Спосіб одержання оксиду алюмінію електролізом змінним струмом

Реферат: Електрохімічний спосіб отримання оксиду алюмінію включає анодне розчинення алюмінію в водному розчині з отриманням гідроокису алюмінію і його термічною обробкою. Розчинення проводять під дією змінного струму промислової частоти в електроліті хлориду амонію і наступною термічною обробкою отриманого гідроксиду алюмінію. UA 70404 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ОКСИДУ АЛЮМІНІЮ ЕЛЕКТРОЛІЗОМ ЗМІННИМ СТРУМОМ UA 70404 U UA 70404 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до одержання неорганічних сполук, а саме оксиду алюмінію, що може бути використаний в аналітичних системах контролю оточуючого середовища - сенсорні датчики на основі оксидів Аl2О3 і SnO2, які мають високу дисперсність і розвинуту поверхню. В силу своїх унікальних властивостей оксид алюмінію застосовується як універсальний сорбент імунобіологічних препаратів, а також як каталізатор в технологічних процесах. Відомий спосіб одержання оксиду алюмінію анодним розчиненням в розчинах, що містять нітрат-іон, з попередньою депасивацією поверхні алюмінієвого анода в азотнокислому розчині, що містить 0,5-10 г/л ртуті з використанням гальванічної пари алюміній-графіт [1]. Видалення осаду гідроксиду алюмінію і додавання розчину азотної кислоти ведуть періодично. Недоліками даного способу є: низька питома поверхня оксиду алюмінію; невисокий вихід продукту; застосування токсичних препаратів - азотної кислоти і отруйної речовини - ртуті. Найбільш близьким по технічній суті і результату, що досягається, є електрохімічній спосіб отримання оксиду алюмінію через стадію утворення гідроксиду алюмінію, відділення його, промивання та прожарювання. Анодне розчинення здійснюють у водному розчині 0,2-0,3 М хлористого натрію або хлористого алюмінію з добавками 0,1-1,0 ваг. % гексаметилентетраміну, 2 при щільності струму 10-15 А/дм , температура 60-80 °С. При даних параметрах вихід гідроксиду алюмінію в перерахунку на окис алюмінію складає 4-6 г/ч. Для усунення пасивації алюмінієвого анода полярність при електролізі міняли. Вихід продукту дуже низький. Через необхідність періодично міняти полярність постійного струму на електродах спосіб трудомісткий [2]. Спосіб, що пропонується до захисту, має задачу усунення перелічених вище недоліків, забезпечення сталої питомої поверхні, збільшення виходу оксиду алюмінію, отримання доступного хімічно неагресивного реагенту і спрощення процесу синтезу. Для вирішення поставленої задачі - одержання оксиду алюмінію, синтез здійснювали електрохімічним окисненням металічного алюмінію в водному розчині хлориду амонію змінним 2 струмом промислової частоти (50 Гц) при густині струму 1-4 А/см в інтервалі температур 40-95 2 °С. Інтервали застосовуваної щільності струму 1-4 А/см обумовлені тим, що при щільності 2 струму 1 А/см швидкість процесу низька. З підвищенням щільності струму швидкість зростає і 2 вище 4 А/см протікає інтенсивний розігрів електроліту, що вимагає додаткового охолодження комірки. Окиснення металевого алюмінію у водних розчинах за допомогою змінного струму промислової частоти (50 Гц) протікає наступним чином. За час анодного напівперіоду протікають реакції: 3+ Аl↔Аl +3е , (1) внаслідок гідролізу іонів алюмінію утворюється гідроксид алюмінію за рівнянням: 3+ 3-n + Аl +уН2О→[Al(OH)n(H2O)m] +nH +(y-m)H2O (2) Паралельно реакції (1) протікає реакція (3) + 3+ 2Аl+6Н3О →2Аl +3Н2+6Н2О. (3) За час катодного напівперіоду утворюється гідридна фаза алюмінію. Зроблено припущення, що механізм пов'язаний з утворенням проміжної сполуки АlН3 по реакціях (4) і (5) + Аl+3Н3О +3е-↔АlН3+3Н2О, (4) Аl+3Н2О+3е-↔АlН3+3ОН . (5) Сполука АlН3 термодинамічно нестійка при потенціалах анодного розчинення алюмінію і здатна анодно окиснюватися за реакцією (6) + 2AlH3+6Н2O=2Аl(ОН)3+6Н +3Н2+6е (6) або гідролізуватися за реакцією (7) АlH3+3Н2О=Аl(OН)3+3Н2. (7) Отриманий таким чином гель гідроксиду алюмінію декантують, промивають і піддають термообробці для розкладання залишків NH4Cl. Видалення з гелю НСl і NH3 сприяє збільшенню 2 питомої поверхні оксиду алюмінію. Вихід основного продукту становить 2,5-4,5 кг/м ·год. Застосування змінного струму дозволить інтенсифікувати синтез оксиду алюмінію за рахунок усунення пасивації електродів, а також за рахунок того, що синтез протікає на обох електродах одночасно. Отриманий за пропонованим способом оксид алюмінію має високу питому поверхню 2 230-275 м /г. Приклади, що ілюструють заявлений спосіб, наведено нижче. Приклад 1. Для отримання оксиду алюмінію використовували однокамерний електролізер. Катодний і анодний простір заповнювали водним електролітом хлориду амонію концентрацією 4мас. %. Анодом і катодом служили алюмінієві електроди. Через електролізер пропускали змінний струм 2 промислової частоти, щільністю струму 1 А/см і напрузі 1 В. Процес синтезу здійснювали при 1 UA 70404 U 5 10 15 20 25 30 термостатуванні комірки при температурі 40 °С. При протіканні вище зазначених реакцій (1-7) в електролізері утворюється гель гідроксиду алюмінію. Отриманий гель відмивали і піддавали термічній обробці для розкладання мікродомішок залишкового хлориду амонію протягом 4 2 годин при температурі 700 °С. Питома поверхня отриманого оксиду алюмінію складає 230 м /г. 2 Вихід гідроокису алюмінію в перерахунку на окис алюмінію складає 2,10 кг/м ·год. Приклад 2. Для отримання оксиду алюмінію використовували однокамерний електролізер. Катодний і анодний простір заповнювали водним електролітом хлориду амонію концентрацією 15 мас. %. Анодом і катодом служили алюмінієві електроди. Через електролізер пропускали змінний струм 2 промислової частоти, щільністю струму 2,5 А/см і напрузі 7,5 В. Процес синтезу здійснювали при термостатуванні комірки при температурі 65 °С. При протіканні вище зазначених реакцій (17) в електролізері утворюється гель гідроксиду алюмінію. Отриманий гель відмивали і піддавали термічній обробці для розкладання мікродомішок залишкового хлориду амонію протягом 4 2 годин при температурі 500 °С. Питома поверхня отриманого оксиду алюмінію складає 265 м /г. 2 Вихід гідроокису алюмінію в перерахунку на окис алюмінію 3,10 кг/м ·год. Приклад 3. Для отримання оксиду алюмінію використовували однокамерний електролізер. Катодний і анодний простір заповнювали водним електролітом хлориду амонію концентрацією 15 мас. %. Анодом і катодом служили алюмінієві електроди. Через електролізер пропускали змінний струм 2 промислової частоти, щільністю струму 4 А/см і напрузі 15 В. Процес синтезу здійснювали при термостатуванні комірки при температурі 95 °С. При протіканні вище зазначених реакцій (1-7) в електролізері утворюється гель гідроксиду алюмінію. Отриманий гель відмивали і піддавали термічній обробці для розкладання мікродомішок залишкового хлориду амонію протягом 4 2 годин при температурі 950 °С. Питома поверхня отриманого оксиду алюмінію складає 165 м /г. 2 Вихід гідроокису алюмінію в перерахунку на окис алюмінію 2,10 кг/м ·год. Перевагою запропонованого способу синтезу оксиду алюмінію є відсутність значної поляризації і пасивації, внаслідок чого ванна працює з високою продуктивністю і низькою витратою електроенергії. Отриманий за пропонованим способом оксид алюмінію має високу питому поверхню. Джерела інформації: 1. Автор. свид. СССР № 1355120, С01F 7/42 Тамаш Манди, Ласло Немет, Йозеф Керти. Способ получения активного оксида алюминия // Бюл. Откр. Изобр. 1987, № 43, с. 263. 2. Автор. свид. СССР № 621644, С01F 7/42 Коток Л.А., Байдашникова З.Е., Мешкова О.В. Электрохимический способ получения окиси алюминия. // Бюл. Откр. Изобр. 1978, № 32, с. 68. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Електрохімічний спосіб отримання оксиду алюмінію, що включає анодне розчинення алюмінію, в водному розчині з отриманням гідроокису алюмінію і його термічною обробкою, який відрізняється тим, що для отримання продукту високої чистоти, скорочення тривалості процесу, підвищення дисперсності і питомої поверхні цільового продукту розчинення проводять 2 під дією змінного струму промислової частоти при щільності струму 1-4 А/см в інтервалі температур 40-95 °С в електроліті хлориду амонію з концентрацією 4-15 мас % і наступною термічною обробкою отриманого гідроксиду алюмінію при 500-950 °С. 45 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2