Химия алюминия | CHEMEGE.RU
1. Положение алюминия в периодической системе химических элементов
2. Электронное строение алюминия
3. Физические свойства
4. Нахождение в природе
5. Способы получения
6. Качественные реакции
7. Химические свойства
7.1. Взаимодействие с простыми веществами
7.1.1. Взаимодействие с галогенами
7.1.2. Взаимодействие с серой и фосфором
7.1.3. Взаимодействие с водородом
7.1.4. Взаимодействие с азотом
7.1.5. Взаимодействие с углеродом
7.1.6. Горение
7.2. Взаимодействие со сложными веществами
7.2.1. Взаимодействие с водой
7.2.2. Взаимодействие с минеральными кислотами
7.2.3. Взаимодействие с серной кислотой
7.2.4. Взаимодействие с азотной кислотой
7.2.5. Взаимодействие с щелочами
7.2.6. Взаимодействие с окислителями
Оксид алюминия
1. Способы получения
2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с основными оксидами
2.3. Взаимодействие с водой
2.4. Взаимодействие с кислотными оксидами
2.5. Взаимодействие с кислотами
2.6. Взаимодействие с восстановителями
2.7. Вытеснение более летучих оксидов из солей
Гидроксид алюминия
1. Способы получения
2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с кислотами
2.2. Взаимодействие с кислотными оксидами
2.3. Взаимодействие с щелочами
2.4. Разложение при нагревании
Соли алюминия
Бинарные соединения алюминия
Алюминий
Положение в периодической системе химических элементов
Алюминий расположены в главной подгруппе III группы (или в 13 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Электронное строение алюминия и свойства
Электронная конфигурация алюминия в основном состоянии:
+13Al 1s 22s22p63s23p1 1s 2s 2p 3s 3p
Электронная конфигурация алюминия в возбужденном состоянии:
+13Al* 1s22s22p63s13p2 1s 2s 2p 3s 3p
Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.
Физические свойства
Алюминий – лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.
Температура плавления 660оС, температура кипения 1450оС, плотность алюминия 2,7 г/см3.
Нахождение в природе
Алюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния). Содержание в земной коре — около 8%.
В природе алюминий встречается в виде соединений:
Бокситы Al2O3 · H2O (с примесями SiO2, Fe2O3, CaCO3) — гидрат оксида алюминия
Корунд Al2O3. Красный корунд называют рубином, синий корунд называют сапфиром.
Способы получения
Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида протекают требуют больших затрат энергии. Для промышленного получения алюминия используют процесс Холла-Эру. Для понижения температуры плавления оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970оС) Na3AlF6, а затем подвергуют электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:
Al2O3 → Al3+ + AlO33-
На катоде происходит восстановление ионов алюминия:
К: Al3+ +3e → Al0
На аноде происходит окисление алюминат-ионов:
А: 4AlO33- — 12e → 2Al2O3 + 3O2
Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:
2Al2O3 → 4Al + 3O2
Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:
AlCl3 + 3K → 4Al + 3KCl
Качественные реакции
Качественная реакция на ионы алюминия — взаимодействие избытка солей алюминия с щелочами. При этом образуется белый аморфный осадок гидроксида алюминия.
Например, хлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия:
AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaCl
При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината:
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]
Обратите внимание, если мы поместим соль алюминия в избыток раствора щелочи, то белый осадок гидроксида алюминия не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения алюминия сразу переходят в комплекс:
AlCl3 + 4NaOH = Na[Al(OH)4]Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также выпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.
AlCl3 + 3NH3 · H2O = Al(OH)3 ↓ + 3 NH4Cl
Al3+ + 3NH3 · H2O = Al(OH)3 ↓ + 3 NH4+
Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.
Химические свойства
1. Алюминий – сильный восстановитель. Поэтому он реагирует со многими неметаллами.
1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов
2Al + 3I2 → 2AlI3
1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:
2Al + 3S → Al2S3
1.3. Алюминий реагируют с фосфором . При этом образуются бинарные соединения — фосфиды:
Al + P → AlP
Алюминий не реагирует с водородом.
1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000оС с образованием нитрида:
2Al +N2 → 2AlN
1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:
4Al + 3C → Al4C3
1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом
с образованием оксида:4Al + 3O2 → 2Al2O3
Видеоопыт взаимодействия алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно посмотреть здесь.
2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами:
2.1. Реагирует ли алюминий с водой? Ответ на этот вопрос вы без труда найдете, если покопаетесь немного в своей памяти. Наверняка хотя бы раз в жизни вы встречались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами. Такой вопрос я любил задавать студентам на экзаменах. Что самое удивительное, ответы я получал разные — у кого-то алюминий таки реагировал с водой. И очень, очень многие сдавались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагировал с водой уже у половины респондентов))
Тем не менее, несложно понять, что алюминий все-таки
2Al0 + 6H2+O → 2Al+3(OH)3 + 3H20
Амальгаму алюминия можно получить, выдержав кусочки алюминия в растворе хлорида ртути (II):
3HgCl2 + 2Al → 2AlCl3 + 3Hg
Видеоопыт взаимодействия амальгамы алюминия с водой можно посмотреть здесь.
2.2. Алюминий взаимодействуют с минеральными кислотами
(с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой) со взрывом. При этом образуются соль и водород.Например, алюминий бурно реагирует с соляной кислотой:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
2.3. При обычных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат алюминия и вода:
2Al + 6H2SO4(конц.) → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.
С разбавленной азотной кислотой
10Na + 12HNO3 (разб) → N2 +10NaNO3 + 6H2O
При взаимодействии алюминия с очень разбавленной азотной кислотой образуется нитрат аммония:
8Al + 14HNO3(оч.разб.) → 8NaNO3 + 3NH4NO3 + 7H2O
2.5. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами. При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ↑
Видеоопыт взаимодействия алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь.
Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:
2Al + 6NaOH → 2Na3AlO3 + 3H2 ↑
Эту же реакцию можно записать в другом виде:
2Al + 6NaOH → NaAlO2 + 3H2↑ + Na2O
2.6. Алюминий восстанавливает менее активные металлы из оксидов. Процесс восстановления металлов из оксидов называется алюмотермия.
Например, алюминий вытесняет медь из оксида меди (II). Реакция очень экзотермическая:
2Al + 3CuO → 3Cu + Al2O3
Еще пример: алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III):
8Al + 3Fe3O4 → 4Al2O3 + 9Fe
Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):
2Al + 3Na2O2 → 2NaAlO2 + 2Na2O
8Al + 3KNO3 + 5KOH + 18H2O → 8K[Al(OH)4] + 3NH3
10Al + 6KMnO4 + 24H2SO4 → 5Al2(SO4)3 + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 24H2O
2Al + NaNO2 + NaOH + 5H2O → 2Na[Al(OH)4] + NH3
Al + 3KMnO4 + 4KOH → 3K2MnO4 + K[Al(OH)4]
4Al + K2Cr2O7 → 2Cr + 2KAlO2 + Al2O3
Оксид алюминия
Способы получения
Оксид алюминия можно получить различными методами:
1. Горением алюминия на воздухе:
4Al + 3O2 → 2Al2O3
2. Разложением гидроксида алюминия при нагревании:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
3. Оксид алюминия можно получить разложением нитрата алюминия:
4Al(NO3)3 → 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2
Химические свойства
Оксид алюминия — типичный амфотерный оксид. Взаимодействует с кислотными и основными оксидами, кислотами, щелочами.
1. При взаимодествии оксида алюминия с основными оксидами образуются соли-алюминаты.
Например, оксид алюминия взаимодействует с оксидом натрия:
Na2O + Al2O3 → 2NaAlO2
2. Оксид алюминия взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—алюминаты, а в растворе – комплексные соли. При этом оксид алюминия проявляет кислотные свойства.
Например, оксид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия в расплаве с образованием алюмината натрия и воды:
2NaOH + Al2O3 → 2NaAlO2 + H2O
Оксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината:
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]
3. Оксид алюминия не взаимодействует с водой.
4. Оксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами (сильных кислот). При этом образуются соли алюминия. При этом оксид алюминия проявляет основные свойства.
Например, оксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия:
Al2O3 + 3SO3 → Al2(SO4)3
5. Оксид алюминия взаимодействует с растворимыми кислотами с образованием средних и кислых солей.
Например, оксид алюминия реагирует с серной кислотой:
Al2O3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O
6. Оксид алюминия проявляет слабые окислительные свойства.
Например, оксид алюминия реагирует с гидридом кальция с образованием алюминия, водорода и оксида кальция:
Al2O3 + 3CaH2 → 3CaO + 2Al + 3H2
Электрический ток восстанавливает алюминий из оксида (производство алюминия):
2Al2O3 → 4Al + 3O2
7. Оксид алюминия — твердый, нелетучий. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении.
Например, из карбоната натрия:
Al2O3 + Na2CO3 → 2NaAlO2 + CO2
Гидроксид алюминия
Способы получения
1. Гидроксид алюминия можно получить действием раствора аммиака на соли алюминия.
Например, хлорид алюминия реагирует с водным раствором аммиака с образованием гидроксида алюминия и хлорида аммония:
AlCl3 + 3NH3 + 3H2O = Al(OH)3 + 3NH4Cl
2. Пропусканием углекислого газа, сернистого газа или сероводорода через раствор тетрагидроксоалюмината натрия:
Na[Al(OH)4] + СО2 = Al(OH)3 + NaНCO3
Чтобы понять, как протекает эта реакция, можно использовать несложный прием: мысленно разбить сложное вещество Na[Al(OH)4] на составные части: NaOH и Al(OH)3. Далее мы определяем, как реагирует углекислый газ с каждым из этих веществ, и записываем продукты их взаимодействия. Т.к. Al(OH)3 не реагирует с СО2, то мы записываем справа Al(OH)3 без изменения.
3. Гидроксид алюминия можно получить действием недостатка щелочи на избыток соли алюминия.
Например, хлорид алюминия реагирует с недостатком гидроксида калия с образованием гидроксида алюминия и хлорида калия:
AlCl3 + 3KOH(недост) = Al(OH)3↓+ 3KCl
4. Также гидроксид алюминия образуется при взаимодействии растворимых солей алюминия с растворимыми карбонатами, сульфитами и сульфидами. Сульфиды, карбонаты и сульфиты алюминия необратимо гидролизуются в водном растворе.
Например: бромид алюминия реагирует с карбонатом натрия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия, выделяется углекислый газ и образуется бромид натрия:
2AlBr3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3↓ + CO2↑ + 6NaBr
Хлорид алюминия реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида алюминия, сероводорода и хлорида натрия:
2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S↑ + 6NaCl
Химические свойства
1. Гидроксид алюминия реагирует с растворимыми кислотами. При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов и типа соли.
Например, гидроксид алюминия взаимодействует с азотной кислотой с образованием нитрата алюминия:
Al(OH)3 + 3HNO3 → Al(NO3)3 + 3H2O
Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
2Al(OH)3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6H2O
Al(OH)3 + 3HBr → AlBr3 + 3H2O
2. Гидроксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами сильных кислот.
Например, гидроксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия:
2Al(OH)3 + 3SO3 → Al2(SO4)3 + 3H2O
3. Гидроксид алюминия взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—алюминаты, а в растворе – комплексные соли. При этом гидроксид алюминия проявляет кислотные свойства.
Например, гидроксид алюминия взаимодействует с гидроксидом калия в расплаве с образованием алюмината калия и воды:
2KOH + Al(OH)3 → 2KAlO2 + 2H2O
Гидроксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината:
Al(OH)3 + KOH → K[Al(OH)4]
4. Гидроксид алюминия разлагается при нагревании:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
Видеоопыт взаимодействия гидроксида алюминия с соляной кислотой и щелочами (амфотерные свойства гидроксида алюминия) можно посмотреть здесь.
Соли алюминия
Нитрат и сульфат алюминия
Нитрат алюминия при нагревании разлагается на оксид алюминия, оксид азота (IV) и кислород:
4Al(NO3)3 → 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2
Сульфат алюминия при сильном нагревании разлагается аналогично — на оксид алюминия, сернистый газ и кислород:
2Al2(SO4)3 → 2Al2O3 + 6SO2 + 3O2
Комплексные соли алюминия
Для описания свойств комплексных солей алюминия — гидроксоалюминатов, удобно использоваться следующий прием: мысленно разбейте тетрагидроксоалюминат на две отдельные молекулы — гидроксид алюминия и гидроксид щелочного металла.
Например, тетрагидроксоалюминат натрия разбиваем на гидроксид алюминия и гидроксид натрия:
Na[Al(OH)4] разбиваем на NaOH и Al(OH)3
Свойства всего комплекса можно определять, как свойства этих отдельных соединений.
Таким образом, гидроксокомплексы алюминия реагируют с кислотными оксидами.
Например, гидроксокомплекс разрушается под действием избытка углекислого газа. При этом с СО2 реагирует NaOH с образованием кислой соли (при избытке СО2), а амфотерный гидроксид алюминия не реагирует с углекислым газом, следовательно, просто выпадает в осадок:
Na[Al(OH)4] + CO2 → Al(OH)3↓ + NaHCO3
Аналогично тетрагидроксоалюминат калия реагирует с углекислым газом:
K[Al(OH)4] + CO2 → Al(OH)3 + KHCO3
По такому же принципу тетрагидроксоалюминаты реагирует с сернистым газом SO2:
Na[Al(OH)4] + SO2 → Al(OH)3↓ + NaHSO3
K[Al(OH)4] + SO2 → Al(OH)3 + KHSO3
А вот под действием избытка сильной кислоты осадок не выпадает, т.к. амфотерный гидроксид алюминия реагирует с сильными кислотами.
Например, с соляной кислотой:
Na[Al(OH)4] + 4HCl(избыток) → NaCl + AlCl3 + 4H2O
Правда, под действием небольшого количества (недостатка) сильной кислоты осадок все-таки выпадет, для растворения гидроксида алюминия кислоты не будет хватать:
Na[Al(OH)4] + НCl(недостаток) → Al(OH)3↓ + NaCl + H2O
Аналогично с недостатком азотной кислоты выпадает гидроксид алюминия:
Na[Al(OH)4] + HNO3(недостаток) → Al(OH)3↓ + NaNO3 + H2O
Комлекс разрушается при взамодействии с хлорной водой (водным раствором хлора) Cl2:
2Na[Al(OH)4] + Cl2 → 2Al(OH)3↓ + NaCl + NaClO
При этом хлор диспропорционирует.
Также комплекс может прореагировать с избытком хлорида алюминия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия:
AlCl3 + 3Na[Al(OH)4] → 4Al(OH)3↓ + 3NaCl
Если выпарить воду из раствора комплексной соли и нагреть образующееся вещество, то останется обычная соль-алюминат:
Na[Al(OH)4] → NaAlO2 + 2H2O↑
K[Al(OH)4] → KAlO2 + 2H2O
Гидролиз солей алюминия
Растворимые соли алюминия и сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. чуть-чуть:
I ступень: Al3+ + H2O = AlOH2+ + H+
II ступень: AlOH2+ + H2O = Al(OH)2+ + H+
III ступень: Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)3 + H+
Однако сульфиды, сульфиты, карбонаты алюминия и их кислые соли гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:
Al2(SO4)3 + 6NaHSO3 → 2Al(OH)3 + 6SO2 + 3Na2SO4
2AlBr3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + CO2↑ + 6NaBr
2Al(NO3)3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + 6NaNO3 + 3CO2↑
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2↑
Al2(SO4)3 + 3K2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑ + 3K2SO4
2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2S↑ + 6NaCl
Более подробно про гидролиз можно прочитать в соответствующей статье.
Алюминаты
Соли, в которых алюминий является кислотным остатком (алюминаты) — образуются из оксида алюминия при сплавлении с щелочами и основными оксидами:
Al2O3 + Na2O → 2NaAlO2
Для понимания свойств алюминатов их также очень удобно разбить на два отдельных вещества.
Например, алюминат натрия мы раделим мысленно на два вещества: оксид алюминия и оксид натрия.
NaAlO2 разбиваем на Na2O и Al2O3
Тогда нам станет очевидно, что алюминаты реагируют с кислотами с образованием солей алюминия:
KAlO2 + 4HCl → KCl + AlCl3 + 2H2O
NaAlO2 + 4HCl → AlCl3 + NaCl + 2H2O
NaAlO2 + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NaNO3 + 2H2O
2NaAlO2 + 4H2SO4 → Al2(SO4)3 + Na2SO4 + 4H2O
Под действием избытка воды алюминаты переходят в комплесные соли:
KAlO2 + H2O = K[Al(OH)4]
NaAlO2 + 2H2O = Na[Al(OH)4]
Бинарные соединения
Сульфид алюминия под действием азотной кислоты окисляется до сульфата:
Al2 S3 + 8HNO3 → Al2(SO4)3 + 8NO2 + 4H2O
либо до серной кислоты (под действием горячей концентированной кислоты):
Al2 S3 + 30HNO3(конц. гор.) → 2Al(NO3)3 + 24NO2 + 3H2SO4 + 12H2O
Сульфид алюминия разлагается водой:
Al2S3 + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑
Карбид алюминия также разлагается водой при нагревании на гидроксид алюминия и метан:
Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4
Нитрид алюминия разлагается под действием минеральных кислот на соли алюминия и аммония:
AlN + 4HCl → AlCl3 + NH4Cl
Также нитрид алюминия разлагается под действием воды:
AlN + 3H2O → Al(OH)3↓ + NH3
Поделиться ссылкой:
chemege.ru
Способ получения гидроксида алюминия
Изобретение относится к способам получения активного гидроксида алюминия, пригодного для получения эффективного коагулянта — гидроксохлорида алюминия, а также катализаторов, осушителей и сорбентов.
Большинство существующих способов получения активного гидроксида алюминия заключается в его осаждении из растворов алюмината натрия или из растворов кислых солей алюминия под действием кислотных (HCl, HNO3, CO2) или основных реагентов (NH3, NH4OH, NaOH, Na2CO3, (NH4)2CO3) соответственно. Главным недостатком этих способов является недостаточно высокая химическая активность получаемого гидроксида алюминия по отношению к соляной кислоте. Кроме того, эти способы характеризуются значительными материальными потоками, многооперационностью, трудностью отделения осадка гидроксида алюминия от раствора, а также связаны с образованием больших объемов сточных вод, что снижает их экологичность.
Известен способ получения гидроксида алюминия (см. пат. 2258035 РФ, МПК C01F 7/02, 2003), включающий обработку раствора основного сульфата алюминия AlOHSO4, содержащего 75 г/л Al2O3, в непрерывном режиме путем смешения с 25%-ным водным раствором аммиака NH4OH при pH 9,5-10,5 в течение 30-45 минут. Полученную суспензию фильтруют с отделением гидроксида алюминия, который подвергают автоклавной обработке в 5-7,5%-ном растворе аммиака при pH 10-11 и температуре 135-145°C в течение 1-2 часов. Полученный осадок гидроксида алюминия псевдобемитной структуры отфильтровывают, промывают химически обессоленной водой и сушат.
Основным недостатком данного способа является то, что получаемый гидроксид алюминия химически неактивней по отношению к соляной кислоте. Способ также характеризуется высокой энергоемкостью по причине повышенной влажности гидроксида алюминия и необходимостью использования автоклава. Кроме того, вследствие образования большого количества трудноутилизируемых разбавленных растворов сульфата аммония, способ является недостаточно экологичным.
Известен также принятый в качестве прототипа способ получения гидроксида алюминия (см. а.с. 852798 СССР, МПК3 C01F 7/34, 1977), включающий смешение в водном растворе кристаллических солей алюминия и бикарбоната аммония при их молярном соотношении 1:(3-7), перемешивание полученной смеси в течение 2 часов, выдерживание образовавшегося осадка под маточником 5-24 часа, отделение осадка фильтрацией со скоростью 100-102 л/(м2·ч), промывку его водой при 70-90°C и сушку.
Основным недостатком известного способа является недостаточно высокая химическая активность получаемого гидроксида алюминия по отношению к соляной кислоте. Кроме того, способ характеризуется длительностью выдерживания осадка под маточным раствором и низкой скоростью фильтрации вследствие образования сильнообводненного гидроксида алюминия. Следствием этого является наличие значительных объемов разбавленных растворов аммонийных солей, что снижает экологичность способа.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в получении химически активного по отношению к соляной кислоте гидроксида алюминия и в интенсификации способа. Кроме того, техническим результатом является снижение количества жидких отходов, что повышает экологичность способа.
Технический результат достигается тем, что в способе получения гидроксида алюминия, включающем смешение кристаллических солей алюминия и угольной кислоты, выделение алюминийсодержащего осадка, его промывку водой при повышенной температуре и сушку, согласно изобретению в качестве соли угольной кислоты используют карбонат натрия, смешение солей ведут в твердом виде при расходе карбоната натрия 4-6 моль на 1 моль Al2O3, полученную реакционную массу выщелачивают водой с образованием суспензии, из которой выделяют алюминийсодержащий осадок, а промывку осадка водой ведут до величины pH промывной воды не более 7,5.
Технический результат достигается также тем, что в качестве соли алюминия берут его нитрат Al(NO3)3·9H2O или хлорид AlCl3·6H2O.
Технический результат достигается также и тем, что выщелачивание реакционной массы ведут при температуре не выше 50°C.
На достижение технического результата направлено то, что промывку осадка ведут при температуре 60-80°C.
При смешении кристаллических солей алюминия и карбоната натрия согласно изобретению, протекают следующие химические реакции:
Возможность протекания этих реакций при смешении солей в твердом виде обусловлена наличием слабосвязанной воды в составе кристаллогидратов солей алюминия. Образующийся при этом гидроалюмокарбонат натрия NaAl(OH)2CO3 имеет специфическую волокнистую структуру в результате преимущественного роста кристаллов вдоль одного направления. В процессе водного выщелачивания реакционной массы, полученной при расходе карбоната натрия 4-6 моль на 1 моль Al2O3, гидролитического разложения гидроалюмокарбоната натрия не происходит вследствие наличия в растворе достаточного количества ионов натрия. При смешении твердых солей в отсутствие жидкой фазы гидроалюмокарбонат натрия формируется в малогидратированной форме и поэтому легко выделяется из суспензии фильтрованием. При промывке осадка водой происходит постепенное разложение гидроалюмокарбоната натрия с получением гидроксида алюминия в форме псевдобемита, который наследует структуру гидроалюмокарбоната натрия, что и предопределяет его высокую химическую активность по отношению к соляной кислоте. При величине pH промывной воды не более 7,5 достигается полное разложение гидроалюмокарбоната натрия до гидроксида алюминия.
Использование карбоната натрия в качестве соли угольной кислоты позволяет при условии смешения солей в твердом виде получить алюминийсодержащий осадок в виде гидроалюмокарбоната натрия, обладающего специфической волокнистой структурой, которую наследует гидроксид алюминия, что и обусловливает его высокую химическую активность по отношению к соляной кислоте. Кроме того, смешение солей в твердом виде позволяет интенсифицировать способ, так как в этом случае гидроалюмокарбонат натрия формируется в малогидратированной хорошо фильтруемой форме и дополнительной выдержки осадка под маточным раствором не требуется.
Расход карбоната натрия 4-6 моль на 1 моль Al2O3 позволяет обеспечить величину pH образующейся суспензии, наиболее благоприятную для формирования волокнистой структуры гидроалюмокарбоната натрия. При расходе карбоната натрия менее 4 моль на 1 моль Al2O3 часть алюминия при смешении реагентов превращается в аморфный гидроксид алюминия, что приводит к резкому снижению химической активности получаемого гидроксида алюминия по отношению к соляной кислоте. Увеличение расхода карбоната натрия более 6 моль на 1 моль Al2O3 является избыточным и приводит к неоправданному увеличению количества промывной воды.
Выщелачивание реакционной массы водой позволяет получить суспензию, твердая фаза которой представляет собой нерастворимый алюминийсодержащий осадок в виде гидроалюмокарбоната натрия, а жидкая фаза — раствор солей натрия.
Промывка алюминийсодержащего осадка водой до величины pH промывной воды не более 7,5 обусловлена тем, что при этом происходит полное разложение гидроалюмокарбоната натрия с образованием гидроксида алюминия, который также обладает хорошей фильтруемостью, что способствует снижению количества промывных вод. Величина pH промывной воды более 7,5 свидетельствует о неполноте разложения гидроалюмокарбоната натрия, что приводит к существенному снижению химической активности получаемого гидроксида алюминия по отношению к соляной кислоте.
Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в получении химически активного по отношению к соляной кислоте гидроксида алюминия и в интенсификации способа за счет сокращения продолжительности операций при одновременном снижении количества жидких отходов.
В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие режимные параметры.
Использование в качестве соли алюминия нитрата алюминия Al(NO3)3·9H2O или хлорида алюминия AlCl3·6H2O обусловлено наличием в них кристаллизационной воды в количестве, необходимом для протекания реакции в соответствии с уравнениями (1) и (2) при условии смешения солей в твердом виде.
Проведение выщелачивания реакционной массы при температуре не выше 50°C гарантирует, наряду с наличием в растворе достаточного количества ионов натрия, предотвращение гидролитического разложения гидроалюмокарбоната натрия до гидроксида алюминия в процессе выщелачивания.
Промывка осадка при температуре 60-80°C способствует ускорению процесса разложения гидроалюмокарбоната натрия и минимизации количества промывной воды.
Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения получения химически активного по отношению к соляной кислоте гидроксида алюминия, интенсификации способа и снижения количества жидких отходов.
Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты более наглядно могут быть проиллюстрированы следующими примерами.
Пример 1. 500 г Al(NO3)3·9H2O и 282,7 г кристаллического карбоната натрия Na2CO3 (расход карбоната натрия 4 моль на 1 моль Al2O3) смешивают в твердом виде в лопастном смесителе в течение 20 минут. Полученную реакционную массу весом 714,4 г выщелачивают 1500 мл воды при температуре 40°C в течение 15 минут. Образовавшуюся суспензию фильтруют на нутч-фильтре с выделением алюминийсодержащего осадка. Скорость фильтрации составляет 1340 л/(м2·ч). Из полученного осадка отбирают пробу массой 5 г, высушивают при 105°C до постоянной массы и анализируют методом рентгенофазового анализа РФА. По данным РФА основной фазой алюминийсодержащего осадка является гидроалюмокарбонат натрия NaAl(OH)2CO3. Алюминийсодержащий осадок промывают 5 раз порциями воды по 250 мл с температурой 60°C до величины pH 5-й порции промывной воды 7,1. Промытый алюминийсодержащий осадок сушат при 105°C до постоянной массы. Получают 88,7 г сухого осадка с содержанием Al2O3 74,1%. Влажность осадка составляет 77,6%. По данным РФА осадок представляет собой гидроксид алюминия в форме псевдобемита.
Для оценки химической активности по отношению к соляной кислоте берут навеску полученного гидроксида алюминия массой 5 г, помещают в эксикатор над 37% соляной кислотой и выдерживают в течение 30 минут. После этого навеску помещают в 100 мл воды с температурой 25°C, в которой она полностью растворяется, что свидетельствует о высокой химической активности полученного гидроксида алюминия по отношению к соляной кислоте.
Пример 2. 500 г Al(NO3)3·9H2O и 424,1 г кристаллического карбоната натрия Na2CO3 (расход карбоната натрия 6 моль на 1 моль Al2O3) смешивают в твердом виде в лопастном смесителе в течение 30 минут. Полученную реакционную массу весом 855,6 г выщелачивают 2200 мл воды при температуре 50°C в течение 30 минут. Образовавшуюся суспензию фильтруют на нутч-фильтре с выделением алюминийсодержащего осадка. Скорость фильтрации составляет 1280 л/(м2·ч). Из полученного осадка отбирают пробу массой 5 г, высушивают при 105°C до постоянной массы и анализируют методом рентгенофазового анализа РФА. По данным РФА основной фазой алюминийсодержащего осадка является гидроалюмокарбонат натрия NaAl(OH)2CO3. Алюминийсодержащий осадок промывают 7 раз порциями воды по 250 мл с температурой 80°C до величины pH 7-й порции промывной воды 7,5. Промытый алюминийсодержащий осадок сушат при 105°C до постоянной массы. Получают 83,1 г сухого осадка с содержанием Al2O3 79,2%. Влажность осадка составляет 72,8%. По данным РФА осадок представляет собой гидроксид алюминия в форме псевдобемита.
Для оценки химической активности по отношению к соляной кислоте берут навеску полученного гидроксида алюминия массой 5 г, помещают в эксикатор над 37% соляной кислотой и выдерживают в течение 30 минут. После этого навеску помещают в 100 мл воды с температурой 25°C, в которой она полностью растворяется, что свидетельствует о высокой химической активности полученного гидроксида алюминия по отношению к соляной кислоте.
Пример 3. 322 г AlO3-6H2O и 353,3 г кристаллического карбоната натрия Na2CO3 (расход карбоната натрия 5 моль на 1 моль Al2O3) смешивают в лопастном смесителе в течение 25 минут. Полученную реакционную массу весом 539,7 г выщелачивают 2000 мл воды при температуре 45°C в течение 20 минут. Образовавшуюся суспензию фильтруют на нутч-фильтре с выделением алюминийсодержащего осадка. Скорость фильтрации составляет 1310 л/(м2·ч). Из полученного осадка отбирают пробу массой 5 г, высушивают при 105°C до постоянной массы и анализируют методом рентгенофазового анализа РФА. По данным РФА основной фазой алюминийсодержащего осадка является гидроалюмокарбонат натрия NaAl(OH)2CO3. Алюминийсодержащий осадок промывают 6 раз порциями воды по 250 мл с температурой 70°C до величины pH 6-й порции промывной воды 7,3. Промытый алюминийсодержащий осадок сушат при 105°C до постоянной массы. Получают 86,3 г сухого осадка с содержанием Al2O3 76,4%. Влажность осадка составляет 74,1%. По данным РФА осадок представляет собой гидроксид алюминия в форме псевдобемита.
Для оценки химической активности по отношению к соляной кислоте берут навеску полученного гидроксида алюминия массой 5 г, помещают в эксикатор над 37% соляной кислотой и выдерживают в течение 30 минут. После этого навеску помещают в 100 мл воды с температурой 25°C, в которой она полностью растворяется, что свидетельствует о высокой химической активности полученного гидроксида алюминия по отношению к соляной кислоте.
Из приведенных Примеров видно, что заявляемый способ по сравнению с прототипом позволяет получить в условиях твердофазного процесса гидроксид алюминия, химически активный по отношению к соляной кислоте. Способ является менее длительным, так как скорость фильтрации возрастает в 12,5-13,4 раз при меньшей продолжительности предшествующих операций. Соответственно снижается количество жидких отходов, что повышает экологичность способа. Предлагаемый способ относительно прост и может быть реализован с привлечением стандартного технологического оборудования.
edrid.ru
Способ получения гидроксида алюминия
Использование: при получении гидроксида алюминия псевдобемитной структуры. Сущность: водный алюминатный раствор с мольным отношением Na2O: Al2O3, равным 0,5 — 2,0, и концентрацией по Al2O3 1 — 50 мас.% подвергают разложению при температуре 0 — 30oC и мольном отношении алюмината натрия к перекиси водорода в расчете на Al2O3, равном 0,02 — 0,15. Образующийся гидроксид алюминия в виде псевдобемитной структуры выделяют и промывают дистиллированной водой при температуре 0 — 30oC до pH 7 — 8.
Изобретение относится к области получения гидроксида алюминия, в частности гидроксида алюминия псевдобемитной структуры (псевдобемита), который находит применение в качестве основного материала для изготовления носителей катализаторов и катализаторов, наполнителя, загустителя, пленкообразующего вещества, упрочнителя, мембран.
Известен способ получения псевдобемита и бемита сверхвысокой чистоты из аморфного гидрооксикарбоната алюминия. На первой стадии процесса смешивают промытый аморфный гидрооксикарбонат алюминия с раствором кислоты, основания, соли или их смеси, причем раствор выливают на гидрооксикарбонат, полученная реакционная масса имеет pHoC в течение > 5 мин. На третьей стадии полученную реакционную массу со второй стадии нагревают до 90 — 250oC. Полученные псевдобемит и бемит подвергают сушке и/или прокаливанию. (Европейская заявка N 0085592, C 01 F 7/14, публик. 10.08.83 г.) Недостатком данного способа является сложная многостадийная технология получения псевдобемита и бемита. Известен также способ получения псевдобемита предварительным смешением алюмината щелочного металла и галогенгидрина из группы этиленхлоргидрина, пропиленхлоргидрина, эпихлоргидрина, триметиленхлоргидрина, монохлоргидрина глицерина, дихлоргидрина глицерина и 1-окси-2-хлорпропилметакрилата в течение 5 с — 10 ч при температуре от — 10oC до 50oC, причем мольное отношение галогенгидрина к алюминату щелочного металла составляет 0,8-20, концентрация алюмината щелочного металла равна 25% мас. Затем поднимают температуру смеси до 50 — 100oC для осаждения псевдобемита (Патент США N 4120943, кл. 423-628, 17.10. 1978 г.) Недостатком данного способа также является сложная технология с применением экологически вредных и дорогостоящих реагентов галогенгидринов и 1-окси-2-хлор пропилметакрилата. Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения гидроксида алюминия путем разложения водных алюминатных растворов, например, промышленного алюминатного раствора спекания с содержанием, г/л: Al2O3 86,7; Na2Oоб. 85,2; Na2Oк 79,7; V2O5 0,09; соды 6,3%, P2O5 — нет, затравкой 30% раствора перекиси водорода. Процесс ведут при постоянном снижении температуры от 64oC до 48oC, мольном отношении Al2O3/Na2O + Na2Oк, равном 0,32, мольном отношении Al2O3/Na2O + Na2Oк + Na2Oсода, равном 0,26, мольном отношении алюмината натрия и перекиси водорода в расчете на Al2O3, равном 28,72 (авторское свидетельство N 284774, C 01 F 7/04, от 08.01.1979 г.) Однако данный способ предусматривает лишь выделение гидроксида алюминия из алюминатного раствора, но не позволяет получать гидроксид алюминия заданной структуры, например, в виде псевдобемита. Задачей настоящего изобретения является разработка простого способа получения гидроксида алюминия заданной псевдобемитной структуры высокой степени фазовой и химической чистоты. Поставленная задача решается предлагаемым способом получения гидроксида алюминия путем разложения водного алюминатного раствора перекисью водорода с последующим выделением целевого продукта, в котором согласно изобретению в ткачестве алюминатного раствора используют раствор алюмината натрия с мольным отношением Al2O3/Na2O, равным от 0,5 до 2,0, и концентрацией по Al2O3 1-50% мас. и процесс разложения ведут при температуре 0-30oC и мольном отношении алюмината натрия к перекиси водорода в расчете на Al2O3, равном от 0,02 до 0,15, образующийся гидроксид алюминия псевдобемитной структуры выделяют и промывают дистиллированной водой при температуре 0 — 30oC до pH 7 — 8. Предлагаемый способ позволяет получать по простой безотходной технологии псевдобемит со следующими характеристиками: плотность — 3010 — 3040 кг/м3 фазовая чистота — 100% удельная поверхность — 260 — 280 м2/г Образующийся кроме псевдобемита гидроксид натрия можно использовать при приготовлении алюмината натрия. Способ осуществляют следующим образом. Вначале готовят алюминат натрия растворением в воде щелочи и нагреванием до кипения введенного в щелочной раствор гидроксида алюминия. Затем смешивают в режиме перемешивания водный раствор алюмината натрия с мольным отношением Al2O3/Na2O, равным от 0,5 до 2,0, и концентрацией по Al2O3 1 — 50% мас. и 1 — 100%-ный раствор перекиси водорода, мольное отношение алюмината натрия к перекиси водорода в расчете на Al2O3 составляет от 0,02 до 0,15. Процесс разложения ведут при температуре 0 — 30oC. Образующийся осадок псевдобемита выделяют, например, фильтрованием и промывают при 0 — 30oC дистиллированной водой до pH промывных вод 7 — 8. Ниже приведены примеры, иллюстрирующие способ, но не ограничивающие его. Пример 1. Водный раствор алюмината натрия с мольным отношением по Al2O3/Na2O = 0,5 и концентрацией по Al2O3 — 1 мас.% смешивают со 100%-ной перекисью водорода при температуре 0oC. Мольное отношение алюмината натрия к перекиси водорода в расчете на оксид алюминия (Al2O3/H2O2) составляет 0,02. Образовавшийся псевдобемит отделяют на фильтре от маточного раствора, промывают дистиллированной (конденсатной) водой при 0oC до pH промывных вод — 8, сушат при 100oC. Полученный таким образом псевдобемит имеет следующие характеристики: плотность, кг/м3 — 3010 фазовая чистота, % — 100удельная поверхность, м2/г — 280
Выход псевдобемита (за один цикл от теоретически возможного) составляет, % мас. по Al2O3 — 73%. Пример 2. Водный раствор алюмината натрия с мольным отношением по Al2O3/Na2O = 2,0 и концентрацией по Al2O3 — 50 мас.% смешивают с 1%-ным раствором перекиси водорода при температуре 30oC. Мольное отношение алюмината натрия к перекиси водорода в расчете на оксид алюминия составляет 0,15. Образовавшийся псевдобемит отделяют на фильтре от маточного раствора, промывают дистиллированной водой при 30oC до pH промывных вод — 7, сушат при 110oC. Полученный таким образом псевдобемит имеет следующие характеристики:
плотность, кг/м3 — 3040
фазовая чистота, % — 100
удельная поверхность, м2/г — 260
Выход псевдобемита (за один цикл от теоретически возможного) составляет; % мас. по Al2O3 — 68%. Пример 3. Водный раствор алюмината натрия с мольным отношением по Al2O3/Na2O = 0,75 и концентрацией по Al2O3 — 35 мас.% смешивают с 30%-ным раствором перекиси водорода при температуре 10oC. Мольное отношение алюмината натрия к перекиси водорода в расчете на оксид алюминия составляет — 0,06. Образовавшийся псевдобемит отделяют на фильтре от маточного раствора, промывают дистиллированной водой при 10oC до pH промывных вод — 7, сушат при 105oC. Полученный таким образом псевдобемит имеет следующие характеристики :
плотность, кг/м3 — 3030
фазовая чистота, % — 100
удельная поверхность, м2/г — 270
Выход псевдобемита (за один цикл от теоретически возможного) составляет, % мас. по Al2O3 — 80. Таким образом, предлагаемый способ получения псевдобемита имеет следующие преимущества:
простая безотходная технология;
доступные реагенты;
высокие качественные показатели получаемого продукта.
Формула изобретения
findpatent.ru
Способ получения гидроксида алюминия
Изобретение предназначено для получения гидроксида алюминия, который используют при получении каталитических носителей, катализаторов, керамики. Гидроксид алюминия получают путем нагревания металлического алюминия с водным раствором органического основания, в качестве которого используют этаноламин общей формулы NHn(CH2CH2OH)3-n, где n = 0, 1, 2. Мольное соотношение алюминий : этаноламин : вода равно 1 :(0,1 — 10):(2 — 50). Данный способ позволяет снизить стоимость и токсичность процесса. 2 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к неорганической химии и химической технологии, а именно к синтезу гидроксида алюминия, который применяют при получении каталитических носителей, катализаторов, керамики.
Известен способ получения гидроксида алюминия, при котором алкоголяты алюминия общей формулы Аl(OR)3(R = алкил), синтезированные из металлического алюминия и спирта ROH, гидролизуют при 90oС водно-спиртовым раствором и образующийся гидроксид алюминия подвергают гидротермальному старению [1]. Синтезированный гидроксид алюминия обладает высокой чистотой, что важно для ряда направлений его дальнейшего использования, например, при получении термостойких Al2O3 — носителей катализаторов с высокой удельной поверхностью. Основным недостатком способа является дороговизна алкоголятов алюминия, что обуславливает и высокую стоимость получаемого гидроксида алюминия. Известен ряд вариантов способа получения гидроксида алюминия из металлического алюминия и водного раствора основания, например [2, 3], наиболее близким из которых является способ, при котором нагревание алюминия и водного раствора основания осуществляют при 40-70oС и pН, превышающей 12,4 [4]. Образующийся при взаимодействии алюминия и основания алюминат подвергают разложению до гидроксида алюминия, выделяющегося преимущественно в форме байерита или гиббсита Al(OH)3. В качестве основания предпочтительно используют органическое основание холин . Способ позволяет синтезировать высококачественные порошки гидроксида алюминия с низким содержанием Na2O, а также гидроксид алюминия, содержащий 0,01-10 мас.% модифицирующих оксидов. Однако холин является дорогостоящим продуктом. Кроме того, основной товарной формой холина является его раствор в метаноле, который является высокотоксичным растворителем. Таким образом, высокая стоимость органического основания (холин) и токсичность реагентов являются основными недостатками способа. Предлагаемый способ позволяет преодолеть указанные недостатки. Предлагаемый способ получения гидроксида алюминия заключается в том, что в качестве органического основания используют этаноламины общей формулы NHn(CH2CH2OH)3-n, где n = 0, 1, 2. Предпочтительно, чтобы мольное соотношение алюминия : этаноламин : вода составляло 1 : (0,1-10) : (2-50). В гидроксид алюминия возможно введение 0,01-15 мас.% модифицирующих оксидов. Отличием предлагаемого способа от прототипа является использование в качестве органического основания этаноламинов общей формулы NHn(CH2CH2OH)3-n, где n = 0, 1, 2. Этаноламины являются сравнительно недорогими нетоксичными продуктами, нашедшими широкое распространение в промышленности и быту, например, в качестве добавки к моющим составам. Выпускными формами являются чистые индивидуальные этаноламины, а не метанольные растворы как в случае холина. Кроме того, этаноламины легко очистить от примесей металлов, в том числе и натрия, путем перегонки, тогда как для холина это невозможно. Химизм процесса заключается в генерировании алюмината Al + NHn(CH2CH2OH)3-n + 2 H2O + 3/2 H2 и его последующем гидролизе Al2O3(х+1)Н2О + 2NHn(CH2CH2OH)3-n Cинтезированный гидроксид алюминия по составу и кристаллическому строению соответствует гидратированному бемиту Аl(О)ОН. При образовании алюмината выделяется водород и необходимо создавать условия, исключающие образование взрывоопасных смесей водорода и воздуха. Наработку алюмината проводят при температуре выше 40oС, предпочтительно при температуре кипения реакционной смеси, составляющей от 105 до 125oС. Для синтеза используют гранулы, фольгу, стружку или порошок алюминия с низким содержанием примесей щелочных металлов, например, алюминий марки А-99. Применяют химически чистые или перегнанные моно-, ди- триэтаноламины, а также деионизированную или дистиллированную воду. Все это обеспечивает низкое содержание примесей в полученном гидроксиде алюминия. Растворение алюминия завершается от 3-4 до 30-40 ч. По завершении реакции выделение водорода прекращается. После этого отделяют реакционную массу от непрореагировавшего шлама, разбавляют 1-10 объемами воды и выдерживают 1-20 ч при 20-80oС для завершения разложения алюмината до гидроксида алюминия. По предлагаемому способу, как и по прототипу, можно получать гидроксид алюминия, модифицированный оксидами различных металлов, которые вводят на стадии наработки алюмината или при его разложении в виде различных соединений металлов (оксиды, гидроксиды, неорганические соли, алкоголяты). Такие модифицированные гидроксиды алюминия обеспечивают особые свойства получаемых далее материалов. Так, при введении оксида бария (пример 5) получают модифицированный гидроксид алюминия, позволяющий получать каталитические носители с повышенной термостойкостью при 1000-1200oС. Введение менее 0,01 мас.% модифицирующего оксида не сказывается существенным образом на свойствах гидроксида алюминия, а введение более 15 мас.% модификатора экономически более выгодно осуществлять при других способах получения модифицированных гидроксидов алюминия. При введении менее 0,1 моль этаноламина и менее 2 моль воды на 1 моль алюминия скорость растворения алюминия снижается, а при использовании более 10 моль этаноламина и более 50 моль воды ускорения процесса не наблюдается, но производительность (съем продукции с единицы объема реактора) снижается. Процесс по предлагаемому способу осуществляют периодически или непрерывно. При непрерывном процессе через определенные периоды в 2-10 ч часть реакционной массы отделяют и выделяют гидроксид алюминия. Фильтрат упаривают и снова вводят в синтез, а отогнанную воду используют при промывке новой партии гидроксида. В реактор периодически догружают алюминий с учетом его удаления в виде гидроксида и выгружают непрореагировавший шлам. Такой процесс является экологически чистым и практически безотходным. Непрерывный процесс можно осуществлять и с непрерывной циркуляцией реакционного раствора через реактор, аппарат для разложения алюмината и фильтр. Пример 1. В трехгорлую колбу с мешалкой, термометром и обратным холодильником загружают 27 г (1 моль) алюминиевой стружки, 610 г (10 моль) моноэтаноламина и 800 г (50 моль) дистиллированной воды. Колбу нагревают на масляной бане при перемешивании 25 ч до прекращения выделения водорода. Реакционную массу сливают с непрореагировавшего шлама, разбавляют 2 л дистиллированной воды, нагревают 1 ч при 80oС и охлаждают. Выпавший гидроксид алюминия отфильтровывают, промывают 2 раза по 100 мл воды, высушивают в термошкафу (80oС, 5 ч). Получают 80,3 г белого порошка, содержащего 70,9 мас.% Аl2О3. Мольное соотношение алюминий:моноэтаноламин:вода составляет 1:10:50. Пример 2. В реакторе по примеру 1 нагревают 27 г (1 моль) порошка алюминия, 74,5 г (0,5 моль) триэтаноламина и 80 г (5 моль) дистиллированной воды. Через 5 ч сливают 1/2 реакционного раствора (75 мл) с непрореагировавшего алюминия. Продолжают нагревание колбы, а из отделенной реакционной смеси выделяют гидроксид алюминия, как в примере 1, (200 мл воды для разбавления и 2х50 мл воды для промывки). Получают 16 г гидроксида алюминия, содержащего 72,1 мас.% Al2O3. Из фильтрата отгоняют на роторном испарителе 300 мл воды и полученный водный раствор триэтаноламина добавляют в колбу. Через 3-5 ч повторяют операцию выделения гидроксида алюминия с использованием для разбавления и промывки отогнанной воды. Через 3-4 операции выделения гидроксида алюминия в колбу добавляют 20 г порошка алюминия и продолжают наработку алюмината и его разложение и т.д. Мольное соотношение алюминий : триэтаноламин : вода составляет 1:0,5:5. Пример 3. Синтез проводят, как в примере 1, из 27 г (1 моль) гранулированного алюминия, 210 г (2 моль) диэтаноламина и 180 г (10 моль) деионизированной воды. Для разбавления и промывки используют 500 и 2х100 мл воды. Получают 81 г гидроксида алюминия, содержащего 69,6 мас.% Аl2O3. Мольное соотношение алюминий:диэтаноламин:вода равно 1:2:10. Пример 4. Синтез осуществляют, как в примере 1. Загрузка: 27 г (1 моль) алюминиевой фольги, 149 г (1 моль) триэтаноламина и 360 г (20 моль) дистиллированной воды. После отделения шлама к реакционной массе добавляют 26 г Ва(ОН)2, растворенного в 400 мл нагретой до 80oС дистиллированной воды. Получают 104,1 г белого порошка, содержащего 52,3 и 15 мас.% Аl2O3 и ВаО соответственно. Мольное соотношение алюминий:триэтаноламин:вода равно 1:1:20. Содержание модифицирующей добавки 15 мас.%. Пример 5. Синтез осуществляют в примере 2. Используют 27 г (1 моль) алюминиевой стружки, 10,5 г (0,1 моль) диэтаноламина и 36 г (2 моль) дистиллированной воды. Полученный гидроксид алюминия содержит 70,2 мас.% Аl2О3. Мольное соотношение алюминий:диэтаноламин:вода равно 1:0,1:2. Пример 6. Синтез проводят в примере 1, из 27 г (1 моль) гранулированного алюминия, 74,5 (0,5 моль) триэтаноламина и 240 г (15 моль) воды. Дополнительно вводят 0,008 г порошка — Аl2O3 со средним размером частиц 0,3-0,5 мкм. Получают 80,5 г модифицированного гидроксида алюминия, содержащего 70,8 мас. % Аl2О3, при этом 0,01 мас.% составляет Аl2О3 в — форме. Мольное соотношение алюминий:триэтаноламин:вода составляет 1:0,5:15. Содержание модифицирующей добавки 0,01 мас.%. Пример 7. Загрузка и проведение синтеза, как в примере 1. К реакционной массе перед добавлением воды приливают раствор 10,4 г тетраэтоксисилана в 40 мл этанола. Получают 83,8 г модифицированного гидроксида алюминия, содержащего 68 и 3,6 мас.% Аl2O3 и SiO2 соответственно. Мольное соотношение алюминий:моноэтаноламин:вода равно 1:10:50. Содержание модифицирующей добавки 3,6 мас.%. Содержание Na2O в гидроксидах алюминия, полученных по примерам 1-7, составляет менее 0,001 мас.%. В отличие от прототипа получают гидроксид алюминия преимущественно в форме бемита, что важно для получения каталитических носителей на основе — Аl2О3 с высокой удельной поверхностью. Модифицированные гидроксиды алюминия по примерам 4 и 7 используют при получении высокотемпературных носителей и катализаторов, а по примеру 6 — для получения высокочистой глиноземной керамики с пониженной температурой образования — Аl2О3. Для этих целей предпочтительно использование модифицированных гидроксидов. Источники информации 1. Патент Германии N 3823895, С 04 В 35/10, 1989. 2. Патент США N 5225229, С 01 F 7/02, 1993. 3. РСТ WO 90/00523, С 01 F 7/02, 1990. 4. РСТ WO 94/24048, С 01 F 7/02, 1994.Формула изобретения
1. Способ получения гидроксида алюминия нагреванием металлического алюминия с водным раствором органического основания, отличающийся тем, что в качестве органического основания используют этаноламин общей формулы NHn(CH2CH2OH)3-n, где n = 0,1,2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что мольное соотношение алюминий: этаноламин: вода равно 1 : (0,1 — 10) : (2 — 50). 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в гидроксид алюминия вводят 0,01 — 15 мас.% модифицирующих оксидов.findpatent.ru
способ получения гидроксида алюминия — патент РФ 2114785
Изобретение предназначено для получения гидроксида алюминия, который используют при получении каталитических носителей, катализаторов, керамики. Гидроксид алюминия получают путем нагревания металлического алюминия с водным раствором органического основания, в качестве которого используют этаноламин общей формулы NHn(CH2CH2OH)3-n, где n = 0, 1, 2. Мольное соотношение алюминий : этаноламин : вода равно 1 :(0,1 — 10):(2 — 50). Данный способ позволяет снизить стоимость и токсичность процесса. 2 з.п. ф-лы. Изобретение относится к неорганической химии и химической технологии, а именно к синтезу гидроксида алюминия, который применяют при получении каталитических носителей, катализаторов, керамики. Известен способ получения гидроксида алюминия, при котором алкоголяты алюминия общей формулы Аl(OR)3(R = алкил), синтезированные из металлического алюминия и спирта ROH, гидролизуют при 90oС водно-спиртовым раствором и образующийся гидроксид алюминия подвергают гидротермальному старению [1]. Синтезированный гидроксид алюминия обладает высокой чистотой, что важно для ряда направлений его дальнейшего использования, например, при получении термостойких Al2O3 — носителей катализаторов с высокой удельной поверхностью. Основным недостатком способа является дороговизна алкоголятов алюминия, что обуславливает и высокую стоимость получаемого гидроксида алюминия. Известен ряд вариантов способа получения гидроксида алюминия из металлического алюминия и водного раствора основания, например [2, 3], наиболее близким из которых является способ, при котором нагревание алюминия и водного раствора основания осуществляют при 40-70oС и pН, превышающей 12,4 [4]. Образующийся при взаимодействии алюминия и основания алюминат подвергают разложению до гидроксида алюминия, выделяющегося преимущественно в форме байерита или гиббсита Al(OH)3. В качестве основания предпочтительно используют органическое основание холин . Способ позволяет синтезировать высококачественные порошки гидроксида алюминия с низким содержанием Na2O, а также гидроксид алюминия, содержащий 0,01-10 мас.% модифицирующих оксидов. Однако холин является дорогостоящим продуктом. Кроме того, основной товарной формой холина является его раствор в метаноле, который является высокотоксичным растворителем. Таким образом, высокая стоимость органического основания (холин) и токсичность реагентов являются основными недостатками способа. Предлагаемый способ позволяет преодолеть указанные недостатки. Предлагаемый способ получения гидроксида алюминия заключается в том, что в качестве органического основания используют этаноламины общей формулы NHn(CH2CH2OH)3-n, где n = 0, 1, 2. Предпочтительно, чтобы мольное соотношение алюминия : этаноламин : вода составляло 1 : (0,1-10) : (2-50). В гидроксид алюминия возможно введение 0,01-15 мас.% модифицирующих оксидов. Отличием предлагаемого способа от прототипа является использование в качестве органического основания этаноламинов общей формулы NHn(CH2CH2OH)3-n, где n = 0, 1, 2. Этаноламины являются сравнительно недорогими нетоксичными продуктами, нашедшими широкое распространение в промышленности и быту, например, в качестве добавки к моющим составам. Выпускными формами являются чистые индивидуальные этаноламины, а не метанольные растворы как в случае холина. Кроме того, этаноламины легко очистить от примесей металлов, в том числе и натрия, путем перегонки, тогда как для холина это невозможно. Химизм процесса заключается в генерировании алюмината Al + NHn(CH2CH2OH)3-n + 2 H2O + 3/2 H2 и его последующем гидролизе Al2O3(х+1)Н2О + 2NHn(CH2CH2OH)3-nCинтезированный гидроксид алюминия по составу и кристаллическому строению соответствует гидратированному бемиту Аl(О)ОН. При образовании алюмината выделяется водород и необходимо создавать условия, исключающие образование взрывоопасных смесей водорода и воздуха. Наработку алюмината проводят при температуре выше 40oС, предпочтительно при температуре кипения реакционной смеси, составляющей от 105 до 125oС. Для синтеза используют гранулы, фольгу, стружку или порошок алюминия с низким содержанием примесей щелочных металлов, например, алюминий марки А-99. Применяют химически чистые или перегнанные моно-, ди- триэтаноламины, а также деионизированную или дистиллированную воду. Все это обеспечивает низкое содержание примесей в полученном гидроксиде алюминия. Растворение алюминия завершается от 3-4 до 30-40 ч. По завершении реакции выделение водорода прекращается. После этого отделяют реакционную массу от непрореагировавшего шлама, разбавляют 1-10 объемами воды и выдерживают 1-20 ч при 20-80oС для завершения разложения алюмината до гидроксида алюминия. По предлагаемому способу, как и по прототипу, можно получать гидроксид алюминия, модифицированный оксидами различных металлов, которые вводят на стадии наработки алюмината или при его разложении в виде различных соединений металлов (оксиды, гидроксиды, неорганические соли, алкоголяты). Такие модифицированные гидроксиды алюминия обеспечивают особые свойства получаемых далее материалов. Так, при введении оксида бария (пример 5) получают модифицированный гидроксид алюминия, позволяющий получать каталитические носители с повышенной термостойкостью при 1000-1200oС. Введение менее 0,01 мас.% модифицирующего оксида не сказывается существенным образом на свойствах гидроксида алюминия, а введение более 15 мас.% модификатора экономически более выгодно осуществлять при других способах получения модифицированных гидроксидов алюминия. При введении менее 0,1 моль этаноламина и менее 2 моль воды на 1 моль алюминия скорость растворения алюминия снижается, а при использовании более 10 моль этаноламина и более 50 моль воды ускорения процесса не наблюдается, но производительность (съем продукции с единицы объема реактора) снижается. Процесс по предлагаемому способу осуществляют периодически или непрерывно. При непрерывном процессе через определенные периоды в 2-10 ч часть реакционной массы отделяют и выделяют гидроксид алюминия. Фильтрат упаривают и снова вводят в синтез, а отогнанную воду используют при промывке новой партии гидроксида. В реактор периодически догружают алюминий с учетом его удаления в виде гидроксида и выгружают непрореагировавший шлам. Такой процесс является экологически чистым и практически безотходным. Непрерывный процесс можно осуществлять и с непрерывной циркуляцией реакционного раствора через реактор, аппарат для разложения алюмината и фильтр. Пример 1. В трехгорлую колбу с мешалкой, термометром и обратным холодильником загружают 27 г (1 моль) алюминиевой стружки, 610 г (10 моль) моноэтаноламина и 800 г (50 моль) дистиллированной воды. Колбу нагревают на масляной бане при перемешивании 25 ч до прекращения выделения водорода. Реакционную массу сливают с непрореагировавшего шлама, разбавляют 2 л дистиллированной воды, нагревают 1 ч при 80oС и охлаждают. Выпавший гидроксид алюминия отфильтровывают, промывают 2 раза по 100 мл воды, высушивают в термошкафу (80oС, 5 ч). Получают 80,3 г белого порошка, содержащего 70,9 мас.% Аl2О3. Мольное соотношение алюминий:моноэтаноламин:вода составляет 1:10:50. Пример 2. В реакторе по примеру 1 нагревают 27 г (1 моль) порошка алюминия, 74,5 г (0,5 моль) триэтаноламина и 80 г (5 моль) дистиллированной воды. Через 5 ч сливают 1/2 реакционного раствора (75 мл) с непрореагировавшего алюминия. Продолжают нагревание колбы, а из отделенной реакционной смеси выделяют гидроксид алюминия, как в примере 1, (200 мл воды для разбавления и 2х50 мл воды для промывки). Получают 16 г гидроксида алюминия, содержащего 72,1 мас.% Al2O3. Из фильтрата отгоняют на роторном испарителе 300 мл воды и полученный водный раствор триэтаноламина добавляют в колбу. Через 3-5 ч повторяют операцию выделения гидроксида алюминия с использованием для разбавления и промывки отогнанной воды. Через 3-4 операции выделения гидроксида алюминия в колбу добавляют 20 г порошка алюминия и продолжают наработку алюмината и его разложение и т.д. Мольное соотношение алюминий : триэтаноламин : вода составляет 1:0,5:5. Пример 3. Синтез проводят, как в примере 1, из 27 г (1 моль) гранулированного алюминия, 210 г (2 моль) диэтаноламина и 180 г (10 моль) деионизированной воды. Для разбавления и промывки используют 500 и 2х100 мл воды. Получают 81 г гидроксида алюминия, содержащего 69,6 мас.% Аl2O3. Мольное соотношение алюминий:диэтаноламин:вода равно 1:2:10. Пример 4. Синтез осуществляют, как в примере 1. Загрузка: 27 г (1 моль) алюминиевой фольги, 149 г (1 моль) триэтаноламина и 360 г (20 моль) дистиллированной воды. После отделения шлама к реакционной массе добавляют 26 г Ва(ОН)2, растворенного в 400 мл нагретой до 80oС дистиллированной воды. Получают 104,1 г белого порошка, содержащего 52,3 и 15 мас.% Аl2O3 и ВаО соответственно. Мольное соотношение алюминий:триэтаноламин:вода равно 1:1:20. Содержание модифицирующей добавки 15 мас.%. Пример 5. Синтез осуществляют в примере 2. Используют 27 г (1 моль) алюминиевой стружки, 10,5 г (0,1 моль) диэтаноламина и 36 г (2 моль) дистиллированной воды. Полученный гидроксид алюминия содержит 70,2 мас.% Аl2О3. Мольное соотношение алюминий:диэтаноламин:вода равно 1:0,1:2. Пример 6. Синтез проводят в примере 1, из 27 г (1 моль) гранулированного алюминия, 74,5 (0,5 моль) триэтаноламина и 240 г (15 моль) воды. Дополнительно вводят 0,008 г порошка — Аl2O3 со средним размером частиц 0,3-0,5 мкм. Получают 80,5 г модифицированного гидроксида алюминия, содержащего 70,8 мас. % Аl2О3, при этом 0,01 мас.% составляет Аl2О3 в — форме. Мольное соотношение алюминий:триэтаноламин:вода составляет 1:0,5:15. Содержание модифицирующей добавки 0,01 мас.%. Пример 7. Загрузка и проведение синтеза, как в примере 1. К реакционной массе перед добавлением воды приливают раствор 10,4 г тетраэтоксисилана в 40 мл этанола. Получают 83,8 г модифицированного гидроксида алюминия, содержащего 68 и 3,6 мас.% Аl2O3 и SiO2 соответственно. Мольное соотношение алюминий:моноэтаноламин:вода равно 1:10:50. Содержание модифицирующей добавки 3,6 мас.%. Содержание Na2O в гидроксидах алюминия, полученных по примерам 1-7, составляет менее 0,001 мас.%. В отличие от прототипа получают гидроксид алюминия преимущественно в форме бемита, что важно для получения каталитических носителей на основе — Аl2О3 с высокой удельной поверхностью. Модифицированные гидроксиды алюминия по примерам 4 и 7 используют при получении высокотемпературных носителей и катализаторов, а по примеру 6 — для получения высокочистой глиноземной керамики с пониженной температурой образования — Аl2О3. Для этих целей предпочтительно использование модифицированных гидроксидов. Источники информации
1. Патент Германии N 3823895, С 04 В 35/10, 1989. 2. Патент США N 5225229, С 01 F 7/02, 1993. 3. РСТ WO 90/00523, С 01 F 7/02, 1990. 4. РСТ WO 94/24048, С 01 F 7/02, 1994.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ получения гидроксида алюминия нагреванием металлического алюминия с водным раствором органического основания, отличающийся тем, что в качестве органического основания используют этаноламин общей формулы NHn(CH2CH2OH)3-n, где n = 0,1,2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что мольное соотношение алюминий: этаноламин: вода равно 1 : (0,1 — 10) : (2 — 50). 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в гидроксид алюминия вводят 0,01 — 15 мас.% модифицирующих оксидов.www.freepatent.ru
как получить из оксида алюминия гидроксид алюминия?
Растворить в водном растворе щелочи. Al2O3 + 2NaOH + 3h3O -> 2Na[Al(OH)4] Это правда не совсем гидрогсид алюминия, а его комплекс с щелочью. Если нужен-таки гидроксид, то сначала растворим оксид в кислоте, например, HCl Al2O3 + 6HCl -> AlCl3 + 3h3O потом добавляем понемногу щелочь. Гидроксид будет выпадать в осадок. AlCl3 + 3NaOH -> 3NaCl + Al(OH)3 Если переборщить со щелочью, он растворится в избытке щелочи и будет то же, что и в самом начале — комплекс. Al(OH)3 + NaOH -> Na[Al(OH)4]
воду добавь))))))
Ввиду нерастворимости Al2O3 в воде отвечающий этому оксиду гидроксид Al(OH)3 может быть получен лишь косвенным путем из солей. Получение гидроксида можно представить в виде следующей схемы. При действии щелочей ионами OH- постепенно замещаются в аквокомплексах [Al(Oh3)6]3+ молекулы воды: [Al(Oh3)6]3+ + OH- = [Al(OH)(Oh3)5]2+ + h3O [Al(OH)(Oh3)5]2+ + OH- = [Al(OH)2(Oh3)4]+ + h3O [Al(OH)2(Oh3)4]+ + OH- = [Al(OH)3(Oh3)3]0 + h3O
только в 2 реакции 1) Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3h3O 2) AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl
можно поместить корунд в водородную среду и электричеством ее ионизировать (водород вступит в соедененее с кислородом, и т. д., и т. п.)
Бокситы обрабатывают натриевой щёлочью, образуется растворимый алюминат натрия. Потом разбавляют водой и выпадает гидроксид.
touch.otvet.mail.ru
Способ получения гидроксида алюминия
Изобретение относится к способам получения активного гидроксида алюминия, пригодного для получения эффективного коагулянта — гидроксохлорида алюминия, а также катализаторов, осушителей и сорбентов. Способ включает смешение кристаллических солей алюминия и карбоната натрия в твердом виде при расходе карбоната натрия 4-6 моль на 1 моль Al2O3. В качестве соли алюминия берут его нитрат Al(NO3)3·9H2O или хлорид AlCl3·6H2O. Полученную реакционную массу выщелачивают водой при температуре не выше 50°C с образованием суспензии, из которой выделяют алюминийсодержащий осадок. Осадок промывают водой при температуре 60-80°C до величины pH промывной воды не более 7,5 и сушат. Технический результат — получение химически активного по отношению к соляной кислоте гидроксида алюминия, снижение количества жидких отходов, повышение экологичности способа. 3 з.п. ф-лы, 3 пр.
Изобретение относится к способам получения активного гидроксида алюминия, пригодного для получения эффективного коагулянта — гидроксохлорида алюминия, а также катализаторов, осушителей и сорбентов.
Большинство существующих способов получения активного гидроксида алюминия заключается в его осаждении из растворов алюмината натрия или из растворов кислых солей алюминия под действием кислотных (HCl, HNO3, CO2) или основных реагентов (NH3, NH4OH, NaOH, Na2CO3, (NH4)2CO3) соответственно. Главным недостатком этих способов является недостаточно высокая химическая активность получаемого гидроксида алюминия по отношению к соляной кислоте. Кроме того, эти способы характеризуются значительными материальными потоками, многооперационностью, трудностью отделения осадка гидроксида алюминия от раствора, а также связаны с образованием больших объемов сточных вод, что снижает их экологичность.
Известен способ получения гидроксида алюминия (см. пат. 2258035 РФ, МПК C01F 7/02, 2003), включающий обработку раствора основного сульфата алюминия AlOHSO4, содержащего 75 г/л Al2O3, в непрерывном режиме путем смешения с 25%-ным водным раствором аммиака NH4OH при pH 9,5-10,5 в течение 30-45 минут. Полученную суспензию фильтруют с отделением гидроксида алюминия, который подвергают автоклавной обработке в 5-7,5%-ном растворе аммиака при pH 10-11 и температуре 135-145°C в течение 1-2 часов. Полученный осадок гидроксида алюминия псевдобемитной структуры отфильтровывают, промывают химически обессоленной водой и сушат.
Основным недостатком данного способа является то, что получаемый гидроксид алюминия химически неактивней по отношению к соляной кислоте. Способ также характеризуется высокой энергоемкостью по причине повышенной влажности гидроксида алюминия и необходимостью использования автоклава. Кроме того, вследствие образования большого количества трудноутилизируемых разбавленных растворов сульфата аммония, способ является недостаточно экологичным.
Известен также принятый в качестве прототипа способ получения гидроксида алюминия (см. а.с. 852798 СССР, МПК3 C01F 7/34, 1977), включающий смешение в водном растворе кристаллических солей алюминия и бикарбоната аммония при их молярном соотношении 1:(3-7), перемешивание полученной смеси в течение 2 часов, выдерживание образовавшегося осадка под маточником 5-24 часа, отделение осадка фильтрацией со скоростью 100-102 л/(м2·ч), промывку его водой при 70-90°C и сушку.
Основным недостатком известного способа является недостаточно высокая химическая активность получаемого гидроксида алюминия по отношению к соляной кислоте. Кроме того, способ характеризуется длительностью выдерживания осадка под маточным раствором и низкой скоростью фильтрации вследствие образования сильнообводненного гидроксида алюминия. Следствием этого является наличие значительных объемов разбавленных растворов аммонийных солей, что снижает экологичность способа.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в получении химически активного по отношению к соляной кислоте гидроксида алюминия и в интенсификации способа. Кроме того, техническим результатом является снижение количества жидких отходов, что повышает экологичность способа.
Технический результат достигается тем, что в способе получения гидроксида алюминия, включающем смешение кристаллических солей алюминия и угольной кислоты, выделение алюминийсодержащего осадка, его промывку водой при повышенной температуре и сушку, согласно изобретению в качестве соли угольной кислоты используют карбонат натрия, смешение солей ведут в твердом виде при расходе карбоната натрия 4-6 моль на 1 моль Al2O3, полученную реакционную массу выщелачивают водой с образованием суспензии, из которой выделяют алюминийсодержащий осадок, а промывку осадка водой ведут до величины pH промывной воды не более 7,5.
Технический результат достигается также тем, что в качестве соли алюминия берут его нитрат Al(NO3)3·9H2O или хлорид AlCl3·6H2O.
Технический результат достигается также и тем, что выщелачивание реакционной массы ведут при температуре не выше 50°C.
На достижение технического результата направлено то, что промывку осадка ведут при температуре 60-80°C.
При смешении кристаллических солей алюминия и карбоната натрия согласно изобретению, протекают следующие химические реакции:
Возможность протекания этих реакций при смешении солей в твердом виде обусловлена наличием слабосвязанной воды в составе кристаллогидратов солей алюминия. Образующийся при этом гидроалюмокарбонат натрия NaAl(OH)2CO3 имеет специфическую волокнистую структуру в результате преимущественного роста кристаллов вдоль одного направления. В процессе водного выщелачивания реакционной массы, полученной при расходе карбоната натрия 4-6 моль на 1 моль Al2O3, гидролитического разложения гидроалюмокарбоната натрия не происходит вследствие наличия в растворе достаточного количества ионов натрия. При смешении твердых солей в отсутствие жидкой фазы гидроалюмокарбонат натрия формируется в малогидратированной форме и поэтому легко выделяется из суспензии фильтрованием. При промывке осадка водой происходит постепенное разложение гидроалюмокарбоната натрия с получением гидроксида алюминия в форме псевдобемита, который наследует структуру гидроалюмокарбоната натрия, что и предопределяет его высокую химическую активность по отношению к соляной кислоте. При величине pH промывной воды не более 7,5 достигается полное разложение гидроалюмокарбоната натрия до гидроксида алюминия.
Использование карбоната натрия в качестве соли угольной кислоты позволяет при условии смешения солей в твердом виде получить алюминийсодержащий осадок в виде гидроалюмокарбоната натрия, обладающего специфической волокнистой структурой, которую наследует гидроксид алюминия, что и обусловливает его высокую химическую активность по отношению к соляной кислоте. Кроме того, смешение солей в твердом виде позволяет интенсифицировать способ, так как в этом случае гидроалюмокарбонат натрия формируется в малогидратированной хорошо фильтруемой форме и дополнительной выдержки осадка под маточным раствором не требуется.
Расход карбоната натрия 4-6 моль на 1 моль Al2O3 позволяет обеспечить величину pH образующейся суспензии, наиболее благоприятную для формирования волокнистой структуры гидроалюмокарбоната натрия. При расходе карбоната натрия менее 4 моль на 1 моль Al2O3 часть алюминия при смешении реагентов превращается в аморфный гидроксид алюминия, что приводит к резкому снижению химической активности получаемого гидроксида алюминия по отношению к соляной кислоте. Увеличение расхода карбоната натрия более 6 моль на 1 моль Al2O3 является избыточным и приводит к неоправданному увеличению количества промывной воды.
Выщелачивание реакционной массы водой позволяет получить суспензию, твердая фаза которой представляет собой нерастворимый алюминийсодержащий осадок в виде гидроалюмокарбоната натрия, а жидкая фаза — раствор солей натрия.
Промывка алюминийсодержащего осадка водой до величины pH промывной воды не более 7,5 обусловлена тем, что при этом происходит полное разложение гидроалюмокарбоната натрия с образованием гидроксида алюминия, который также обладает хорошей фильтруемостью, что способствует снижению количества промывных вод. Величина pH промывной воды более 7,5 свидетельствует о неполноте разложения гидроалюмокарбоната натрия, что приводит к существенному снижению химической активности получаемого гидроксида алюминия по отношению к соляной кислоте.
Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в получении химически активного по отношению к соляной кислоте гидроксида алюминия и в интенсификации способа за счет сокращения продолжительности операций при одновременном снижении количества жидких отходов.
В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие режимные параметры.
Использование в качестве соли алюминия нитрата алюминия Al(NO3)3·9H2O или хлорида алюминия AlCl3·6H2O обусловлено наличием в них кристаллизационной воды в количестве, необходимом для протекания реакции в соответствии с уравнениями (1) и (2) при условии смешения солей в твердом виде.
Проведение выщелачивания реакционной массы при температуре не выше 50°C гарантирует, наряду с наличием в растворе достаточного количества ионов натрия, предотвращение гидролитического разложения гидроалюмокарбоната натрия до гидроксида алюминия в процессе выщелачивания.
Промывка осадка при температуре 60-80°C способствует ускорению процесса разложения гидроалюмокарбоната натрия и минимизации количества промывной воды.
Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения получения химически активного по отношению к соляной кислоте гидроксида алюминия, интенсификации способа и снижения количества жидких отходов.
Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты более наглядно могут быть проиллюстрированы следующими примерами.
Пример 1. 500 г Al(NO3)3·9H2O и 282,7 г кристаллического карбоната натрия Na2CO3 (расход карбоната натрия 4 моль на 1 моль Al2O3) смешивают в твердом виде в лопастном смесителе в течение 20 минут. Полученную реакционную массу весом 714,4 г выщелачивают 1500 мл воды при температуре 40°C в течение 15 минут. Образовавшуюся суспензию фильтруют на нутч-фильтре с выделением алюминийсодержащего осадка. Скорость фильтрации составляет 1340 л/(м2·ч). Из полученного осадка отбирают пробу массой 5 г, высушивают при 105°C до постоянной массы и анализируют методом рентгенофазового анализа РФА. По данным РФА основной фазой алюминийсодержащего осадка является гидроалюмокарбонат натрия NaAl(OH)2CO3. Алюминийсодержащий осадок промывают 5 раз порциями воды по 250 мл с температурой 60°C до величины pH 5-й порции промывной воды 7,1. Промытый алюминийсодержащий осадок сушат при 105°C до постоянной массы. Получают 88,7 г сухого осадка с содержанием Al2O3 74,1%. Влажность осадка составляет 77,6%. По данным РФА осадок представляет собой гидроксид алюминия в форме псевдобемита.
Для оценки химической активности по отношению к соляной кислоте берут навеску полученного гидроксида алюминия массой 5 г, помещают в эксикатор над 37% соляной кислотой и выдерживают в течение 30 минут. После этого навеску помещают в 100 мл воды с температурой 25°C, в которой она полностью растворяется, что свидетельствует о высокой химической активности полученного гидроксида алюминия по отношению к соляной кислоте.
Пример 2. 500 г Al(NO3)3·9H2O и 424,1 г кристаллического карбоната натрия Na2CO3 (расход карбоната натрия 6 моль на 1 моль Al2O3) смешивают в твердом виде в лопастном смесителе в течение 30 минут. Полученную реакционную массу весом 855,6 г выщелачивают 2200 мл воды при температуре 50°C в течение 30 минут. Образовавшуюся суспензию фильтруют на нутч-фильтре с выделением алюминийсодержащего осадка. Скорость фильтрации составляет 1280 л/(м2·ч). Из полученного осадка отбирают пробу массой 5 г, высушивают при 105°C до постоянной массы и анализируют методом рентгенофазового анализа РФА. По данным РФА основной фазой алюминийсодержащего осадка является гидроалюмокарбонат натрия NaAl(OH)2CO3. Алюминийсодержащий осадок промывают 7 раз порциями воды по 250 мл с температурой 80°C до величины pH 7-й порции промывной воды 7,5. Промытый алюминийсодержащий осадок сушат при 105°C до постоянной массы. Получают 83,1 г сухого осадка с содержанием Al2O3 79,2%. Влажность осадка составляет 72,8%. По данным РФА осадок представляет собой гидроксид алюминия в форме псевдобемита.
Для оценки химической активности по отношению к соляной кислоте берут навеску полученного гидроксида алюминия массой 5 г, помещают в эксикатор над 37% соляной кислотой и выдерживают в течение 30 минут. После этого навеску помещают в 100 мл воды с температурой 25°C, в которой она полностью растворяется, что свидетельствует о высокой химической активности полученного гидроксида алюминия по отношению к соляной кислоте.
Пример 3. 322 г AlO3-6H2O и 353,3 г кристаллического карбоната натрия Na2CO3 (расход карбоната натрия 5 моль на 1 моль Al2O3) смешивают в лопастном смесителе в течение 25 минут. Полученную реакционную массу весом 539,7 г выщелачивают 2000 мл воды при температуре 45°C в течение 20 минут. Образовавшуюся суспензию фильтруют на нутч-фильтре с выделением алюминийсодержащего осадка. Скорость фильтрации составляет 1310 л/(м2·ч). Из полученного осадка отбирают пробу массой 5 г, высушивают при 105°C до постоянной массы и анализируют методом рентгенофазового анализа РФА. По данным РФА основной фазой алюминийсодержащего осадка является гидроалюмокарбонат натрия NaAl(OH)2CO3. Алюминийсодержащий осадок промывают 6 раз порциями воды по 250 мл с температурой 70°C до величины pH 6-й порции промывной воды 7,3. Промытый алюминийсодержащий осадок сушат при 105°C до постоянной массы. Получают 86,3 г сухого осадка с содержанием Al2O3 76,4%. Влажность осадка составляет 74,1%. По данным РФА осадок представляет собой гидроксид алюминия в форме псевдобемита.
Для оценки химической активности по отношению к соляной кислоте берут навеску полученного гидроксида алюминия массой 5 г, помещают в эксикатор над 37% соляной кислотой и выдерживают в течение 30 минут. После этого навеску помещают в 100 мл воды с температурой 25°C, в которой она полностью растворяется, что свидетельствует о высокой химической активности полученного гидроксида алюминия по отношению к соляной кислоте.
Из приведенных Примеров видно, что заявляемый способ по сравнению с прототипом позволяет получить в условиях твердофазного процесса гидроксид алюминия, химически активный по отношению к соляной кислоте. Способ является менее длительным, так как скорость фильтрации возрастает в 12,5-13,4 раз при меньшей продолжительности предшествующих операций. Соответственно снижается количество жидких отходов, что повышает экологичность способа. Предлагаемый способ относительно прост и может быть реализован с привлечением стандартного технологического оборудования.
1. Способ получения гидроксида алюминия, включающий смешение кристаллических солей алюминия и угольной кислоты, выделение алюминийсодержащего осадка, его промывку водой при повышенной температуре и сушку, отличающийся тем, что в качестве соли угольной кислоты используют карбонат натрия, смешение солей ведут в твердом виде при расходе карбоната натрия 4-6 моль на 1 моль Al2O3, полученную реакционную массу выщелачивают водой с образованием суспензии, из которой выделяют алюминийсодержащий осадок, а промывку осадка водой ведут до величины pH промывной воды не более 7,5.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соли алюминия берут его нитрат Al(NO3)3·9H2O или хлорид AlCl3·6H2O.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выщелачивание реакционной массы ведут при температуре не выше 50°C.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промывку осадка ведут при температуре 60-80°C.
findpatent.ru