167545. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nagyhőmérsékletű tűzelőanyagelemek gamma-litium-metaaluminát vázanyagának és ömledék elektrolitjának egy lépésben történő előállítására
3 167545 4 alumináttá, mert ellenkező esetben a tüzelőanyag-elembe beépített vázanyag-elektrolit rendszer üzem közben további belső átalakulást szenvedne. Mivel ez a technológiai átalakítás egy szilárd por és egy viszkózus ömledék egymásrahatásával 5 történik és a keletkező termék a reakció hőmérsékletén szilárd alakban van jelen, ezért könnyen előfordulnak inhomogenitások. Ezek lehető elkerülésére gondosan és költségesen aprított kiindulási alumínium-oxidra, valamint a hőkezeléses 10 technológia közbeni, többszöri lehűtésre és aprításra van szükség, illetve a hőkezelés idejét meg kell nyújtani a nagy hőmérsékletű diffúziós folyamatok homogenizáló hatásának kihasználása céljából. Szükséges továbbá a hőkezelést egészen 15 950 C°-ig elvégezni, mivel a lítium-metaaluminát 7-módosulatára van szükség és ez az előbbi hőfokon alakul ki teljes biztonsággal szilárd-ömledék fázisok esetén, valamint a közbenső lépésként végzett aprítások a már kialakult 7-módosulatot 20 visszaalakítják a-módosulattá. Látható a fenti jellemzésből, hogy az eddig legfejlettebb végeredményt adó eljárás is bonyolult, hosszadalmas, nagyhőmérsékletű hőkezelést és homogenizálást, aprítást kíván meg, tehát mindezek 25 alapján igen költséges. Találmányunk azon felismerésen alapul, hogy megfelelően megválasztott alumínium-vegyületből és lítium-karbonátból vagy, illetve lítium-karbonát, lítium-hidroxid keverékből vagy, illetve lítium-kar- 30 bonát, egyéb alkáli-karbonátok keverékéből olyan kezdeti reakcióelegyet állítunk elő, vizes oldatban vagy más alkalmas oldószerben oldható formában vagy szuszpenzió formájában, mely keverékben a kémiai reakció az eddig leírt eljárásoknál jóval 35 alacsonyabb hőmérsékleten megy végbe és a hordozó-anyag lítium-metaaluminát a kívánt 7-módosulatú formában lesz jelen és nem kell számolni az alkáli-karbonát veszteséggel sem, a lényegesen alacsonyabb hőmérsékleten történt hőkezelés foly- 40 tán. A találmány szerinti eljárást az jellemzi, hogy a hordozó-, és az elektrolit alkotóit együttesen, első lépésként vizes vagy más oldószeres közegben hozzuk össze egymással, továbbá hogy a lítiumot 45 teljes egészében, vagy részben lítium-hidroxid alakjában adagoljuk, majd a fölös oldószert eltávolítva a 7-lítium-metaaluminát vázanyagot 950 C°-nál kisebb hőmérsékleten történő hőkezeléssel alakítjuk ki. 50 A reakció elegyben egyidejűleg jelen lehetnek az elektrolit céljára az alkáli-karbonátok is, vagy oldható alkáli-hidroxidok alakjában adagolva, melyek szén-dioxid gáz bevezetésével karbonáttá alakíthatók. 55 Az üzemeltetés során lezajló folyamatok termoanalitikai és röntgendiffrakciós módszerekkel nyomonkövetve bizonyítható, hogy — ellentétben az eddigi legfejlettebb eljárás 950 C°-os hőkezelési igényével — az alumináttá történő átalakulás 60 néhány száz foknál már megindul és 600—700 C° környezetében teljes egészében végbemegy. Természetesen a megfelelő oldatban jelen lévő reakcióelegyet a szükséges szárító művelet közbeiktatásával kell a hőkezelési fázisba átvinni. 6S A találmányt a továbbiakban foganatosítási példákkal kapcsolatban és a rajz alapján ismertetjük, ahol: az 1. ábra derivatogram, a 2. ábra pedig röntgen diffraktogram. 1. példa A kísérlet céljára bemértünk 78 g nagytisztaságú alumínium-hidroxidot, 24 g lítium-hidroxidot, 37 g lítium-karbonátot és 53 g nátrium-karbonátot. Ezen anyagokat 0,75 1 desztillált vízben intenzív keveréssel szuszpendáltuk. A megfelelő mértékű keverés után a bemért anyagok vesztesége nélkül a vizet eltávolítottuk. A visszamaradó szilárd anyagot levegő atmoszférában 700 C°-on hőkezeltük. A lejátszódó kémiai reakció pontos megismerése érdekében termoanalitikai és röntgendiffrakciós vizsgálatokat végeztünk. Az 1. ábrán a Paulik-Paulik-Erdey tipusú MOM gyártmányú derivatográffal platina tégelyben, levegő atmoszférában 10 C°/perc felfűtési sebességgel készült felvétel rajzát mutatjuk be. Ez egy úgynevezett derivatogram, amely három görbét tüntet fel, amelyek, mivel mind három görbe hőmérsékletfüggvény, közös hőmérsékleti abcissza tengelyhez vannak rendelve. "A legalsó TG jelű görbe a minta hőmérséklet szerinti súlyváltozását jelzi és ezért a görbéhez tartozó ordináta tengely szakaszon a százalékos súlyváltozás alakja van feltüntetve. A középső, DTG jelű görbe az előzőnek az idő szerinti első differenciál hányadosát írja le, vagyis a súlyváltozás sebességét és amint látható, extrémumai által a TG görbe kiértékelése, az egyes részfolyamatok külön kiértékelése válik általa lehetségessé. A görbéhez tartozó ordináta értékek nevezetlen galvanométer skálabeosztások. A legfelső DTA jelű görbe a minta hőbomlása során mérhető hőtartalomváltozást írja le, vagyis a hőbomlás hőszinezetét mutatja be. Ordináta értékei nevezetlen galvanométer skálát jelentenek. Amint az 1. ábrából látható a hőbomlás két fő részfolyamatból tevődik össze, ahol is az első 450 C° környezetében végződik és itt kezdődik a második és tart egészen 800 C°-ig. E két részfolyamatot az ábrán szaggatott vonalakkal behatárolt tartományokkal tettük szemléletesebbé. Az 1. ábrában közölt mérési eredmény alapján megállapítható, hogy az adszorptíve kötött- és kristályvíz 150 C° hőmérsékletig, maximális sebességgel 100C°-on eltávozik. Ezen hőmérséklet felett az alumínium-hidroxid bomlásra jellemző DTG és DTA figyelhető meg (I). 2 Al(OH)3 -• Al 2 0 3 + 3 H 2 O (I). A lítium-metaaluminát képződése 450 C° felett indul meg és maximális sebességet 535 C°-on ér el (II). Al2 0 3 + 2 LiOH -» 2 IiA102 + H 2 O (II). 2
