Właściwości fizyczne tlenku glinu. Streszczenie - Metody otrzymywania tlenku glinu - plik abstract.doc

streszczenie.doc

Katedra Chemicznej Technologii Przeróbki Węglowodorów
Streszczenie na temat:

Metody otrzymywania tlenku glinu

Student gr. NPM-219

Opracowany przez:

Akimov M.Yu.

Sprawdzony:

Bely A.S.

Omsk 2010

1. Charakterystyka ogólna……………………………………………………….3

2. Otrzymywanie tlenku glinu……………………………………………5

2.1.Proces Bayer……………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………

5

2.3 Zakwaszanie glinianów……………………………………………….6

2.4 Neutralizacja soli glinu…………………………………………7

2.5.Hydroliza alkoholanów………………………………………………………7

3. Wykaz wykorzystanej literatury…………………………………………..9
1. Charakterystyka ogólna

Właściwości tlenku glinu:

Bezbarwne, nierozpuszczalne w wodzie kryształy.

Właściwości chemiczne - tlenek amfoteryczny. Praktycznie nierozpuszczalny w kwasach. Rozpuszcza się w gorących roztworach i topi się zasad.

T.pl \u003d 2044 ° C.

Jest to półprzewodnik typu n, ale mimo to jest używany jako dielektryk w aluminiowych kondensatorach elektrolitycznych.

Stała dielektryczna 9,5 - 10.

Wytrzymałość elektryczna 10 kV/mm.

Tlenek glinu ma wszystkie cechy dobrego nośnika i może być użyty jako przykład do rozważenia wielu problemów pojawiających się przy wyborze nośnika. Amfoteren, gdy tlenek glinu reaguje z tlenkiem magnezu (zasadą), tworząc spinel - glinian magnezu lub z fluorokrzemianem (kwas), tworząc topaz.

Cenną cechą nośnika jest wysoka temperatura topnienia tlenku glinu - nieco powyżej 2000°C. Jest tlenkiem ogniotrwałym, tj. ma niezwykłą zdolność do stabilizowania drobnych cząstek katalizatora i zapobiegania ich przywieraniu lub spiekaniu (mających niższą temperaturę topnienia), będąc termostabilizatorem katalizatora. Wodorotlenek glinu może tworzyć gęsty żel, który umożliwia uzyskanie tlenku glinu o silnie rozwiniętej powierzchni, dużej porowatości i stosunkowo małej gęstości. Wodną postać wodorotlenku można zawiesić lub zawiesić w alkoholach, takich jak metanol, etanol lub propanol, z wytworzeniem alkożelu, którego wielkość porów w stanie wysuszonym jest kontrolowana przez wybór alkoholu. Alcogel ma jeszcze mniejszą gęstość niż hydrożel.

Najbardziej niezwykłą cechą tlenku glinu jest różnorodność jego modyfikacji oraz występowanie między nimi przejść fazowych w bardzo szerokim zakresie temperatur. Fazy ​​te, które zwykle charakteryzują się budową spinelu, różnią się od siebie obecnością defektów w sieci krystalicznej. Chociaż tworzenie gęsto upakowanej sieci α-Al 2 O 3 jest termodynamicznie możliwe w niskich temperaturach, w rzeczywistości następuje to dopiero po pewnym przegrupowaniu kryształowe sieci fazy przejściowe tlenku glinu, który wymaga wysokiej temperatury. Wyjaśnia to fakt, że tlenek glinu zachowuje rozwiniętą powierzchnię w temperaturach wyżarzania 1000, a nawet 1200°C.

Tlenek glinu można otrzymać z różne źródła. Najczystszą formę uzyskuje się z metalu przez rozpuszczenie go albo w kwasie, jak w procesie UOP, lub w alkoholu, jak w procesach CONOCO i CONDEA. Jednak większość produkowanego tlenku glinu uzyskuje się albo z hydratu w procesie Bayera, albo przez rozpuszczenie w sodzie, a następnie wytrącenie (tak zwana metoda żelowa) lub przez szybkie kalcynowanie, jak w procesach Rhone Poulenc Kaiser.

Czysty tlenek uzyskuje się również przez utlenianie metalicznego aluminium, które jest wykorzystywane do tworzenia struktury plastra miodu. Zgodnie z tą metodologią, metaliczne aluminium pokryć niewielką ilością krzemianu sodu lub potasu, który służy jako katalizator utleniania i stopniowo (do 100°C) podgrzewać do 800-1000oC w łagodnej atmosferze utleniającej przez 72-120 godzin do α-Al 2 O 3 powstaje, zawierający około 1% SiO 2 i niewielką ilość alkaliów, z których większość sublimuje w bardzo wysokiej temperaturze. W miarę utleniania aluminium migruje do powierzchni, tworząc tlenek i pozostawiając puste przestrzenie, co skutkuje sztywną, wysoce porowatą formą ceramiczną z wieloma pustkami, w których można zlokalizować składnik katalityczny. Choć metoda ta jest droższa, jej zaletą jest możliwość uzyskania różnych kształtów geometrycznych: plastrów miodu, płyt, drutów, prętów. Za pomocą skład chemiczny wszystkie te formy są z tlenku glinu i charakteryzują się w szczególności niską odpornością na szok termiczny.

^ 2. Uzyskanie tlenku glinu

Istnieją 4 główne procesy otrzymywania nośników katalizatora zgodnie z głównymi sposobami wytwarzania tlenku glinu:

1. 
   Szybka kalcynacja hydratu
2. 
   Zakwaszanie glinianów
3. 
   Neutralizacja soli glinu
4. 
   Hydroliza alkoholowa

Według metody Bayera boksyt rozdrobniony w młynach kulowych jest ługowany w autoklawach zawróconym alkalicznym roztworem glinianu sodu (po oddzieleniu z niego części A1 2 O 3 ) w temperaturze 225-250°C. W tym przypadku aluminium przechodzi do roztworu w postaci glinianu sodu. W przypadku boksytu zawierającego gibbsyt ługowanie można prowadzić w temperaturze 105°C i normalnym ciśnieniu w aparacie z mieszadłem. Roztwory glinianów rozcieńcza się wodą, szlam oddziela się i poddaje rozkładowi w aparatach z mieszadłem lub podnośnikiem powietrznym przez 30-70 godzin, po czym uwalnia się około 1/2 powstałego Al(OH)3. Jest odfiltrowywany i kalcynowany w piecach obrotowych lub w złożu fluidalnym w temperaturze ~1200°C. Rezultatem jest tlenek glinu zawierający 15-60% A1 2 O 3 . Ług macierzysty jest odparowywany i podawany do ługowania nowej partii boksytu.

2 NaAlO 2 4 H 2 O \u003d Al 2 O 3 3 H 2 O 2 NaOH. (jeden)

^ 2.2 Szybka kalcynacja:

Rozkład termiczny hydratu Bayera (gibbsytu) powinien przebiegać zgodnie z reakcją:

2Al(OH) 3 → Al 2 O 3 3 H 2 O, (2)

Co prowadzi do bardzo rozwiniętej powierzchni, jeśli przeprowadza się ją w temperaturze 250°C i wyższej. Biorąc jednak pod uwagę wielkość przemysłowych krystalitów gibbsytowych należy uznać, że wewnątrz ziaren powstaje wysokie cząstkowe ciśnienie wody i istnieje możliwość procesu hydrotermalnego według równań:

Al(OH)3  AlO(OH)H2O, (3)

AI 2O 3 H 2O = 2A10 (OH). (4)

Taki przebieg procesu prowadzi do powstania dobrze skrystalizowanego bemitu o małej powierzchni właściwej. Szybkie kalcynowanie zaproponował francuski badacz Sosol, który odkrył, że kalcynowanie hydratu Bayera z krótkimi, szybkimi impulsami prowadzi do powstania niezwykle dużej powierzchni i bardzo reaktywnego proszku. Reakcje 3 i 4 nie przebiegają w tych warunkach. Ta duża reaktywność pozwala na prosty proces produkcji proszku na obracającej się płycie, w wyniku czego powstają małe kulki o dużej powierzchni i dużej wytrzymałości mechanicznej, które wykorzystywane są głównie jako środki suszące i katalizatory Clausa.

Późniejsza hydrorafinacja zgodnie z równaniem 4 ponownie prowadzi do powstania α-Al 2 O 3 charakteryzującego się dużą odpornością na zgniatanie.

^ 2.3 Zakwaszanie glinianu.

Ta metoda jest najpowszechniejszą metodą wytwarzania żelu z tlenku glinu do katalizy. Każda firma katalizatorów posiada kilka patentów w tym zakresie. Ta okoliczność jest całkiem zrozumiała, ponieważ proces żelowania jest najbardziej ekonomiczny i umożliwia uzyskanie produktu o dość wysokiej czystości.

Jeśli jako materiał wyjściowy stosuje się hydrat Bayera, proces można opisać następującymi równaniami.

Al (OH) 3 OH  AlO 2 2 H 2 O, (5)

AlO2H2OHAl(OH)3. (6)

Oznacza to, że zużycie wynosi tylko jeden mol zasady i jeden mol kwasu na mol glinu. W praktyce zwykle dodaje się więcej niż jeden mol zasady.

Jednocześnie koszt kwasu, którego ilość zwiększa się w tym samym stosunku, jest często niższy niż oczekiwano ze względu na zastosowanie tanich kwasów resztkowych lub soli glinu. W ostatni przypadek reakcja neutralizacji jest opisana równaniem:

3AlO 2 - Al 3 6H 2 O -  4Al (OH) 3 (7)

Proces ten został szczegółowo zbadany. Zmieniając różne parametry, takie jak pH, temperatura i charakter anionu, można uzyskać szeroką gamę struktur (bajeryt, bemit i pseudoboehmit) oraz tekstur o różnych powierzchniach właściwych i rozkładzie porowatości, czystość produktu może być dość wysoka w zależności od o czystości pierwotnego hydratu oraz o możliwości dodatkowego oczyszczenia roztworu glinianu. Właściwie jedynym ograniczeniem jest koszt usunięcia sodu, który jest wysoki ze względu na trudność w wypłukaniu żelu. Ta ostatnia okoliczność wyjaśnia zastosowanie procesu UOP i procesu alkoholowego.

2.4 Neutralizacja soli glinu.

Otrzymanie alumogelu następuje w wyniku reakcji

Al 2 (OH) x 6-x - x OH  2Al (OH) 3, (8)

Gdzie 1 x  6.

W oparciu o hydrat Bayera proces ten okazuje się droższy niż proces glinianowy, ponieważ reakcja hydratu z kwasem jest trudna i wymaga więcej niż jednego mola kwasu na mol glinu, a zatem więcej niż jednego mola alkalia w późniejszej interakcji.

Przykładem takiego procesu jest proces UOP.

Związek wyjściowy jest zasadową solą glinu Al2(OH)5Cl otrzymaną przez działanie kwasu chlorowodorowego na metaliczny glin. Sól miesza się z heksametylenotetraaminą (HMTA). Roztwór ten podawany jest przez filtry do kolumny, w której podczas rozkładu HMTA następuje tworzenie kulek i ich żelowanie zgodnie z równaniem:

(CH 2) 6 N 2 4 H 6 H 2 O  6CH 2 O 4NH 4. (dziewięć)

Prześwitujące perełki usuwa się z dna kolumny i poddaje krystalizacji. Jednorodna żelatynizacja i krystalizacja już uformowanych cząstek prowadzi do wąskiego rozkładu wielkości krystalitów, a w konsekwencji do jednolitych porów. Średnicę i objętość porów można łatwo kontrolować poprzez zmianę warunków krystalizacji, co umożliwia uzyskanie cząstek o dużej wytrzymałości i dużej objętości porów.

Drugim przykładem jest proces produkcji tlenku glinu Baimala realizowany przez firmę DuPont. Podczas hydrotermicznej obróbki soli zasadowych zgodnie z równaniem 8 powstaje stężony zol metawodorotlenku z cząstkami stałymi, którego powierzchnia właściwa sięga 600 m2/g. Ten sam wynik można uzyskać przez autoklawowanie żelu amorficznego.

^ 2.5 Hydroliza alkoholanów.

Początkową reakcją tego procesu jest reakcja Zieglera. W czasach, gdy petrochemikalia były tanie, tę metodę stosowano do wytwarzania wyższych liniowych alkoholi. W oparciu o zwykłą jakość aluminium, wodoru i etylenu można przeprowadzić następujące reakcje:

Synteza trietyloglinu

Al 1/2 H 2 3 C 2 H 4  Al (C 2 H 5) 3, (10)

wzrost łańcucha

Al (C 2 H 5) 3 3 n C 2 H 4  Al [(C 2 H 4) n C 2 H 5] 3, (11)

Utlenianie trialkiloglinu

Al R 3 3/2 O 2 Al (OR) 3, (12)

Hydroliza alkoholowa

Al (OR) 3 3 H 2O 5 AI (OH) 3 3ROH. (trzynaście)

Produktem końcowym jest alkohol, a jako produkt uboczny powstaje wodorotlenek glinu. Ze względu na wysoką selektywność reakcji 10 zanieczyszczenia zawarte w Al pozostają w postaci nierozpuszczalnego szlamu, który jest usuwany przez filtrację i odwirowanie. W ten sposób, oprócz mineralnego zanieczyszczenia TiO2 nieuchronnie wprowadzanego przez katalizator polimeryzacji, otrzymuje się bardzo czysty tlenek glinu, który również ma bardzo rozwiniętą powierzchnię. Te dwie okoliczności oraz fakt, że tlenek glinu jest w tym przypadku tanim produktem ubocznym, prowadzą do wzrostu wykorzystania tego typu tlenku glinu w katalizie. Condea opracował podobny proces wytwarzania tlenku glinu z alkoholem, przy czym alkohol został ponownie wprowadzony do procesu. W tym przypadku większość zanieczyszczeń w metalu nie rozpuszcza się w roztworze alkoholanu i można je usunąć przez filtrację przed etapem hydrolizy. W tym przypadku uzyskuje się dość czysty tlenek glinu, który jednak nie osiąga opisanego powyżej stopnia czystości produktu reakcji 13. Chodzi o to, czy niską zawartość metali alkalicznych w tlenku glinu w rozważanej metodzie kompensuje się wyższy koszt tego procesu w porównaniu do glinianu.

3. Wykaz wykorzystanej literatury:

1. 
   Alvin B. Stiles wspiera i wspiera katalizatory Teoria i praktyka. - M.: Chemia, 1991. - 240 s.

tlenek glinu

tlenek glinu, Al 2 O 3 , związek glinu z tlenem; integralna część glinek, wyjściowy produkt do produkcji aluminium. Bezbarwne kryształy, t pl 2050°C, temperatura wrzenia powyżej 3000°C. Znany w dwóch modyfikacjach α i γ. Spośród nich α-Al 2 O 3 występuje w naturze w postaci bezbarwnego minerału Korund a; Kryształy α-Al 2 O 3 malowane na czerwono tlenkami innych metali - Rubin , oraz w kolorze niebieskim - Szafir , są kamienie szlachetne. Korund krystalizuje w układzie heksagonalnym, gęstość 3960 kg/m3, sztucznie α-Al 2 O 3 można otrzymać przez ogrzewanie powyżej 900°C wodorotlenku glinu lub jego soli. Gdy sole glinu są podgrzewane w temperaturze 600-900°C, γ - Al 2 O 3 , sześcienna modyfikacja, która powyżej tej temperatury nieodwracalnie przekształca się w α-Al 2 O 3 . Znane są uwodnione (wodne) formy Al 2 O 3 o różnych składach. Do wodorotlenków glinu zalicza się: hydrargillit (zob. Katalizatory) (gibbsyt) Al (OH) 3, który jest częścią wielu boksytów oraz sztucznie otrzymaną niestabilną postać Al (OH) 3 - bajeryt. Znany jest również częściowy wodorotlenek glinu – AlOOH, który występuje w dwóch modyfikacjach – α (diaspora) i γ (bemit).

A. o. a jego formy uwodnione są nierozpuszczalne w wodzie, mają właściwości amfoteryczne - oddziałują z kwasami i zasadami. Naturalny korund znajdujący się w powietrzu jest chemicznie obojętny i niehigroskopijny. Reaguje intensywnie z zasadami w temperaturze około 1000°C, tworząc rozpuszczalne w wodzie gliniany metali alkalicznych. Reaguje wolniej z SiO 2 i kwaśnymi żużlami, tworząc glinokrzemiany (patrz glinokrzemiany) , rozłożony przez fuzję z KHSO 4.

Surowiec do otrzymywania A. o. to boksyty, nefeliny, kaoliny i inne surowce zawierające Al. Boksyty są zawsze zanieczyszczone tlenkami żelaza lub kwasem krzemowym. Za otrzymanie czystego I. boksyty są przetwarzane przez ogrzewanie za pomocą CaO i Na 2 CO 3 (proces suchy) lub przez ogrzewanie za pomocą soda kaustyczna w autoklawie (metoda Bayera). W obie strony I. w postaci glinianów przechodzi do roztworu, który jest następnie rozkładany przez przepuszczenie dwutlenku węgla lub dodanie wcześniej przygotowanego wodorotlenku glinu. W pierwszym przypadku rozkład zachodzi zgodnie z równaniem 2 - + CO 2 → 2Al (OH) 3 + CO 3 2- + H 2 O. Rozkład według drugiej metody opiera się na fakcie, że roztwór glinianu uzyskany przez ogrzewanie w autoklawie jest metastabilny. Dodany wodorotlenek glinu przyspiesza rozkład glinianu: - → Al(OH) 3 + OH - . Powstały wodorotlenek glinu jest kalcynowany w temperaturze 1200°C, w wyniku czego otrzymuje się czysty tlenek glinu.

Główne zastosowanie A. o. - produkcja aluminium (patrz aluminium). Korund jest szeroko stosowany jako materiał ścierny (tarcze korundowe, szmergiel), a także do produkcji frezów ceramicznych i materiałów wyjątkowo ogniotrwałych, w szczególności „topionego tlenku glinu”, który jest używany do wykładania pieców cementowych. Z pojedynczych kryształów korundu, otrzymanego przez stopienie proszku A.o. z dodatkiem tlenków Cr, Fe, Ti, V wytwarzają kamienie nośne w precyzyjnych mechanizmach i biżuterii.

destylacja czyste aluminium W temperaturze 1650°C, w atmosferze wodoru zawierającej parę wodną, ​​z AO otrzymano „wąsy” (kryształy nitkowate), które mają ogromną wytrzymałość bliską teoretycznej. „Wąsy” z szafiru (α-Al 2 O 3) o średnicy 2-3 mikron mieć siłę 16 gn/m 2,średnica 10 mikron - 11 gn/m 2 ","wąsy" o dużych średnicach - 6,5 -7 gn/m 2 (1 gn/m2 = 100 kgf/m 2). Wprowadzenie tych „wąsów” do materiałów konstrukcyjnych, nawet jeśli ich wytrzymałość jest częściowo zachowana, umożliwia uzyskanie cennych materiałów dla nauki o rakietach. Metale wzmocnione takimi włóknami mają wyższą wytrzymałość nie tylko w niskich, ale również w wysokich temperaturach.

Specjalnie przygotowana tzw. aktywny A. o. w postaci drobnokrystalicznego proszku jest używany jako adsorbent (patrz Adsorbenty) i katalizator (patrz Katalizatory) , ponadto jego właściwości adsorpcyjne (i katalityczne) w dużej mierze zależą od jakości i przetwarzania materiałów wyjściowych oraz od metody przygotowania. Jako adsorbent aktywny A.o. są szeroko stosowane do analizy chromatograficznej różnych organicznych i (rzadko) substancje nieorganiczne. Wodorotlenki glinu wykorzystywane są do produkcji wszelkiego rodzaju soli glinu. Przez staranne suszenie wodorotlenku galaretowatego otrzymuje się alumożel, porowatą substancję przypominającą porcelanę, czasami przezroczystą; żel aluminiowy jest używany w katalizie; służy jako jeden z najważniejszych adsorbentów technicznych.

Oświetlony.: Liner A.I., Produkcja tlenku glinu, M., 1961; Carroll-Porchinsky Ts., Materiały przyszłości, przeł. z angielskiego, M., 1966.

J. I. Romankow.

Duży sowiecka encyklopedia. - M.: Encyklopedia radziecka. 1969-1978 .