Способ получения алкоголятов алюминия высокой чистоты
Способ включает предварительную обработку алюминиевых прессовок с последующим их растворением в низших спиртах и очисткой образующихся алкоголятов алюминия. Предварительная обработка осуществляется путем термической обработки до тех пор, пока в металлической матрице не образуются стабильные выбросы, которые не соответствуют первичному твердому раствору.
Изобретение относится к получению алюминийорганических соединений и разработке способа получения высокочистых алкоксидов алюминия, которые особенно широко распространены в качестве предшественников в синтезе функциональной керамики.
Процесс получения высокочистого алкоголята алюминия изложен в статье: Технология высокоалкогольных спиртов для производства нанопорошков и тонких пленок. Гринберг Э.Э., Иванов С.В., Черных Н.Г. и Физическая мезомеханика. 7. Специальное издание. Часть 2, 2004, 69-72. Процесс заключается в восстановлении алкоголята алюминия и его очистке вакуумной перегонкой и ректификацией.
Способ реализован в ряде действий, а именно:
- Растворение алюминиевого брикетов в изопропиловом спирте;
- Очистка изопропилата алюминия перегонкой в вакууме под давлением (от 0,1 до 3) мм рт. Ст. и температура (132-136) ° С;
- Ректификация изопропилата алюминия аналогичным образом.
Содержание примесей в конечном продукте составляет не более 10 ч / млн (0,001% масс.).
Недостатками этого способа являются:
- Образование на поверхности прессованного алюминия, когда он растворен, плотной пространственной точки решетки, освобождающей нерастворимые интерметаллические соединения кремния и элементарного кремния, препятствуя процессу дальнейшего растворения алюминия, что приводит к снижению скорости растворения, а следовательно, и производительности процесс в конечном продукте - изопропилат алюминия;
- Загрязнение конечного продукта кремнием, поскольку оно возникает в результате растворения алкоголята кремния в контексте вакуумной перегонки, является устойчивой связью с небольшим коэффициентом разделения в системе обычных бинарных растворов «жидкость - пар». Кроме того, в процессе растворения алюминий-спирт элементарный кремний попадает в изопропилат алюминия в виде мелкодисперсного аэрозоля, который практически не удаляется вакуумной перегонкой и ректификацией.
Способ получения алкоголята алюминия высокой чистоты (Патент РФ 2278850, SS 31/32, опубл. 27.06.2006). Процесс осуществляется удалением алкоксидов алюминия через колонку при определенной температуре в течение нескольких часов, заполненных экструдатами γ - Al2O3 с объемом пор от 0,4 до 0,8 см3 / г. Экструдаты γ - Al2O3 имеют предварительный вид гидролиза алкоксидов алюминия, полученных формованием гидроксида алюминия в экструдатах диаметром от 1.6 до 3 мм и длиной (3-4) мм с последующим прокаливанием при температуре (400-500) ° C. . Экструдаты γ-Al2O3 обладают хорошей адсорбционной способностью, что позволяет частично улавливать аэрозольный кремний, присутствующий в очищенных алкоголятах алюминия, которые ранее подвергались дистилляции или другой очистке для достижения технологически приемлемой степени чистоты. Этот процесс позволяет создать технологию очистки алкоксидов алюминия с длиной углеводородной цепи от C3 до p6 и, кроме того, от примесей от конкретных до отдельных элементов до среднего значения (10-3-10-4)% по массе. (10 частей на миллион - 1 частей на миллион).
Недостатками этого способа являются:
- низкое качество изопропилата алюминия, поскольку такие соединения, как кремний, в очищенном продукте составляют всего от 40 до 80 частей на миллион из-за хорошей растворимости алкоксидов кремния в алкоксидах алюминия;
- усложнение процесса обвязки аппаратурой при удлинении технологического цикла производства очищенного изопропилата алюминия.
Процесс производства изопропилата алюминия высокой чистоты, описанный в статье: «Новый метод удаления следовых примесей кремния из триизопропоксида алюминия» Минъян Ван, Гуллин Нин, Цзе Лю, Юань Линь, Лю Юго // Национальный фонд естествознания, Нет. 20376009. Способ заключается в добавлении 1% масс лантаноида в пересчете на алюминий, содержащегося в изопропилате алюминия, с последующим кипячением при температуре (80-90) ° C в течение (7-8) часов.
Процедура следующая: в безводном изопропиловом спирте металлический алюминий растворяется, затем реакцию проводят в кипящем изопропиловом спирте при атмосферном давлении. Получается изопропилат-алюминий с примесями органических соединений кремния (как утверждают авторы статьи). В процессе растворения алюминия добавляется к металлу лантаноид ~ 1% масс. по сравнению с алюминием. После добавления органических кремнийорганических соединений металла и лантаноидов, соответствующих лантаноидам, появляются новые соединения кремния с высокой температурой кипения. В то время как синтезированный изопропилат-алюминий подвергается вакуумной перегонке, соединения кремния-лантаноида остаются в остатке при перегонке. После перегонки количество примесей в кремнии в изопропилатеалюминии составляло 2,6 ч / млн (0,00026 мас.%).
Недостатками этого способа являются:
- Увеличение времени, затрачиваемого на процесс синтеза изопропилата алюминия, за счет необходимого 8-часового кипячения изопропилата алюминия с лантаноидом, что существенно влияет на производительность процесса;
Сложность процесса, так как необходимо четко отслеживать концентрацию лантанида, добавляемого к изопропилу алюминия. Если количество лантаноидов недостаточно, нескоординированный органический кремний не может быть удален из изопропилата алюминия. С другой стороны, при избыточном количестве лантаноида касторена может образовывать нестабильный комплекс с лантаноидом, который расщепляется на изопропилат алюминия путем вакуумной перегонки.
В качестве прототипа был опубликован процесс, описанный в Российской Федерации № 2395514, SS 31 / 32 27.07.2010 для производства алкоксида алюминия высокой чистоты. Способ заключается во взаимодействии алифатического спирта с 2 с атомами углерода 4, активированным оксидом алюминия, чистота которого не ниже 99,97%, с последующей очисткой полученного продукта. Процесс заключается в следующем: загрузка растворяется в трубчатом реакторе, избыток алюминия активируется оловом в присутствии галогенидов аммония. Спирт дозируется в верхнюю часть реактора, а нижняя часть реактора нагревается до температуры, равной температуре плавления алкоголята алюминия. Полученный алкоксид очищает простой вакуумной перегонкой. Заявляемая технология позволяет производить непрерывный синтез продукта с автоматической доставкой активированного глинозема в реактор в качестве выхода, и необходимость в этой фазе, такой как отгонка избытка спирта при выделении целевого продукта, устраняется. Алкоксиды алюминия получают по предлагаемому способу в соответствии с атомно-эмиссионным анализом, при котором общее содержание примесей составляет не более 1-10-3% по массе. (10 ppm). Производство алкоголята алюминия по отношению к спиртовой композиции содержит 90%.
Недостатками прототипа являются:
- сложность технологии из-за введения дополнительного активатора (олова) и вариации классической технологии синтеза;
- содержание примесей в конечном продукте составляет 10 ppm (10-3% по массе), этого недостаточно для получения оптически прозрачной керамики из этой чистоты продукта;
- цена продукта из-за дополнительных затрат времени и энергии.
Целью изобретения является повышение чистоты алюминиумалкоголата при одновременном упрощении технологии.
Использование настоящего изобретения приводит к следующему техническому результату:
содержание кремния в конечном продукте не превышает 0,01 ppm (10-6mass%);
- Повышение производительности процесса за счет ускорения процесса растворения компактного алюминия.
Чтобы решить вышеупомянутую проблему и получить технический эффект в способе получения алкоксидов алюминия высокой чистоты, включающем предварительную обработку алюминиевых прессовок и их последующее растворение в низших спиртах и очистку полученных алкоголятов алюминия, предварительную обработку алюминиевых прессовок осуществляют согласно изобретению. Термическую обработку проводят перед образованием матриксных металлсодержащих стабильных фаз, заранее с их первичным твердым раствором.
Также возможно:
- термообработанные компактные алюминиевые детали серии Al - Mg - Si, которые проводят при температуре (130-180) ° C в течение (10-30) часов;
- устройство очистки перегонкой;
в частности, очистка изопропилата алюминия под давлением (от 0,1 до 3) мм рт.ст. и температура (132-136) ° С
Растворение алюминия в спиртах обеспечивает алкоголят алюминия и СПИРТЫ примесей в компактном алюминии и образование нерастворимых аэрозольных примесей, таких как кремний. Образование на поверхности прессованного алюминия при его растворении плотной пространственной решетки точки разряда нерастворимого элементарного кремния препятствует дальнейшему растворению алюминия, что приводит к снижению скорости растворения, а значит, к снижению производительности процесса в конечном продукте - изопропиловом алюминии. . Физическая основа эффекта - затруднение, возникающее при диффузии паров спирта через плотную когерентную решетку металлической матрицы, точка выброса нерастворимых интерметаллических соединений кремния и элементарного кремния на поверхность растворенного металла (Статья: Технология АЛКОГОЛАТОВ высокой чистоты для производства Нанопорошки и тонкие слои. Гринберг, Э.Е., Иванов С.В., Блэк Н.Г. и Физическая мезомеханика. 7. Специальное издание. Часть 2 (204) 69-72). Последующая очистка алкоголята алюминия вакуумной перегонкой снижает количество примесей, но содержание кремния остается высоким и превышает (5-10) частей на миллион или (5-10-4-10-3)% по весу.
Внедрение в заявляемый способ специальной термообработки металла компактного алюминия (до его растворения в спиртах), ориентированного на обучение работе в стабильных фазах разряда металла матрицы, несовместимых с его первичным твердым раствором, обеспечивает ряд технических эффектов. А именно, коагуляция, например, магния и кремния, а также примесей железа в алюминиевых гранулах любого источника чистоты, в крупных агломератах с одной стороны. С другой стороны, в процессе растворения металла в спирте образование таких коагулянтов резко снижает плотность точки решетки (повышается в процессе специальной обработки прессованного алюминия) выделение практически нерастворимых фаз интерметаллических соединений кремния, элементарного кремния и других металлических примесей ( например, Mg2Al3, Mg2Si, Si), Fe3SiAl12Fe2Si2Al9), которые осаждаются в осадке почвы в гравитационном поле Земли в виде нерастворимых интерметаллических включений и не замедляют процесс алюминия и улучшают процесс растворения алюминия и не замедляют процесс растворения алюминия. в то время как содержание примесей кремния снижается до уровня не более 0.1 ч / млн (10-5% по массе).
После вакуумной перегонки, которую проводят, например, по способу алкоголята алюминия, описанному выше, достигается более высокая чистота кремния, поскольку начальная концентрация элементарного кремния и его соединений в исходном материале значительно снижается. Содержание кремния в конечном продукте после вакуумной перегонки не превышает 0,01 ч / млн (10-6 мас.%).
Таким образом, проведение специальной термообработки компактного алюминия перед его растворением в спирте обеспечивает очистку алкоголята алюминия от кремния в процессе его синтеза, что в конечном итоге дает такой серьезный технический эффект, как увеличение коэффициента зазора кремния до уровня его содержания не более в виде 0,01 ppm (10-6 мас.%) в процессе его дальнейшей очистки по известному способу.
Реализация процесса очистки алкоголята алюминия иллюстрируется следующим примером.
Пример 1.
Возьмите металлический компакт-диск с алюминием технической марки марки AMg6. Его химический состав: кремний до 0,5%, магний или 5,8%, алюминий 93,68%. Загрузите его в течение 15 часов в муфельной печи при температуре 150 ° C. Механическое дробление диска до размера частиц (10-20) мм, что затем решается с помощью специальной технологии в каждом спирте.
После термической обработки прессованного алюминия, кремния и магния и связанных с ним примесей железа отсутствует когерентность с локальными коагулянтами матричного металла (яркий свет на темном фоне), как показано на рис. 1 (Mg2Al3, Mg2Si , Si, Fe3SiAl12Fe2Si2Si2Al9). Под воздействием спирта на обработанные компактные алюминиевые коагулянты коагулянты практически нерастворимы и оседают в поддонах, которые впоследствии удаляются из системы. Содержание кремния в полученном алкоголяте алюминия не превышает 0,1 ч / млн (0,00001 мас.%). После вакуумной перегонки в соответствии с параграфами 3 и 4 по изобретению содержание примесей в кремнии меньше, чем 0,01 ч / млн (0,000001% по массе), благодаря чему скорость растворения алюминия в спирте увеличивается не менее, чем в 2,5 раз.
Фиг. 1 и 2 показывают микроструктуру и спектр случайно выбранных коагулянтов компактной алюминиевой марки AMg6 после термической обработки в соответствии с пунктом 2 формулы изобретения.
Реализация настоящего изобретения снижает стоимость получения алкоголята из алюминия высокой чистоты за счет увеличения производительности при растворении компактного алюминия; При этом при реализации возможности увеличения содержания кремния до не более 10-6% м известным способом очищают изопропилат алюминия.
1. Способ получения алкоксидов алюминия высокой чистоты, состоящий из предварительной обработки алюминиевых прессовок и их последующего растворения в низших спиртах и очистки полученных алкоксидов алюминия, где предварительную обработку алюминиевых прессовок проводят термической обработкой до образования стабильных фаз, дающих металл-донор металла, имеющих их первичное твердое вещество. Решение бессвязное.
2. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую обработку алюминия компактной серии Al-Mg-Si проводят при температуре (130-180) ° C в течение (10-30) часов.
3. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очистку проводят с помощью процесса дистилляции.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что очистка под давлением (от 0,1 до 3) мм рт.ст. и температура (132-136) ° C выполняется.
Перевод российского патента Института редких земель и металлов. Мы приносим свои извинения за немецкий язык, использованный в этой статье, в конечном счете, это касается содержания.
