Спосіб одержання бета-окису алюмінію

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК „„SIL1634132 (51)5 A3 С 01 F 7/Q2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ па ИЗОБРЕТЕНИЯМ и ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н ПАТЕНТУ (21) 4027733/02 (22) 20,06,86 (31) 8525477 (32) ]6в10„85 (33) GB (46) 070ОЗа910 Бюл0 И (71) Лилливит Сосьете Аноним (LU) (72) Арнольд Ван Цил и Ангус Иан Кингон (ZA) (53) 661*862(088,8) (56) Патент С А № 3795723, Ш кло 264-65, опублико 1974» (54) СНОСОВ ПОЛУЧЕНИЯ БЕТА-ОКИСИ АЛЮМИНИЯ (57) Изобретение относится к способу получения бета-окиси алюминия, в ч а стности к способу получения б е т а - о к и си алюминия, пригодной для получения поликристаллических искусственных материалов на ее основе* Цель и з о б р е Иэобретение относится к способу получения бета-окиси алюминия, в ч а стности к способу получения б е т а ' окиси алюминия, пригодной для получения поликристаллических и с к у с с т венных материалов на основе б е т а -оки си алюминияо Б е т а - о к и с ь алюминия представляет собой алюминат натрия с т е о р е т и ч е с кой химической формулой Na^O 'HAlgP^, имеющий слоистую структуру, если а т о мы натрия присутствуют в дискретных с л о я х , разделенных слоями атомов алюминия и ионов кислорода с о б р а з о в а нием структуры шпинельного типа. Бета" - о к и с ь алюминия с примерной хими-' / 1 -л тения - повышение эффективности п р о ц е с с а . Для э т о г о бемит со средним размером кристаллов не менее 100 Л и со средним расстоянием между основными плоскостями не более Ь,8 А и/или байерит со средним размеромкристаллов не менее 100 А и со среднимрасстояннем "между основными плоскостями не более 4 , 9 А смешивают с кислородсодержащими соединениями лития и/или магния„ Полученную смесь диспергируют и н а гревают до П 0 0 - 1 7 0 0 ° С о При этом б е мит при нагревании на воздухе со с к о ростью 6 0 0 ° С / Ч до 700°С х а р а к т е р и з у е т с я потерей массы не более 20мас»% а байерит при тех же режимах - п о т е рей массы не более 40 мас о % а В смесь можно также вводить альфа-окись алюминия или г и б б с и т о Изобретение п о з в о л я е т получить 100%-ный выход б е т а - о к и си алюминия,, 23 з^поф-льи, 18 т а б л . ческой формулой Na^O * 5 А 1 2 0 3 имеет аналогичную с т р у к т у р у , но более низ-кое удельное сопротивление, что п р е д с т а в л я е т определенный и н т е р е с для е г о использования в к а ч е с т в е ионног о проводника и химических и с т о ч н и ков т о к а . Цель изобретения - повышение э ф фективности процесса,, Б е т а " - о к и с ь алюминиевые изделия выполняют в виде труб или полых ц и л и н д р о в , пригодных для использования в к а ч е с т в е твердых э л е к т р о л и т о в / с е п а раторов в химических источниках тока„ Трубы прессуют из порошкового и с х о д ного м а т е р и а л а , просушенного распыле Ш > 1634132 тельна для проведения обжигао Некоторое количество соды, например, в виде порошка может добавляться при необходимости в тигель или контейнер для стимулирования образования атмосферы, обогащенной содой (пропорции соды и окиси лития в смеси, подвергаемой обжигу, даются по смеси после обжига, т . е в после дегидратирования бемита) о Испытывают различные партии с различными составами и условиями обработки,, Сравнительные испытания проводят с различными исходными материал ами„ ниєм, (влажность менее 10%) с помощью изостатического пресса при давлении 35000 фунтов/кводюймо Изделия прессуют с внутренним диаметром 33 мм, наружным диаметром 37 мм и длиной 20 мм„ В качестве исходного материала используют бемит о Примерно 8-10 кг исходного материала - бемита (в полу- JQ чекном виде или предварительно обож.женного) подвергают измельчению мокрым способом в вибрационной мельнице .(до влажности 50 мас о %) в течение 2 10 ч так,что часть частиц имеет размер" і с ' о. ' J .менее 30 'мкм (ЗОООО А ), при этом 80 мас о % этих частиц имеет размер меП р и м е р I „ Полученный бемит нее 55 мкм (55000 А ) . Соду, добавобжигают до 700°С, после чего измельляют в виде NaOH, а окись лития в виде LiOH -HgO используют в качестве 20 чают в вибрационной мельнице с исходными материалами для соды и окиси ; шпинельного стабилизатора., Полученлития для получения шпинельного станые частицы просушивают распыленибилизатора (для получения после обжием перед прессованием до влажности га 9,10 масо% соды и 0,65 масо% оки- • : порошка 2 - 10%о j Бемит используют в качестве проме- 25 си лития по сухому основанию)о Поро- і шок просушивают распылением (для пожуточного соединения при рафинировалучения порошка с влажностью 1,6масо% нии алюминия из бокситово При пред- s в котором 30 масо% частиц имеют разварительном обжиге материала этот мер менее 30 мкм) и прессуют в виде обжиг проводят путем быстрого нагрева (200°С/ч) полученного бемита в 0 трубок, которые соответственно обжи3 гают до максимальных температур 1615 электрической печи на воздухе до температуры, при которой выделяется вои 16076С0 После охлаждения до комнат-; да, замедления скорости нагрева для ной температуры продукты представля- . вытеснения воды, последующего продолют собой цельные, спеченные трубча- ., жения быстрого нагрева до температутые искусственные изделия из бета 35 ры обжига-и поддержания этой темпеокиси алюминия, содержащие в средратуры в течение 1 ч, после чего манем 98 масо% бета'-окиси алюминия и .териал сразу охлаждают до окружающей |2 масД бета-окиси алюминия, причем температуры перед нзмельчением0 они имеют средний наружный диаметр Нагрев для получения бета -окиси .Q 29,60 мм и средний внутренний диаметр.1 алюминия из полученного бемита про26,25 мм, их плотность составляет водят при скорости 60°С/ч до 600°С, 3,16 г/мл и аксиальное удельное сопри 200°С/ч с 500 до 1400°С, при противление (в аксиальном направле100°С/ч с 1400 до 15 °С перед максинии) при 350°С 4,71 Ом-смо Образцы, мальной температурой и при 60°С/ч для 4 5 обожженные до 1200 С, с пребыванием последних 15 Со Нагрев для получения / при этой температуре в течение 6 мин бета"~окиси алюминия из обожженного , содержат 92 масо% бета -окиси алюмибемита проводят при скорости 200 6 С/ч ' ния и 8 масо% бета-окиси алюминия, а от комнатной температуры до 1400°С, образцы, обожженные при 1400°С, с при 100°С/ч от 1400 до 15°С перед 5 Q временем пребывания при этой темпемаксимальной температурой и при 60 С/ч ратуре в течение 6 мин содержат для последних 15°СО Нагрев проводят / 95 масо% бета -окиси алюминия и в электрической печи в контейнере, 5 масо% бета-окиси алюминияо выполненном из окиси магнияо ОбразП р и м е р 2О По методике примецы после нагрева (если не указано ра 1 полученный бемит обжигают до особо) охлаждают в печи путем выклю550 С,.причем исходная смесь включачения печи0 В контейнерах или тиглях ет соду в количестве 8j49 масо% посиз окиси магния атмосфера обогащаетле обжига и шпинельный стабилизатор ся содой, причем эта атмосфера жела| ' , 1 ' : " : • ' •' в количестве 0,60 маСо% (в виде оки 0,04, (2) где (максимальная интенсивность^ (общая интенсивность) отсчеты в 1 с/2 (тета) для продуктов обжига в 2 (тета) диапазоне 44-48°; I bЗА 132 ! 1 ^максимальная интенсивность^*_ (общая интенсивность) отсчеты в 1 с/2 (тета) для продукта обжига в 2 (тета) диапазоне 63-69 І М 2 ї!:".". Н і £ £ 2 я ^ ^ ^ ^ (обіцая интенсивность) отсчеты в 1 с/2 (тета) для пика 211 в рутиловом эталоне ^ для 2 (тета) диапазо 10 не 52-56°; максимальная интенсивность - от. .счеты в 1 с на фоне пика с самой высокой интенсивностью в рассматриваемом 2 (тета) диапазоне; общая интенсивность - площадь пика над фоном в рассматриваемом 2 (тета) диапазоне, единиц 2 (тета)х 20 х отсчетов/с 0 А, В и S представляют собой средние величины по меньшей мере пяти образцов со стандартным отклонением менее 10% о Рутиловый эталон представ- 25 ляет собой рутил эталона интенсивности Национального бюро стандартов Министерства торговли США (утвержденный эталонный материал № 674) и имеет расстояние d r 1,6874 А для рас30 сматриваемого пика 211 0 Максимальная интенсивность представляет собой максимальную высоту, отсчеты в секунду, выше фона указанного пика с наибольшей интенсивностью в рассматриваемом 2 (тета) диапазоне; 35 а общая интенсивность - 2 (тета) > отсчеты в 1 с, может быть представлена участком выше фона указанного пика с наибольшей интенсивностью в рассматриваемом 2 (тета) диапазоне, определяемом в отсчетах в 1 сХ 2 (тета) 0 Таким образом, А, В и S определяются в отсчетах в 1 с/2 (тета), а числовые значения, получаемые по уравне45 ниям (1) и (2), представляют собой безразмерные величины для А и 6, нормализованные путем их деления на величину S для учета любых колебаний, вносимых переменными прибора и пре50 паратами образца. Рентгеновская дифракция означает подготовку образца и методику испытаний, предназначенных для получения рассматриваемых следов рентгеновской 55 дифракции для указанного продукта ,обжига и рутилового обжига* Используют четыре различных- режи'ма обжига Первый режим обжига: окружающая температура (20°С) - 1100°С при 100 С/ч; выдерживание при 1100°С в течение 3 ч; 1100-1200аС при 100°С/'/ бета -окиси алюминия, при этом соотношение между получаемым содержанием бета"-окиси алюминия и используемой > окисью лития выражается линейной з а висимостью и составляет менее 0,2 масо% окиси лития о 0б,шг исходного материала для окиси алюминия моJO жет проводиться в атмосфере азота, например, такой, которая обычно и с пользуется в качестве защитной а т мосферы в печи с конвейерной подачей о П р и м е р 22 0 Порошок, высушенный распылением, готовят по примеру 1бо Он соответственно содержит альфаокись алюминия (партия 37) с 8,9мас% соды (NaOH) и 0,65 масо% окиси лития (LiOH * Н 2 0) и бемит (партия 38) в полученном (необожженном) виде с 9,3 масо% соды (NaOH) и 0,72 масо% окиси лития (LiOH < Н^О)„ Диски диаметром 12 мм и толщиной 5-6 мм штампуют на прессе из этих исходных матери- 25 алов под нагрузкой 15 т и при нагреве до 700°С при 200йС/ч и выдержке при этой температуре в течение І ч для удаления летучих соединений перед охлаждением в печи до температуры 3 Q окружающей среды ( 2 0 ° С ) о З а т е м э т и диски заворачивают в платиновую фольг у , н а них закрепляют термопары и медленно вводят их в печь при номин а л ь н о й т е м п е р а т у р а 1615° С о Ч е р е з 10 мин т е м п е р а т у р у д и с к о в повышают д о м а к с и м а л ь н о й т е м п е р а т у р ы ( 1 6 1 3 С) в З а т е м д и с к и еще в т е ч е н и е 15 мин в ы держивают п р и 1 6 1 3 ° С , п о с л е ч е г о и х быстро охлаждают п у т е м у д а л е н и я и з 40 п е ч и о Обожженные д и с к и п р о в е р я ю т н а содержание окиси лития и соды и с помощью рентгеяоструктурного анализа определяют содержание бета^-окиси алюминия, бета-окиси алюминия и альфа-окиси алюминия» Результаты представлены в табло ' 2 О И р и и е р ZJo Сравнительные и с пытания проводят с использованием тригидрата окиси алюминия, т о е„ гибб"сита, в качестве исходного материала окиси алюминияо Кроме того, в исходных материалах с гиббситом часть материала (28,5 маСя%) заменена аналогичным количеством обожженного бемита, обожженного при 10Ь0°С и выдержанного при этой температуре в т е чение 1 Чо Исходные смеси готовят путем добавления NaOH и LiOH-H^O к и с ходным материалам и, как указано в примере 16, их подвергают вибрационному ' измельчению, сушке распылением и изостатическому прессованию для получения труб р Затем трубы обжигают по восьмому режиму обжига примера 18 за исключением т о г о , что нагрев при скорости 100°С/ч ведут до 1400 16О7°С. Затем трубы обжигают до максимальной температуры 1617°С, при этом окончательная температура нагрева составляет 1607-1617°С; при максимальной температуре выдерживают в течение 15 мино Определяют влажность порошков после сушки распылением, содержание с о ды и окиси лития после обжига труб, включая определение плотности после обжига и наружных диаметров 0 Содержание бета -окиси алюминия определяют с помощью рентгеновской дифракции,, Результаты показаны в табл. 13 для партий 39 и 40, которые представляют собой гиббсит, и для партии 41, в которой 28,5 масо% гиббсита заменено бе— митом, ооожженным до 10Ь0°С и выдержанным при ЮьО С в течение 1 ч в Гиббсит, описанный в табл о 16 и не имеющий значения A/S и B/S, с о ответствующего уравнениям (1) и ( 2 ) , может быть улучшен за счет добавления бемита ^значения A/S и C/S которого соответствуют уравнениям (1) и (2)} для получения более высокого с о держания бета"-окиси алюминия в обожВ этом примере проявляется неоженных трубахо жиданная способность бемита к обраПартия 41 приготовлена по предлагазованию бета^-окиси алюминия при об- 50 емому способу, а партии 39 и 40 и с жиге без образования бета-окиси алюпользуют в качестве контроля,, миния. Наличие альфа-окиси алюминия П р и м е р 24