способ получения алюмината магния

Формула изобретения

Способ получения алюмината магния, отличающийся тем, что смесь гидроксокарбоната магния или гидроксида магния с гидроксидом алюминия подвергают термообработке в присутствии оксида углерода с парциальным давлением 0,02-0,2 ати при скорости нагрева смеси 20-100°С/ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано в производстве алюмината магния, пригодного к применению в технологии керамических изделий.

Известен способ получения алюмината магния [авт.св. 1196333 СССР, МКИ C 01 F 7/16. Способ получения алюмината магния для производства керамики. /В. А. Сокол, Д. А. Рохленко, Л. И. Копорова и др., N 3703188/22-02, заявл. 30.12.83; опубл. 07.12.85. Бюл. N 45], основанный на прокаливании смеси сульфатов магния и алюминия в присутствии фторидов металлов. Недостатком этого способа является выделение вредных газообразных отходов при термообработке исходной смеси.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения алюмината магния [авт.св. 1539168 СССР, МКИ C 01 F 7/16. Способ получения алюмината магния. Г.Г. Галимов, В.А. Рябин, Б.И. Дейнеженко и др., N 4381267, заявл. 07.01.88; опубл. 30.01.90. Бюл. N 4], основанный на приготовлении смеси из гидроксокарбоната магния формулы Mg₄(OH)₂(CO₃)₃3H₂O и свежеосажденного гидроксида алюминия с продолжительностью старения 0,05-5 суток и прокаливании при 1100-1200^oC в течение 2-3 часов. При этом получается алюминат магния с размерами частиц /зерен/ 1-3 мкм, пригодный к использованию в технологии изготовления керамических изделий методом шликерного литья.

Недостатком известного способа является непригодность алюмината магния к применению в изготовлении керамических изделий методами виброформования или прессования исходных заготовок из-за размеров зерен алюмината магния /1-3 мкм/. При обжиге заготовок из такого алюмината магния, изготовленных методами виброформования или прессования, изделия трескаются.

Керамические изделия /особенно крупногабаритные/, изготовленные методом шликерного литья, обладают низкой термостойкостью в агрессивных средах - как правило, трескаются после первого прокаливания.

Значительно большей термостойкостью и коррозионной стойкостью обладают керамические изделия из алюмината магния, изготовленные методами виброформования или прессования.

Цель предлагаемого изобретения - повышение качества конечного продукта путем укрупнения алюмината магния до преимущественных размеров 10-60 мкм для возможности применения его в изготовлении керамических изделий методами виброформования или прессования.

Поставленная цель достигается тем, что смесь гидроксокарбоната магния или гидроксида магния с гидроксидом алюминия прокаливают в присутствии оксида углерода CO с парциальным давлением 0,02-0,2 ат со скоростью нагрева 20-100^oC/ч.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ получения алюмината магния отличается тем, что смесь гидроксокарбоната магния или гидроксида магния с гидроксидом алюминия прокаливают в присутствии оксида углерода CO с парциальным давлением 0,02-0,2 ат со скоростью нагрева 20-100^oC/ч. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных технических решений /аналогов/ позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, совпадающих с признаками заявляемого способа получения алюмината магния для применения в изготовлении керамических изделий методами виброформирования или прессования, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

Нагревание смеси гидроксокарбоната магния или гидроксида магния с гидроксидом алюминия в присутствии оксида углерода CO с парциальным давлением 0,02-0,2 ат со скоростью нагрева 20-100^oC/ч дало неожиданный эффект. Алюминат магния, полученный таким образом, оказался пригоден к применению в изготовлении керамических изделий методами виброформования или прессования. Это стало возможным благодаря укрупнению зерен за счет рекристаллизации алюмината магния до преимущественных размеров зерен 10-60 мкм.

Керамические изделия изготовленные из этого алюмината магния методами виброформования или прессования получаются без трещин и термостойкими в агрессивных средах.

Достигнутый эффект укрупнения зерен объясняется особым характером реакции шпинелеобразования и интенсивной рекристаллизации образующегося алюмината магния. Присутствие оксида углерода CO создает восстановительную атмосферу и на поверхности микрокристалликов алюмината магния, образующегося из оксидов магния и алюминия в момент их возникновения в результате разложения при нагреве исходных гидроксидов. При этом на поверхности образованных кристалликов алюмината магния возникает равновесная реакция

.

На поверхности кристалликов алюмината магния кратковременно присутствуют атомы металлов магния и алюминия, т.е. в решетке кристалла алюмината магния возникают вакансии анионов кислорода. Последнее ведет к значительной дефектности кристаллов, что приводит к большой подвижности катионов магния и алюминия. В результате этого активно происходит процесс рекристаллизации кристалликов алюмината магния. А именно, количество более крупных /более 10 мкм/ увеличивается за счет уменьшения количества кристалликов меньшего размера /1-3 мкм/.

Для предотвращения снижения активности процесса рекристаллизации и уменьшения размеров зерен менее 10 мкм в прокалочной зоне парциальное давление оксида углерода CO должно быть не менее 0,02 ат и скорость нагрева исходной смеси должна быть не выше 100^oC/ч. Нецелесообразно также присутствие оксида углерода CO в прокалочной зоне более 0,2 ат парциального давления и осуществлять нагрев исходной смеси со скоростью менее 20^oC/ч, т.к. в этом случае достигается низкая степень шпинелеобразования /менее 80%/ из оксидов магния и алюминия, образующихся при разложении исходных гидроксид-карбонатных соединений. При обжиге заготовок из такого алюмината магния керамические изделия получаются с трещинами за счет присутствия в материале свободных оксидов магния и алюминия.

Для того чтобы получить алюминат магния с преимущественными размерами зерен 10-60 мкм, пригодный к изготовлению керамических изделий методами виброформования и прессования, не рекомендуется прокаливать смесь гидроксокарбоната магния или гидроксида магния с гидроксидом алюминия в присутствии оксида углерода CO с парциальным давлением менее 0,02 ат, нагрев осуществлять со скоростью более 100^oC/ч и прокаливать при парциальном давлении оксида углерода CO более 0,2 ат и нагрев осуществлять со скоростью менее 20^oC/ч.

Пример 1.

Берут 28 кг /в расчете на MgO/ гидроксокарбоната магния в форме Mg₄(OH)₂(CO₃)₃ 3H₂O, 72 кг /в расчете на Al₂O₃/ гидроксида алюминия, смешивают до достижения однородности и прокаливают в присутствии оксида углерода CO с парциальным давлением 0,02 ат со скоростью нагрева 100^oC/ч при температуре 1600^oC в течение 8 ч. При этом получают 100 кг алюмината магния с преимущественными размерами частиц /зерен/ 10-60 мкм, пригодного к применению в изготовлении керамических изделий без трещин методами виброформования или прессования.

Пример 2.

Берут 28 кг /в расчете на MgO/ свежеосажденного гидроксида магния в форме Mg(OH)₂, 72 кг /в расчете на Al₂O₃/ свежеосажденного гидроксида алюминия, смешивают до достижения однородности и прокаливают в присутствии оксида углерода CO с парциальным давлением 0,1 ат со скоростью нагрева 60^oC/ч при температуре 1500^oC в течение 3 ч. При этом получают 100 кг алюмината магния с преимущественными размерами зерен 10-60 мкм, пригодного к применению в изготовлении методами виброформования или прессования керамических изделий без трещин.

Пример 3.

Готовят раствор алюмината натрия с каустическим модулем =Na₂O/Al₂O₃= 1,4, содержащий 72 кг оксида алюминия и смесь растворов хлорида магния и хлорида водорода, содержащую 70 кг MgCl₂ и 20,5 кг HCl. Приготовленные растворы смешивают, значение pH доводят до 90,5. Соосажденный осадок гидроксидов магния и алюминия отфильтровывают, отмывают, сушат и прокаливают в присутствии оксида углерода CO с парциальным давлением 0,2 ат со скоростью нагрева 20^oC/ч при температуре 1250^oC в течение 4 ч. При этом получают алюминат магния с преимущественными размерами зерен 10-60 мкм, пригодный к применению в изготовлении методами виброформования или прессования керамических изделий без трещин.

Таким образом, из примеров видно, что предлагаемый способ имеет преимущества. Прокаливание смеси гидроксокарбоната магния или гидроксида магния с гидроксидом алюминия в присутствии оксида углерода CO с парциальным давлением 0,02-0,2 ат со скоростью нагрева 20-100^oC/ч позволили получить алюминат магния с преимущественными размерами зерен 10-60 мкм, пригодный по свойствам к применению в изготовлении керамических изделий методами виброформования или прессования. Полученные керамические изделия не имеют трещин и термостойкие при прокаливании в агрессивной среде.