл.
21. Формованный оксид алюминия по п.19 или 20, у которого площадь поверхности составляет менее 5 м2/г.
22. Формованный оксид алюминия по любому из пп.19-21, у которого содержание примесей составляет менее 3 ч./млн, предпочтительно менее 2,5 ч./млн любого отдельного металла и менее 7 ч./млн в сумме.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201662340048P | 2016-05-23 | 2016-05-23 | |
US62/340,048 | 2016-05-23 | ||
PCT/US2017/033831 WO2017205286A1 (en) | 2016-05-23 | 2017-05-22 | High strength shaped aluminas and a method of producing such high strength shaped aluminas |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018144008A RU2018144008A (ru) | 2020-06-25 |
RU2018144008A3 RU2018144008A3 (ru) | 2020-10-07 |
RU2759835C2 true RU2759835C2 (ru) | 2021-11-18 |
Family
ID=59054192
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018144008A RU2759835C2 (ru) | 2016-05-23 | 2017-05-22 | Высокопрочные формованные оксиды алюминия и способ получения таких высокопрочных формованных оксидов алюминия |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US11091396B2 (ru) |
EP (1) | EP3464215A1 (ru) |
JP (1) | JP7042754B2 (ru) |
KR (1) | KR102366730B1 (ru) |
CN (1) | CN109476550A (ru) |
CA (1) | CA3024172A1 (ru) |
RU (1) | RU2759835C2 (ru) |
WO (1) | WO2017205286A1 (ru) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2434789A1 (fr) * | 1978-06-12 | 1980-03-28 | Norton Co | Agent de soutenement pour terrains petroliferes |
SU1460899A1 (ru) * | 1987-07-10 | 2001-01-27 | Институт катализа СО АН СССР | Способ получения сферического оксида алюминия |
RU2167841C2 (ru) * | 1996-01-25 | 2001-05-27 | Корунд Лауфенбург ГмбХ | Сферические керамические элементы, полученные формованием, способ их изготовления |
US20050234137A1 (en) * | 2002-10-16 | 2005-10-20 | Conocophillips Company | Stabilized boehmite-derived catalyst supports, catalysts, methods of making and using |
RU2381253C1 (ru) * | 2006-09-01 | 2010-02-10 | Имерис | Стержневые расклинивающие агенты и добавки, препятствующие притоку в ствол скважины, способы их получения и способы использования |
WO2010126680A2 (en) * | 2009-04-29 | 2010-11-04 | Dow Technology Investments Llc | Porous body precursors, shaped porous bodies, processes for making them, and end-use products based upon the same |
US20140005449A1 (en) * | 2012-03-07 | 2014-01-02 | Basf Corporation | Selective Hydrogenation Catalyst and Methods of Making and Using Same |
RU2568486C2 (ru) * | 2014-01-09 | 2015-11-20 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Многослойный проппант и способ его получения |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4198318A (en) * | 1978-11-24 | 1980-04-15 | Conoco, Inc. | Production of high strength alumina spheres by hydrogelling corresponding slurries |
US4411771A (en) | 1980-12-24 | 1983-10-25 | American Cyanamid Company | Process for hydrotreating heavy hydrocarbons and catalyst used in said process |
CN1064333C (zh) | 1998-01-23 | 2001-04-11 | 任建军 | 一种高强度耐火球 |
US20050245394A1 (en) | 2004-03-12 | 2005-11-03 | Dahar Stephen L | Spray dried alumina for catalyst carrier |
US20070280877A1 (en) * | 2006-05-19 | 2007-12-06 | Sawyer Technical Materials Llc | Alpha alumina supports for ethylene oxide catalysts and method of preparing thereof |
JP5217322B2 (ja) | 2006-09-19 | 2013-06-19 | 住友化学株式会社 | αアルミナ粉末 |
US20110054196A1 (en) * | 2008-03-26 | 2011-03-03 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Catalyst for production of ethylene oxide, and method for production of ethylene oxide using the catalyst |
JP2010001198A (ja) | 2008-06-23 | 2010-01-07 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 球状αアルミナの製造方法 |
EP2358637A1 (en) * | 2008-12-17 | 2011-08-24 | Evonik Degussa GmbH | Process for preparing an aluminium oxide powder having a high alpha-al2o3 content |
FR2984303B1 (fr) | 2011-12-14 | 2014-05-09 | IFP Energies Nouvelles | Materiau a base d'alumine, a structure multiechelle, comprenant un liant phosphate d'aluminium ayant une bonne resistance mecanique et son procede de preparation |
FR2984180A1 (fr) * | 2011-12-20 | 2013-06-21 | IFP Energies Nouvelles | Procede de fabrication de particules spheroidales d'alumine |
MX2016002868A (es) * | 2013-09-06 | 2016-08-17 | Chevron Phillips Chemical Co Lp | Catalizador de hidrogenacion selectiva y metodos para hacer y usar el mismo. |
CN106164183B (zh) | 2014-01-21 | 2019-01-08 | 萨索尔功能化学品有限公司 | 氧化铝组合物和制备其的方法 |
JP2016037421A (ja) | 2014-08-08 | 2016-03-22 | 住友化学株式会社 | αアルミナ成形体およびその製造方法 |
-
2017
- 2017-05-20 US US16/099,397 patent/US11091396B2/en active Active
- 2017-05-22 KR KR1020187037534A patent/KR102366730B1/ko active IP Right Grant
- 2017-05-22 EP EP17729593.8A patent/EP3464215A1/en active Pending
- 2017-05-22 CA CA3024172A patent/CA3024172A1/en active Pending
- 2017-05-22 WO PCT/US2017/033831 patent/WO2017205286A1/en unknown
- 2017-05-22 RU RU2018144008A patent/RU2759835C2/ru active
- 2017-05-22 CN CN201780031401.5A patent/CN109476550A/zh active Pending
- 2017-05-22 JP JP2018561486A patent/JP7042754B2/ja active Active
-
2021
- 2021-07-02 US US17/366,277 patent/US11884594B2/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2434789A1 (fr) * | 1978-06-12 | 1980-03-28 | Norton Co | Agent de soutenement pour terrains petroliferes |
SU1460899A1 (ru) * | 1987-07-10 | 2001-01-27 | Институт катализа СО АН СССР | Способ получения сферического оксида алюминия |
RU2167841C2 (ru) * | 1996-01-25 | 2001-05-27 | Корунд Лауфенбург ГмбХ | Сферические керамические элементы, полученные формованием, способ их изготовления |
US20050234137A1 (en) * | 2002-10-16 | 2005-10-20 | Conocophillips Company | Stabilized boehmite-derived catalyst supports, catalysts, methods of making and using |
RU2381253C1 (ru) * | 2006-09-01 | 2010-02-10 | Имерис | Стержневые расклинивающие агенты и добавки, препятствующие притоку в ствол скважины, способы их получения и способы использования |
WO2010126680A2 (en) * | 2009-04-29 | 2010-11-04 | Dow Technology Investments Llc | Porous body precursors, shaped porous bodies, processes for making them, and end-use products based upon the same |
US20140005449A1 (en) * | 2012-03-07 | 2014-01-02 | Basf Corporation | Selective Hydrogenation Catalyst and Methods of Making and Using Same |
RU2568486C2 (ru) * | 2014-01-09 | 2015-11-20 | Открытое акционерное общество "Боровичский комбинат огнеупоров" | Многослойный проппант и способ его получения |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3464215A1 (en) | 2019-04-10 |
KR20190026685A (ko) | 2019-03-13 |
JP2019516662A (ja) | 2019-06-20 |
US20210403383A1 (en) | 2021-12-30 |
JP7042754B2 (ja) | 2022-03-28 |
RU2018144008A3 (ru) | 2020-10-07 |
KR102366730B1 (ko) | 2022-02-22 |
US20190210926A1 (en) | 2019-07-11 |
CA3024172A1 (en) | 2017-11-30 |
US11884594B2 (en) | 2024-01-30 |
RU2018144008A (ru) | 2020-06-25 |
US11091396B2 (en) | 2021-08-17 |
CN109476550A (zh) | 2019-03-15 |
WO2017205286A1 (en) | 2017-11-30 |
WO2017205286A9 (en) | 2018-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1904252B1 (de) | Herstellungsverfahren nanokristalliner sinterkörper auf basis von alpha-aluminiumoxid | |
JP3862385B2 (ja) | 酸化スズ含有酸化インジウム粉及び焼結体の製造方法 | |
JP6752724B2 (ja) | 球状多孔質ヒドロキシアパタイト吸着剤及びその方法 | |
EP0876309B1 (de) | Sphärische keramikformkörper, verfahren zu ihrer herstellung sowie deren verwendung | |
US20100167055A1 (en) | Alpha-alumina powder | |
DE10202127A1 (de) | Kugelförmige hochaktive Metall-Trägerkatalysatoren | |
US20180244576A1 (en) | Binder materials for use in preparation of ceramic particles | |
US3228891A (en) | Method for producing spherical bauxite adsorbent granules | |
RU2759835C2 (ru) | Высокопрочные формованные оксиды алюминия и способ получения таких высокопрочных формованных оксидов алюминия | |
KR101751329B1 (ko) | 세라믹 구형 비드의 제조방법 | |
JP2020037502A (ja) | アルミナ粒子の製造方法 | |
JP2602436B2 (ja) | 高分散性水酸化マグネシウムの製造方法 | |
CA2003526A1 (en) | Ceramic microspheres | |
US2603609A (en) | Binding bauxite fines into granules with colloidal silica | |
CN1084314C (zh) | 煅烧溶胶凝胶氧化铝颗粒的方法、由其制得的磨粒及其应用 | |
US11673836B2 (en) | Angular ceramic particles and methods of making and using same | |
DE19629690C2 (de) | Verfahren zur Herstellung gesinterter alpha-AL¶2¶0¶3¶-Körper sowie deren Verwendung | |
JP6144087B2 (ja) | 酸化ガリウム粉 | |
US20230150826A1 (en) | Clay nanoparticle preparation for industrial applications | |
KR100858867B1 (ko) | 응집된 무기물의 내마멸성 과립, 이 과립으로 이루어지는분말과 분말의 제조방법 | |
KR20190137081A (ko) | 마모 안정성 과립화 물질의 제조방법 |