Способ получения слоистого гидроксида магния и алюминия



Способ получения слоистого гидроксида магния и алюминия
Способ получения слоистого гидроксида магния и алюминия
Способ получения слоистого гидроксида магния и алюминия
Способ получения слоистого гидроксида магния и алюминия

Владельцы патента RU 2678007:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) (RU)

Изобретение относится к получению гидроталькитоподобных соединений и может быть использовано в производстве сорбентов и катализаторов. Способ получения слоистого гидроксида магния и алюминия включает смешение хлорида или нитрата магния или алюминия с карбонатным реагентом, выделение гидратного осадка магния и алюминия, его промывку водой и сушку. Хлорид или нитрат магния или алюминия берут в виде кристаллогидратов MgCl2⋅6H2O, АlСl3⋅6Н2O, Mg(NO3)2⋅6H2O, Аl(NO3)3⋅9Н2O. Их смешение с карбонатным реагентом проводят в твердом виде при молярном соотношении Al3+:Mg2+:CO32-, равном 1:(2-3):(3,5-4,5). Полученную реакционную массу выщелачивают водой при температуре 70-95°С в течение 0,5-2 часов с образованием суспензии. Из полученной суспензии выделяют гидратный осадок магния и алюминия. Промывку осадка водой ведут до значения рН промывной воды не более 7,5. В качестве карбонатного реагента используют карбонат натрия или карбонат аммония. Изобретение позволяет получить слоистый гидроксид магния и алюминия состава Mg4Al2(OH)12⋅CO3⋅3H2O, снизить энергоемкость и длительность процесса его получения, уменьшить объем материальных потоков, в том числе сточных вод. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

 

Изобретение относится к способам получения гидроталькитоподобных соединений, в частности слоистого гидроксида магния и алюминия, и может быть использовано в производстве сорбентов и катализаторов.

Большинство существующих способов получения слоистых двойных гидроксидов (СДГ) заключается в совместном осаждении катионов металлов из растворов их солей под действием щелочных реагентов (NaOH, Na2CO3) при контролируемом значении рН. Эти способы характеризуются длительностью выдержки суспензии при повышенной температуре для формирования слоистой структуры гидроксидов, что приводит к высоким энергозатратам и значительному объему материальных потоков. Кроме того, эти способы связаны с образованием больших объемов сточных вод, что снижает их экологичность.

Известен способ получения слоистого гидроксида магния и алюминия (см. Гредина И.В., Кулюхин С.А., Тюпина Е.А. Слоистые двойные гидроксиды в процессах локализации радиоактивных элементов из водных растворов // Успехи в химической технологии. - 2009. - т. XXIII, №8. - С. 18-23), включающий приливание при перемешивании к раствору нитратов магния и алюминия при соотношении Mg2+:A13+=3:1 и общей концентрации катионов - 1М раствора карбоната и гидроксида натрия при соотношении СО32-ОН-=1:6 и общей концентрации анионов - 3М. Полученный осадок выдерживают в маточном растворе при 80°С в течение 72 часов, отделяют центрифугированием, сушат на воздухе при 100-120°С, многократно промывают водой и повторно сушат.

Недостатками данного способа являются его длительность, высокие энергозатраты, значительный объем материальных потоков и сточных вод, большое число используемых реагентов. Наличие повторной сушки еще более снижает технологичность способа.

Известен также принятый в качестве прототипа способ получения слоистого гидроксида магния и алюминия (см. пат. 2361814 РФ, МПК C01F 5/00, 7/00, 17/00, C01G 49/00 (2006.01), 2009), заключающийся в том, что к раствору нитратов или хлоридов магния и алюминия с концентрацией солей не более 3М добавляют раствор-осадитель, содержащий гидроксид натрия и карбонат натрия с общей концентрацией не более 3М, при этом соотношение ионов Al3+:Mg2+:ОН-:СО32- в растворе составляет 1:3:8:1. Выпавший осадок термостатируют в маточном растворе при 96-98°С в течение 2 суток. После охлаждения до комнатной температуры маточный раствор с осадком декантируют и затем трижды подвергают анионному обмену с Na2CO3. После отстаивания полученный раствор декантируют, осадок промывают дистиллированной водой до получения отрицательного результата на наличие иона натрия и сушат при температуре 80-105°С.

Недостатками известного способа являются его длительность, высокие энергозатраты, большой объем материальных потоков и сточных вод. Все это снижает технологичность и экологичность способа.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении технологичности способа за счет снижения его энергоемкости и длительности, уменьшения объема материальных потоков. Техническим результатом является также уменьшение объема сточных вод, что повышает экологичность способа.

Технический результат достигается тем, что в способе получения слоистого гидроксида магния и алюминия, включающем смешение хлорида или нитрата магния и алюминия с карбонатным реагентом, выделение гидратного осадка магния и алюминия, его промывку водой и сушку, согласно изобретению, хлорид или нитрат магния и алюминия берут в виде кристаллогидратов, их смешение с карбонатным реагентом ведут в твердом виде при молярном соотношении Al3+:Mg2+:CO32-=1:2-3:3,5-4,5, полученную реакционную массу выщелачивают водой при повышенной температуре с образованием суспензии, из которой выделяют гидратный осадок магния и алюминия, а промывку осадка водой ведут до значения рН промывной воды не более 7,5.

Технический результат достигается также тем, что в качестве карбонатного реагента используют карбонат натрия или карбонат аммония.

Технический результат достигается также и тем, что выщелачивание реакционной массы водой ведут при температуре 70-95°С в течение 0,5-2 часов.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем. При смешении в твердом виде кристаллогидратов хлорида или нитрата магния и алюминия с карбонатным реагентом, в качестве которого используют карбонат натрия или карбонат аммония, согласно изобретению, протекают следующие химические реакции:

Возможность протекания этих реакций при смешении солей в твердом виде в заданном молярном соотношении Al3+:Mg2+:CO32-=1:2-3:3,5-4,5 обусловлена наличием в достаточном количестве слабосвязанной кристаллизационной воды в составе кристаллогидратов солей магния и алюминия. При смешении в твердом виде кристаллическая решетка солей не разрушается, как это имеет место в жидкофазных способах, а быстро перестраивается в кристаллическую структуру новой фазы слоистого гидроксида магния и алюминия. В процессе водного выщелачивания полученной реакционной массы при повышенной температуре 70-95°С в течение 0,5-2 часов образуется суспензия, состоящая из раствора хлоридных или нитратных солей и гидратного осадка магния и алюминия. При смешении солей в твердом виде в отсутствие жидкой фазы гидратный осадок формируется в малогидратированной форме и поэтому легко выделяется из суспензии фильтрованием. При промывке осадка водой происходит постепенное вымывание растворимых хлоридных или нитратных солей. При снижении значения рН промывной воды до 7,5 достигается достаточно полная степень отмывки осадка слоистого гидроксида магния и алюминия от примеси хлоридных или нитратных солей.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.

Использование хлорида или нитрата магния и алюминия в виде кристаллогидратов позволяет осуществить их взаимодействие с карбонатным реагентом при смешении солей в твердом виде, поскольку в составе кристаллогидратов солей магния и алюминия присутствует достаточное количество кристаллизационной воды для протекания реакций 1-4.

Смешение хлорида или нитрата магния и алюминия с карбонатным реагентом в твердом виде при молярном соотношении Al3+:Mg2+:СО32-=1:2-3:3,5-4,5 обеспечивает формирование слоистой кристаллической структуры гидроксида магния и алюминия. При этом взаимодействие реагентов протекает достаточно быстро и не требует повышенной температуры, что обеспечивает снижение длительности и энергоемкости способа, а также позволяет минимизировать расход воды на выщелачивание реакционной массы и промывку осадка, что способствует снижению объема материальных потоков и улучшению экологичности. При меньшем содержании Mg2+ и СO32- в указанном молярном соотношении не обеспечивается полнота протекания реакции и не происходит формирования слоистой структуры, а большее содержание Mg2+ и СО32- не оказывает влияния на качество получаемого продукта и является избыточным, что снижает технологичность способа.

Выщелачивание реакционной массы водой при повышенной температуре позволяет получить суспензию, твердая фаза которой представляет собой хорошо откристаллизованный нерастворимый гидратный осадок магния и алюминия, а жидкая фаза - раствор хлоридов или нитратов натрия или аммония.

Промывка осадка водой до значения рН промывной воды не более 7,5 обеспечивает достаточно полную степень отмывки осадка слоистого гидроксида магния и алюминия от примеси хлоридных или нитратных солей. При величине рН промывной воды более 7,5 не достигается полнота отмывки.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в снижении его энергоемкости и длительности, уменьшении объема материальных потоков, а также уменьшении объема сточных вод, что в целом повышает технологичность и экологичность способа.

В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие режимные параметры.

Использование в качестве карбонатного реагента карбоната натрия или аммония позволяет в условиях смешения солей в твердом виде получить гидратный осадок магния и алюминия в виде кристаллического соединения, обладающего слоистой структурой.

Выщелачивание реакционной массы водой при температуре 70-95°С в течение 0,5-2 часов способствует повышению кристалличности гидратного осадка магния и алюминия. Снижение температуры ниже 70°С и продолжительности менее 0,5 часа не способствует повышению кристалличности получаемого соединения, а повышение температуры выше 95°С и продолжительности более 2 часов не оказывает заметного влияния на степень кристалличности.

Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения повышения технологичности способа.

Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты более наглядно могут быть проиллюстрированы следующими Примерами.

Пример 1. 100 г Al(NO3)3⋅9H2O, 136,5 г Mg(NO3)2⋅6H2O и 127,2 г Na2CO3 (молярное соотношение Al3+:Mg2+:CO32-=1:2:4,5) смешивают в твердом виде в лопастном смесителе в течение 30 минут. Полученную реакционную массу весом 328,5 г выщелачивают 1,0 л воды при температуре 70°С в течение 1 часа. Образовавшуюся суспензию фильтруют на нутч-фильтре с выделением гидратного осадка магния и алюминия. Осадок промывают водой на фильтре 5 раз порциями по 200 мл до значения рН пятой порции промывной воды 7,5 и сушат при температуре 105°С до постоянной массы. Получают 59,5 г осадка гидроксида магния и алюминия. По данным рентгено-фазового анализа (РФА) осадок представляет собой гидроксид магния и алюминия состава Mg4Al2(OH)12⋅CO3⋅3H2O и имеет слоистую структуру.

Пример 2. 100 г АlСl3⋅6Н2O, 252,2 г MgCl2⋅6H2O и 153,6 г Na2CO3 (молярное соотношение Al3+:Mg2+:CO32-=1:3:3,5) смешивают согласно Примеру 1. Полученную реакционную массу весом 451,1 г выщелачивают 1,35 л воды при температуре 95°С в течение 2 часов. Образовавшуюся суспензию фильтруют на нутч-фильтре с выделением гидратного осадка магния и алюминия. Осадок промывают водой на фильтре 5 раз порциями по 250 мл до значения рН пятой порции промывной воды 7,3 и сушат при температуре 105°С до постоянной массы. Получают 93,4 г осадка гидроксида магния и алюминия. По данным РФА осадок представляет собой гидроксид магния и алюминия состава Mg4Al2(OH)12⋅CO3⋅3H2O и имеет слоистую структуру.

Пример 3. 100 г Al(NO3)3⋅9H2O, 170,7 г Mg(NO3)2⋅6H2O и 102,4 г (NH4)2CO3 (молярное соотношение Al3+:Mg2+:CO32-=1:2,5:4) смешивают согласно Примеру 1. Полученную реакционную массу весом 318,4 г выщелачивают 0,95 л воды при температуре 80°С в течение 0,5 часа. Образовавшуюся суспензию фильтруют на нутч-фильтре с выделением гидратного осадка магния и алюминия. Осадок промывают водой на фильтре 5 раз порциями по 200 мл до значения рН пятой порции промывной воды 7,2 и сушат при температуре 105°С до постоянной массы. Получают 60,6 г осадка гидроксида магния и алюминия. По данным РФА осадок представляет собой гидроксид магния и алюминия состава Mg4Al2(OH)12⋅CO3⋅3H2O и имеет слоистую структуру.

Пример 4. 100 г АlСl3⋅6Н2O, 168,1 г MgCl2⋅6H2O и 139,1 г (NH4)2CO3 (молярное соотношение Al3+:Mg2+:CO32-=1:2:3,5) смешивают согласно Примеру 1. Полученную реакционную массу весом 352,5 г выщелачивают 1,1 л воды при температуре 85°С в течение 2 часов. Образовавшуюся суспензию фильтруют на нутч-фильтре с выделением гидратного осадка магния и алюминия. Осадок промывают водой на фильтре 5 раз порциями по 225 мл до значения рН пятой порции промывной воды 7,4 и сушат при температуре 105°С до постоянной массы. Получают 93,6 г осадка гидроксида магния и алюминия. По данным РФА осадок представляет собой гидроксид магния и алюминия состава Mg4Al2(OH)12⋅CO3⋅3H2O и имеет слоистую структуру.

Из приведенных Примеров видно, что заявляемый способ по сравнению с прототипом позволяет при смешении исходных солей в твердом виде получить более технологичным методом слоистый гидроксид магния и алюминия, который может быть использован в производстве сорбентов и катализаторов. Способ является менее энергоемким и менее длительным, характеризуется пониженным объемом материальных потоков, в том числе и сточных вод, что повышает его технологичность и экологичность. Предлагаемый способ относительно прост и может быть реализован с использованием стандартного химического оборудования.

1. Способ получения слоистого гидроксида магния и алюминия, включающий смешение хлорида или нитрата магния и алюминия с карбонатным реагентом, выделение гидратного осадка магния и алюминия, его промывку водой и сушку, отличающийся тем, что хлорид или нитрат магния и алюминия берут в виде кристаллогидратов MgCl2⋅6H2O, АlСl3⋅6Н2O, Mg(NO3)2⋅6H2O, Аl(NO3)3⋅9Н2O, их смешение с карбонатным реагентом ведут в твердом виде при молярном соотношении Al3+:Mg2+:CO32-, равном 1:2-3:3,5-4,5, полученную реакционную массу выщелачивают водой при температуре 70-95°С в течение 0,5-2 часов с образованием суспензии, из которой выделяют гидратный осадок магния и алюминия, а промывку осадка водой ведут до значения рН промывной воды не более 7,5.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве карбонатного реагента используют карбонат натрия или карбонат аммония.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к получению наноразмерных материалов, пригодных для сорбции биологических сред и биомолекул и может быть использовано в медицине и фармакологии.

Изобретение относится к производству абразивных тугоплавких материалов, в частности к получению порошка - оксида алюминия (корунда), и может быть использовано в металлообрабатывающей, машиностроительной, химико-металлургической промышленности.

Изобретение относится к химической технологии, а именно к получению особо чистых субмикронных порошков алюмомагниевой шпинели с узким распределением частиц по размерам для использования в технологии оптически прозрачной керамики.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении эффективных люминофоров для элементов нано-оптоэлектроники и источников света в видимом диапазоне.

Изобретение относится к соединению ионной жидкости с формулой (I): В формуле (I) NR1R2R3 представляет собой амин, R1, R2 и R3 независимо друг от друга выбраны из группы, состоящей из алкила, арила и Н, M1 или М2 представляет собой металл, выбранный из группы, состоящей из Al, Fe, Zn, Mn, Mg, Ti, Sn, Pd, Pt, Rh, Cu, Cr, Co, Ce, Ni, Ga, In, Sb, Zr и их сочетаний, X или Y выбран из группы, состоящей из галогена, нитрата, сульфата, сульфоната, карбоната, фосфоната и ацетата, n - от 1 до 4, i - от 1 до 6, j - от 1 до 4, k - от 1 до 4, L - от 1 до 7, M1=М2 или M1≠M2, и X=Y или X≠Y.

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано для получения альфа гидрида алюминия, который находит применение в качестве энергетического компонента топливных элементов и твердых ракетных топлив.
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении материалов для электроники, электротехники, а также катализаторов. Сначала формируют порошок предшественника соединения типа майенита гидротермальной обработкой смеси порошка исходных материалов соединения типа майенита и воды.

Группа изобретений относится к металлургии и может быть использована при переработке низкосортного высококремнистого алюминийсодержащего сырья. Осуществляют измельчение алюминий-содержащего сырья с последующим вскрытием соляной кислотой, представляющей собой кислый оборотный маточный раствор.

Изобретение может быть использовано в производстве наполнителей, добавок к почве для выращивания растений, для утяжеления буровых растворов, защиты от радиоактивного и электромагнитного излучения.
Изобретение относится к технологии переработки алюмокремниевого сырья. Нефелиновое сырье измельчают, спекают при температуре 400-1000°C с карбонатом натрия, или дисульфатом калия, или гидросульфатом калия.

Изобретение относится к методам определения состава и количества компонентов, входящих как в природные минералы, так и соединения, полученные в различных химических реакциях, при действии температуры и давления.

Изобретение относится к технологии получения неорганических веществ, а именно к способу получения магний-замещенного гидроксиапатита (Mg-ГА), используемого для получения биосовместимых покрытий, применяемых в челюстно-лицевой хирургии и травматологии.

Изобретение может быть использовано для создания электролита твердооксидного топливного элемента. Жидкофазный синтез многокомпонентного керамического материала в системе ZrO2-Y2O3-Gd2O3-MgO осуществляют путем выбора в качестве исходных реагентов солей ZrO(NO3)2⋅2H2O, Y(NO3)3⋅5H2O, Gd(NO3)3⋅6H2O и Mg(NO3)2⋅6H2O.

Изобретение относится к химической промышленности. Способ включает синтез MgAl-NO3-СДГ, его термическую деструкцию со скоростью нагрева 10°С/мин и выдержкой при температуре 500°С в течение 1 часа.

Изобретение относится к композиции смолы, которая включает два различных соединения магния и является превосходной по механической прочности и внешнему виду. Описана композиция смолы для изготовления формовых изделий, включающая (i) 100 частей по массе смолы (компонент А), (ii) пластинообразный гидроксид магния (компонент В), имеющий толщину кристалла (у) в 0,2 мкм или менее, и отношение ширины к толщине в 20-100, и (iii) иглообразный основный сульфат магния (компонент С), где указанная смола (компонент А) представляет собой по меньшей мере одну смолу, выбранную из группы, состоящей из термопластичных смол, термоотверждающихся смол и каучуков, общее содержание компонентов В и С составляет 1-100 частей по массе, считая на 100 частей по массе смолы, и массовое соотношение компонента В и компонента С составляет 0,1-0,9:0,9-0,1.

Настоящее изобретение относится к аддуктам дихлорид магния - спирт, содержащим определенные количества длинноцепочечных алифатических карбоновых кислот или их солей металлов.

Изобретение относится к области нанотехнологии, радиационной и электромагнитной безопасности и может использоваться для придания веществам с нанотрубчатой структурой радиационно-защитных свойств.

Изобретение относится к наполнителю для ингибирования вспенивания, вызванного присутствием СО2, который включает частицы соединения гидротальцита и частицы гидроксида кальция и/или гидроксида магния, использованию наполнителя в синтетической смоле и профилированному изделию, полученному из нее.

Изобретение относится к химической технологии получения магнезиальной добавки для производства гранулированной аммиачной селитры. Сущность состоит в том, что при разложении каустического магнезита азотной кислотой, взятой с избытком от стехиометрии, с последующим отделением неразложившегося остатка от раствора нитрата магния фильтрованием, разложение проводят в две стадии.

Способ относится к химической технологии получения магнезиальной добавки для производства гранулированной аммиачной селитры и может найти применение при получении магнезиальной добавки с использованием в качестве магнийсодержащего сырья природного брусита.

Изобретение относится к способам производства синтез-газа в системе риформинга на основе мембраны транспорта кислорода и жидкого углеводородного продукта с помощью процесса Фишера-Тропша.

Изобретение относится к получению гидроталькитоподобных соединений и может быть использовано в производстве сорбентов и катализаторов. Способ получения слоистого гидроксида магния и алюминия включает смешение хлорида или нитрата магния или алюминия с карбонатным реагентом, выделение гидратного осадка магния и алюминия, его промывку водой и сушку. Хлорид или нитрат магния или алюминия берут в виде кристаллогидратов MgCl2⋅6H2O, АlСl3⋅6Н2O, Mg2⋅6H2O, Аl3⋅9Н2O. Их смешение с карбонатным реагентом проводят в твердом виде при молярном соотношении Al3+:Mg2+:CO32-, равном 1::. Полученную реакционную массу выщелачивают водой при температуре 70-95°С в течение 0,5-2 часов с образованием суспензии. Из полученной суспензии выделяют гидратный осадок магния и алюминия. Промывку осадка водой ведут до значения рН промывной воды не более 7,5. В качестве карбонатного реагента используют карбонат натрия или карбонат аммония. Изобретение позволяет получить слоистый гидроксид магния и алюминия состава Mg4Al212⋅CO3⋅3H2O, снизить энергоемкость и длительность процесса его получения, уменьшить объем материальных потоков, в том числе сточных вод. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

Наверх