Способ получения оксида алюминия

Способ получения оксида алюминия

Реферат

 

Изобретение относится к электрохимической технологии, а именно к способу получения активной окиси алюминия, которая широко используется в сложных катализаторах, применяемых для гидрогенизационных процессов. Целью изобретения является разработка способа получения активной окиси алюминия, позволяющий ускорить процесс получения продукта, значительно снизить образование сточных вод, повысить качественные показатели продукта, уменьшить расход реагентов-осадителей и растворителей. Поставленная цель достигается тем, что в способе получения активной окиси алюминия, включающем растворение глинозема в кислоте или щелочи с последующим осаждением гидроокиси албминия, которое осуществляют в одной из камер электролизера при плотности тока 5 - 30 А/дм² и температуре 80 - 90^oC и 6 pH 12. 1 табл.

Изобретение относится к электрохимической технологии, а именно к способу получения активной окиси алюминия, которая широко используется в сложных катализаторах, применяемых для гидрогенизационных процессов.

Благодаря развитой поверхности, термической стабильности, повышенной механической прочности и особого строения механической решетки, активная окись алюминия находит широкое применение в качестве сорбента, катализатора и носителя катализатора различного назначения.

В промышленности ее получают чаще всего переосаждением тригидрата глинозема. Необходимые структурные характеристики и высокая химическая чистота достигаются путем осаждения высокодисперсной гидратированной гидроокиси и ее дальнейшей обработки. Поскольку свойства конечного продукта связаны со структурой и морфологией исходной гидроокиси, то условия ее осаждения играют превалирующую роль в формировании таких свойств окиси алюминия, как механическая прочность гранул, насыпная плотность, пористая и кристаллическая структура, и в конечном итоге, адсорбционная и каталитическая активность.

Известен способ получения окиси алюминия, включающий смешение в водном растворе солей алюминия и бикарбоната аммония, отделение образовавшегося осадка от маточника фильтрацией, промывку его водой при 70 90^oC, сушку и прокалку (см. Авторское свидетельство СССР N 852798, кл. C 10 F 7/34, 1981).

Недостатком данного способа является присутствие в продукте примесей катионов, что способствует снижению удельной поверхности механической прочности оксида алюминия.

Известны и нашли промышленное применение и другие способы получения активной окиси алюминия, которые состоят в переводе тригидрата глинозема Al₂O₃ (аморфная форма, содержащая примеси) в раствор путем растворения в кислоте или щелочи с образованием гидроокиси алюминия и последующего осаждения гидрооксида алюминия щелочью или кислотой соответственно Осаждение проводят в условиях, обеспечивающих получение - Al₂O₃.

Полученную гидроокись алюминия тщательно промывают в течение 20 24 ч для удаления катионов и анионов и подвергают термообработке при температуре 550^oC для получения _Al₂O₃ (Липпенс Б. К. Стеггер И. И. "Строения и свойства адсорбентов и катализаторов". М. Мир. 1973, с. 192; Кафели и др. "Методы исследования катализаторов и каталитических реакций". Новосибирск. 1965, т.11, с. 240).

Недостатком способа-прототипа является неоднородность полученного продукта, длительность процесса за счет промывки, образование большого количества сточных вод, недостаточная стабильность качественных характеристик продукта различных партий.

Задача изобретения создание способа получения активной окиси алюминия, позволяющего ускорить процесс получения продукта, значительно снизить образование сточных вод, повысить качественные показатели, снизить расход реагентов-осадителей и растворителей.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения активной окиси алюминия, включающем растворение глинозема в кислоте или щелочи с последующим осаждением гидроокиси алюминия, промывкой и прокаливанием, осаждение гидроокиси алюминия осуществляют в одной из камер элекролизера при плотности тока 5 30 А/дм², 80 90^oC и 6 pH 12.

Новая совокупность заявленных существенных признаков позволяет получить новый технический результат, а именно сократить длительность процесса, значительно уменьшить образование сточных вод, снизить расход растворителя за счет концентрирования его в камере электролизера и возвращения на стадию растворения тригидрата глинозема, отказаться от использования осаждающего реагента.

Анализ отобранных в процессе информационного поиска решения показал, что в науке и технике нет аналогичного заявленной совокупности существенных признаков, приводящих к достижению заявленного технического результата.

Электрохимическое осаждение гидроокиси алюминия осуществимо в электролизере, который представляет собой емкость, разделенную ионоселективной мембраной или полупроницаемой диафрагмой на две камеры, в которые помещены катод и анод. Осаждение гидроксида алюминия протекает благодаря действию иона-осадителя, генерируемому на одном из электродов в результате электролиза водного раствора, pH осаждения поддерживается 6,0 12,0.

Для доказательства соответствия предлагаемого способа критерию "промышленная применимость" приводятся конкретные примеры осуществления способа и качественные показатели полученной окиси алюминия.

Пример 1 (по прототипу). В химический стакан емкостью 1 л поместили 350 мл раствора алюмината натрия, содержащего 110 г Al₂O₃, затем при перемешивании и температуре 60 70^oC добавляли разбавленный раствор серной кислоты до достижения pH 8,5 и общего объема реакционной смеси 0,7 л. Выпавший осадок перемешивали в течение 40 мин, фильтровали, отбирали пробу для определения натрия, промывали дистиллированной водой в объеме 20 л, сушили и прокаливали. Анализы на натрий и другие примеси проводили методом пламенной фотометрии в соответствии с СЭВ 804-77 и ГОСТ 8136-85. Полученные данные представлены в таблице.

Как видно, оксид алюминия полученный таким способом, имеет значительное содержание примесей и требует 20 25 л воды на промывку осадка гидроксида алюминия. Удельная поверхность оксида алюминия при этом 180 200 м².

Пример 2. В химический стакан емкостью 1 л помещают навеску тригидрата глинозема, добавляют серную кислоту, доливают водой до объема 0,7 л и перемешивают мешалкой при 90 95^oC в течение 4 ч. Затем, после охлаждения раствора до 30 40^oC, дозируют при перемешивании раствор серной кислоты. Выпавший осадок перемешивали в течение 40 мин, отбирали пробу на определение натрия, промывали дистиллированной водой в течение 4 ч в объеме 24 л, сушили, прокаливали и анализировали. Осадки (пример 1 и 2) практически одинаковы. Отличие лишь в том, что гидроксид, полученный по примеру 1, чуть легче фильтруется в результате меньшего количества аморфной фазы.

Пример 3. Алюминат натрия готовят как в примере 1. Двухкамерный электролизер ванночного типа с объемом камер 40 мл и межэлектродным расстоянием 30 мм заполняют раствором индиферентного электролита концентрацией 1 3 (CH₃COONH₄) и подключают к источнику постоянного тока ВСА-5К. В качестве анода использовалась платиновая фольга, закрепленная на титановой подложке, в качестве катода нержавеющая сталь. Площадь катода и анода 1 дм². В качестве перегородки между катодной и анодной камерами использовалась ионселективная мембрана МФ-4 СК-100. Устанавливают на источнике питания плотность тока 10 А/дм². Через 15 мин в результате протекания электролиза pH в анодной камере понижается до значения pH 4 5. В это время в анодную камеру вводят 5 мл алюмината натрия и через 10 мин контролируют pH анолита. При достижении значения pH 8,5 вводят следующую дозу 10 мл алюмината в анодную камеру и т. д. Температура раствора увеличивается до 80 - 90^oC в результате протекания тока через электролит. После введения 200 мл алюмината процесс прекращают. Католит, представляющий собой 20 раствор NaOH, после дополнительного концентрирования (путем упаривания, электрохимическим способом или введением твердой щелочи) может быть использован для приготовления алюмината натрия.

Часть гидроксида из анодной камеры берут на анализ, а в катодную камеру заливают дистиллированную воду и, установив на выпрямителе напряжение 75 B, ведут электролиз до снижения силы тока до 1 2 А. Процесс прекращают, анолит отделяют от осадка, который сушат прокаливают и анализируют.

Как видно из таблицы, полученный осадок превосходит практически по всем показателям оксид алюминия, полученный по способу-прототипу.

Пример 4. Сульфат алюминия готовят как в примере 2. Все дальнейшие операции подробно описаны примере 3. Дозирование сульфата производят в катодную камеру при достижении pH 8,5, как и в примере 3, только при введении дозы сульфата pH католита понижается до значения 4 5, а затем в результате электролиза поднимается до значения 8,5. Остальные операции проводят, как в примере 3, только осадок находится все время в катодной камере.

Полученный оксид алюминия также превосходит по качественным показателям образец, полученный из сульфатного раствора (пример 2).

Пример 5. Проводится аналогично примеру 3, но в качестве перегородки между катодной и анодной камерами используется диафрагма из открыто-пористого полиэтилена.

В этом случае в результате обратной диффузии гидроксилионов в анодную камеру удается ввести лишь 40 мл алюмината натрия, далее pH анолита практически не меняется ввиду падения выхода по току. Этот пример показывает, что анодная и катодная камера могут быть разделены не только ионселективными мембранами, но и диафрагмами из различных материалов, устойчивых в щелочных растворах (брусит, винипор, металлокерамика, керамика и т. д.). Однако получить концентрированный католит в этом случае не удается.

Пример 6. Проводится аналогично примеру 3, по плотность тока устанавливается 30 А/дм². В этом случае время процесса осаждения сокращается в 3 раза. Происходит интенсивное выкипание раствора ввиду значительного разогрева, поэтому приходится добавлять дистиллированную воду в катодную и анодную камеры по мере уменьшения объема раствора. Это не самый оптимальный режим, т. к. в этом случае необходимо предусмотреть охлаждение растворов в камерах, тогда производительность установки резко увеличится. Предельные плотности тока определяются материалом ионселективной мембраны и, как правило, составляют 130 А/дм². Длительность электрохимической промывки при этом не меняется, удельная поверхность несколько выше.

Пример 7. Проводится аналогично примеру 3, но плотность тока выставляется 1 А/дм². В этом случае увеличивается время дозирования раствора в анодную камеру, т. к. интенсивность синтеза H⁺ незначительна, а именно она определяет производительность установки. Этот режим не является оптимальным виду его низкой производительности. Качество оксида при этом высокое.

Пример 8. Проводят аналогично примеру 3, но pH ввода дозы алюмината натрия анодную камеру поддерживают на уровне 6,0. Работа установки при этом практически не отличается от примера 3, но максимальное отклонение pH анолита при введении дозы несколько меньше. Полученный гидроксид содержит меньше натрия, но несколько хуже фильтруется ввиду содержания небольшого количества аморфной фазы гидроокиси.

Пример 9. Проводят аналогично примеру 3, но pH ввода дозы алюмината натрия анодную камеру поддерживают на уровне 12,0. Осадок гидроксида при этом хорошо фильтруется, но содержит значительное количество натрия, в связи с чем увеличивается длительность промывных операций.

Пример 10. Проводят аналогично примеру 3, но промывку проводят обычным (неэлектрохимическим) способом. В этом случае увеличивается объем промывных вод и длительность промывки. Качество осадка при этом остается высоким.

Из представленных примеров и таблицы видно, что полученная по предлагаемому способу окись алюминия имеет более высокий показатель качества, чем по известному способу, высокую удельную поверхность, меньшее содержание примесей, причем за счет уменьшения стадий промывки, снижения длительности процесса, значительно снижен расход воды на стадии промывки, а значит уменьшено количество сточной воды, а на стадии осаждения исключен расход кислоты и щелочи, причем растворитель в процессе электрохимического осаждения рециркулирует в системе, что также снижает его расход.

Формула изобретения

Способ получения оксида алюминия, включающий растворение глинозема в кислоте или щелочи с последующим осаждением гидроокиси алюминия, промывкой, сушкой и прокаливанием, отличающийся тем, что осаждение гидроокиси алюминия осуществляют в камере электролизера при плотности тока 30 А/дм² до достижения pH 6 12.

РИСУНКИ

Рисунок 1