172193. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ultrafinom szemcséjű röntgenamorf aluminiumhidroxid előállítására, főként alfa-alumíniumoxid előállításához
3 172193 4 alfa-alumínium-oxid laza, erősen agglomerálódott szerkezete a formázáshoz nagymennyiségű plasztifikátor felhasználását teszi szükségessé. Ennek következtében nagymértékben megnehezedik a vákuumtömör termékek előállítása. A kémiai lecsapással végzett eljárás alapvető hibája a kis termelékenység, valamint a nagy energia ráfordítás a víztelenítés során. Ennek következtében nagy lesz az előállított termék önköltsége. Másik hátránya ennek a módszernek, hogy a reakció körülményeitől függően nagymértékben változnak a lecsapott alumíniumhidroxid tulajdonságai. Minél alacsonyabb a lecsapás hőmérséklete és minél kisebb a reagáló oldatok koncentrációja, annál kisebb szemcséjű csapadék keletkezik. Az alacsonyabb hőmérsékleten történő lecsapásnál azonban olyan amorf hidrogél keletkezik, amelynek szűréssel történő víztelenítése rendkívül nehéz, továbbá ez a hidrogél a hőkezelés során kemény rögökké sül össze. Amennyiben a lecsapás során felületaktív anyagot alkalmazunk, akkor a lecsapás hőmérsékletétől függetlenül biztosítható a röntgenamorf szerkezetű alumínium-hidröxid, amelyből hőkezelés során 0,2—1 mikrométer szemcseméretü A1203 keletkezik (156 421. 1. sz. magyar szabadalmi leírás). A nagytisztaságú és nagyfinomságú anyagok kémiai lecsapással való előállításához tehát rendkívül kicsiny, 1—0,1 normál koncentrációjú oldatok szükségesek, ami azt jelenti, hogy pl. 1 kg alumíniumoxid 60—600 1 alumíniumsó oldatból állítható elő, 60—600 1 ammóniaoldat felhasználásával. Oxidkerámiai célokra alkalmas alumíniumoxid előállítását ismerteti a 3 268 295 1. sz. USA szabadalmi leírás, amely szerint Na-aluminát oldatból széndioxid gáz bevezetésével nyerhető alumíniumhidroxid. Az erősen alkalikus közeg miatt azonban minden esetben számolni kell Na szennyeződéssel. Emiatt az ilyen alapanyag csak kevésbé igényes korundtermékek előállítására alkalmas. A közvetlenül fém alumíniumból történő előállítások előnye, hogy termelékenységük nagy. A 156 321. 1. sz. magyar szabadalmi leírás korszerű oxidkerámiai alapanyag előállítására vonatkozik fém alumíniumból. Tapasztalataink szerint azonban ezzel a módszerrel csak 50 C° alatt állítható elő olyan alumínium-hidroxid, amelyből nagyfinomságú, őrlést nem igénylő alfa-alumíniumoxidpor keletkezik. Ezen a hőmérsékleten azonban a termelékenység alacsony, vagyis 1 óra alatt 0,5 kg fémből legfeljebb 0,25 kg alumíniumoxid nyerhető. A hivatkozott szabadalmi leírásban közölt teljesítmény (0,5 kg fémből 1 kg A1203 1 óra alatt) csak akkor lehetséges, ha a reakció hőmérséklete eléri a 100 C°-ot, amint ezt a leírás is közli. Az így előállított szűrőlepények még „termikus sokk” alkalmazása esetén is alaktartó, őrlést igénylő, kemény darabokká állnak össze. Továbbá az 1100 C°-os hőkezelés következtében a termék nem alfa-, hanem gamma-alumíniumoxid. Másik hátránya ennek az eljárásnak, hogy a fém aluminium víz alatti reagál tatása mérgező HgCl2 oldatban történik, ezáltal a keletkezett termék HgCl2-dal szennyezett, ami az égetés során a munkahely levegőjébe kerülhet. Találmányunk célja ultrafinom szemcséjű alumíniumhidroxid, illetve hőkezeléssel 0,1 mikron alatti egyenletes szemcseméretű, őrlést nem igénylő, nagytisztaságú alumíniumoxid nagy termelékenységű előállítása fémalumíniumból. Kísérleteink során felismertük, hogy az aktivált alumíniumfémből és vízből keletkező alumíniumhidroxid szerkezete a reakció hőmérsékletétől függ és az alumíniumhidroxid szerkezete határozza meg a hőkezelés során keletkező alumíniumoxid finomságát. Röntgendiffrakciós és derivatográfiás vizsgálatok segítségével megállapítottuk, hogy a 20—50 C° között keletkező alumíniumhidroxid szerkezete bayerit, 50— 60 C° között bayerit és böhmit keveréke, míg 60 C° felett kizárólag böhmit keletkezik. Megállapítottuk továbbá, hogy az alumíniumhidroxidból 1200 C° feletti izzítással előállított alfa-alumíniumoxid jellege az alumíniumhidroxid szemszerkezetétől függ: égetés során a bayerit finom poralakú, a bayerit—böhmit keveréke egy finomabb és egy durvább frakcióból álló porszerű, a tisztán böhmites anyag pedig durva szemcséjű kemény alumíniumoxiddá alakul. A két utóbbi alumíniumoxid okvetlenül őrlést igényel. A finomszemcséjű alumíniumoxidport biztosító alumíniumhidroxid előállításánál ezért fontos követelmény a reakció hőmérsékletének szűk, 20—50 C° intervallumban való tartása, ami az erősen exoterm reakció következtében nehéz; a hűtés viszont a reakció sebességét csökkenti s ennek következtében a termelékenység is csökken. Az alumíniumhidroxid szerkezetének befolyásolása és a szerkezet hőmérsékletfüggésének csökkentése, illetve megszüntetése érdekében kísérleteket végeztünk, amelyek során az aktivált alumínium fémet nem desztillált vízben, hanem különböző anionokat (SO^- ; Cl-) tartalmazó vizes oldatokban oxidáltuk. Azt a meglepő felismerést tettük, hogy az anionok koncentrációjától függően különböző szerkezetű alumíniumhidroxidok keletkeznek, s a szerkezet hőmérsékletfüggése 0,5%-nál töményebb oldatok esetén megszűnik. így pl. alumíniumszulfát oldatokban 80 C° felett történő oxidáció esetén 0,5 s%-os koncentrációnál a keletkező hidroxid bayerit és böhmit keveréke, míg 0,8‘%-os és ennél töményebb oldatok esetében pedig minden esetben kizárólag röntgenamorf szerkezet mutatható ki: 0,5 s% A12(S04)3 oldatban bayerit + böhmit 0,8 s°/0 A12(S04)3 oldatban röntgenamorf 10 s% A12(S04)3 oldatban röntgenamorf Az 1250 C°-os égetés után az első esetben heterogén szemcseösszetételű és ezáltal őrlést, ill. szeparálást igénylő anyagot, míg a második esetben rendkívül egyenletes szemcseméretű, púderszerű anyagot kaptunk. A keletkezett anyag szerkezete mindkét esetben alfa-alumíniumoxid, vagyis korund. Az ilyen módszerrel előállított alumíniumhidroxid szerkezete tehát a reakció hőmérsékletétől függetlenül röntgenamorf, vagyis magasabb hőmérsékleten (100 C°on) is olyan hidroxid keletkezik, amely 1200—1400 C°-os hőkezelés során őrlést nem igénylő, rendkívül finom, 0,1 mikron alatti szemcseméretű alfa-alumíniumoxiddá alakul. A HgCl2 mérgező hatásának elkerülése érdekében a fém reagáltatása előtti aktiválást úgy végezzük, hogy a reagáltatni kívánt fémet 30 másodpercig 0,5 s% töménységű HgCl2 oldatba merítjük, majd onnan kiemelve desztillált vízzel kloridmentesre mossuk. Ezen rövid idő alatt a fémfelület több pontján amalgámozott aktív gócok keletkeznek, amelyek mentén savas kémhatásu 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
