Устройство для получения гидроксида алюминия

Авторы патента:

C25B9/00 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

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

Владельцы патента RU 2608489:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Устройство для получения гидроксида алюминия содержит емкость для электролита. В емкости размещены алюминиевые электроды, закрепленные на токоподводящих элементах, которые соединены с источником питания электрического тока. Над емкостью для электролита размещен вытяжной колпак. В нижней стенке емкости для электролита выполнено выходное отверстие, соединенное с входом приемной емкости. Емкость для электролита и приемная емкость выполнены из органического полимера с возможностью скрепления металлическим корпусом. Изобретение позволяет уменьшить расход исходного алюминия, повысить безопасность процесса окисления алюминия, при этом содержание неокисленого алюминия и его примесей в продукте не превышает 0,01 мас.%. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к получению гидроксида алюминия из металлического алюминия окислением.

Известно устройство для получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, основными компонентами которого являются: регулируемый источник суспензии мелкодисперсного порошкообразного алюминия с водой со смесителем, реактор, регулируемый клапан отвода смеси паров воды и водорода и регулируемый клапан отвода гидроксидов или оксидов алюминия [пат. RU 2278077 С1, кл. C01F 7/42; С01В 3/10, опубл. 20.06.2006]. Получение гидроксидов или оксидов алюминия в данном устройстве происходит за счет окисления порошкообразного алюминия водой (водяным паром) при температуре 250-400°С и давлении 10-20 МПа.

Недостатками данного устройства являются:

- неполное протекание реакции окисления алюминия в реакторе устройства, за счет образования водорода в закрытом пространстве;

- в устройстве не предусмотрена очистка получаемого гидроксида или оксида алюминия от примесей исходного сырья, вследствие чего получаемый продукт имеет низкую чистоту;

- высокая вероятность возникновения чрезвычайной ситуации, так как окисление алюминия в устройстве происходит при повышенном давлении;

- нормальное функционирование устройства возможно только при использовании порошкообразного алюминия.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому устройству является установка для получения гидроокиси алюминия и водорода, содержащая реактор для химического взаимодействия воды с алюминием, сопровождающегося выделением водородосодержащей газовой смеси и образованием продуктов окисления алюминия, снабженная перемешивающим устройством и устройством ультразвукового излучения [пат. RU 2350563 С2, кл. C01F 7/42, С01В 3/08 опубл. 03.05.2007]. Получение гидроокиси алюминия и водорода на данной установке осуществляется следующим образом: в устройстве для смешивания производят суспензию из мелкодисперсного порошка алюминия и воды, затем указанная смесь подается в реактор для химического взаимодействия воды с алюминием, при этом внутри реактора происходит вращение суспензии и ультразвуковое облучение, после чего водородосодержащая газовая смесь и продукты окисления алюминия отводятся в виде отдельных потоков.

Недостатками данной установки являются:

- невозможность использования установки для окисления алюминия размером частиц более 20 мкм, так как при использовании алюминиевых порошков с размерами больше 20 мкм в продуктах реакции всегда имеется неокисленный алюминий в количестве до 15 мас.%;

- низкая чистота получаемого гидроксида алюминия в реакторе установки за счет совместного окисления алюминия и его примесей в реакторе с последующим внедрением оксидов примесей в структуру гидроокиси алюминия;

- необходимость использования сложных технический решений для обеспечения безопасности процесса окисления алюминия, при этом материалы, из которых сделаны перемешивающее устройство и устройство ультразвукового излучения, могут вступить в химическое взаимодействие с исходным сырьем и получаемым продуктом, что отрицательно скажется на чистоте гидроокиси алюминия;

- высокий расход исходного алюминия в расчете на 1 кг получаемой продукции;

- периодичность процесса.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность непрерывного окисления металлического алюминия любой формы с одновременным уменьшением расхода исходного алюминия не менее чем на 10% и поддержанием высокой безопасности процесса окисления, при этом содержание неокисленного алюминия и его примесей в гидроксиде алюминия не превышает 0,01 мас.%.

Указанный технический результат достигается тем, что в емкости для электролита исходный алюминий в виде электродов крепится на токоподводящие элементы, которые в свою очередь соединены с источником питания электрического тока, при этом над емкостью размещается вытяжной колпак, а выход емкости для электролита соединен со входом приемной емкости.

Кроме того, емкость для электролита и приемная емкость выполняются из органического полимера с возможностью скрепления металлическим корпусом.

При этом соединение выходного отверстия емкости для электролита со входом приемной емкости выполняется в виде трубопровода или гибкого шланга.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена емкость 1 для электролита с размещенными в ней алюминиевыми электродами 2. Алюминиевые электроды 2 закрепляются на токоподводящих элементах 3, которые соединены с источником питания 4 электрического тока. Над емкостью 1 для электролита размещается вытяжной колпак 5, а в нижней стенке емкости выполнено выходное отверстие, соединенное со входом приемной емкости 6.

Использование токоподводящих элементов, предназначенных для подвода электрической энергии к исходному сырью, позволяет производить окисление алюминия любой формы, в частности возможно окисление компактированного порошкообразного, чушкового и листового алюминия.

Использование источника питания электрического тока позволяет проводить окисление алюминия в емкости для электролита под действием силы тока, то есть электрохимически. Данное обстоятельство позволяет получать гидроксид алюминия, не содержащий примесей алюминия, за счет разницы электродного потенциала алюминия с его примесями: при электрохимическом окислении, алюминий будет окисляться в первую очередь, так как его электродный потенциал по сравнению с его примесями более электроотрицательный, поэтому примеси алюминия будут скапливаться в исходном металле и не будут загрязнять получаемый продукт.

В процессе окисления алюминия под действием силы тока образуются только катионы алюминия, которые в свою очередь взаимодействуют с гидроксид-анионами воды. В результате данной реакции образуется гидроксид алюминия в виде трехводной окиси, этот фактор способствует снижению расхода исходного алюминия не менее чем на 10% в сравнении с прототипом и в пересчете на 1 кг готовой продукции. Это связанно с тем, что при окислении алюминия в устройстве, указанном в прототипе, продуктом реакции является одноводная окись алюминия, то есть бемит, имеющий другую структуру и меньший молекулярный вес.

Электрохимическое окисление алюминия позволяет практически полностью сократить содержание неокисленного алюминия в продуктах реакции. На ионном уровне процесс образования гидроксида алюминия можно условно разделить на три стадии: растворение алюминия с образованием катионов алюминия; перенос катионов алюминия вглубь пространства электролита; взаимодействие катионов алюминия с гидроксид-анионами воды и образованием гидроксида алюминия. На последний стадии образования гидроксида алюминия катион алюминия находится в пространстве, по большей мере состоящим из окислителя, то есть из гидроксида-аниона воды, причем концентрация катионов алюминия в пространстве электролита ничтожно мала в сравнении с концентрацией гидроксид-анионов, поэтому окисление алюминия протекает полностью, вследствие чего гидроксид алюминия не содержит неокисленный алюминий. Единственным источником загрязнения гидроксида алюминия может служить вода или добавляемые в нее токонесущие добавки. В качестве таких компонентов используются хорошо растворимые неорганические соли, возгоняющиеся при низких температурах - поэтому получаемый гидроксид алюминия будет легко очищаться известными методами, в частности промывкой водой, либо термической обработкой, при этом содержание неокисленного алюминия и его примесей в гидроксиде алюминия не будет превышать 0,01 мас.%.

Использование вытяжного колпака необходимо для обеспечения безопасности процесса окисления алюминия. В процессе окисления алюминия на электроде происходит выделение незначительного количества водорода, которое зависит от величины силы тока, и тепловой энергии в виде паров воды. Данные выделения не способны отрицательно повлиять на работу устройства, также они не могут служить причиной чрезвычайной ситуации, однако для защиты рабочего персонала от потенциально опасного воздействия тепловой энергии и водорода необходимо размещать вытяжной колпак над емкостью для электролита.

Приемная емкость необходима для отвода продуктов окисления алюминия. Приемная емкость предотвращает переполнение емкости для электролита, что позволяет вести процесс окисления в непрерывном режиме и положительно сказывается на безопасности окисления алюминия.

Работа устройства осуществляется следующим образом: на токоподводящие элементы закрепляются алюминиевые электроды, которые помещаются в емкость для электролита, при этом токоподводящие элементы соединяется с источником питания электрического тока. При подаче электрического тока на алюминиевые электроды начинается процесс окисления алюминия с образованием гидроксида алюминия. По мере введения процесса образующийся водород и тепловая энергия в виде паров воды удаляются через вытяжной колпак, соединенный с общеобменной вентиляцией, а оседающий гидроксид алюминия перемещается в приемную емкость через трубопровод, соединяющий выходное отверстие емкости для электролита и приемную емкость.

Пример осуществления изобретения:

Исходный алюминий марки А995 в виде чушек крепится на токоподводящие элементы. В емкость для электролита для получения гидроксида алюминия помещается дистиллированная вода в количестве 250 кг и токонесущая добавка в виде аммониевой соли в количестве 25 кг. При помощи источника питания на электроды подается ток силой 300 А, при этом начинает протекать процесс окисления алюминия. За 24 часа введения процесса в емкости для электролита образуется 7,2 кг гидроксида алюминия, при этом расходуется не более 2,5 кг исходного алюминия. В течение всего процесса, расход исходного алюминия составляет не более 0,40 кг на 1 кг гидроксида алюминия (байерит), что не менее чем на 10% меньше расхода исходного алюминия при гидротермальном образовании гидроксида алюминия (бемит), который находится в интервале 0,45-0,70 кг на 1 кг гидроксида алюминия (бемит).

При получении гидроксида алюминия на разработанном устройстве происходит удаление тепловой энергии и водорода, с помощью вытяжного колпака, размещенного над емкостью для электролита, при этом средняя производительность по водороду не превышает 12,5 г/ч. По мере накопления гидроксида алюминия он перемещается в приемную емкость, причем процесс окисления алюминия не прерывается. После окончания процесса, гидроксид алюминия выгружается из приемной емкости и направляется по дальнейшему назначению. Анализ полученного гидроксида алюминия методом искровой масс-спектрометрии установил, что суммарное содержание неокисленного алюминия (Al) и его примесей (Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn, Ga, Ti, Na) не превышает 0,01 мас.%.

Устройство для получения гидроксида алюминия может быть использована в качестве составной части при производстве оксида алюминия высокой чистоты из металлического алюминия, поскольку получаемый гидроксид алюминия не содержит структурных, сложноудаляемых примесей.

1. Устройство для получения гидроксида алюминия, содержащее емкость для электролита, в которой размещены алюминиевые электроды, закрепленные на токоподводящих элементах, которые соединены с источником питания электрического тока, причем над емкостью для электролита размещен вытяжной колпак, а в нижней стенке емкости для электролита выполнено выходное отверстие, соединенное с входом приемной емкости.

2. Устройство по п. 1, в котором емкость для электролита и приемная емкость выполнены из органического полимера с возможностью скрепления металлическим корпусом.

3. Устройство по п. 1, в котором соединение выходного отверстия емкости для электролита с входом приемной емкости выполнено в виде трубопровода или гибкого шланга.

Похожие патенты:

Электролизёр // 2605751

Изобретение относится к электролизеру, содержащему корпус, в котором установлены титановый катод, выполненный из нескольких перфорированных пластин, вместе образующих круговой цилиндр с вертикальными проемами между смежными пластинами, нерастворимый анод в виде изогнутых пластин, вместе образующих круговой цилиндр, расположенный коаксиально по отношению к титановому катоду, а также пористая керамическая цилиндрическая диафрагма из корунда или стабилизированного диоксида циркония диаметром 350-500 мм, разделяющая катодное и анодное пространства.

Электролизер с неподвижными электродами для электрохимической очистки сточных вод и получения нескольких неорганических перекисных соединений // 2605084

Изобретение относится к электролизеру с неподвижными электродами для электрохимической очистки сточных вод и получения нескольких неорганических перекисных соединений, содержащему коаксиально установленные катод и анод цилиндрической формы, разделенные ионоселективной мембраной.

Очистная и дегазационная колонна для электролитического генератора // 2604616

Изобретение относится к очистителю, который разделяет газы, полученные в электролитическом генераторе из загрязнителей электролита, а также электролитическому генератору, содержащему такой очиститель, и способу газоочистки.

Воздухопроницаемый электрод и способ применения в расщеплении воды // 2603772

Настоящее изобретение относится к ячейке для расщепления воды, имеющей по меньшей мере один электрод, содержащий пористую мембрану, причем пористая мембрана является по меньшей мере частично гидрофобной, и газ, получаемый по меньшей мере на одном электроде, диффундирует из ячейки через пористую мембрану.

Способ получения нитрата церия (iv) // 2603642

Изобретение относится к способу получения нитрата церия (IV) электрохимическим окислением нитрата церия (III) в анодной камере электролизера, содержащей раствор с начальной концентрацией ионов церия (III) 100-130 г/л и начальной концентрацией свободной азотной кислоты в анолите и в католите 8-12 г/л, при плотности тока на платинированном ниобиевом аноде 1-3 А/дм2.

Способ эксплуатации бифункциональной электрохимической системы и устройство для его осуществления // 2603142

Изобретение относится к способу эксплуатации бифункциональной электрохимической системы, содержащей анодную и катодную электродные камеры с четырехходовыми клапанами на входе и выходе из электродных камер, резервуар-сепаратор с водой, соединенный с анодной и катодной камерами и с контейнерами хранения водорода и кислорода, насосы, включающему очистку от газов анодной и катодной электродных камер при смене режимов работы, отличающемуся тем, что систему снабжают дополнительными насосами и дополнительным резервуаром-сепаратором с водой, сообщающимся с источником поступления воды и имеющим выходы для подсоединения трубопроводов к входам анодной и катодной камер бифункциональной электрохимической системы, осуществляют очистку электродных камер путем закачивания в них воды из дополнительного резервуара и вытеснения оставшихся газов из анодной и катодной камер в контейнеры для хранения водорода и кислорода.

Электролизная ванна для кислой воды и способ использования кислой воды // 2602234

Изобретение относится к электролизной ванне для получения кислой воды. Ванна содержит: корпус 100, оснащенный двумя наполнительными камерами 110а и 110b, разделенными одной ионообменной мембраной 111, при этом каждая из наполнительных камер 110а и 110b снабжена впускными отверстиями 112а и 113а для воды и выпускными отверстиями 112b и 113b для воды, сформированными в камере; первую группу 200 электродов, установленную в наполнительной камере 110а; вторую группу 300 электродов, установленную рядом с ионообменной мембраной 111 в наполнительной камере 110b и имеющую полярность, противоположную первой группе 200 электродов; и третью группу 300' электродов с такой же полярностью, что и вторая группа 300 электродов, установленную в наполнительной камере 110b на заданном расстоянии от второй группы электродов 300.

Электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида титана (iv) // 2602126

Изобретение может быть использовано в производстве гетерогенных катализаторов, обладающих высокоразвитой поверхностью, и электродов в литий-ионных батареях. Электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида титана (IV) включает анодное окисление титанового электрода в ионной жидкости с добавлением воды или пропиленгликоля в атмосфере воздуха.

Многослойные устройства для разложения воды // 2602079

Изобретение относится к двум вариантам устройства для разложения воды. Согласно одному варианту устройство включает по меньшей мере один катод и по меньшей мере один анод, размещенные между первым наружным полимерным слоем и вторым наружным полимерным слоем, причем между упомянутым по меньшей мере одним катодом и упомянутым по меньшей мере одним анодом размещен по меньшей мере один разделительный слой, и при этом упомянутый по меньшей мере один разделительный слой разделяет упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутый по меньшей мере один катод и обеспечивает возможность протекания электролита между ними.

Устройство для синтеза озона // 2600475

Изобретение относится к технологическому оборудованию, предназначенному для использования в производстве озонаторных установок. Устройство состоит из, по меньшей мере, одной электродной системы, включающей два подключенных к источнику питания переменного тока паяных пластинчато-ребристых электрода (ПРЭ) и размещенный между ними с заданной величиной разрядного промежутка средний ПРЭ.

Композитный нанокристаллический катализатор для крекинга пропана с целью получения олефинов и способ его получения // 2604884

Изобретение относится к области нефтехимии. Композитный нанокристаллический катализатор для крекинга пропана с целью получения олефинов содержит нанокристаллический оксид алюминия, модифицированный оксидом титана или оксидом кремния с массовой долей последних от 0,35 до 5%.

Нанокристаллический катализатор для крекинга пропана с целью получения олефинов и способ его получения // 2604882

Изобретение относится к области нефтехимии. Нанокристаллический катализатор для крекинга пропана с целью получения олефинов представляет собой нанокристаллическую форму аэрогеля оксида алюминия.

Установка для получения водорода и гидрооксидов алюминия // 2603802

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к установкам для получения водорода и гидроксидов алюминия. Установка содержит бак, в котором в воде располагаются реакционные колбы, выполненный с двумя штуцерами для входа холодной и вывода нагретой воды.

Установка для получения водорода и гидрооксидов алюминия // 2603669

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к установкам для получения водорода и гидроксидов алюминия. Установка содержит бак, выполненный с двумя штуцерами для входа холодной и вывода нагретой воды.

Способ получения алюмооксидной конструкционной керамики // 2581183

Изобретение относится к технологии пористых конструкционных керамических материалов и может быть использовано в качестве теплоизоляционного термостойкого огнеприпаса.

Способ получения анодного оксида алюминия с высокоупорядоченной пористой структурой и способ формирования массивов анизотропных наноструктур на его основе // 2555366

Изобретение относится к способу получения пористой пленки с высокоупорядоченной системой пор, образующих строгую гексагональную решетку, а также к способу формирования высокоупорядоченных массивов анизотропных структур.

Штамп для морфологической модификации полимеров, споособ его получения и способ формирования супергидрофильных и супергидрофобных самоочищающихся покрытий с его использованием // 2550871

Изобретение относится к области нанотехнологий и касается штампа для морфологической модификации полимеров, способа его получения и способа формирования супергидрофильных и супергидрофобных самоочищающихся покрытий с его использованием.

Способ получения конструкционной алюмооксидной керамики // 2547852

Изобретение относится к технологии конструкционной керамики и может быть использовано для изготовления износостойких изделий, используемых в качестве подшипников, нитеводителей, водителей для проволоки, шаровых клапанов в устройствах для перекачки суспензий, а также в качестве деталей бумагоделательных машин.

Способ получения конструкционной алюмооксидной керамики // 2545270

Изобретение относится к технологии керамических материалов конструкционного назначения и может быть использовано для изготовления пористых изделий для высокотемпературной теплоизоляции или теплозащиты, носителей катализаторов и фильтров очистки жидких и газовых сред.

Способ получения оксидной шихты, пригодной для производства цветных кристаллов корунда // 2539874

Изобретение относится к способу получения оксидной шихты, пригодной для производства цветных кристаллов корунда, включающему анодное растворение сплава на основе алюминия высокой чистоты в водном растворе, содержащем катионы N H 4 + , Na+ или их смеси, отделение гидроксильного осадка, его промывку и прокаливание.

Способ получения плавленого корунда // 2620800

Изобретение может быть использовано при изготовлении огнеупорных материалов, абразивов. Для получения плавленого корунда смешивают исходные компоненты, зажигают шихту и инициируют процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). В качестве исходных компонентов используют составляющие железо-алюминиевого термита, которые вступают в экзотермическую реакцию, в результате которой получают плавленый корунд. Продукт охлаждают и измельчают. В качестве оснастки используют металлический кожух, футерованный измельченной шлаковой фазой предыдущих плавок. Изобретение позволяет получить плавленый корунд с содержанием Al2O3 не менее 94% без применения дорогостоящей огнеупорной оснастки.