Устройство для получения порошкообразного оксида алюминия высокой чистоты



Устройство для получения порошкообразного оксида алюминия высокой чистоты
Устройство для получения порошкообразного оксида алюминия высокой чистоты
C25B1/00 - 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

Владельцы патента RU 2637843:

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

Изобретение относится к получению порошкообразного оксида алюминия высокой чистоты. Устройство содержит электролизер для электролиза водных растворов с окислением металлического алюминия, соединенный трубопроводом с обратноосмотической установкой для подготовки исходной технической воды и приемной емкостью для продуктов окисления, причем в нижнем отверстии приемной емкости выполнено выходное отверстие, соединенное с верхним ситом промывного сепаратора, при этом нижнее сито промывного сепаратора соединено линией подачи продукта с блоком термической обработки продуктов окисления алюминия. Обеспечивается повышение безопасности устройства и снижение содержания основных примесных металлов воды в оксиде алюминия. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к получению оксида алюминия из металлического алюминия с использованием методов окисления.

Известно устройство для получения нанодисперсного порошка оксида алюминия, содержащее предкамеру с узлом подачи порошкообразного алюминия и системой подачи первичного активного газа и основную камеру сгорания, установленную после предкамеры и оснащенную узлом подачи вторичного активного газа [пат. RU 2533580 С2, кл. B22F 9/16, B82Y 40/00, опубл. 20.11.2014]. Получение оксида алюминия в данном устройстве происходит путем перевода порошкообразного алюминия в газовую фазу и последующей конденсации продуктов сгорания.

Недостатками данного устройства являются:

- высокая сложность исполнения отдельных конструкционных элементов устройства за счет самопроизвольного протекания экзотермической реакции сгорания с выделением большого количества тепла;

- высокая вероятность налипания сконденсированных продуктов сгорания на внутренние стенки устройства, что ведет к ухудшению качества конечного продукта и к осложнению функционирования устройства;

- высокие требования к исходному сырью (мелкодисперсный порошок алюминия), а также необходимость использования дорогостоящих технических газов (аргон, кислород).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода, содержащее реактор, приемную емкость для продуктов окисления, источник суспензии мелкодисперсного порошкообразного алюминия с водой и регулируемый клапан отвода смеси паров воды и водорода [патент RU 2278077 С1, кл. C01F 7/42, С01В 3/10 опубл. 20.06.2006]. Получение оксида алюминия на данном устройстве осуществляется следующим образом. В реактор с помощью источника суспензии подается мелкодисперсный порошкообразный алюминий с водой, после чего происходит окисление металла. Полученные продукт направляется в приемную емкость для продуктов окисления, а смесь паров воды и водорода удаляется с помощью регулируемого клапана.

Недостатками данного устройства являются:

- сложная конструкция устройства и высокая вероятность возникновения чрезвычайной ситуации за счет использования гидротермального метода окисления алюминия, который осуществляется при давлении 10-20 МПа;

- высокое содержание остаточной влаги (10-15 масс. %) в получаемом оксиде алюминия, поскольку в конструкции устройства не предусмотрен аппарат дегидратации;

- низкая чистота оксида алюминия за счет отсутствия в конструкции устройства аппарата подготовки исходной воды: суммарное содержание основных примесных металлов воды (Fe, Mn, Cu, Zn, Cr) в продуктах окисления составляет 30-35 ppm.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение безопасности устройства с одновременным обеспечением низкого содержания основных примесных металлов воды в оксиде алюминия без содержания остаточной влаги.

Указанный технический результат достигается тем, что электролизер для электролиза водных растворов соединен трубопроводом с обратноосмотической установкой и приемной емкостью для продуктов окисления, причем в нижнем отверстии приемной емкости выполнено выходное отверстие, соединенное с верхним ситом промывного сепаратора, при этом нижнее сито промывного сепаратора соединено линией подачи продукта с блоком термической обработки.

Кроме этого, электролизер для электролиза водных растворов выполнен из органического полимера с вентиляционным отводом.

При этом промывной сепаратор выполнен в виде вертикально размещенных, по крайней мере трех, сит из органического полимера с диаметром отверстий 0,05-5,00 мм.

Причем соединение выходного отверстия приемной емкости с верхним ситом промывного сепаратора выполнено в виде трубопровода или гибкого шланга.

Также блок термической обработки выполнен в виде сушильного шкафа и муфельной печи, соединенных линей подачи продукта.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена обратноосмотическая установка 1, соединенная трубопроводом с электролизером 2 для электролиза водных растворов. Вход электролизера 2 для электролиза водных растворов соединен со входом приемной емкости 3 для продуктов окисления. В нижнем отверстии приемной емкости 3 выполнено выходное отверстие, соединенное с промывным сепаратором 4, при этом нижнее сито промывного сепаратора 4 соединено линией подачи продукта с блоком термической обработки 5.

Использование обратноосмотической установки, предназначенной для подготовки исходной воды, позволяет уменьшить содержание основных примесных металлов (Fe, Mn, Cu, Zn, Cr) в исходной воде путем принудительного прохождения воды через полупроницаемую мембрану, на которой осаждаются основные примеси. При использовании предварительной подготовки воды с помощью обратноосмотической установки содержание железа, марганца, меди, цинка и хрома в оксиде алюминия будет составлять не более 20-25 ppm.

Использование электролизера из органического полимера для электролиза водных растворов с отводом в вентиляцию, предназначенного для окисления алюминия, позволит в значительной степени снизить вероятность возникновения чрезвычайной ситуации и упростит исполнение устройства в целом в сравнении с реактором гидротермального окисления. Это объясняется простотой реализации процесса электролиза с окислением металлического алюминия в водных растворах: при использовании электролизера температура в реакционной зоне не превышает 90-95°С, давление составляет 0,1 МПа, а образующийся водород беспрерывно удаляется с помощью вентиляции. В то время как в реакторе гидротермального окисления температура в реакционной зоне достигает 400°С, давление составляет 10-20 МПа, а выделяющийся водород удаляется периодично. При этом окисление алюминия протекает в обоих случаях, однако исполнение гидротермального реактора будет сложнее за счет указанных технологических параметров, как и ведение самого процесса гидротермального окисления алюминия.

Кроме этого, при использовании электрохимического окисления алюминия будет протекать независимый процесс очистки конечного продукта от примесей исходного металла. При ведении электролиза первоначальным анодным процессом будет реакция окисления алюминия за счет низкой степени электроотрицательности алюминия, в то время как более электроположительные примеси исходного металла, в частности железо, медь, цинк, хром, будут скапливаться в теле окисляемого металла. При использовании гидротермального окисления алюминий и его примеси будут окисляться совместно за счет химизма реакции окисления металла водяным паром и малой дисперсности исходного сырья. Тем самым использование электролизера для электролиза водных растворов позволит обеспечить высокую чистоту оксида алюминия.

Тем не менее, при использовании реактора в виде высокотемпературного автоклава из коррозионностойкого металла совместно с обратноосмотической установкой и блоком термической обработки содержание основных примесных металлов воды в оксиде алюминия будет составлять не более 20-25 ppm, при этом остаточная влага в продукте также буде отсутствовать.

Использование промывного сепаратора и блока термической обработки, предназначенных для обработки продуктов окисления алюминия, получаемых в электролизере для электролиза водных растворов, позволит полностью дегидратировать конечный продукт. Промывной сепаратор необходим для промывки и предварительного обезвоживания продуктов окисления. Блок термической обработки, представляющий собой сушильный шкаф и муфельную печь, необходим для окончательной дегидратации оксида алюминия. В сушильном шкафу происходит удаление свободной влаги, а в муфельной печи протекает процесс перекристаллизации продуктов окисления алюминия с одновременным испарением связанной влаги.

Также промывной сепаратор и блок термической обработки предназначаются для дополнительной очистки продуктов окисления алюминия. При ведении процесса электролиза продукты окисления алюминия могут быть загрязнены токонесущими компонентами, которые добавляются в воду с целью увеличения ее электропроводности. В качестве токонесущих компонентов используются хорошо растворимые соли, возгоняющиеся при низких температурах. При обработке продуктов окисления алюминия в промывном сепараторе токонесущие компоненты будут растворяться в промывной воде и удаляться с отработанным раствором. Остаточное содержание токонесущих компонентов будет удалено при последующей термической обработке, где будет протекать их термическое разложение.

Работа устройства осуществляется следующим образом. На обратноосмотической установке происходит подготовка исходной технической воды с удалением основных примесных металлов, после чего очищенная вода при помощи трубопровода поступает в электролизер для электролиза водных растворов, который выполнен из органического полимера и с вентиляционным отводом. В электролизер в качестве электродов загружается исходный алюминий и подается электрический ток. В процессе электролиза образующаяся пароводородная смесь беспрерывно удаляется при помощи отвода в вентиляцию. В течение процесса продукты окисления алюминия выводятся из реакционной зоны в приемную емкость. После этого через нижнее отверстие приемной емкости продукты окисления алюминия поступают в промывной сепаратор, где производится их промывка и последующее предварительное обезвоживание. Затем продукты окисления алюминия направляются в блок термической обработки, где производится первичное удаление свободной влаги с помощью сушильного шкафа и окончательная дегидратация оксида алюминия с удалением связанной влаги.

Пример осуществления изобретения

Техническая вода подвергается обработке на обратноосмотической установке с получением очищенной воды, соответствующей по физико-химическим показателям дистиллированной. Очищенная вода в количестве 300 кг с помощью трубопровода направляется в электролизер для электролиза водных растворов, который выполнен из органического полимера и с вентиляционным отводом. В качестве отвода в вентиляцию используется вытяжной колпак. В электролизер добавляется аммониевая соль в количестве 30 кг и устанавливаются алюминиевые электроды в виде чушкового алюминия марки А995. По мере протекания процесса продукты окисления в количестве 10-15 кг направляются в приемную емкость, откуда через выходное отверстие они поступают на верхнее сито промывного сепаратора, состоящего из трех вертикально размещенных сит из полипропилена с диаметром отверстий 3,0 мм, 1,0 мм и 0,1 мм соответственно. Для обработки 10 кг продуктов окисления алюминия на верхнее сито промывного сепаратора подается 20 кг очищенной воды, после чего вода удаляется и в течение 3 ч протекает процесс обезвоживания. Затем продукты окисления алюминия направляются в блок термической обработки, где сначала подвергаются нагреву в сушильном шкафу при температуре 300°С в течение 3 ч, а затем нагреву в муфельной печи при температуре 1200°С в течение 12 ч. Получаемый оксид алюминия представляет собой полностью обезвоженный тонкий порошок. Согласно масс-спектрометрическому анализу содержание основных примесных металлов воды в оксиде алюминия не превышает 20 ppm, в частности ppm: 4,5 Fe, 4,5 Mn, 4,0 Cu, 3,5 Zn, 3,5 Cr.

Получаемый порошкообразный оксид алюминия может быть использован в качестве исходного сырья для производства синтетических сапфиров методом Вернейля и горизонтально направленной кристаллизации (ГНК).

1. Устройство для получения порошкообразного оксида алюминия высокой чистоты, содержащее электролизер для электролиза водных растворов с окислением металлического алюминия, соединенный трубопроводом с обратноосмотической установкой для подготовки исходной технической воды и приемной емкостью для продуктов окисления, причем в нижнем отверстии приемной емкости выполнено выходное отверстие, соединенное с верхним ситом промывного сепаратора, при этом нижнее сито промывного сепаратора соединено линией подачи продукта с блоком термической обработки продуктов окисления алюминия.

2. Устройство по п. 1, в котором электролизер для электролиза водных растворов выполнен из органического полимера с вентиляционным отводом.

3. Устройство по п. 1, в котором промывной сепаратор выполнен в виде вертикально размещенных, по крайней мере трех, сит из органического полимера с диаметром отверстий 0,05-5,00 мм.

4. Устройство по п. 1, в котором соединение выходного отверстия приемной емкости с верхним ситом промывного сепаратора выполнено в виде трубопровода или гибкого шланга.

5. Устройство по п. 1, в котором блок термической обработки выполнен в виде сушильного шкафа и муфельной печи, соединенных линей подачи продукта.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения гипохлорита кальция из пересыщенного природного поликомпонентного рассола хлоридного кальциево-магниевого типа включает выделение из рассола кристаллогидрата хлорида кальция и отделение маточного рассола, обогащенного литием и бромом.

Изобретение относится к установке для электрохимического разложения водных растворов хлоридов, включающей проточные электрохимические реакторы, состоящие из внутреннего трубчатого титанового катода, внешнего трубчатого титанового анода и размещенной между ними трубчатой керамической ионопроницаемой диафрагмы, нижнего и верхнего анодных коллекторов, сепаратора, нижнего и верхнего катодных коллекторов и насосов.
Изобретение относится к способу получения концентрата адипиновой кислоты и натриевой щелочи из щелочных стоков производства капролактама, включающему электролиз стоков в мембранном электролизере с получением в катодном пространстве натриевой щелочи.

Изобретение относится к способу электросинтеза циклогексантиола, включающему взаимодействие циклогексена с сероводородом в апротонных органических растворителях в присутствии фонового электролита при температуре 20-25°C и атмосферном давлении.

Изобретение относится к электролитической ячейке для выработки неразделенных анодных и катодных продуктов, состоящая из литографически структурируемой подложки, имеющей поверхность, множество анодных и катодных микроэлектродов, сформированных на упомянутой поверхности, причем упомянутые анодные и катодные микроэлектроды взаимно вставлены один в другой с межэлектродным промежутком менее 100 микрометров и имеют среднюю шероховатость Ra поверхности менее 0,05 мкм.

Изобретение относится к электроду для устройства для разложения воды, содержащего: газопроницаемый материал; второй материал; разделительный слой, расположенный между газопроницаемым материалом и вторым материалом, где разделительный слой расположен рядом с внутренней стороной газопроницаемого материала, причем данный разделительный слой предоставляет газосборный слой, способен к перемещению газа внутри в электроде по меньшей мере к одной зоне выпуска газа, где перемещаемый газ является продуктом реакции разложения воды, и где газ мигрирует через газопроницаемый материал; и проводящий слой расположен рядом с внешней стороной газопроницаемого материала, на ней или частично внутри внешней стороны.

Изобретение относится к способу получения водорода на основе химической реакции электролиза алюминиевого сплава и щелочного раствора воды в заполненном электролитом электролизере, в котором расположены анод и катод.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к способам электрохимического окисления железа для получения реагента-окислителя феррата (VI) FeO42-.

Изобретение относится к способу получения альфа-оксида алюминия высокой чистоты. Способ включает анодное растворение алюминия высокой чистоты в водном растворе нитрата аммония, рафинирование электролита путем удаления 50-100% первой партии гидроксида алюминия с предварительным отстаиванием в электролите в течение 12-24 ч, разделение последующих партий гидроксида алюминия и электролита, промывку последующих партий гидроксида алюминия дистиллированной водой и их термическую обработку, которая осуществляется посредством предварительной сушки в течение 12-24 ч при температуре 200-250°С и окончательного прокаливания в течение 15-18 ч при температуре не менее 1100°С, при этом при прокаливании каждые 3 ч производится перемешивание продукта.

Изобретение относится к электролизеру, содержащему корпус с электролитом с размещенными в нем электролизной ячейкой с анодом, катодом и мембраной, разделяющей объем электролизной ячейки на анодное и катодное пространства, анодный контур циркуляции электролита, включающий емкость с электролитом и теплообменник, сепараторы водорода и кислорода, магистрали подвода воды и отвода кислорода и водорода, отличающемуся тем, что электролизер содержит катодный контур циркуляции, совмещенный с анодным контуром циркуляции таким образом, что катодная емкость с электролитом соединена через анодный теплообменник с анодным пространством, а анодная емкость с электролитом соединена с катодным пространством через катодный теплообменник, и байпасную линию, соединяющую катодную емкость с электролитом через кран-регулятор и катодный теплообменник с катодным пространством.

Изобретение относится к способу получения альфа-оксида алюминия высокой чистоты. Способ включает анодное растворение алюминия высокой чистоты в водном растворе нитрата аммония, рафинирование электролита путем удаления 50-100% первой партии гидроксида алюминия с предварительным отстаиванием в электролите в течение 12-24 ч, разделение последующих партий гидроксида алюминия и электролита, промывку последующих партий гидроксида алюминия дистиллированной водой и их термическую обработку, которая осуществляется посредством предварительной сушки в течение 12-24 ч при температуре 200-250°С и окончательного прокаливания в течение 15-18 ч при температуре не менее 1100°С, при этом при прокаливании каждые 3 ч производится перемешивание продукта.

Изобретение относится к способу получения алюмохромового катализатора для процессов дегидрирования парафиновых углеводородов до соответствующих непредельных углеводородов, к катализатору и к способу дегидрирования.
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).

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Устройство для получения гидроксида алюминия содержит емкость для электролита.

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%.

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

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.

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.

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

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

Изобретение относится получению титансодержащих металлических порошков. Способ включает травление слитков титансодержащего металлического материала, промывку, гидрирование слитков, измельчение полученного гидрида в порошок, дегидрирование полученного порошка гидрида путем термического разложения при вакуумировании и повторное измельчение дегидрированного порошка.

Изобретение относится к получению порошкообразного оксида алюминия высокой чистоты. Устройство содержит электролизер для электролиза водных растворов с окислением металлического алюминия, соединенный трубопроводом с обратноосмотической установкой для подготовки исходной технической воды и приемной емкостью для продуктов окисления, причем в нижнем отверстии приемной емкости выполнено выходное отверстие, соединенное с верхним ситом промывного сепаратора, при этом нижнее сито промывного сепаратора соединено линией подачи продукта с блоком термической обработки продуктов окисления алюминия. Обеспечивается повышение безопасности устройства и снижение содержания основных примесных металлов воды в оксиде алюминия. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Наверх