Способ получения оксида алюминия, пригодного для производства монокристаллов корунда

Авторы патента:

C01F7/42 - получение оксида или гидроксида алюминия из металлического алюминия, например окислением

Владельцы патента RU 2366608:

Лысенко Андрей Павлович (RU)
Серёдкин Юрий Георгиевич (RU)
Бекишев Владимир Афанасьевич (RU)

Изобретение относится к области химии и может быть использовано в технологии получения оксида алюминия, который может быть использован в производстве искусственных кристаллов корунда. Способ получения оксида алюминия включает анодное растворение алюминия с помощью выпрямленного по двухполупериодной схеме переменного тока при плотности тока в пределах 0,015÷0,045 А/см² в водном растворе хлорида натрия с концентрацией 30÷300 г/л. Полученный гидроксид алюминия отделяют и прокаливают при температуре 600÷1350°С. Осадок гидроксида алюминия отмывают, фильтруют и подают на прокаливание. Изобретение позволяет повысить выход продукта. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области химии, в частности к технологии получения оксида алюминия, который может быть использован в производстве искусственных кристаллов корунда.

Известен способ промышленного получения оксида алюминия - способ Байера, который заключается в гидрохимической переработке бокситов с получением гидроксида алюминия, последующей сушке и прокалке [Лайнер А.И. и др. Производство глинозема, 2-е изд., изд. "Металлургия", М., 1978 г., с.61-64]. Однако получаемый по данному способу оксид алюминия не удовлетворяет требованиям по высокой чистоте и однородности по структуре продукта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является электрохимический способ получения оксида алюминия, включающий анодное растворение алюминия в электролите, отделение гидроксида алюминия и прокаливание [а.с. СССР 621644, кл. C01F 7/42, опубл. 30.08.1978 г., Бюл. №32]. Анодное растворение металлического алюминия осуществляют в водном 0,2÷0,3 М растворе хлорида натрия или хлорида аммония с добавлением 0,1÷1 вес.% гексаметилентетрамина, при плотности тока 10÷15 А/дм², температуре 60÷80°С. При данных параметрах проведения процесса выход гидроксида алюминия в пересчете на оксид алюминия составляет 4÷6 г/ч. Для избежания пассивации электродов периодически переключают полюса. Выход продукта в пересчете на оксид алюминия очень низкий. Из-за необходимости периодически переключать полярность способ отличается известной трудоемкостью.

Целью предлагаемого изобретения является получение оксида алюминия, пригодного для производства монокристаллов корунда, увеличение электрохимического выхода и удельной производительности, а также снижение трудоемкости процесса.

Достигается это тем, что анодное растворение алюминия осуществляют в водном растворе хлорида натрия концентрацией 30÷300 г/л с помощью выпрямленного по двухполупериодной схеме переменного тока при плотности тока 0,015÷0,045 А/см². Последующая обработка осадка гидроксида алюминия зависит от используемого метода выращивания монокристаллов корунда и может включать в различных сочетаниях отмывку, фильтрование, сушку, прессование и прокаливание при температуре 600÷1350°С.

Интервал концентраций хлорида натрия 30÷300 г/л обусловлен тем, что при концентрации ниже 30 г/л нарушается тепловой баланс электролизера, возникает необходимость усложнения его конструкции для обеспечения эффективного охлаждения, снижается удельная производительность; повышение концентрации выше 300 г/л нецелесообразно, поскольку приводит к пересыщению раствора и выпадению осадка хлорида натрия.

Интервал плотностей тока 0,015÷0,045 А/см² обусловлен тем, что при плотности тока ниже 0,015 А/см² скорость процесса низкая; при плотности тока выше 0,045 А/см²происходит снижение электрохимического выхода продукта.

Температурный интервал прокаливания 600÷1350°С обусловлен тем, что в зависимости от используемого метода выращивания монокристаллов корунда требуется определенный фазовый состав оксида алюминия. При температуре ниже 600°С образуются нестабильные фазы оксида алюминия и гидроксиды алюминия. Дальнейшее повышение температуры выше 1350°С вызывает расход энергии, а изменения фазового состава не происходит.

Пример 1. В электролизер заливают электролит - водный раствор хлорида натрия концентрацией 30 г/л. Туда же помещают алюминиевые электроды. Через ячейку пропускают выпрямленный по двухполупериодной схеме переменный ток, силу тока поддерживают постоянной, соответствующей плотности тока 0,015 А/см². В процессе электролиза уровень электролита поддерживают постоянным. По окончании процесса полученный осадок гидроксида алюминия отмывают, фильтруют и прокаливают в течение 2-х часов при температуре 600°С. Электрохимический выход гидроксида алюминия в пересчете на оксид алюминия составляет 1,03 г/А·ч (при напряжении 2,95 В удельная производительность составляет 349 г/кВт·ч).

Пример 2. Процесс проводят аналогично примеру 1 при следующих параметрах: концентрация хлорида натрия - 100 г/л, плотность тока - 0,030 А/см², температура прокаливания - 800°С. Электрохимический выход гидроксида алюминия в пересчете на оксид алюминия составляет 1,02 г/А·ч (при напряжении 2,54 В удельная производительность составляет 402 г/кВт·ч).

Пример 3. Процесс проводят аналогично примеру 1 при следующих параметрах: концентрация хлорида натрия - 300 г/л, плотность тока - 0,045 А/см², температура прокаливания - 1350°С. Электрохимический выход гидроксида алюминия в пересчете на оксид алюминия составляет 1,00 г/А·ч (при напряжении 2,31 В удельная производительность составляет 433 г/кВт·ч).

Пример 4. Процесс проводят аналогично примеру 1 при следующих параметрах: концентрация хлорида натрия - 10 г/л, плотность тока - 0,011 А/см², температура прокаливания - 500°С. Электрохимический выход гидроксида алюминия в пересчете на оксид алюминия составляет 0,89 г/А·ч (при напряжении 4,51 В удельная производительность составляет 197 г/кВт·ч).

Пример 5. Процесс проводят аналогично примеру 1 при следующих параметрах: концентрация хлорида натрия - 300 г/л, плотность тока - 0,085 А/см², температура прокаливания - 1400°С. Электрохимический выход гидроксида алюминия в пересчете на оксид алюминия составляет 0,69 г/А·ч (при напряжении 3,02 В удельная производительность составляет 228 г/кВт·ч).

Предлагаемый способ характеризуется высокой производительностью, малой трудоемкостью, экологической безопасностью, а также возможностью получать оксид алюминия, пригодный для различных методов выращивания монокристаллов корунда.

Результаты экспериментальных исследований параметров получения оксида алюминия приведены в таблице 1.

Таблица 1
Способ	Концентрация NaCl, г/л	Плотность тока, А/см²	Температура прокаливания, °C	Электрохимический выход продукта, г/А·ч	Удельная производительность, г/кВт·ч
Пример 1	30	0,015	600	1,03	349
Пример 2	100	0,030	800	1,02	402
Пример 3	300	0,045	1350	1,00	433
Пример 4	10	0,011	500	0,89	197
Пример 5	300	0,085	1400	0,69	228
Прототип	12÷18	0,100÷0,150	910÷950	0,60÷0,67	75÷83

1. Электрохимический способ получения оксида алюминия, включающий анодное растворение алюминия в водном растворе хлорида натрия, отделение гидроксида алюминия и прокаливание, отличающийся тем, что анодное растворение алюминия осуществляют в водном растворе хлорида натрия концентрацией 30÷300 г/л с помощью выпрямленного по двухполупериодной схеме переменного тока при плотности тока в пределах 0,015÷0,045 А/см², а прокаливание гидроксида алюминия проводят при температуре 600÷1350°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осадок гидроксида алюминия отмывают, фильтруют и подают на прокаливание.

Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано при получении водорода и кристаллического гидроксида алюминия в виде бемита, который может быть использован в различных областях промышленности.

Способ получения катализатора для синтеза меламина из карбамида // 2361669

Изобретение относится к технологии приготовления катализатора на основе оксида алюминия для синтеза меламина из карбамида. .

Способ получения нанодисперсного порошка оксида алюминия // 2353584

Изобретение относится к плазменной технологии получения нанодисперсных порошков. .

Установка для получения гидроокиси алюминия и водорода // 2350563

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к установке для получения гидроокиси алюминия и водорода. .

Способ получения нановолокон оксидно-гидроксидных фаз алюминия // 2328447

Изобретение относится к получению волокон оксидно-гидроксидных фаз со структурой бемита и может быть использовано для получения адсорбентов для тонкой очистки питьевой воды, а также промышленных и сточных вод.

Способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода и устройство для его осуществления // 2278077

Изобретение относится к производству водорода, гидроксидов или оксидов алюминия из металлического алюминия. .

Способ получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода // 2223221

Изобретение относится к способу и устройству для получения гидроксидов или оксидов алюминия, а именно к способам получения оксидов или гидроксидов алюминия из металлического алюминия окислением.

Способ получения корунда // 2176985

Изобретение относится к производству абразивных тугоплавких материалов, в частности к получению порошка -оксида алюминия (корунда). .

Способ получения аэрогеля оксида алюминия // 2150429

Электрохимический способ получения оксида алюминия // 2135411

Изобретение относится к технологии получения оксида алюминия, который может быть использован в качестве осушителя газов и жидкостей, адсорбента, носителя катализаторов.

Способ получения нанодисперсного порошка альфа-оксида алюминия // 2392226

Изобретение относится к области химии и может быть использовано при получении нанодисперсного порошок -оксида алюминия

Способ получения модифицированного ультрадисперсного порошка оксида алюминия // 2392227

Изобретение относится к области химии и может быть использовано при получении ультрадисперсного порошка оксида алюминия, используемого в солнцезащитных составах

Гидролизный способ получения водорода // 2408527

Изобретение относится к области химии

Электрохимический способ получения оксида алюминия // 2412904

Изобретение относится к области получения высокоактивного оксида алюминия и может быть использовано для изготовления особо прочных и огнеупорных керамических изделий, композиционных материалов, в качестве катализатора и носителя катализаторов, в качестве модифицирующей добавки для полимерных материалов

Электрохимический способ получения гидроксида алюминия // 2412905

Изобретение относится к области получения гидроксида алюминия из металлического алюминия, который может быть использован в качестве модифицирующей добавки для полимерных материалов, для получения активного оксида алюминия, для изготовления особо прочных и огнеупорных керамических изделий, композиционных материалов и антипиренов

Способ получения водорода с помощью плазменного генератора // 2440925

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения водорода

Способ получения конструкционной алюмооксидной керамики // 2453517

Изобретение относится к технологии высокотемпературных керамических материалов конструкционного назначения с повышенными термомеханическими свойствами (футеровка тепловых агрегатов, термостойкий огнеприпас, элементы ударопрочной защиты)

Трубчатое или комбинированное корундовое нановолокно и способ его получения // 2458861

Изобретение относится к нанотехнологиям

Способ получения оксида алюминия, пригодного для производства искусственных кристаллов корунда // 2466937

Изобретение относится к области химии

Способ получения наноразмерного порошка гамма-оксида алюминия // 2493102

Изобретение относится к технологиям производства наноразмерных порошков. Способ получения наноразмерных порошков γ-Al2O3, включающий подачу исходного материала в реактор газоразрядной плазмы транспортирующим газом, который является плазмообразующим газом, обжиг исходного материала при температуре 3000-4000 K в течение 10-5-10-3 сек, охлаждение полученного порошка оксида алюминия охлаждающим инертным газом и конденсацию его в водоохлаждаемой приемной камере, в котором исходный материал состоит из смеси порошков гидроксида алюминия и нефтяного кокса. Гидроксид алюминия получен карбонизацией алюминатного раствора при температуре 20-60°C и имеет байеритовую структуру с размерами зерен 1000-5000 нм. Изобретение позволяет получить активную форму оксида алюминия с высокой удельной поверхностью. 6 з.п. ф-лы, 9 пр.