способ получения малощелочного глинозема с высоким содержанием 
-модификаций al2o3
| Классы МПК: | C01F7/44 обезвоживание гидроксида алюминия |
| Автор(ы): | Дубовиков Олег Александрович (RU), Сизяков Виктор Михайлович (RU), Теляков Наиль Михайлович (RU), Николаева Надежда Валерьевна (RU) |
| Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет) (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2011-03-03 публикация патента:
27.09.2012 |
Изобретение относится к области химии и может быть использовано в производстве малощелочного глинозема, полученного из карбонизационного или декомпозиционного гидроксида алюминия. Щелочесодержащий гидроксид алюминия отмывают кипящим 5%-ным раствором борной кислоты и соотношении по массе жидкой фазы к твердой Ж:Т=5:1-6:1. Затем пульпу фильтруют и без промывки подвергают прокалке при температуре 1275-1325°С в течение одного часа. Изобретение позволяет снизить энергетические затраты. 2 табл., 1 пр.
Формула изобретения
Способ получения малощелочного глинозема с высоким содержанием -модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="/images/patents/22/2462044/945.gif" BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -модификаций Al2O3, включающий отмывку щелочесодержащего гидроксида алюминия от щелочных примесей, фильтрацию, прокалку в присутствии минерализатора - борной кислоты, отличающийся тем, что гидроксид алюминия отмывают кипящим 5%-ным раствором борной кислоты при соотношении по массе жидкой фазы к твердой Ж:Т 5:1-6:1, а после фильтрации прокаливают в течение часа при температуре 1275-1325°С.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к производству глинозема, в частности к производству малощелочного глинозема с высоким содержанием -модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -модификации Al2O3, полученного из карбонизационного или декомпозиционного гидроксида алюминия.
Известен способ получения мелкокристаллического корунда (Патент RU № 2077157, опубл. 10.04.1997 г.). Способ включает термопаровую обработку гидроксидов или оксидов алюминия при температуре 350-450°C и давлении паров воды 30-400 ат в присутствии активатора ионного типа. В качестве активатора используют соединения, содержащие анионы, выбранные из группы нитратов, сульфатов, хроматов, боратов, ацетатов и гидроксил-ионов.
Недостатком этого способа является проведение процесса в автоклавных условиях, что требует применения сложного и дорогостоящего оборудования, работающего под высоким давлением.
Известен способ получения металлургического глинозема (Патент SU № 1307751, опубл. 10.06.1999 г.). Способ включает обработку щелочесодержащего гидроксида алюминия раствором фтористого алюминия при 50-100°C в течение 0,5-1,0 часа и кальцинацию при 700-800°C.
Положительное влияние фтористых солей и борной кислоты на фазовые превращения -модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle">
-модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> (глинозема известно (Гопиенко Г.Н., Заварицкая Т.А., Пашкевич Л.А. Влияние различных минерализаторов на образование
-модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -Al2O3 из гидраргиллита и бемита. Цвет, металлы, 1970, № 4, с.53-55). Действительно таким образом можно повысить качество глинозема и экономичность процесса, однако при температуре кальцинации 700-800°C содержание
-модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -Al2O3 в конечном продукте (из-за малой скорости фазового превращения
-модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle">
-модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle">
-модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -Al2O3) всего 25-60% (Наумчик А.Н., Дубовиков О.А. Производство глинозема из низкокачественного сырья. Учебное пособие. - Л.: изд. ЛГИ, 1987, 99 с). Главным недостатком способа является малое содержание
-модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -Al2O3.
Известен способ получения малощелочного тонкодисперсного -модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -глинозема из оборотной пыли электрофильтров печей кальцинации (Патент RU № 2241672, опубл. 10.12.2004 г.). Способ включает выщелачивание, фильтрацию и прокаливание при температуре 1200°С. Выщелачивают оборотную пыль при температуре 80°C, а прокаливание ведут в две стадии: от 20°C до 800°C со скоростью 150°C/ч, от 800°C до 1200°C со скоростью 250°C/ч. Прокаливают оборотную пыль в присутствии минерализаторов, например AlF 3.
Недостатком способа является то, что оборотная пыль уже подверглась термической обработке с затратой на это тепловой энергии, а последующая прокалка еще больше увеличит энергетические затраты.
Известен способ получения малощелочного глинозема (Патент RU № 2047561, опубл. 10.11.1995 г.), принятый за прототип. Способ включает термообработку гидроксида алюминия, отмывку от щелочных примесей, фильтрацию, прокалку в присутствии минерализатора. При термообработке используют карбонизационный гидроксид алюминия и ведут ее при температуре 1050-1150°C. В качестве минерализатора используют фторид алюминия или смесь фторида алюминия и борной кислоты в количестве 0,3-0,5% от массы глинозема при массовом соотношении в смеси фторида алюминия к борной кислоте (0,5:1,5).
Недостатком способа является двухстадийная термическая обработка со значительными энергетическими затратами.
Технический результат заключается в упрощении технологии при содержании -модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -модификации в глиноземе не менее 95% и снижении энергетических затрат.
Технический результат достигается тем, что в способе получения малощелочного глинозема с высоким содержанием -модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -модификации Al2O3, включающем отмывку щелочесодержащего гидроксида алюминия от щелочных примесей, фильтрацию, прокалку в присутствии минерализатора - борной кислоты, гидроксид алюминия отмывают кипящим 5%-ным раствором борной кислоты при соотношении по массе жидкой фазы к твердой Ж:Т=5:1-6:1, а после фильтрации прокаливают в течение часа при температуре 1275-1325°C.
Отмывка щелочесодержащего гидроксида алюминия 5%-ным (мас.) раствором борной кислоты уменьшает содержание межкристаллитной щелочи в гидроксиде алюминия и устраняет ее отрицательное влияние на скорость образования -модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -Al2O3 (Арлюк Т.А., Телятников Г.В., Кухоткина Т.Н. О факторах, влияющих на скорость кристаллизации глинозема. Труды ВАМИ, 1974, № 88, с.105-109). При отмывке щелочесодержащего гидроксида алюминия раствором борной кислоты происходит нейтрализация щелочи по реакции
4H3BO3+4H 2O+Na2O=Na2B4O7 *10H2O,
с образованием тетрабората натрия, который при последующей прокалке переходит в газовую фазу (Глинка Н.Л. Общая химия. Издание 12. М-Л.: Химия, 1965, с.601). Оставшаяся после фильтрации без промывки в гидроксиде алюминия борная кислота является минерализатором при последующей прокалке.
5%-ная (мас.) концентрация раствора борной кислоты обусловлена максимальной растворимостью борной кислоты при 20°C, при обработке раствором с концентрацией выше 5% (мас.) на фильтре выкристаллизовывается борная кислота.
Повышение температуры раствора борной кислоты интенсифицирует взаимодействие кислоты и щелочи, а 100°C это максимальная температура, которая еще не требует применения автоклавов.
Соотношение по массе жидкой фазы к твердой Ж:Т=5:1-6:1 позволяет осуществить отмывку щелочесодержащего глинозема без значительного увеличения материальных потоков при отмывке и фильтрации.
Прокаливание отфильтрованного и непромытого гидроксида алюминия в течение часа при температуре 1275-1325°C - оптимальное соотношение экспозиции и температуры, которое позволило получить в малощелочном глиноземе не менее 95% -модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -Al2O3 без увеличения на это энергетических затрат (получено экспериментально).
Реализация предлагаемого способа в промышленных условиях заключается в следующем: в мешалку подают щелочесодержащий (карбонизационный или декомпозиционный) гидроксид алюминия и кипящий раствор 5%-ной (мас.) борной кислоты при соотношении по массе жидкой фазы к твердой Ж:Т=5:1. Пульпа, без временной выдержки в мешалке, фильтруется и влажный гидроксид алюминия, содержащий борную кислоту и тетраборат натрия, подвергают прокаливанию в трубчатых вращающихся печах при температуре 1300°C в течение часа. Минерализатором при прокалке является борная кислота, оставшаяся во влажном гидроксиде алюминия.
Пример. Достигаемый технический результат подтверждается лабораторными исследованиями. В перемешиваемый в мешалке и нагретый до 100°C раствор 5%-ной (мас.) борной кислоты загружался карбонизационный гидроксид алюминия в соотношении по массе жидкой фазы к твердой Ж:Т=5:1. Сразу горячая пульпа фильтровалась на воронке Бюхнера, без промывки сушилась и прокаливалась в муфельной печи при 1300°C в течение часа. Параллельно, без обработки раствором борной кислоты проводилась эталонная серия опытов. Полученный после прокалки малощелочной глинозем исследовался кристаллооптическим и рентгеноструктурным методами анализа.
Дополнительно малощелочной глинозем по способу и глинозем эталонной серии опытов подвергались химическому опробованию, базирующемуся на общеизвестном положении - инертности -модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -модификации Al2O3 при гидрометаллургических переделах. Влияние отмывки щелочесодержащего гидроксида алюминия борной кислотой и прокалки в присутствии минерализатора (борной кислоты) на результаты химического опробования приведены в табл.1. Отмывка гидроксида алюминия 5%-ным (мас.) раствором борной кислоты при 100°C (III вариант) с последующей прокалкой при 1300°C в течение часа позволяет резко уменьшить переход Al2 O3 в раствор при контрольном химическом опробовании - менее 1%.
В аналогичных условиях проводилось химическое опробование проб отечественных и зарубежных специальных марок глубокопрокаленного глинозема, содержащих -модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -модификации Al2O3 не менее 95%. Результаты химического опробования специальных марок глинозема приведены в табл.2. Рентгеноструктурный и кристаллооптический анализы показали полную идентичность малощелочного глинозема специальных марок, содержащих
-модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -модификации Al2O3 не менее 95%, и малощелочного глинозема с высоким содержанием
-модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -модификации Al2O3, полученного по предлагаемому способу.
Таким образом, при упрощении технологии за счет одностадийной термической обработки и при меньших энергетических затратах достигают содержания -модификаций al2o3, патент № 2462417" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -модификации Al2O3 не менее 95%.
| Таблица 1 | ||||||
| Способ получения малощелочного глинозема с высоким содержанием | ||||||
| Условия прокалки | Навеска, г | Содержание в растворе, г/л | Извлечение в раствор Al2O3, % | |||
| Температура, °C | Выдержка, мин | Na2Oобщ | Na2Oк | Al2O3 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Без отмывки борной кислотой | ||||||
| 900 | нет | 5,0378 | 300,7 | 298,1 | 20,2 | 35,19 |
| 1000 | нет | 4,9596 | 297,6 | 295,1 | 16,3 | 29,17 |
| 1100 | нет | 4,9968 | 322,4 | 317,7 | 15,0 | 24,57 |
| 1200 | нет | 4,5922 | 305,3 | 301,1 | 12,5 | 23,53 |
| 1250 | нет | 6,4290 | 313,2 | 311,7 | 5,7 | 7,47 |
| 1300 | нет | 5,0014 | 280,5 | - | 1,1 | 2,07 |
| 1300 | 60 | 4,9629 | 256,0 | 252,3 | 1,2 | 2,20 |
| I вариант отмывки борной кислотой | ||||||
| 900 | нет | 4,9999 | 265,0 | 260,0 | 34,4 | 61,38 |
| 1000 | нет | 5,0005 | 268,0 | 266,6 | 17,1 | 30,16 |
| 1100 | нет | 5,0086 | 242,4 | 239,0 | 19,1 | 37,19 |
| 1200 | нет | 4,9996 | 323,7 | 322,0 | 23,6 | 34,47 |
| 1250 | нет | 5,0022 | 320,7 | 285,2 | 26,1 | 38,60 |
| 1300 | нет | 4,9914 | 308,2 | 306,9 | 23,4 | 35,96 |
| 1300 | 60 | 5,0042 | 257,3 | 256,0 | 4,26 | 7,82 |
| 1300 | 60 | 4,5538 | 257,5 | 256,5 | 4,10 | 8,26 |
| II вариант отмывки борной кислотой | ||||||
| 1100 | 60 | 5,4346 | 296,6 | 289,8 | 14,0 | 22,92 |
| 1300 | 60 | 5,0170 | 251,5 | 250,0 | 2,9 | 5,43 |
| 1300 | 60 | 3,8019 | 263,5 | 262,0 | 5,5 | 12,98 |
| III вариант отмывки борной кислотой | ||||||
| 1100 | нет | 5,0010 | 296,6 | 296,0 | 15,4 | 24,54 |
| 1300 | нет | 4,9924 | 281,6 | 280,5 | 2,0 | 3,36 |
| 1300 | 60 | 4,9866 | 253,0 | 248,0 | 0,27 | 0,51 |
| 1300 | 60 | 4,9968 | 266,5 | 266,0 | 0,37 | 0,66 |
| 1300 | 60 | 5,0022 | 254,0 | 253,0 | 0,42 | 0,78 |
| 1300 | 60 | 4,9460 | 248,0 | 247,0 | 0,40 | 0,77 |
| Таблица 2 | |||||
| Способ получения малощелочного глинозема с высоким содержанием | |||||
| Проба | Навеска, г | Содержание в растворе, г/л | Извлечение в раствор Al2O3, % | ||
| Na2O общ | Na 2Oк | Al2O3 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Чистый щелочной раствор без проб | нет | 291,3 | 290,1 | нет | нет |
| нет | 308,7 | 308,2 | нет | нет | |
| нет | 291,7 | 290,6 | нет | нет | |
| нет | 302,1 | 301,5 | нет | нет | |
| Англия | 2,1770 | 310,2 | 306,9 | 0,15 | 0,59 |
| Венгрия | 3,4318 | 298,1 | 291,4 | 0,10 | 0,26 |
| Россия | 3,9121 | 292,1 | 285,2 | 0,15 | 0,35 |
| США | 1,3955 | 302,6 | 300,7 | 0,15 | 0,94 |
| Япония | 5,9598 | 286,1 | 280,5 | 0,18 | 0,28 |
Класс C01F7/44 обезвоживание гидроксида алюминия
