резюме.doc
Омски държавен технически университетКатедра Химическа технология на преработката на въглеводороди
Резюме по темата:
Методи за получаване на алуминиев оксид
Студент гр. НПМ-219
Съставено от:
Акимов М.Ю.
Проверено:
Бели А.С.
Омск 2010г
1. Обща характеристика…………………………………………………………….3
2. Получаване на алуминиев оксид……………………………………………5
2.1. Процес на Bayer……………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………
5
2.3 Подкиселяване на алуминат………………………………………………………….6
2.4.Неутрализиране на алуминиеви соли………………………………………………7
2.5.Хидролиза на алкохолати……………………………………………………………7
3. Списък на използваната литература………………………………………………..9
1.Обща характеристика
Свойства на алуминиевия оксид:
Безцветни, неразтворими във вода кристали.
Химични свойства - амфотерен оксид. Практически неразтворим в киселини. Разтваря се в горещи разтвори и се топи на основи.
T pl = 2044 ° C.
Той е полупроводник от n-тип, но въпреки това се използва като диелектрици в алуминиеви електролитни кондензатори.
Диелектрична константа 9,5 - 10.
Електрическа якост 10 kV/mm.
Алуминиевият оксид има всички качества на добър носител и може да се използва като пример за разглеждане на много от проблемите, които възникват при избора на носител. Амфотерен, когато алуминиевият оксид реагира с магнезиев оксид (основа), образувайки шпинел - магнезиев алуминат, или с флуоросиликат (киселина), образувайки топаз.
Ценно качество за подложката е високата точка на топене на алуминиевия оксид - малко над 2000°C. Той е огнеупорен оксид, т.е. има забележителна способност да стабилизира фините частици на катализатора и да предотвратява залепването или синтероването им (с по-ниска точка на топене), като е термичен стабилизатор на катализатора. Алуминиевият хидроксид може да образува обемен гел, което прави възможно получаването на алуминиев оксид със силно развита повърхност, висока порьозност и относително ниска плътност. Водната форма на хидроксида може да бъде суспендирана или суспендирана в алкохоли като метанол, етанол или пропанол, за да се образува алкогел, чийто размер на порите в изсушено състояние се контролира от избора на алкохол. Алкогелът има дори по-ниска плътност от хидрогела.
Най-забележителната характеристика на алуминиевия оксид е разнообразието от неговите модификации и наличието на фазови преходи между тях в много широк температурен диапазон. Тези фази, които обикновено се характеризират със структура на шпинел, се различават една от друга по наличието на дефекти в кристалната решетка. Въпреки че образуването на плътно уплътнена α-Al 2 O 3 решетка е термодинамично възможно при ниски температури, то всъщност се случва само след известно пренареждане кристални решеткипреходни фази на алуминиев оксид, което изисква висока температура. Това обяснява факта, че алуминиевият оксид запазва развита повърхност при температури на отгряване от 1000 и дори 1200°C.
Алуминиев оксид може да се получи от различни източници. Най-чистата форма се получава от метала чрез разтварянето му или в киселина, както при UOP процеса, или в алкохол, както при процесите CONOCO и CONDEA. Въпреки това, по-голямата част от получения алуминиев оксид се получава или от хидрата чрез процеса на Bayer, или чрез разтваряне в сода, последвано от утаяване (т.нар. гел метод), или чрез бързо калциниране, както при процесите Rhone Poulenc Kaiser.
Чистият оксид се получава и чрез окисляване на метален алуминий, който се използва за образуване на структура от пчелна пита. Според тази методика, метален алуминийпокрийте с малко количество натриев или калиев силикат, който служи като катализатор на окисление, и поетапно (през 100 ° C) се нагрява до 800-1000 ° C в мека окисляваща атмосфера в продължение на 72-120 часа до α-Al 2 O 3 се образува, съдържащ около 1 % SiO 2 и малко количество алкали, повечето от които сублимират при много висока температура. Тъй като алуминият се окислява, той мигрира към повърхността, образувайки оксид и оставяйки кухини, което води до твърда, силно пореста керамична форма с много кухини, в които каталитичният компонент може да бъде локализиран. Въпреки че този метод е по-скъп, неговото предимство се крие във възможността за получаване на различни геометрични форми: пчелни пита, плочи, жици, пръти. от химичен съставвсички тези форми са алуминиев триоксид и се характеризират по-специално с ниска устойчивост на термичен удар.
^ 2. Получаване на алуминиев оксид
Има 4 основни процеса за получаване на катализаторни носители в съответствие с основните методи за производство на алуминиев оксид:
Бързо калциниране на хидрата
Подкиселяване на алуминат
Неутрализиране на алуминиеви соли
Алкохолна хидролиза
Съгласно метода на Байер, натрошеният в топкови мелници боксит се излугва в автоклави с рециклиран алкален разтвор на Na алуминат (след отделяне на част от A1 2 O 3 от него) при 225-250°C. В този случай алуминият преминава в разтвор под формата на Na алуминат. В случай на боксит, съдържащ гибзит, излугването може да се извърши при 105°C и нормално налягане в апарат с бъркалка. Алуминатните разтвори се разреждат с вода, утайката се отделя и се подлага на разлагане в апарати с бъркалка или еърлифт за 30-70 часа, като се отделя около 1/2 от получения Al(OH)3. Филтрира се и се калцинира във въртящи се пещи или във кипящ слой при ~ 1200°C. Резултатът е алуминиев оксид, съдържащ 15-60% A1 2 O 3 . Матерната луга се изпарява и се подава към излугването на нова партида боксит.
2 NaAlO 2 4 H 2 O \u003d Al 2 O 3 3 H 2 O 2 NaOH. (един)
^ 2.2 Бързо калциниране:
Термичното разлагане на Bayer хидрат (гибзит) трябва да протича според реакцията:
2Al(OH) 3 → Al 2 O 3 3H 2 O, (2)
Което води до много развита повърхност, ако се извършва при 250°C и повече. Въпреки това, като се има предвид размера на индустриалните кристалити от гибзит, трябва да се признае, че вътре в зърната се създава високо парциално налягане на водата и има възможност за хидротермален процес според уравненията:
Al (OH) 3 AlO (OH) H 2 O, (3)
Al 2 O 3 H 2 O 2AlO (OH). (четири)
Този ход на процеса води до образуването на добре кристализиран бемит с ниска специфична повърхност. Бързото калциниране е предложено от френския изследовател Сосол, който установява, че калцинирането на Bayer хидрат с кратки, бързи импулси води до развитието на изключително голяма повърхност и до много реактивен прах. Реакции 3 и 4 не протичат при тези условия. Тази голяма реактивност позволява прост процес на производство на прах върху въртяща се плоча, което води до образуването на малки топчета с голяма повърхност и висока механична якост, които се използват главно като изсушаващи агенти и катализатори на Клаус.
Последващата хидрообработка в съответствие с уравнение 4 отново води до образуването на α-Al 2 O 3, характеризиращ се с висока устойчивост на смачкване.
^ 2.3 Подкисляване на алуминат.
Този метод е най-разпространеният метод за производство на алуминиев гел за катализа. Всяка компания за катализатор има няколко патента в тази област. Това обстоятелство е напълно разбираемо, тъй като процесът с гел е най-икономичният и позволява да се получи продукт с доста висока чистота.
Ако като изходен материал се използва Bayer хидрат, процесът може да бъде описан със следните уравнения.
Al (OH) 3 OH AlO 2 2 H 2 O, (5)
AlO 2 H 2 O H Al (OH) 3. (6)
Това означава, че консумацията е само един мол алкали и един мол киселина на мол алуминий. На практика обикновено се добавя повече от един мол алкал.
В същото време цената на киселината, чието количество се увеличава в същата пропорция, често е по-ниска от очакваната поради използването на евтини остатъчни киселини или алуминиеви соли. AT последен случайреакцията на неутрализация се описва с уравнението:
3AlO 2 - Al 3 6H 2 O - 4Al (OH) 3 (7)
Този процес е проучен достатъчно подробно. Чрез промяна на различни параметри като pH, температура и природа на аниона, може да се получи голямо разнообразие от структури (байерит, бемит и псевдобемит) и текстури с различни специфични повърхности и разпределение на порьозност, чистотата на продукта може да бъде доста висока в зависимост от върху чистотата на изходния хидрат и върху възможността за допълнително пречистване на алуминатния разтвор. Всъщност единственото ограничение е цената на отстраняването на натрий, която е висока поради трудността при измиване на гела. Последното обстоятелство обяснява използването на процеса UOP и процеса на алкохолат.
2.4 Неутрализиране на алуминиеви соли.
Получаването на алумогел протича чрез реакцията
Al 2 (OH) x 6-x - x OH 2Al (OH) 3, (8)
Където 1 x 6.
Въз основа на хидрата на Байер този процес се оказва по-скъп от алуминатния, тъй като реакцията на хидрата с киселината е трудна и изисква повече от един мол киселина на мол алуминий и следователно повече от един мол от алкали при последващото взаимодействие.
Пример за такъв процес е UOP процесът.
Изходното съединение е основната алуминиева сол Al 2 (OH) 5 Cl, получена чрез действието на солна киселина върху металния алуминий. Солта се смесва с хексаметилентетраамин (HMTA). Този разтвор се подава през филтрите към колоната, в която образуването на топчета и тяхното желиране се случва по време на разлагането на HMTA съгласно уравнението:
(CH 2) 6 N 2 4 H 6 H 2 O 6CH 2 O 4NH 4. (9)
Полупрозрачните зърна се отстраняват от дъното на колоната и се подлагат на кристализация. Хомогенното желиране и кристализация на вече образуваните частици водят до тясно разпределение по размер на кристалите и като следствие до еднородни пори. Диаметърът и обемът на порите могат лесно да се контролират чрез промяна на условията на кристализация, което прави възможно получаването на частици с висока якост с голям обем на порите.
Вторият пример е производственият процес на алуминиев триоксид Baimala, осъществяван от DuPont. При хидротермалната обработка на основни соли съгласно уравнение 8 се образува концентриран зол от метахидроксид с твърди частици, чиято специфична повърхност достига 600 m 2 /g. Същият резултат може да се получи чрез автоклавиране на аморфен гел.
^ 2.5 Хидролиза на алкохолати.
Първоначалната реакция на този процес е реакцията на Циглер. Във време, когато нефтохимикалите бяха евтини, този метод беше използван за производство на по-високи линейни алкохоли. Въз основа на обикновен качествен алуминий, водород и етилен могат да се извършат следните реакции:
Синтез на триетилалуминий
Al 1/2 H 2 3 C 2 H 4 Al (C 2 H 5) 3, (10)
растеж на веригата
Al (C 2 H 5) 3 3 н C 2 H 4 Al [(C 2 H 4) n C 2 H 5] 3, (11)
Окисление на триалкилалуминий
Al R 3 3/2 O 2 Al (OR) 3, (12)
Алкохолна хидролиза
Al (OR) 3 3 H 2 O Al (OH) 3 3ROH. (13)
Крайният продукт е алкохол, а алуминиевият хидроксид се образува като страничен продукт. Поради високата селективност на реакция 10, съдържащите се в Al примеси остават под формата на неразтворима утайка, която се отстранява чрез филтриране и центрофугиране. По този начин, освен минералния примес TiO 2, неизбежно въведен от полимеризационния катализатор, се получава много чист алуминиев оксид, който също има силно развита повърхност. Тези две обстоятелства и фактът, че алуминиевият оксид в този случай е евтин страничен продукт, водят до увеличаване на използването на този тип алуминиев оксид в катализа. Condea разработи подобен процес за приготвяне на алуминиев оксид с алкохол, като алкохолът след това беше въведен отново в процеса. В този случай повечето от примесите в метала не се разтварят в алкохолния разтвор и могат да бъдат отстранени чрез филтриране преди етапа на хидролиза. В този случай се получава сравнително чист алуминиев оксид, който обаче не достига описаната по-горе степен на чистота на реакционния продукт 13. Целият въпрос е дали ниското съдържание на алкални метали в алуминиевия оксид по разглеждания метод се компенсира чрез по-високата цена на този процес в сравнение с алуминатния.
3. Списък на използваната литература:
Алвин Б. Стайлс поддържа и поддържа катализатори Теория и практика. - М.: Химия, 1991. - 240 с.
алуминиев оксид алуминий, Al 2 O 3, алуминиево съединение с кислород; неразделна част от глините, първоначалният продукт за производството на алуминий. Безцветни кристали, t pl
2050°C, bp над 3000°C. Известен в две модификации, α и γ. От тях α-Al 2 O 3 се среща в природата под формата на безцветен минерал Корунд а; α-Al 2 O 3 кристали, боядисани в червено от оксиди на други метали - Рубин ,
а в синьо - Сапфир ,
са скъпоценни камъни. Корундът кристализира в шестоъгълна система, плътност 3960 кг/м 3,изкуствено α-Al 2 O 3 може да се получи чрез нагряване над 900°C алуминиев хидроксид или негови соли. Когато алуминиевите соли се нагряват в рамките на 600-900°C, γ -
Al 2 O 3 , кубична модификация, която необратимо се трансформира в α-Al 2 O 3 над тази температура. Известни са хидратирани (водни) форми на Al 2 O 3 с различни състави. Алуминиевите хидроксиди включват: хидраргилит (виж. Катализатори) (гибзит) Al (OH) 3, който е част от много боксити, и изкуствено получена нестабилна форма на Al (OH) 3 - байерит. Известен е и частичен алуминиев хидроксид - AlOOH, който съществува в две модификации - α (диаспора) и γ (бемит). А. о. и неговите хидратирани форми са неразтворими във вода, имат амфотерни свойства - взаимодействат с киселини и основи. Естественият корунд във въздуха е химически инертен и нехигроскопичен. Реагира интензивно с алкали при около 1000°C, образувайки водоразтворими алуминати на алкални метали. Реагира по-бавно със SiO 2 и киселинни шлаки, за да образува алумосиликати (виж алумосиликати) ,
разложен чрез сливане с KHSO 4. Суровината за получаване на A. o. са боксити, нефелини, каолини и други суровини, съдържащи Al. Бокситите винаги са замърсени с железни оксиди или силициева киселина. За получаване на чисто И. бокситите се обработват чрез нагряване с CaO и Na 2 CO 3 (сух процес) или чрез нагряване с сода каустикв автоклав
(метод на Байер). И по двата начина И. под формата на алуминати, той преминава в разтвор, който след това се разлага чрез преминаване на въглероден диоксид или добавяне на предварително приготвен алуминиев хидроксид. В първия случай разлагането става според уравнението 2 - + CO 2 → 2Al (OH) 3 + CO 3 2- + H 2 O. Разлагането според втория метод се основава на факта, че алуминатният разтвор, получен чрез нагряване в автоклав е метастабилен. Добавеният алуминиев хидроксид ускорява разлагането на алумината: - → Al(OH) 3 + OH - . Полученият алуминиев хидроксид се калцинира при 1200°C, което води до чист алуминиев оксид. Основното приложение на A. o. - производство на алуминий (виж алуминий). Корундът е широко използван като абразивен материал (корундови колела, шмиргел), както и за производството на керамични фрези и изключително огнеупорни материали, по-специално "разтопен алуминиев оксид", който се използва за облицовка на циментови пещи. От единични кристали корунд, получени чрез топене на прах A. o. с добавки на Cr, Fe, Ti, V оксиди, те произвеждат опорни камъни в прецизни механизми и бижута. дестилация чист алуминийПри 1650°C, в атмосфера на водород, съдържаща водна пара, от АО се получават "мустаци" (нишковидни кристали), които имат огромна якост, близка до теоретичната. "Мустаци" от сапфир (α-Al 2 O 3) с диаметър 2-3 микронима сила 16 gn/m 2,диаметър 10 микрон - 11 gn/m 2 ","мустаци" с големи диаметри - 6,5 -7 gn/м 2 (1 gn/m 2 = 100 kgf/м 2). Въвеждането на тези "мустаци" в конструкционните материали, дори ако здравината им е частично запазена, прави възможно получаването на ценни материали за ракетната наука. Металите, подсилени с такива влакна, имат по-висока якост не само при ниски, но и при високи температури. Специално приготвени т.нар. активен А. о. под формата на фино кристален прах, той се използва като адсорбент (виж адсорбенти) и катализатор (виж катализатори) ,
освен това, неговите адсорбционни (и каталитични) свойства до голяма степен зависят от качеството и обработката на изходните материали и от метода на получаване. Като адсорбент, активен A. o. са широко използвани за хроматографски анализ на различни органични и (рядко) неорганични вещества. Алуминиеви хидроксиди се използват за производство на всички видове алуминиеви соли. Чрез внимателно изсушаване на желатиновия хидроксид се получава алумогел, пореста субстанция, наподобяваща порцелан, понякога прозрачна; алуминиев гел се използва при катализа; той служи като един от най-важните технически адсорбенти. букв.: Liner A. I., Производство на алуминиев оксид, М., 1961; Карол-Порчински Ц., Материали на бъдещето, прев. от английски, М., 1966. Ю. И. Романков.
Голям съветска енциклопедия. - М.: Съветска енциклопедия. 1969-1978 .
