Способ получения алюмината металла

 

Изобретение относится к области получения неорганических соединений на основе алюминия, которые могут быть широко использованы в различных областях техники в качестве катализаторов, пигментов, огнеупорных материалов и т.д. Алюминаты имеют общую формулу - nM_xO_y mAl₂O₃, где М - металл в степени окисления +2 и +3. Способ получения алюмината металла включает получение смеси исходных оксидов или карбонатов соответствующих металлов и последующую их термообработку, к смеси добавляют растворимую в воде неорганическую соль, имеющую катион, такой же, как катион одного из исходных соединений при массовом отношении исходная смесь: неорганическая соль=1:1-1:100, затем нагревают до температуры, превышающей температуру плавления неорганической соли не более чем на 5 С, выдерживают не более 5 мин, охлаждают и промывают водой не менее 2-х раз. В качестве неорганической соли может быть использован хлорид или сульфат. Изобретение позволяет получить широкий круг сложных оксидов металлов на основе алюминия, при условии отсутствия их взаимодействия с водой, при значительном снижении температуры получения (на сотни градусов) и сокращении времени до нескольких минут. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области получения неорганических соединений на основе алюминия, которые могут быть широко использованы в различных областях техники в качестве катализаторов, в огнеупорной промышленности, в качестве пигментов в лакокрасочной промышленности.

Известен способ получения сложных оксидов титанатов, ниобатов и танталатов в виде пленок из расплавов солей [А.И.Анфиногенов, Н.Г.Илющенко и др. Получение сложных оксидных покрытий в расплавленных солях. Формирование танталатов, ниобатов и титанатов щелочноземельных металлов. Расплавы, № 1, 1994, с.59-66]. Синтез ниобатов и танталатов производили в расплавах различных солей, например 88,5% CaCl₂ и 11,5% NaCl по массе. Обработку производили при 1173 К и 1203 К в течение от 15 мин до 5 ч. При этом получались нестабильные результаты как по электрофизическим свойствам (проводимость), так и по фазовому составу.

Недостатком известного способа является невозможность получения конкретно алюмината металла в виде порошков большой массы, а не пленок. Это связано с тем, что входящие в состав расплава катионы входят в структуру целевого продукта, что непредсказуемым образом отражается на физических свойствах получаемого материала.

Известен способ получения алюмината металла, в котором исходные компоненты (смесь солей или оксидов) переводят в раствор, обрабатывая соответствующими кислотами, и соосаждают в виде труднорастворимых соединений, а затем проводят термообработку полученного прекурсора (S.A.Prokudina, Ya.S.Rubinchik, M.M. Pavluchenko Inorg. Materials [USSR] 9 [1973] 1732/6).

Способ сложен технологически. Кроме того, позволяет получать конечный загрязненный продукт при достаточно высоких температурах и в течение достаточно длительного времени.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения алюмината металла, позволяющий снизить температуру и сократить время процесса.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения алюмината металла, включающем получение смеси исходных оксидов или карбонатов соответствующих металлов и последующую их термообработку, в котором к смеси добавляют растворимую в воде неорганическую соль, имеющую катион такой же, как катион одного из исходных соединений при массовом отношении исходная смесь: неорганическая соль=1:1-1:100, затем нагревают до температуры, превышающей температуру плавления неорганической соли не более, чем на С, выдерживают не более 5 мин, охлаждают и промывают водой не менее 2-х раз.

В качестве неорганической соли может быть использован хлорид или сульфат.

В настоящее время из научно-технической и патентной литературы не известен способ получения алюмината металла, в котором процесс ведут в присутствии дополнительно введенной растворимой в воде неорганической соли, имеющей катион такой же, как катион одного из исходных соединений, в определенном соотношении между исходной смесью соединений соответствующих металлов и солью.

Предлагаемый способ позволяет значительно сократить время получения и снизить температуру термообработки. В предлагаемом способе химическое взаимодействие в исходной смеси соединений соответствующих металлов, например (оксидов или карбонатов), протекает за счет быстротекущих реакций ионного обмена, причем, поскольку взаимодействующие ионы образуются при растворении исходных соединений в расплаве неорганической соли, дополнительно введенной в исходную смесь и которая имеет невысокую температуру плавления, температура получения конечного продукта может быть значительно снижена. Наличие в расплавляемой соли катиона, сходного с катионом целевого продукта, не позволяет в ходе синтеза осуществить внедрение в целевой продукт постороннего иона. Соотношение между количеством смеси исходных компонентов и неорганической соли объясняется следующими причинами. При соотношении меньше, чем 1:1, ввиду сравнительно низкой растворимости оксидов или карбонатов в расплаве соли не удается за короткий промежуток времени, исчисляемый несколькими минутами, получить однофазный продукт. При соотношении более чем 1:100 процесс усложняется в связи с трудностями по отделению растворимой соли от целевого продукта. Необходимо применять многократное промывание. Кроме того, это ведет к неоправданно большому расходу соли.

В качестве неорганической соли может быть использован хлорид или сульфат, имеющий катион такой же, как катион одного из исходных соединений, который не разлагается при плавлении и хорошо растворим в воде.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.

Исходные соединения необходимых металлов, например, оксиды или карбонаты, смешивают и добавляют неорганическую соль, например, хлорид или сульфат соответствующего металла, в массовом соотношении исходная смесь: неорганическая соль=1:1-1:100. Нагревают до температуры, превышающей температуру плавления неорганической соли не более чем на 5С, выдерживают в течение не более чем 5 мин. Далее охлаждают с произвольной скоростью до комнатной температуры и промывают водой не менее 2-х раз. Чистоту конечного продукта после промывания водой (выщелачивания) контролируют традиционным методом качественной реакции на анион неорганической соли, например, на SO^-2₄ и Сl^-. Конечный продукт подвергают химическому и рентгенофазовому анализам.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 4,03 г MgO и 10,2 г Аl₂О₃, смешивают, добавляют 42,69 г MgCl₂ (отношение (MgO+Аl₂О₃):MgCl₂=1:3). Вновь тщательно перемешивают и нагревают до 718С, выдерживают в течение 1 мин и охлаждают до комнатной температуры. Затем полученную смесь промывают водой 6 раз. После 6 раза реакция на анион Сl^- отсутствует. По данным химического и рентгенофазового анализов получают однофазный алюминат магния MgAl₂O₄ со структурой шпинели. Полученный продукт может быть использован в качестве огнеупорного изделия.

Пример 2. Берут 8,4 г MgCO₃ и 10,2 г Аl₂О₃, смешивают, добавляют 93 г КСl (отношение (MgCO₃+Аl₂О₃):КСl=1:5). Вновь тщательно перемешивают и нагревают до 771С, выдерживают в течение 3 мин и охлаждают до комнатной температуры. Затем полученную смесь промывают водой 4 раза. После 4 раза реакция на анион Сl^- отсутствует. По данным химического и рентгенофазового анализов получают однофазный алюминат магния MgAl₂O₄ со структурой шпинели. Полученный продукт может быть использован в качестве огнеупорного изделия.

Пример 3. Берут 7,5 г СоО и 10,2 г Аl₂O₃, смешивают, добавляют 177 г Na₂SO₄ (отношение (СоО+Аl₂О₃):Na₂SO₄=1:10). Вновь тщательно перемешивают и нагревают до 895С, выдерживают в течение 4 мин и охлаждают до комнатной температуры. Затем полученную смесь промывают водой 5 раз. После 5 раза реакция на анион SO^2-₄ отсутствует. По данным химического и рентгенофазового анализов получают однофазный алюминат кобальта СоАl₂O₄ со структурой шпинели. Полученный продукт может быть использован в качестве пигмента для красок.

Пример 4. Берут 8,14 г ZnO и 10,2 г Аl₂О₃, смешивают, добавляют 458,5 г NaCl (отношение (ZnO+Аl₂О₃):NaCl=1:25). Вновь тщательно перемешивают и нагревают до 804С, выдерживают в течение 3 мин и охлаждают до комнатной температуры. Затем полученную смесь промывают водой 6 раз. После 6 раза реакция на анион Сl^- отсутствует. По данным химического и рентгенофазового анализов получают однофазный алюминат цинка ZnAl₂O₄ со структурой шпинели. Полученный продукт может быть использован в качестве белого пигмента для красок.

Таким образом, предлагаемым способом может быть получен широкий круг сложных оксидов металлов на основе алюминия, при условии отсутствия их взаимодействия с водой, при значительном снижении температуры получения (на сотни градусов) и сокращении времени до нескольких минут.

Формула изобретения

1. Способ получения алюмината металла, включающий получение смеси исходных оксидов или карбонатов соответствующих металлов и последующую их термообработку, отличающийся тем, что к смеси добавляют растворимую в воде неорганическую соль, имеющую катион такой же, как катион одного из исходных соединений, при массовом отношении исходная смесь:неорганическая соль=1:1-1:100, затем нагревают до температуры, превышающей температуру плавления неорганической соли не более чем на 5С, выдерживают не более 5 мин, охлаждают и промывают водой не менее 2-х раз.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганической соли используют хлорид или сульфат.

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 20.07.2005        БИ: 20/2005