Způsob výroby vysoce čistých alkoholátů hliníku
LÁTKA: Proces zahrnuje předúpravu hliníkových výlisků s následným rozpuštěním v nižších alkoholech a čištění výsledných alkoholátů hliníku. Předúprava se provádí tepelným zpracováním, dokud se nevytvoří stabilní emise v kovové matrici, které jsou neslučitelné s primárním pevným roztokem.
Vynález se týká přípravy organohlinitých sloučenin a vývoje způsobu přípravy vysoce čistých alkoxidů hliníku, které jsou zvláště rozšířené jako prekurzory při syntéze funkční keramiky.
Způsob přípravy vysoce čistého alkoholátu hlinitého uvedeného v článku: Technologie s vysokým obsahem ALCOHOLÁTU pro výrobu nanoprášků a tenkých filmů. Greenberg, EE, SV Ivanov, Black NG a Physical Mesomechanics. 7. Speciální vydání. Část 2, 2004, 69-72. Tento proces spočívá v regeneraci alkoholátu hlinitého a jeho čištění vakuovou destilací a rektifikací.
Metoda je implementována v řadě akcí, konkrétně:
- rozpuštění hliníkového kompaktu v isopropylalkoholu;
- vakuové destilační čištění izopropylátu hliníku pod tlakem (0,1 až 3) mm Hg.St. a teplota (132-136) ° C;
- Stejným způsobem oprava isopropylátu hlinitého.
Obsah nečistot v konečném produktu není vyšší než 10 ppm (0,001% hmotnosti).
Nevýhody této metody jsou:
- Tvorba na povrchu výlisku z hliníku, když je rozpuštěn, hustý prostorový mřížkový bod uvolňující nerozpustné intermetalické sloučeniny křemíku a elementárního křemíku, zabraňující procesu dalšího rozpouštění hliníku, což vede ke snížení rychlosti rozpouštění, a tedy i výkonu proces v konečném produktu - isopropylát hliníku;
- Kontaminace konečného produktu křemíkem, který vzniká rozpuštěním alkoxidu křemíku v souvislosti s vakuovou destilací, je stabilní sloučeninou s malým separačním faktorem v běžných binárních roztocích systému "kapalina - pára". Navíc v procesu rozpouštění hliníku a alkoholu elementární křemík naráží na isopropylát hliník ve formě jemného aerosolu, který se prakticky neodstraní vakuovou destilací a rektifikací.
Způsob výroby vysoce čistého alkoholátu hlinitého (patent RF 2278850, SS 31/32, publikace 27.06.2006/2/3). Proces se provádí delecí alkoxidů hlinitých přes kolonu při určité teplotě po dobu několika hodin, naplněných extrudátů y - Al0,4O0,8 s objemem pórů 3 až 2 cm3 / G. Extrudáty γ - Al1.6O3 poskytují náhled na hydrolýzu alkoxidů hlinitých, získanou lisováním hydroxidu hlinitého do extrudátů o průměru 3 až 4 mm a délce (400-500) mm s následnou kalcinací při teplotě (2-3) ° C . Extrudáty γ - Al3O6 mají dobrou adsorpční kapacitu, což umožňuje částečně zachytit aerosolový křemík přítomný v čištěných alkoholátech hliníku, které byly předtím podrobeny destilaci nebo jinému čištění, aby se dosáhlo technologicky přijatelného stupně čistoty. Tento proces vám umožňuje vytvořit technologii pro čištění alkoxidů hlinitých s délkou uhlovodíkového řetězce od C10 do p3 a navíc nečistotami od specifického k jednotlivému prvku na průměrnou hodnotu (10-4-10-1)% hmotnosti. (XNUMX ppm - XNUMX ppm).
Nevýhody této metody jsou:
- špatná kvalita isopropylátu hlinitého, protože sloučeniny jako křemík ve vyčištěném produktu jsou pouze 40 až 80 ppm v důsledku dobré rozpustnosti alkoxidů křemíku v alkoxidech hlinitých;
- Komplikace procesu páskování hardwaru při prodloužení technologického cyklu výroby isopropylátu čištěného hliníku.
Proces výroby vysoce čistého isopropylátu hlinitého, jak je popsán v článku: „Nová metoda odstraňování stopových nečistot křemíku z tri-isopropoxidu hlinitého“ Mingyan Wang, Gulling Ning, Jie Liu, Yuan Lin, Liu Yuguo // Národní přírodní vědecká nadace, Ne. 20376009. Metoda spočívá v přidání 1% lanthanidu z hmotnosti, vztaženo na hliník obsažený v isopropylát hliníku, následným vařením při teplotě (80 až 90) ° C po dobu (7-8) hodin.
Postup je následující: V bezvodém isopropylalkoholu se kovový hliník rozpustí, potom se reakce provádí ve vroucím isopropylalkoholu za atmosférického tlaku. Proměňuje isopropylát-hliník s nečistotami organických sloučenin křemíku (jako autoři článku). Při procesu rozpouštění hliníku se přidá kovový lanthanid - 1% hmotnosti. ve srovnání s hliníkem. Po přidání organických sloučenin křemíku s kovovými lantanidy odpovídající lantanidu nové sloučeniny křemíku s vysokou teplotou varu. Zatímco syntetizovaný isopropylát-hliník je destilován ve vakuu, sloučeniny křemík-lanthanidu zůstávají v destilačním zbytku. Po destilaci bylo množství nečistot v křemíku v isopropylátu a hliníku 2,6 ppm (0,00026 hm.%).
Nevýhody této metody jsou:
- Prodloužení času potřebného pro proces syntézy isopropoxidu hlinitého v důsledku požadovaného 8hodinového varu isopropoxidu hlinitého s lanthanidem, s významným dopadem na výkon procesu;
Složitost procesu, protože je nutné jasně sledovat koncentraci lanthanidu přidaného k isopropylaluminu. Pokud je počet lanthanidů nedostatečný, nekoordinovaný organický křemík nelze z izopropylátu hliníku odstranit. Na druhou stranu, pokud přebytečné množství lanthanoidu může castorena tvořit nestabilní komplex s lanthanoidem, který se vakuovou destilací rozloží na isopropylát hliníku.
Jako prototyp byl zveřejněn postup popsaný v Ruské federaci č. 2395514, SS 31 / 32 27.07.2010 pro výrobu alkoxidu hlinitého o vysoké čistotě. Způsob spočívá v interakci alifatického alkoholu s atomy uhlíku 2 na 4, aktivovaného oxidu hlinitého, jehož čistota není nižší než 99,97%, s následným čištěním výsledného produktu. Postup je následující: vsázka rozpuštěná v trubkovém reaktoru, přebytek hliníku aktivovaný cínem v přítomnosti halogenidů amonných. Alkohol se dávkuje do horní části reaktoru, zatímco dno reaktoru se zahřívá na teplotu rovnající se bodu tání alkoholátu hlinitého. Výsledný alkoxid čistí jednoduchou vakuovou destilaci. Technologie podle vynálezu umožňuje syntézu produktu nepřetržitě s automatickým dodáváním aktivovaného oxidu hlinitého do reaktoru jako výstupu a eliminuje se potřeba v této fázi, jako je stripování přebytečného alkoholu při přidělení cílového produktu. Alkoxidy hliníku získané navrhovanou metodou podle analýzy atomové emise, přičemž celkový obsah nečistot není vyšší než 1-10-3% hmotnostních. (10 ppm). Výroba alkoholátu hlinitého ve vztahu k složení alkoholu obsahuje 90%.
Nevýhody prototypu jsou:
- Složitost technologie v důsledku zavedení dalšího aktivátoru (cínu) a variace klasické technologie syntézy;
- obsah nečistot v konečném produktu je 10 ppm (10-3% hmotnostních), nestačí k výrobě opticky transparentní keramiky z čistoty tohoto produktu;
- cena produktu v důsledku dodatečných nákladů na čas a energii.
Cílem vynálezu je zvýšit čistotu aluminiumalkoholatu při současném zjednodušení technologie.
Použití předkládaného vynálezu vede k následujícímu technickému výsledku:
obsah křemíku v konečném produktu nepřesahuje 0,01 ppm (10-6mass%);
- Zvýšení produktivity procesu urychlením procesu rozpouštění kompaktního hliníku.
Za účelem vyřešení výše uvedeného problému a získání technického účinku ve způsobu výroby alkoxidů hliníku o vysoké čistotě zahrnujících předběžné ošetření hliníkových výlisků a jejich následného rozpuštění v nižších alkoholech a čištění výsledných alkoholátů hliníku, je předběžné ošetření hliníkových výlisků provedeno podle vynálezu. Tepelné zpracování provedené před vytvořením stabilních fází obsahujících matricový kov, předem s jejich primárním pevným roztokem.
Je také možné:
- tepelně zpracované kompaktní hliníkové komponenty řady Al - Mg - Si, které se provádějí při teplotě (130 - 180) ° C po dobu (10 - 30) hodin;
- čisticí zařízení destilací;
zejména čištění izopropylátu hlinitého pod tlakem (0,1 až 3) mm Hg.St. a teplota (132-136) ° C.
Rozpuštění hliníku v alkoholech poskytuje alkoholát hlinitý a ALKOHOLÁTY nečistot v kompaktním hliníku a tvorbu nerozpustných aerosolových nečistot, jako je křemík. Tvorba na povrchu výlisku z hliníku, když je rozpuštěn, hustá prostorová mřížka, bod vypouštění nerozpustného elementárního křemíku, brání dalšímu rozpuštění hliníku, což vede ke snížení rychlosti rozpouštění, a tím ke snížení výkonu procesu v konečném produktu - isopropylátu hliníku . Fyzikální podstata účinku - obtíže vznikající při difúzi alkoholových par hustou koherentní mřížkou kovové matrice bodem vypouštění nerozpustných intermetalických sloučenin křemíku a elementárního křemíku na povrch rozpuštěného kovu (Článek: Technologie ALKOHOLATE vysoká čistota pro výrobu Nanoprášky a tenké vrstvy. Greenberg, EE, SV Ivanov, Black NG a Physical Mesomechanics. 7. Zvláštní vydání. Část 2 (204) 69–72). Následné čištění alkoholátu hlinitého vakuovou destilací snižuje množství nečistot, ale obsah křemíku zůstává vysoký a přesahuje (5-10) ppm nebo (5-10-4-10-3)% hmotnostních.
Úvod do způsobu podle vynálezu, speciální kovový kompaktní hliník s tepelným zpracováním (před jeho rozpuštěním v alkoholech), se zaměřením na školení ve stabilních fázích výboje z matricového kovu, nesouvisejícího s jeho primárním pevným řešením, poskytuje řadu technických účinků. Konkrétně koagulace, například hořčíku a křemíku, a železné nečistoty v hliníkových peletách jakéhokoli zdroje čistoty, ve velkých aglomerátech jednou rukou. Na druhou stranu, v procesu rozpouštění kovů v alkoholu tvorba takových koagulantů dramaticky snižuje hustotu mřížového bodu (zvýšená v procesu speciální manipulace se stlačeným hliníkem) sekrece prakticky nerozpustnými fázemi jsou intermetalické sloučeniny křemíku, elementárního křemíku a dalších kovových nečistot ( např. Mg2Al3, Mg2Si, Si), Fe3SiAl12Fe2Si2Al9), které jsou uloženy v půdním sedimentu v zemském gravitačním poli ve formě nerozpustných intermetalických inkluzí a nezpomalují proces tavení a zlepšují proces rozpouštění hliníku zatímco obsah nečistot křemíku je snížen na úroveň ne více než 0.1 ppm (10-5% hmotnosti).
Po vakuové destilaci, která se provádí například výše popsaným způsobem alkoholátu hlinitého, se dosáhne vyšší čistoty křemíku, protože počáteční koncentrace elementárního křemíku a jeho sloučenin ve výchozím materiálu se výrazně sníží. Obsah křemíku v konečném produktu po vakuové destilaci nepřesahuje 0,01 ppm (10-6 hm.%).
Udržování zvláštního tepelného zpracování kompaktního hliníku před jeho rozpuštěním v alkoholu nabízí čištění hlinitanu hlinitého křemíku v procesu jeho syntézy, což nakonec přináší tak závažný technický účinek, jako je zvýšení poměru mezer křemíku k hladině jeho obsahu už ne. jako 0,01 ppm (10-6 hm.%) v procesu jeho dalšího čištění známým způsobem.
Realizace způsobu čištění alkoholátu hlinitého je ilustrována na následujícím příkladu.
Příklad 1.
Vezměte kovové CD s hliníkovou značkou AMg6 technické kvality. Jeho chemické složení: křemík, až do 0,5%, hořčík nebo 5,8%, hliník 93,68%. Vložte ji na 15 hodin do muflové pece při teplotě 150 ° C. Mechanické drcení CD na velikost částic (10-20) mm, které je pak řešeno speciální technologií v každém alkoholu topilova.
Po tepelném zpracování kompaktního hliníku, křemíku a hořčíku a souvisejících nečistot železa nedochází ke koherenci s koagulanty matricových kovů, které jsou lokální (jasné světlo na tmavém pozadí), jak je znázorněno na obrázku 1 (Mg2Al3, Mg2Si , Si, Fe3SiAl12Fe2Si2Si2Al9). Vlivem alkoholu na zpracované kompaktní hliníkové koagulanty jsou koagulanty prakticky nerozpustné a usazují se v zásobnících, které jsou následně ze systému odstraněny. Obsah křemíku ve výsledném alkoholátu hliníku nepřesahuje 0,1 ppm (0,00001 hm.%). Po vakuové destilaci podle odstavců 3 a 4 podle vynálezu je obsah nečistot v křemíku menší než 0,01 ppm (0,000001% hmotn.), Přičemž rychlost rozpouštění hliníku v alkoholu se zvyšuje ne méně než 2,5 krát.
Obr. 1 a 2 ukazují mikrostrukturu a spektrum náhodně vybraných koagulantů kompaktní hliníkové značky AMg6 po tepelném zpracování podle odstavce 2 nároků.
Realizace předkládaného vynálezu snižuje náklady na získání alkoholátu z vysoce čistého hliníku v důsledku zvýšení produktivity při rozpouštění kompaktního hliníku; zatímco realizace možnosti zvýšení obsahu křemíku na ne více než 10-6% m známým způsobem čištěného isopropylátového hliníku.
1. Způsob výroby vysoce čistých alkoxidů hliníku, který spočívá v předúpravě hliníkových výlisků a jejich následném rozpuštění v nižších alkoholech a čištění výsledných alkoxidů hliníku, přičemž předběžné ošetření hliníkových výlisků se provádí tepelným zpracováním před vytvořením stabilních fází, které dodávají matricový kov s jejich primární pevnou látkou Řešení je nesoudržné.
2. 9. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že tepelné zpracování hliníku kompaktní série Al-Mg-Si se provádí při teplotě (130-180) ° C po dobu (10-30) hodin.
3. 9. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že čištění se provádí destilačním procesem.
4. 9. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že čištění při tlaku (0,1 až 3) mm Hg.St. a provádí se teplota (132-136) ° C.
Překlad ruského patentu Ústavem pro vzácné zeminy a kovy. Omlouváme se za německý jazyk použitý v tomto článku, nakonec jde o obsah.
