RU2794972C1 - Magnesium aluminate and method for its production (embodiments) - Google Patents

Magnesium aluminate and method for its production (embodiments) Download PDF

Info

Publication number
RU2794972C1
RU2794972C1 RU2022121257A RU2022121257A RU2794972C1 RU 2794972 C1 RU2794972 C1 RU 2794972C1 RU 2022121257 A RU2022121257 A RU 2022121257A RU 2022121257 A RU2022121257 A RU 2022121257A RU 2794972 C1 RU2794972 C1 RU 2794972C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
granules
resulting
suspension
cta
magnesium
Prior art date
Application number
RU2022121257A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Любовь Александровна Исупова
Василий Владимирович Кругляков
Алексей Владимирович Жужгов
Анна Ильинична Детцель
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (Институт катализа СО РАН, ИК СО РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (Институт катализа СО РАН, ИК СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (Институт катализа СО РАН, ИК СО РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2794972C1 publication Critical patent/RU2794972C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemical; petrochemical industries.
SUBSTANCE: invention can be used in manufacturing of carriers for catalysts for oxidation processes, as well as hydrogenation/dehydrogenation. First, an aqueous suspension of powders of the product of centrifugal thermal activation of hydrargillite (CTA HG) and nitrate or magnesium oxide, taken in a stoichiometric ratio, is prepared. According to another embodiment, a surfactant is added to the suspension, which is polyvinyl alcohol, at a mass ratio of CTA HG:surfactant of at least 25:1. In both embodiments, the resulting suspension is subjected to hydrothermal treatment in a steam chamber at 150°C, producing a highly concentrated suspension moulded by extrusion, belonging to the 0 structural-mechanical type with a predominance of elastic deformations. Then extrusion moulding of the resulting highly concentrated suspension is carried out. The extrudates are dried at 120°C and calcined at a temperature not lower than 550°C, but less than 600°C.
EFFECT: invention enables a simple method for producing high-strength magnesium aluminate MgAl2O4 granules with a spinel structure, characterized by a specific surface area of at least 130 m2/g, a pore volume of at least 0.23 cm3/g and a mechanical strength of at least 2.8 MPa for granules with a size of at least 3 mm. Labour-intensive stages of sedimentation and washing are eliminated, the amount of reagents used is reduced, the formation of washing water is reduced or completely eliminated.
7 cl, 2 tbl, 9 ex

Description

Изобретение относится к носителям для катализаторов различных процессов, а именно к гранулированному алюминату магния - MgAl2O4 и способу его приготовления. Использование гранулированного MgAl2O4 в качестве носителя основано на его нейтральных кислотно-основных характеристиках и очень высокой термической стабильности, что может найти широкое применение в химической и нефтехимической промышленности, например, для получения катализаторов гидрирования/ дегидрирования, а также катализаторов окислительных процессов. The invention relates to carriers for catalysts of various processes, namely to granular magnesium aluminate - MgAl 2 O 4 and a method for its preparation. The use of granulated MgAl 2 O 4 as a carrier is based on its neutral acid-base characteristics and very high thermal stability, which can be widely used in the chemical and petrochemical industries, for example, for the production of hydrogenation/dehydrogenation catalysts, as well as catalysts for oxidation processes.

Имеется достаточно информации о применении алюмината магния в качестве носителя в различных каталитических процессах [Панкина Г.В., Чернавский П.А., Лунин В.В. Биметаллические катализаторы Co-Fe/носитель: динамика гидрирования CO // Журн. физ. химии. 2013. Т. 87. №10. С. 1647-1652.; Бельская О.Б., Степанова Л.Н., Гуляева Т.И., Голинский Д.В., Белый А.С., Лихолобов В.А. Исследование катализаторов Pt/MgAlOx в реакции дегидрирования н-декана // Кинетика и катализ. 2015. Т. 56. №5. С. 663-671], а также о способах получения алюмината магния в виде порошка.There is enough information on the use of magnesium aluminate as a carrier in various catalytic processes [Pankina G.V., Chernavsky P.A., Lunin V.V. Co-Fe/carrier bimetallic catalysts: dynamics of CO hydrogenation // Zh. physical chemistry. 2013. V. 87. No. 10. S. 1647-1652.; Belskaya O.B., Stepanova L.N., Gulyaeva T.I., Golinskiy D.V., Belyi A.S., Likholobov V.A. Investigation of Pt/MgAlO x catalysts in the reaction of n-decane dehydrogenation // Kinetics and Catalysis. 2015. V. 56. No. 5. S. 663-671], as well as methods for obtaining magnesium aluminate in the form of a powder.

Традиционный метод приготовления алюмомагниевых шпинелей, основанный на спекании механических смесей оксидов и/или гидроксидов соответствующих металлов при температурах 1100-1300°С и выше в окислительной либо инертной атмосфере [Иванова А.С., Скрипченко Е.В., Мороз Э.М., Литвак Г.С., Кустова Г.Н., Криворучко О.П. Исследование твердофазных превращений при термообработке индивидуальных и смешанных гидроксидов магния и алюминия // Изв. Сиб. Отд. АН СССР. 1989. Т. 6. №6. С. 116-122], не позволяет готовить высокодисперсные порошки и энергозатратен.The traditional method for the preparation of aluminum-magnesium spinels, based on the sintering of mechanical mixtures of oxides and/or hydroxides of the corresponding metals at temperatures of 1100-1300°C and above in an oxidizing or inert atmosphere [Ivanova A.S., Skripchenko E.V., Moroz E.M. , Litvak G.S., Kustova G.N., Krivoruchko O.P. Investigation of solid-phase transformations during heat treatment of individual and mixed magnesium and aluminum hydroxides. Izv. Sib. Dep. Academy of Sciences of the USSR. 1989. V. 6. No. 6. S. 116-122], does not allow to prepare fine powders and is energy-intensive.

Распространенным способом приготовления дисперсных алюминатов магния является метод совместного осаждения («золь-гель» технология) гидроксокомплексов Al3+ и Mg2+ из смешанных водных растворов солей различной природы [Evans D.G., Slade R.C.T. Structural aspects of layered double hydroxides // Struct. Bond. 2006. V. 119. P. 1-87; Li F., Duan X. Applications of layered double hydroxides // Struct. Bond. 2006. V. 119. P. 193-223; Thesis F.L., Ayoko G.A., Frost R.L. Synthesis of layered double hydroxides containing Mg2+, Zn2+, Ca2+ and Al3+ layer cations by co-precipitation methods - A review // Appl. Surf. Sci. 2018. V. 134. P. 1481-1492; Othman M.R., Helwani Z., Martunus, Fernando W.J.N. Synthetic hydrotalcites from different routes and their application as catalysts and gas adsorbents: a review // App. Organometal. Chem. 2009. V. 23. P. 335-346]. Образующиеся в результате со-осаждения осадки в виде гелей декантируют, фильтруют, промывают от примесей анионов, сушат в диапазоне температур 80-110°C и прокаливают при температурах 500-600°C и выше, в результате чего формируются алюминаты со структурой шпинели. Метод осаждения характеризуется многостадийностью и использованием большого количества растворов солей, кислот или щелочей. Со-осажденные гели содержат в высоких концентрациях примеси анионов (нитратов, сульфатов, хлоридов, карбонатов и т.д.), которые могут быть удалены только с использованием большого объема промывных вод. То есть основными недостатками способа со-осаждения для получения дисперсных сложных оксидов являются большие затраты реагентов и стоки, которые необходимо утилизировать.A common method for preparing dispersed magnesium aluminates is the method of co-precipitation (“sol-gel” technology) of Al 3+ and Mg 2+ hydroxocomplexes from mixed aqueous solutions of salts of various nature [Evans DG, Slade RCT Structural aspects of layered double hydroxides // Struct. Bond. 2006. V. 119. P. 1-87; Li F., Duan X. Applications of layered double hydroxides // Struct. Bond. 2006. V. 119. P. 193-223 ; Thesis FL, Ayoko GA, Frost RL Synthesis of layered double hydroxides containing Mg 2+ , Zn 2+ , Ca 2+ and Al 3+ layer cations by co-precipitation methods - A review // Appl. Surf. sci. 2018. V. 134. P. 1481-1492; Othman MR, Helwani Z., Martunus, Fernando WJN Synthetic hydrotalcites from different routes and their application as catalysts and gas adsorbents: a review // App. Organometal. Chem. 2009. V. 23. P. 335-346]. Precipitates in the form of gels formed as a result of co-precipitation are decanted, filtered, washed to remove anion impurities, dried in the temperature range of 80-110°C and calcined at temperatures of 500-600°C and higher, resulting in the formation of aluminates with a spinel structure. The precipitation method is characterized by multi-stage and the use of a large number of solutions of salts, acids or alkalis. Co-precipitated gels contain high concentrations of anion impurities (nitrates, sulfates, chlorides, carbonates, etc.), which can only be removed using a large volume of washing water. That is, the main disadvantages of the co-precipitation method for obtaining dispersed complex oxides are the high costs of reagents and wastewater that must be disposed of.

Известны также способы приготовления алюмомагниевой шпинели, основанные, на взаимодействии мехактивированного гиббсита и оксидов двухвалентных металлов [Криворучко О.П., Буянов Р.А., Парамзин С.М., Золотовский Б.П. Взаимодействие механохимически активированных гидроксидов Al3+ с кристаллическими оксидами двухвалентного металла // Кинетика и катализ. 1988. Т. 29. № 1. С. 252-253]. Опубликованы результаты получения алюминатов щелочноземельных металлов с использованием гидротермальной обработки [Жужгов А.В., Кругляков В.Ю., Супрун Е.А., Проценко Р.С., Исупова Л.А. Синтез высокодисперсных алюмомагниевых оксидов на основе продукта центробежной термической активации гиббсита // Журнал прикладной химии. 2021. Т. 94. №2. С. 163-173; Патент РФ № 2735668 C1, C01F 7/16, 05.11.2020]. В приведенных выше статье и патенте РФ № 2735668 авторы описывают способ приготовления алюмината магния, наиболее близкий к предлагаемому техническому решению, но MgAl2O4 получен в виде порошка, в то время как в промышленности используются гранулированные носители и катализаторы.There are also known methods for the preparation of aluminum-magnesium spinel, based on the interaction of mechanically activated gibbsite and oxides of divalent metals [Krivoruchko O.P., Buyanov R.A., Paramzin S.M., Zolotovsky B.P. Interaction of mechanochemically activated Al 3+ hydroxides with crystalline divalent metal oxides // Kinetics and Catalysis. 1988. V. 29. No. 1. S. 252-253]. The results of obtaining aluminates of alkaline earth metals using hydrothermal treatment have been published [Zhuzhgov A.V., Kruglyakov V.Yu., Suprun E.A., Protsenko R.S., Isupova L.A. Synthesis of highly dispersed aluminum-magnesium oxides based on the product of centrifugal thermal activation of gibbsite // Journal of Applied Chemistry. 2021. V. 94. No. 2. pp. 163-173; RF patent No. 2735668 C1, C01F 7/16, 05.11.2020]. In the above article and RF patent No. 2735668, the authors describe a method for preparing magnesium aluminate, which is closest to the proposed technical solution, but MgAl 2 O 4 is obtained in the form of a powder, while granular carriers and catalysts are used in industry.

Данные о приготовлении (любым методом формования) и свойствах гранул MgAl2O4 в литературе практически отсутствуют. Например, в работе [С. А. Боканегра, А. Гуэрто-Руиз, О. А. Селза, С. Р. де Мигуэль. Шпинель MgAl2O4, приготовленная методом механохимического синтеза, как носитель полиметаллических катализаторов дегидрирования парафинов // Катализ в пром-ти. 2012. № 5. С. 63-74] приводится описание приготовления порошка MgAl2O4 механохимическим методом. Порошки MgO и γ-Al2O3 (99,9 %) тщательно смешивают в молярном соотношении 1:1, а затем измельчают в очень мелкий порошок (диаметр частиц < 105 мкм) с помощью ступки. После измельчения к порошку добавляют дистиллированную воду до содержания 45 мас. %. Полученный влажный порошок или пасту вновь измельчают в шаровой мельнице в течение 24 ч при комнатной температуре, затем сушат при 100°C в течение 12 ч и прокаливают при 900°C в течение 12 ч в атмосфере воздуха. Полученное твердое вещество, шпинель MgAl2O4, далее измельчают до размеров частиц от 177 до 500 мкм.Data on the preparation (by any molding method) and properties of MgAl 2 O 4 granules are practically absent in the literature. For example, in [S. A. Bocanegra, A. Guerto-Ruiz, O. A. Selza, S. R. de Miguel. Spinel MgAl 2 O 4 prepared by mechanochemical synthesis as a carrier of polymetallic catalysts for paraffin dehydrogenation // Catalysis in the industry. 2012. No. 5. S. 63-74] describes the preparation of MgAl 2 O 4 powder by the mechanochemical method. MgO and γ-Al 2 O 3 powders (99.9%) are thoroughly mixed in a 1:1 molar ratio and then ground to a very fine powder (particle diameter < 105 µm) with a mortar. After grinding, distilled water is added to the powder to a content of 45 wt. %. The resulting wet powder or paste is ground again in a ball mill for 24 hours at room temperature, then dried at 100°C for 12 hours and calcined at 900°C for 12 hours in air. The resulting solid, MgAl 2 O 4 spinel, is further ground to particle sizes of 177 to 500 µm.

Известны также способы приготовления алюмомагниевой шпинели, основанные, на взаимодействии мехактивированного гиббсита и оксидов двухвалентных металлов [Криворучко О.П., Буянов Р.А., Парамзин С.М., Золотовский Б.П. Взаимодействие механохимически активированных гидроксидов Al3+ с кристаллическими оксидами двухвалентного металла // Кинетика и катализ. 1988. Т. 29. № 1. С. 252-253]. Опубликованы результаты получения алюминатов щелочноземельных металлов с использованием гидротермальной обработки [Жужгов А.В., Кругляков В.Ю., Супрун Е.А., Проценко Р.С., Исупова Л.А. Синтез высокодисперсных алюмомагниевых оксидов на основе продукта центробежной термической активации гиббсита // Журнал прикладной химии. 2021. Т. 94. № 2. С. 163-173; Патент РФ № 2735668 C1, C01F 7/16, 05.11.2020]. В приведенных выше ссылках авторы описывают приготовление алюмината магния в виде порошка, в то время как в промышленности используются гранулированные носители и катализаторы.There are also known methods for the preparation of aluminum-magnesium spinel, based on the interaction of mechanically activated gibbsite and oxides of divalent metals [Krivoruchko O.P., Buyanov R.A., Paramzin S.M., Zolotovsky B.P. Interaction of mechanochemically activated Al 3+ hydroxides with crystalline divalent metal oxides // Kinetics and Catalysis. 1988. V. 29. No. 1. S. 252-253]. The results of obtaining aluminates of alkaline earth metals using hydrothermal treatment have been published [Zhuzhgov A.V., Kruglyakov V.Yu., Suprun E.A., Protsenko R.S., Isupova L.A. Synthesis of highly dispersed aluminum-magnesium oxides based on the product of centrifugal thermal activation of gibbsite // Journal of Applied Chemistry. 2021. V. 94. No. 2. S. 163-173; RF patent No. 2735668 C1, C01F 7/16, 05.11.2020]. In the above references, the authors describe the preparation of magnesium aluminate in the form of a powder, while granular carriers and catalysts are used in industry.

Данные о приготовлении (любым методом формования) и свойствах гранул MgAl2O4 в литературе практически отсутствуют. Например, в работе [С. А. Боканегра, А. Гуэрто-Руиз, О. А. Селза, С. Р. де Мигуэль. Шпинель MgAl2O4, приготовленная методом механохимического синтеза, как носитель полиметаллических катализаторов дегидрирования парафинов // Катализ в промышленности. 2012. № 5. С. 63-74] приводится описание приготовления порошка MgAl2O4 механохимическим методом. Порошки MgO и γ-Al2O3 (99,9 %) тщательно смешивают в молярном соотношении 1:1, а затем измельчают в очень мелкий порошок (диаметр частиц < 105 мкм) с помощью ступки. После измельчения к порошку добавляют дистиллированную воду до содержания 45 мас. %. Полученный влажный порошок или пасту вновь измельчают в шаровой мельнице в течение 24 ч при комнатной температуре, затем сушат при 100°C в течение 12 ч и прокаливают при 900 °C в течение 12 ч в атмосфере воздуха. Полученное твердое вещество, шпинель MgAl2O4, далее измельчают до размеров частиц от 177 до 500 мкм.Data on the preparation (by any molding method) and properties of MgAl 2 O 4 granules are practically absent in the literature. For example, in [S. A. Bocanegra, A. Guerto-Ruiz, O. A. Selza, S. R. de Miguel. Spinel MgAl 2 O 4 prepared by mechanochemical synthesis as a carrier of polymetallic catalysts for paraffin dehydrogenation // Catalysis in industry. 2012. No. 5. S. 63-74] describes the preparation of MgAl 2 O 4 powder by the mechanochemical method. MgO and γ-Al 2 O 3 powders (99.9%) are thoroughly mixed in a 1:1 molar ratio and then ground to a very fine powder (particle diameter < 105 µm) with a mortar. After grinding, distilled water is added to the powder to a content of 45 wt. %. The resulting wet powder or paste is ground again in a ball mill for 24 h at room temperature, then dried at 100°C for 12 h and calcined at 900°C for 12 h in air. The resulting solid, MgAl 2 O4 spinel, is further ground to a particle size of 177 to 500 µm.

Метод экструзионного формования является наиболее распространенным и удобным методом получения формованных гранул различного типоразмера, в том числе гранул сложной формы (колец, колец с перегородками, многодырчатых гранул), а также блоков сотовой структуры. Метод заключается в приготовлении высоко-концентрированной суспензии (пасты) с необходимыми структурно-механическими характеристиками, которую продавливают через фильеры различной формы и размера с последующими стадиями термообработки. Однако, информации об экструзионном формовании алюминатов очень мало, и она не содержит количественных оценок формовочной массы и свойств полученных гранул.The extrusion molding method is the most common and convenient method for producing molded granules of various sizes, including granules of complex shape (rings, rings with partitions, multi-hole granules), as well as blocks of a honeycomb structure. The method consists in preparing a highly concentrated suspension (paste) with the necessary structural and mechanical characteristics, which is forced through dies of various shapes and sizes, followed by heat treatment. However, there is very little information on the extrusion molding of aluminates, and it does not contain quantitative estimates of the molding mass and the properties of the obtained granules.

Например, в работе [T. Nagaoka, R.Sato,Y.Hotta, K.Watari Extrusion behavior of mono-calcium aluminate (CaAl2O4) paste // J. Ceram. Soc. Japan. 2008. V. 116 P. 239-241] описывают экструзионное формование алюмината кальция CaAl2O4, при котором получают готовый продукт в виде гранул. Исходный алюминат кальция готовят керамическим методом путем спекания механической смеси карбоната кальция и оксида алюминия при 1300°С. Полученный порошок CaAl2O4 измельчают в планетарной мельнице, затем готовят пасту из порошка и дистиллированной воды при соотношении 1:1.4, которую помещают в пластиковые мешки и выдерживают при 25°С и влажности 90% от 1 до 7 дней. По результатам экструзионного формования на плунжерном (поршневом) грануляторе имеют прямую корреляционную зависимость качества экструдата от времени выдержки пасты: чем больше время выдержки пасты, тем лучше качественные результаты формовки. Хотя количественные характеристики полученных гранул авторы не приводят, можно утверждать, что гранулы будут иметь низкую удельную поверхность (поскольку исходный порошок CaAl2O4 получен керамическим методом при высокой температуре прокаливания). Поэтому приготовить описанным способом гранулы с высокой удельной поверхностью не представляется возможным.For example, in [T. Nagaoka, R.Sato, Y.Hotta, K.Watari Extrusion behavior of mono-calcium aluminate (CaAl 2 O 4 ) paste // J. Ceram. soc. Japan. 2008. V. 116 P. 239-241] describe the extrusion molding of calcium aluminate CaAl 2 O 4 , in which the finished product is obtained in the form of granules. The initial calcium aluminate is prepared by the ceramic method by sintering a mechanical mixture of calcium carbonate and aluminum oxide at 1300°C. The resulting CaAl 2 O 4 powder is ground in a planetary mill, then a paste is prepared from the powder and distilled water at a ratio of 1:1.4, which is placed in plastic bags and kept at 25°C and 90% humidity for 1 to 7 days. According to the results of extrusion molding on a plunger (piston) granulator, there is a direct correlation between the quality of the extrudate and the holding time of the paste: the longer the holding time of the paste, the better the quality results of molding. Although the authors do not give quantitative characteristics of the obtained granules, it can be argued that the granules will have a low specific surface area (since the initial CaAl 2 O 4 powder was obtained by the ceramic method at a high calcination temperature). Therefore, it is not possible to prepare granules with a high specific surface by the described method.

Изобретение решает задачу получения эффективного носителя на основе алюмината магния.The invention solves the problem of obtaining an effective carrier based on magnesium aluminate.

Технический результат - прочные гранулы алюмината магния со структурой шпинели с высокой удельной поверхностью не ниже 130 м2/г и объемом пор не ниже 0,23 см3/г, обладающие механической прочностью не менее 2,8 МПа.EFFECT: strong granules of magnesium aluminate with a spinel structure with a high specific surface area of at least 130 m 2 /g and a pore volume of at least 0.23 cm 3 /g, having a mechanical strength of at least 2.8 MPa.

Задача решается двумя возможными вариантами приготовления алюмината магния MgAl2O4 со структурой шпинели в форме гранул.The problem is solved by two possible options for the preparation of magnesium aluminate MgAl 2 O 4 with a spinel structure in the form of granules.

В первом варианте алюминат магния MgAl2O4 со структурой шпинели в форме гранул получают способом, включающим гидротермальную обработку водной суспензии порошков продукта центробежно-термической активации гидраргиллита ЦТА ГГ и нитрата магния или оксида магния, взятых в стехиометрическом соотношении, экструзионное формование полученной высококонцентрированной суспензии с последующими стадиями сушки и прокаливания, в результате чего получают алюминат магния MgAl2O4 со структурой шпинели в виде гранул, характеризующихся величиной удельной поверхности не ниже 130 м2/г, объёмом пор не ниже 0,23 см3/г и механической прочностью не менее 2,8 МПа для гранул размером не менее 3 мм.In the first variant, magnesium aluminate MgAl 2 O 4 with a spinel structure in the form of granules is obtained by a method including hydrothermal treatment of an aqueous suspension of powders of the product of centrifugal thermal activation of hydrargillite CTA GG and magnesium nitrate or magnesium oxide, taken in a stoichiometric ratio, extrusion molding of the resulting highly concentrated suspension with subsequent stages of drying and calcination, resulting in magnesium aluminate MgAl 2 O 4 with a spinel structure in the form of granules, characterized by a specific surface area of at least 130 m 2 /g, a pore volume of at least 0.23 cm 3 /g and a mechanical strength of not less than 2.8 MPa for granules with a size of at least 3 mm.

В втором варианте алюминат магния MgAl2O4 со структурой шпинели в форме гранул получают способом, включающим гидротермальную обработку водной суспензии порошков продукта центробежно-термической активации гидраргиллита ЦТА ГГ и нитрата магния или оксида магния, взятых в стехиометрическом соотношении, с добавкой поверхностно-активного вещества (ПАВ), причем соотношение ЦТА ГГ : ПАВ составляет не менее 25:1, далее проводят экструзионное формование полученной высоко-концентрированной суспензии, с последующими стадиями сушки и прокаливания, в результате чего получают алюминат магния MgAl2O4 со структурой шпинели в форме гранул, характеризующийся величиной удельной поверхности не ниже 130 м2/г, объемом пор не ниже 0,23 см3/г и механической прочностью не менее 2,8 МПа для гранул размером не менее 3 мм. При этом, добавлением поверхностно-активного вещества на стадии гидротермальной обработки, например, поливинилового спирта (ПВС), можно регулировать текстурные характеристики гранул.In the second variant, magnesium aluminate MgAl2O4 with spinel structure in the form of granules is obtained by a method including hydrothermal treatment of an aqueous suspension of powders of the product of centrifugal-thermal activation of hydrargillite CTA GG and magnesium nitrate or magnesium oxide, taken in a stoichiometric ratio, with the addition of a surfactant, and the ratio of CTA GG : surfactant is not less than 25:1, then extrusion molding of the resulting highly concentrated suspension is carried out, followed by drying and calcination stages, resulting in magnesium aluminate MgAl2O4with a spinel structure in the form of granules, characterized by a specific surface area of at least 130 m2/g, pore volume not less than 0.23 cm33/g and mechanical strength of at least 2.8 MPa for granules with a size of at least 3 mm. At the same time, by adding a surfactant at the stage of hydrothermal treatment, for example, polyvinyl alcohol (PVA), it is possible to control the texture characteristics of the granules.

В обоих вариантах гидротермальную обработку водных суспензий проводят в автоклаве при температуре 150°С, получая формуемую экструзией высококонцентрированную суспензию, относящуюся к 0 структурно-механическому типу с преобладанием упругих деформаций, и полученные экструзией гранулы (экструдаты) сушат при 120°С и затем прокаливают при температуре не ниже 550°С.In both cases, hydrothermal treatment of aqueous suspensions is carried out in an autoclave at a temperature of 150°C, obtaining a highly concentrated suspension molded by extrusion, belonging to the 0 structural-mechanical type with a predominance of elastic deformations, and the granules (extrudates) obtained by extrusion are dried at 120°C and then calcined at temperature not lower than 550°C.

При температуре менее 550°С 100%-ный алюминат магния не образуется, а также снижается прочность гранул; при температурах выше 550°С уменьшается удельная поверхность гранул и повышается прочность. При оптимальной температуре 550°С обеспечивается получение алюмината с высокой удельной поверхностью и достаточной прочностью гранул. Отличительной особенностью данного способа является то, что для приготовления формовочной массы дополнительно не используют пластификаторы и электролиты, добавляемые при приготовлении формовочной массы в смесительных аппаратах, т.е. стадия пластификации отсутствует.At temperatures below 550°C, 100% magnesium aluminate is not formed, and the strength of the granules also decreases; at temperatures above 550°C, the specific surface area of the granules decreases and strength increases. At the optimum temperature of 550°C, aluminate is obtained with a high specific surface area and sufficient strength of the granules. A distinctive feature of this method is that for the preparation of the molding mass, plasticizers and electrolytes are not additionally used, which are added during the preparation of the molding mass in mixing devices, i.e. there is no plasticization stage.

Пластическую прочность полученной формовочной массы (пасты) Pm определяют на коническом пластометре конструкции Ребиндера и рассчитывают по формуле Pm=KαF/h2, где F - внешняя нагрузка, h - глубина погружения конуса, Kα - безразмерный коэффициент, зависящий от угла при вершине конуса α.The plastic strength of the resulting molding mass (paste) Pm is determined on a Rebinder design conical plastometer and calculated by the formula P m =K α F/h 2 , where F is an external load, h is the cone immersion depth, K α is a dimensionless coefficient depending on the angle at the apex of the cone α.

Константы упруго-вязко-пластичных свойств формовочной пасты определяют на приборе конструкции Толстого по методике, предложенной в работах [Ничипоренко С.П. Физико-химическая механика дисперсных структур в технологии строительной керамики. Киев: Наукова думка, 1968. 76 с; Круглицкий Н.Н. Основы физико-химической механики: Ч.1. Киев: Вища школа, 1975. 268 с]. Для расчета параметров массы используют модель Максвелла-Шведова и Кельвина (МШК) [Круглицкий Н.Н. Основы физико-химической механики: Ч.1. Киев: Вища школа, 1975. 268 с.]:The constants of the elastic-viscous-plastic properties of the molding paste are determined on the Tolstoy design device according to the method proposed in the works [Nichiporenko S.P. Physical and chemical mechanics of dispersed structures in the technology of building ceramics. Kyiv: Naukova Dumka, 1968. 76 p.; Kruglitsky N.N. Fundamentals of physical and chemical mechanics: Part 1. Kyiv: Vishcha shkola, 1975. 268 s]. To calculate the mass parameters, the Maxwell-Shvedov and Kelvin model (MSK) is used [Kruglitsky N.N. Fundamentals of physical and chemical mechanics: Part 1. Kyiv: Vishcha school, 1975. 268 p.]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
- относительная суммарная деформация; E1, E2 - соответственно модули быстрой и медленной эластических деформаций; P - внешняя нагрузка; P1 - условный статический предел текучести; η1 - наибольшая пластическая вязкость; η2 - вязкость упругого последействия; τ - время действия нагрузки.Where
Figure 00000002
- relative total deformation; E 1 , E 2 - respectively, the modules of fast and slow elastic deformations; P - external load; P 1 - conditional static yield strength; η 1 - the highest plastic viscosity; η 2 - the viscosity of the elastic aftereffect; τ is the time of the load.

Текстурные характеристики полученных гранулированных образцов MgAl2O4 определяют методом низкотемпературной десорбции азота на приборе ASAP 2400 (США). Перед анализом образцы продувают в токе N2 при температуре 200°C в течение 2 ч и затем охлаждают. Методики измерения и расчета текстурных параметров соответствуют стандартам ASTM D3663, ASTM D4820, ASTM D1993, UOP425-86. Величину удельной площади поверхности рассчитывают из количества адсорбированного азота при значениях относительного давления 0,05÷0,30. Объем пор определяют из количества адсорбированного азота при относительном давлении, близком к 1 (фактически при P/P0 =0,995) в приближении, что все доступные поры заполнены конденсированным азотом в жидком состоянии.The textural characteristics of the obtained granular samples of MgAl 2 O 4 are determined by the method of low-temperature desorption of nitrogen on an ASAP 2400 instrument (USA). Before analysis, the samples are purged in a stream of N 2 at a temperature of 200°C for 2 h and then cooled. Methods for measuring and calculating texture parameters comply with ASTM D3663, ASTM D4820, ASTM D1993, UOP425-86 standards. The value of the specific surface area is calculated from the amount of adsorbed nitrogen at relative pressure values of 0.05÷0.30. The pore volume is determined from the amount of adsorbed nitrogen at a relative pressure close to 1 (actually at P/P 0 =0.995) in the approximation that all available pores are filled with liquid condensed nitrogen.

Механическую прочность гранул определяют, измеряя силу, при действии которой в результате соосного сжатия между двумя параллельными плоскостями происходит полное разрушение гранулы. При этом прочность характеризуют средним значением механической прочности, вычисленной из значений прочности 30 гранул по формуле (2):The mechanical strength of the granules is determined by measuring the force under which, as a result of coaxial compression between two parallel planes, the granule is completely destroyed. In this case, the strength is characterized by the average value of the mechanical strength calculated from the strength values of 30 granules according to the formula (2):

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где Р - разрушающее усилие, Н; n - число испытанных гранул; 100 - коэффициент пересчета из Н/см2 в МПа; F - площадь поперечного сечения гранул.where P is the breaking force, N; n is the number of tested granules; 100 - conversion factor from N/cm2 to MPa; F is the cross-sectional area of the granules.

Определены упруго-вязко-пластичные константы формовочной массы, ее пластическая прочность и структурно-механический тип (относящийся к 0 структурно-механическому типу c преобладанием упругих деформаций); текстурные свойства и механическая прочность готовых гранул (после термообработки). Свойства паст для экструзионного формования представлены в таблице 1, где приведены характеристики: Pm - значение пластической прочности, кПа; Pk - значение предельного напряжения сдвига, кПа; Е- равновесный модуль, Па; ή1 - значение наибольшей пластической вязкости, Па с; E1 - модуль упругости, Па; E2 - модуль эластичности, Па; Пс - значение пластичности, c-1; λ - значение эластичности; Θ - период релаксации, с;

Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
- приведенные деформации, доли упругих, эластических и пластических деформаций; СМТ - структурно-механический тип. Свойства полученных гранул MgAl2O4 приведены в таблице 2.The elastic-viscous-plastic constants of the molding mass, its plastic strength and structural-mechanical type (related to the 0 structural-mechanical type with a predominance of elastic deformations) were determined; textural properties and mechanical strength of finished granules (after heat treatment). The properties of extrusion molding pastes are presented in Table 1, where the characteristics are given: Pm - value of plastic strength, kPa; Pk- value of the limiting shear stress, kPa; E - equilibrium modulus, Pa; ή1 - value of the highest plastic viscosity, Pa s; E1 - elastic modulus, Pa; E2 - modulus of elasticity, Pa; Ps - value of plasticity, s-1; λ is the value of elasticity; Θ - relaxation period, s;
Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
- reduced deformations, shares of elastic, elastic and plastic deformations; SMT - structural-mechanical type. Properties of obtained MgAl granules2O4given in table 2.

Фазовый состав образцов MgAl2O4 после термообработки подтверждается данными рентгенофазового анализа (РФА). Измерения выполнены с помощью дифрактометра D-500 (фирмы «Siemens») с использованием CuKα излучения и графитового монохроматора на отраженном пучке. Съемку образцов осуществляют методом сканирования в области значений углов 2θ=10-70º с шагом 0.05° и временем накопления 3 с. Идентификацию фаз осуществляют путем сравнения экспериментальных дифрактограмм с дифрактограммами, собранными в базах данных ICDD и PDF 2.The phase composition of MgAl 2 O 4 samples after heat treatment is confirmed by X-ray phase analysis (XPA). The measurements were carried out using a D-500 diffractometer (Siemens) using CuKα radiation and a reflected beam graphite monochromator. The samples are taken by scanning in the range of angles 2θ=10-70º with a step of 0.05° and an accumulation time of 3 s. Phase identification is carried out by comparing the experimental diffraction patterns with the diffraction patterns collected in the ICDD and PDF 2 databases.

Сущность заявленного способа иллюстрируется примерами 1-9.The essence of the claimed method is illustrated by examples 1-9.

Исходным сырьем для приготовления MgAl2O4 является продукт центробежно-термической активации гидраргиллита (ЦТА ГГ) марки ИК-02-76 (ТУ 2175-040-03533913-2007). ЦТА ГГ получают в центробежном флаш-реакторе барабанного типа (установка ЦЕФЛАР™) при температуре теплоэлектронагревателей 615°С, скорости вращения барабана 60 об/мин и расходе гидраргиллита 30 кг/ч [патент РФ №2264589, F26BB7/00, 20.11.2005]. Потери при прокаливании (ППП) ЦТА ГГ при 800°С составляют 13,7%. Исходное сырье для получения продукта ЦТА ГГ - гидраргиллит производства ЗАО «БазэлЦемент-Пикалево», г. Пикалево (ТУ 1711-069-00196368-2001). ЦТА ГГ перед использованием сушат в среде воздуха при температуре 110°C в течение 6 ч для обеспечения чистоты поверхности от возможных адсорбированных примесей из атмосферы в процессе хранения.The feedstock for the preparation of MgAl 2 O 4 is the product of centrifugal thermal activation of hydrargillite (CTA GG) grade IK-02-76 (TU 2175-040-03533913-2007). CTA GG is produced in a drum-type centrifugal flash reactor (CEFLAR™ unit) at a temperature of thermal electric heaters of 615°C, a drum rotation speed of 60 rpm and a hydrargillite flow rate of 30 kg/h [RF patent No. 2264589, F26BB7 / 00, 20.11.2005] . Loss on ignition (LOI) CTA GG at 800°C is 13.7%. The feedstock for obtaining the CTA GG product is hydrargillite produced by CJSC BaselCement-Pikalyovo, Pikalevo (TU 1711-069-00196368-2001). CTA GG is dried in air at 110°C for 6 hours before use to ensure that the surface is clean from possible adsorbed impurities from the atmosphere during storage.

Пример 1 - 1й вариантExample 1 - 1st option

В автоклав загружают 50 г ЦТА ГГ и приливают 122 мл раствора нитрата магния (концентрация Mg = 0,080 г/мл), перемешивают полученную суспензию магнитной мешалкой (скорость вращения 120 об/мин) и нагревают при 150°С в течение 4 ч (давление 4,1-4,6 Бар). После остывания автоклава образующуюся высоко-концентрированную суспензию (пасту) с показателем влажности около 40% выгружают и проводят экструзионное формование на лабораторном поршневом экструдере с получением цилиндрических экструдатов диаметром 4 мм. Структурно-механические свойства суспензии приведены в таблице 1. Полученные экструдаты сушат при температуре 120°С в течение 8 ч, затем прокаливают при 550°С в течение 4 ч. Свойства гранул MgAl2O4 с диаметром ~ 3 мм, полученных после термообработки экструдатов, приведены в таблице 2.50 g of CTA GG are loaded into the autoclave and 122 ml of a magnesium nitrate solution (Mg concentration = 0.080 g/ml) is added, the resulting suspension is stirred with a magnetic stirrer (rotation speed 120 rpm) and heated at 150°C for 4 h (pressure 4 .1-4.6 bar). After the autoclave cools down, the resulting highly concentrated suspension (paste) with a moisture index of about 40% is unloaded and extrusion molded on a laboratory piston extruder to obtain cylindrical extrudates with a diameter of 4 mm. The structural and mechanical properties of the suspension are shown in Table 1. The resulting extrudates are dried at 120°C for 8 hours, then calcined at 550°C for 4 hours. Properties of MgAl granules2O4with diameter ~ 3 mm obtained after heat treatment of the extrudates are shown in Table 2.

Пример 2 - 2й вариантExample 2 - 2nd option

В автоклав загружают 50 г ЦТА ГГ и приливают 122 мл раствора нитрата магния (концентрация Mg = 0,080 г/мл) с ПВС (1.32 г), отношение ЦТА ГГ: ПВС ~ 38:1, перемешивают полученную суспензию магнитной мешалкой (скорость вращения 120 об/мин) и нагревают при 150°С в течение 4 ч (давление 4,1-4,6 Бар). После остывания автоклава образующуюся высоко-концентрированную суспензию (пасту) с показателем влажности около 40% выгружают и проводят экструзионное формование на лабораторном поршневом экструдере с получением цилиндрических экструдатов диаметром 4 мм. Полученные экструдаты сушат при температуре 120°С в течение 8 ч, затем прокаливают при 550°С в течение 4 ч. Свойства полученных после термообработки экструдатов гранул MgAl2O4 диаметром ~ 3 мм приведены в таблице 2.50 g of CTA GG is loaded into the autoclave and 122 ml of a solution of magnesium nitrate (Mg concentration = 0.080 g/ml) with PVA (1.32 g) is added, the ratio of CTA GG: PVA is ~ 38:1, the resulting suspension is stirred with a magnetic stirrer (rotation speed 120 rpm). /min) and heated at 150°C for 4 hours (pressure 4.1-4.6 bar). After the autoclave cools down, the resulting highly concentrated suspension (paste) with a moisture index of about 40% is unloaded and extrusion molded on a laboratory piston extruder to obtain cylindrical extrudates with a diameter of 4 mm. The resulting extrudates are dried at a temperature of 120°C for 8 hours, then calcined at 550°C for 4 hours.

Пример 3 - 1й вариантExample 3 - 1st option

В автоклав загружают 60 г ЦТА ГГ, 22 г MgO и приливают 90 мл воды, перемешивают магнитной мешалкой со скоростью 120 об/мин при температуре 150°С в течение 4 ч (давление 4,1-4,6 Бар). После остывания автоклава образующуюся высоко-концентрированную суспензию (пасту) с влажностью около 40% выгружают и проводят экструзионное формование на лабораторном поршневом экструдере с получением цилиндрических экструдатов диаметром 4 мм. Структурно-механические свойства суспензии приведены в таблице 1. Полученные экструдаты сушат при температуре 120°С в течение 8 ч, затем прокаливают при 550°С в течение 4 ч. Свойства полученных после термообработки экструдатов гранул MgAl2O4 диаметром ~ 3 мм приведены в таблице 2. Пример 4 - 2й вариант60 g of CTA GG, 22 g of MgO are loaded into the autoclave and 90 ml of water are added, stirred with a magnetic stirrer at a speed of 120 rpm at a temperature of 150°C for 4 h (pressure 4.1-4.6 bar). After the autoclave cools down, the resulting highly concentrated suspension (paste) with a moisture content of about 40% is unloaded and extrusion molded on a laboratory piston extruder to obtain cylindrical extrudates with a diameter of 4 mm. The structural and mechanical properties of the suspension are shown in Table 1. The obtained extrudates are dried at a temperature of 120°C for 8 hours, then calcined at 550°C for 4 hours . table 2. Example 4 - 2nd option

В автоклав загружают 60 г ЦТА ГГ, 22 г MgO и приливают 90 мл 2%-го раствора поливинилового спирта (содержание ПВС 1,58 г, соотношение ЦТА ГГ : ПВС ~ 38:1), перемешивают магнитной мешалкой со скоростью 120 об/мин при температуре 150°С в течение 4 ч (давление 4,1-4,6 Бар). После остывания автоклава образующуюся высоко-концентрированную суспензию с влажностью около 40% выгружают и проводят экструзионное формование на лабораторном поршневом экструдере с получением цилиндрических экструдатов диаметром 4 мм. Полученные экструдаты сушат при температуре 120°С в течение 8 ч, затем прокаливают при 550°С в течение 4 ч. Свойства полученных гранул MgAl2O4 диаметром ~ 3 мм приведены в таблице 2. Введение ПВС на стадии гидротермальной обработки обеспечивает увеличение удельной поверхности и объема пор гранул (таблица 2).60 g of CTA GG, 22 g of MgO are loaded into the autoclave and 90 ml of a 2% solution of polyvinyl alcohol (PVA content is 1.58 g, the ratio of CTA GG : PVA is ~ 38:1) is added, stirred with a magnetic stirrer at a speed of 120 rpm at a temperature of 150°C for 4 hours (pressure 4.1-4.6 bar). After the autoclave cools down, the resulting highly concentrated suspension with a moisture content of about 40% is unloaded and extrusion molded on a laboratory piston extruder to obtain cylindrical extrudates with a diameter of 4 mm. The resulting extrudates are dried at a temperature of 120°C for 8 hours, then calcined at 550°C for 4 hours. and pore volume of the granules (table 2).

Пример 5 - 2й вариантExample 5 - 2nd option

В автоклав загружают 60 г ЦТА ГГ, 22 г MgO и приливают 90 мл 3%-раствора поливинилового спирта (содержание ПВС 2,37 г, соотношение ЦТА ГГ : ПВС ~ 25:1), перемешивают магнитной мешалкой со скоростью 120 об/мин при температуре 150°С в течение 4 ч (давление 4,1-4,6 Бар). После остывания автоклава образующуюся высоко-концентрированную суспензию с влажностью около 40% выгружают и проводят экструзионное формование на лабораторном поршневом экструдере с получением экструдатов диаметром 4 мм. Полученные экструдаты сушат при температуре 120°С в течение 8 ч, затем прокаливают при 550°С в течение 4 ч. Свойства полученных гранул MgAl2O4 диаметром ~ 3 мм приведены в таблице 2. Увеличение количества ПВС на стадии гидротермальной обработки (снижение соотношения ЦТА ГГ: ПВС) приводит к снижению прочности гранул (таблица 2).60 g of CTA GG, 22 g of MgO are loaded into the autoclave and 90 ml of a 3% solution of polyvinyl alcohol (PVA content is 2.37 g, the ratio of CTA GG : PVA is ~ 25:1) is added, the mixture is stirred with a magnetic stirrer at a speed of 120 rpm at temperature 150°C for 4 hours (pressure 4.1-4.6 bar). After the autoclave cools down, the resulting highly concentrated suspension with a moisture content of about 40% is unloaded and extrusion molded on a laboratory piston extruder to obtain extrudates with a diameter of 4 mm. The obtained extrudates are dried at a temperature of 120°C for 8 hours, then calcined at 550°C for 4 hours . CTA GG: PVA) leads to a decrease in the strength of the granules (table 2).

Пример 6Example 6

Полученные по примеру 1 экструдаты сушат при температуре 120°С в течение 8 ч, затем прокаливают при температуре 600°С в течение 4 ч. Повышение температуры прокаливания приводит к снижению удельной поверхности гранул MgAl2O4, текстурных характеристик и небольшому повышению прочности гранул (таблица 2).The extrudates obtained according to example 1 are dried at a temperature of 120°C for 8 hours, then calcined at a temperature of 600°C for 4 hours. An increase in the calcination temperature leads to a decrease in the specific surface of the MgAl 2 O 4 granules, texture characteristics and a slight increase in the strength of the granules ( table 2).

Пример 7Example 7

Полученные по примеру 1 экструдаты сушат при температуре 120°С в течение 8 ч, затем прокаливают при температуре 500°С в течение 4 ч. Удельная поверхность гранул, в которых помимо фазы MgAl2O4 присутствует фаза Al2O3, составляет 135 м2/г.The extrudates obtained according to example 1 are dried at a temperature of 120°C for 8 hours, then calcined at a temperature of 500 °C for 4 hours . 2 /g.

Пример 8 - сравнительныйExample 8 - Comparative

Полученную по примеру 1 высококонцентрированную суспензию после остывания автоклава сушат при 110°C в течение 12 ч, затем измельчают в шаровой мельнице в течение 1 ч и просеивают через сито с размером ячейки 100 мкм. Полученный порошок массой 100 г загружают в смеситель с Z-образными лопастями, добавляют 35 мл 1%-раствора азотной кислоты и перемешивают до получения пластичной пасты. Далее проводят экструзионное формование пасты на лабораторном поршневом экструдере с получением экструдатов диаметром 4 мм. Полученные экструдаты сушат при температуре 120°С в течение 8 ч, затем прокаливают при 550°С в течение 4 ч. Свойства полученных гранул MgAl2O4 диаметром ~3 мм приведены в таблице 2.Obtained in example 1 highly concentrated suspension after cooling the autoclave is dried at 110°C for 12 h, then crushed in a ball mill for 1 h and sieved through a sieve with a mesh size of 100 μm. The resulting powder weighing 100 g is loaded into a mixer with Z-shaped blades, 35 ml of 1% nitric acid solution is added and mixed until a plastic paste is obtained. Next, extrusion molding of the paste is carried out on a laboratory piston extruder to obtain extrudates with a diameter of 4 mm. The resulting extrudates are dried at a temperature of 120°C for 8 hours, then calcined at 550°C for 4 hours. The properties of the obtained MgAl 2 O 4 granules with a diameter of ~3 mm are shown in Table 2.

Пример 9 - сравнительныйExample 9 - Comparative

Полученную по примеру 2 высококонцентрированную суспензию после остывания автоклава сушат при 110°C в течение 12 ч, затем измельчают в шаровой мельнице в течение 1 ч и просеивают через сито с размером ячейки 100 мкм. Полученный порошок массой 100 г загружают в смеситель с Z-образными лопастями, добавляют 35 мл 1%-раствора азотной кислоты и перемешивают до получения пластичной пасты. Далее проводят экструзионное формование пасты на лабораторном поршневом экструдере с получением экструдатов диаметром 4 мм. Полученные экструдаты сушат при температуре 120°С в течение 8 ч, затем прокаливают при 550°С в течение 4 ч. Свойства полученных гранул MgAl2O4 диаметром ~3 мм приведены в таблице 2.Obtained in example 2 highly concentrated suspension after cooling the autoclave is dried at 110°C for 12 h, then crushed in a ball mill for 1 h and sieved through a sieve with a mesh size of 100 μm. The resulting powder weighing 100 g is loaded into a mixer with Z-shaped blades, 35 ml of 1% nitric acid solution is added and mixed until a plastic paste is obtained. Next, extrusion molding of the paste is carried out on a laboratory piston extruder to obtain extrudates with a diameter of 4 mm. The resulting extrudates are dried at a temperature of 120°C for 8 hours, then calcined at 550°C for 4 hours. The properties of the obtained MgAl 2 O 4 granules with a diameter of ~3 mm are shown in Table 2.

Таким образом, предлагаемый способ в обоих вариантах позволяет получать прочные гранулы алюмината магния с высокой удельной поверхностью достаточно простым способом - экструзионным формованием пасты c получением изделий любой формы и размера по сравнению с сухим прессованием и дисковым (тарельчатым) гранулированием. В способе отсутствуют стадии осаждения, не требуются стадии фильтрования и отмывки осадка суспензии, а также стадии смешения для приготовления формуемой массы. Полученная на стадии гидротермальной обработки формуемая паста относится к 0 структурно механическому типу, характеризующемуся преобладанием упругих деформаций над пластическими и эластическими. Способ позволяет существенно сократить количество исходных реагентов, технологических стадий, а также минимизировать или полностью исключить образование промывных вод. Использование различных источников магния на стадии гидротермальной обработки и ПВС в качестве ПАВ позволяет регулировать объем пор и прочность гранул без изменения среднего размера пор, что может иметь значение при приготовлении нанесенных катализаторов пропиткой по влагоемкости заявляемого носителя, а также при определении параметров ведения каталитического процесса.Thus, the proposed method in both versions makes it possible to obtain durable magnesium aluminate granules with a high specific surface area in a fairly simple way - extrusion molding of a paste to obtain products of any shape and size compared to dry pressing and disk (plate) granulation. There are no settling stages in the method, the stages of filtering and washing the suspension sediment, as well as the mixing stages for the preparation of the moldable mass are not required. The formed paste obtained at the stage of hydrothermal treatment belongs to the 0 structural-mechanical type, characterized by the predominance of elastic deformations over plastic and elastic ones. The method allows to significantly reduce the amount of initial reagents, technological stages, as well as to minimize or completely eliminate the formation of wash water. The use of various sources of magnesium at the stage of hydrothermal treatment and PVA as a surfactant allows you to control the pore volume and strength of the granules without changing the average pore size, which may be important in the preparation of supported catalysts by impregnation according to the moisture capacity of the inventive carrier, as well as in determining the parameters of the catalytic process.

Таблица 1 - Свойства высоко-концентрированных суспензий алюмината магнияTable 1 - Properties of high-concentration suspensions of magnesium aluminate ПримерExample Источник магнияSource of magnesium Pk ,
кПа
P k ,
kPa
ή1, ·10-9
Па·с
ή 1 , 10 -9
Pass
Пс, ·106 c-1 Ps, 10 6 s -1 λλ E·,
МПа
E ,
MPa
Θ, сΘ, s E1,
МПа
E 1 ,
MPa
E2,
МПа
E 2 ,
MPa
Pm
кПа
Pm
kPa

Figure 00000004

отн. ед. (%)
Figure 00000004

rel. units (%)
Figure 00000005
, отн. ед.
(%)
Figure 00000005
, rel. units
(%)
Figure 00000006

отн. ед. (%)
Figure 00000006

rel. units (%)
СМТSMT Пример 1Example 1 Mg(NO3)2 Mg(NO 3 ) 2 18,518.5 25,325.3 0,730.73 0,350.35 1,851.85 1367513675 2,832.83 5,365.36 3,143.14 0,71
(61,2)
0.71
(61.2)
0,37
(31,9)
0.37
(31.9)
0,08
(6,9)
0.08
(6.9)
00
Пример 3Example 3 MgOMgO 16,316.3 21,221.2 0,770.77 0,340.34 1,751.75 1211412114 2,672.67 5,115.11 2,872.87 0,75
(61,0)
0.75
(61.0)
0,39
(31,7)
0.39
(31.7)
0,09
(7,3)
0.09
(7.3)
00

Таблица 2- Свойства гранул алюмината магнияTable 2 - Properties of magnesium aluminate granules

ПримерExample Источник магнияSource of magnesium Удельная поверхность БЭТ, м2BET specific surface, m 2 /g Прочность гранул, МпаGranule strength, MPa Vпор,
см3
V time ,
cm 3 /g
Dпор,
нм
D then ,
nm
Пример 1Example 1 Mg(NO3)2 Mg(NO 3 ) 2 131131 3, 83, 8 0,230.23 3,83.8 Пример 2 Example 2 Mg(NO3)2 Mg(NO 3 ) 2 152152 7,27.2 0,230.23 3,83.8 Пример 3Example 3 MgOMgO 135135 2,82.8 0,250.25 3,83.8 Пример 4 Example 4 MgOMgO 200200 4, 74, 7 0,520.52 3,83.8 Пример 5Example 5 MgOMgO 213213 3,83.8 0,600.60 4,04.0 Пример 6Example 6 Mg(NO3)2 Mg(NO 3 ) 2 120120 5,15.1 0,220.22 3,73.7 Пример 7Example 7 Mg(NO3)2 Mg(NO 3 ) 2 135135 1,81.8 0,230.23 3,83.8 Пример 8 Example 8 Mg(NO3)2 Mg(NO 3 ) 2 121121 3,063.06 0.23 0.23 3.83.8 Пример 9 Example 9 MgOMgO 120120 2,12.1 0,230.23 3,83.8

Claims (7)

1. Алюминат магния MgAl2O4 со структурой шпинели в форме гранул, характеризующийся величиной удельной поверхности не ниже 130 м2/г, объёмом пор не ниже 0,23 см3/г и механической прочностью не менее 2,8 МПа для гранул размером не менее 3 мм.1. Magnesium aluminate MgAl 2 O 4 with a spinel structure in the form of granules, characterized by a specific surface area of at least 130 m 2 /g, a pore volume of at least 0.23 cm 3 /g and a mechanical strength of at least 2.8 MPa for granules with a size not less than 3 mm. 2. Способ получения алюмината магния MgAl2O4 в форме гранул, включающий гидротермальную обработку водной суспензии порошков продукта центробежно-термической активации гидраргиллита (ЦТА ГГ) и нитрата магния или оксида магния, взятых в стехиометрическом соотношении, экструзионное формование полученной высококонцентрированной суспензии с последующими стадиями сушки и прокаливания полученных экструдатов при температуре не ниже 550°С, но менее 600°С, в результате чего получают алюминат магния MgAl2O4 со структурой шпинели в виде гранул, характеризующихся величиной удельной поверхности не ниже 130 м2/г, объёмом пор не ниже 0,23 см3/г и механической прочностью не менее 2,8 МПа для гранул размером не менее 3 мм.2. A method for producing magnesium aluminate MgAl 2 O 4 in the form of granules, including hydrothermal treatment of an aqueous suspension of powders of the product of centrifugal thermal activation of hydrargillite (CTA GG) and magnesium nitrate or magnesium oxide, taken in a stoichiometric ratio, extrusion molding of the resulting highly concentrated suspension with subsequent stages drying and calcining the resulting extrudates at a temperature not lower than 550°C, but less than 600°C, resulting in magnesium aluminate MgAl 2 O 4 with a spinel structure in the form of granules, characterized by a specific surface area of at least 130 m 2 /g, pore volume not less than 0.23 cm 3 /g and mechanical strength not less than 2.8 MPa for granules with a size of not less than 3 mm. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что гидротермальную обработку водных суспензий проводят в автоклаве при температуре 150°С, получая формуемую экструзией высококонцентрированную суспензию, относящуюся к 0 структурно-механическому типу с преобладанием упругих деформаций. 3. The method according to claim 2, characterized in that the hydrothermal treatment of aqueous suspensions is carried out in an autoclave at a temperature of 150 ° C, obtaining a highly concentrated suspension molded by extrusion, belonging to the 0 structural-mechanical type with a predominance of elastic deformations. 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что полученные экструдаты сушат при 120°С.4. The method according to p. 2, characterized in that the resulting extrudates are dried at 120°C. 5. Способ получения алюмината магния MgAl2O4 в форме гранул, включающий гидротермальную обработку водной суспензии порошков продукта центробежно-термической активации гидраргиллита (ЦТА ГГ) и нитрата магния или оксида магния, взятых в стехиометрическом соотношении, с добавкой поверхностно-активного вещества (ПАВ), в качестве которого используют поливиниловый спирт, при массовом соотношении ЦТА ГГ:ПАВ не менее 25:1, экструзионное формование полученной высококонцентрированной суспензии с последующими стадиями сушки и прокаливания полученных экструдатов при температуре не ниже 550°С, но менее 600°С, в результате чего получают алюминат магния MgAl2O4 со структурой шпинели в форме гранул, характеризующийся величиной удельной поверхности не ниже 130 м2/г, объёмом пор не ниже 0,23 см3/г и механической прочностью не менее 2,8 МПа для гранул размером не менее 3 мм.5. A method for producing magnesium aluminate MgAl 2 O 4 in the form of granules, including hydrothermal treatment of an aqueous suspension of powders of the product of centrifugal thermal activation of hydrargillite (CTA GG) and magnesium nitrate or magnesium oxide, taken in a stoichiometric ratio, with the addition of a surfactant ), which is used as polyvinyl alcohol, with a mass ratio of CTA GG:surfactant of at least 25:1, extrusion molding of the resulting highly concentrated suspension, followed by drying and calcining the resulting extrudates at a temperature not lower than 550°C, but less than 600°C, in resulting in magnesium aluminate MgAl 2 O 4 with a spinel structure in the form of granules, characterized by a specific surface area of at least 130 m 2 /g, a pore volume of at least 0.23 cm 3 /g and a mechanical strength of at least 2.8 MPa for granules at least 3 mm in size. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что гидротермальную обработку водных суспензий проводят в автоклаве при температуре 150°С, получая формуемую экструзией высококонцентрированную суспензию, относящуюся к 0 структурно-механическому типу с преобладанием упругих деформаций.6. The method according to claim 5, characterized in that the hydrothermal treatment of aqueous suspensions is carried out in an autoclave at a temperature of 150 ° C, obtaining a highly concentrated suspension molded by extrusion, belonging to the 0 structural-mechanical type with a predominance of elastic deformations. 7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что полученные экструдаты сушат при 120°С.7. The method according to p. 5, characterized in that the resulting extrudates are dried at 120°C.
RU2022121257A 2022-08-04 Magnesium aluminate and method for its production (embodiments) RU2794972C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2794972C1 true RU2794972C1 (en) 2023-04-26

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101214442A (en) * 2007-12-26 2008-07-09 厦门大学 Sulphur resistant carbon monoxide transfer catalyst and preparation thereof
RU2457181C1 (en) * 2011-04-27 2012-07-27 Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН (ИХТТМ СО РАН) Method of producing fine magnesium aluminate
US20180117569A1 (en) * 2015-07-13 2018-05-03 Fuzhou University National Engineering Research Center Of Chemical Fertilizer Catalyst CO Shift Catalyst Carrier, Catalyst Based on the Catalyst Carrier and Preparation Process Thereof
CN110876927A (en) * 2018-09-06 2020-03-13 中国石油化工股份有限公司 Preparation method of magnesia-alumina spinel material
RU2735668C1 (en) * 2020-04-15 2020-11-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) Method of preparing aluminates of alkali-earth metals

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101214442A (en) * 2007-12-26 2008-07-09 厦门大学 Sulphur resistant carbon monoxide transfer catalyst and preparation thereof
RU2457181C1 (en) * 2011-04-27 2012-07-27 Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН (ИХТТМ СО РАН) Method of producing fine magnesium aluminate
US20180117569A1 (en) * 2015-07-13 2018-05-03 Fuzhou University National Engineering Research Center Of Chemical Fertilizer Catalyst CO Shift Catalyst Carrier, Catalyst Based on the Catalyst Carrier and Preparation Process Thereof
CN110876927A (en) * 2018-09-06 2020-03-13 中国石油化工股份有限公司 Preparation method of magnesia-alumina spinel material
RU2735668C1 (en) * 2020-04-15 2020-11-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) Method of preparing aluminates of alkali-earth metals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3853789A (en) Preparation of macroporous alumina extrudates
RU2662221C2 (en) Nickel hexaaluminate-containing catalyst for reforming hydrocarbons in presence of carbon dioxide
US7294328B2 (en) Method for producing α-alumina formed body
JP6629388B2 (en) Copper-based catalyst precursor, method for producing the same, and hydrogenation method
EP2780110A1 (en) Methanol synthesis catalyst on the basis of copper, zinc and aluminum
US4605631A (en) Advanced preparation of ceramic powders
WO2015069868A1 (en) Method of preparing an alumina catalyst support and catalyst for dehydrogenation reactions, and its use
RU2794972C1 (en) Magnesium aluminate and method for its production (embodiments)
CN112469803B (en) Oxidative dehydrogenation catalyst composition
RU2729612C1 (en) Active granulated aluminium oxide
Kooli et al. Al and Zr pillared acid-activated saponite clays: characterization and properties
JP4162130B2 (en) Quasicrystalline hydrated magnesium-aluminum hydroxycarboxylates, their preparation and their use
KR20130012664A (en) Boehmite and method for preparation thereof
JP5670497B2 (en) Aluminum hydroxide powder and method for producing the same
US3251783A (en) Method of preparing an alumina supported catalyst composition
WO2022186319A1 (en) Reducing agent, gas production method, and method for increasing conversion efficiency
JP2006225178A (en) Method for producing carbon-containing metal oxide
RU2448905C2 (en) Drying agent and method of making said drying agent
JP2003063854A (en) Activated alumina molding and method for manufacturing it
TW201638407A (en) Mixed oxide catalyst for alcoholysis reactions
JP4285113B2 (en) Catalyst for producing dimethyl ether and method for producing dimethyl ether using the same
JP7168751B2 (en) Reducing agent, method for producing gas, and method for increasing conversion efficiency
RU2750657C1 (en) Method for producing catalyst for methylphenyl carbinol dehydration
RU2735919C1 (en) Catalyst for deep oxidation of volatile organic compounds and a method for production thereof
EP4306210A1 (en) High surface area pcc as a catalyst carrier for platinum compounds