195751. lajstromszámú szabadalom • Eljárás finomszemcsés, fehér alumínium-hidroxid töltőanyag előállítására
4 195751 5 is sikerült előállítani, amelynek közepes kristályátmérője (d» értéke) 0,8-l,0 pm, és a szemcsék 80-100%-a 10 pm alatt van. A szilárd nátrium-aluminát kereskedelmi forgalomban kapható termék. Előállítására a szakirodalom számos módszert javasol (247 270 bz. szovjet, 878 104 sz. olasz, 3 998 927 sz. amerikai egyesült államokbeli és 2 537 969 sz. NSZK-beli szabadalmi leírás). A nátrium-aluminátot azonban az előbb felsoroltakon kívül lényegesen olcsóbban tudják előállítani azok a technológiák, amelyekben a nátrium-aluminát egyéb célok elérése során, például Bayer-körfolyamat tisztítása (4 280 987 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás) vagy környezetvédelmi feladatok megoldása (4 036 931 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás) melléktermékként keletkezik. A fínomszemcsés töltőanyag előállítására kidolgozott eljárásunk esetén nem alapvető szempont ugyan, hogy a kiindulási anyagként használt nátrium-aluminátot milyen úton állították elő, de meg kell jegyeznünk, hogy a Bayer-körfolyamat tisztításakor kiválasztott szódasó zagy (nátrium-karbonát) és aluminium-hidroxid zagy keverékének kalcinálésával nyert nátrium-aluminát különösen előnyösen használható e célra. Fontos a kiinduló anyagként használt nátrium-aluminát kémiai és fázisösszetétele. Kiindulási anyagként olyan, nem stabilizált ű-nátrium-aluminát szükséges, amelyben az Na20 : AI2O3 mólarény 1,0-1,2 közötti érték. Ez a mólarány azért meghatározó, mivel a találmányunk alapját az a megfigyelés képezi, hogy egy ilyen összetételű nátrium-aluminát vizben történő oldódásakor azonnal hidrolizálni kezd és a hidrolízis eredményeként keletkező vizben nem oldódó végtermék a megfordítható reakciót a felső nyil irányába tolja el. NaA102;==± Na[Al(0H)<] z^=f=Al(OH)3 + H2O Az azonnali hidrolízis oka, hogy a nátrium-aluminát oldódásakor az oldódó kristályok körül olyan nátrium-aluminét-oldat keletkezik, amely Al(OH)3-ra nézve lokális túltelített (mól Na20/mól AhOs 1,0)3, igy azonnal megindul a nátrium-aluminát oldat ónbomlása. Az őnbomláskor keletkező nagyon finomszemcsés termék azután mintegy oltóanyagként szerepel újabb (Al(OH)j kristályok kiválásához. A hidrolizáltatás során a reakció hőmérsékletének, a keverés sebességének, a reakció idejének, az adagolt nátriumaluminát mennyiségének, sót a hidrolízisnél jelenlevő szennyeződéseknek, elsősorban a nátrium-karbonátnak fontos szerepe van a hidrolízis végtermékének szemcseméret eloszlásában. Kísérleteinknél úgy tapasztaltuk, minél nagyobb mennyiségű szilárd nátrium-aluminátot viszünk be egységnyi térfogatú folyadékba, annál finomabb szemcseméretú terméket kapunk. A keverés intenzitásának növelése és a hőmérséklet csökkentése szintén a kisebb szemcseméretű anyag keletkezésének kedvez. Kísérleteinknél úgy találtuk, hogy az általunk kívánatosnak tartott 1-5 pm átlagos szemcseméretü anyag akkor keletkezik, ha a nátrium-aluminát oldatot kb. 300 g/1 vagy ennél is nagyobb szilárdanyag koncentrációban állítjuk be. 25-60 °C-os hőfoktartományban 140 fordulat/perc keverési sebességgel 2-4 órés reakcióidő alatt 3 kristályvizes aluminium-hidroxid keletkezik, amely a róntgendiffrakciós fázisanalízis szerint gibbsit és bayerit keveréke (ASTM 12-460 és ASTM 20- -11). A ű-NaAl02 hidrolizáltatásakor keletkezett termék jellemző röntgendiffraktogram részletét a mellékelt 1. ábrán mutatjuk be. A hidrolízis után visszamaradó folyadékfázis, a szűrlet viszonylag tömény Na20-ra és Al203-ra nézve. Ezért a gyártást gazdaságossági megfontolások alapján célszerű a Bayer-timföldgyértó körfolyamathoz illesztve végezni, mivel a szúrletként visszamaradt aluminátlúg a technológia megfelelő koncentrációjú helyére visszavezethető. Előnyös, ha a hidrolizáltatásnél az oldat Na2C03-koncentrációja 20-60 g/1. A hidrolízissel nyert finomszemcsés termék további kezelése a gyakorlatban ismert módon szűréssel, mosással, dekantálással és szárítással történik. Ha a szárítás nem porlasztva szárítás, akkor a szűrólepényt célszerű desintegrátorral fellazítani. A hidrolízis körülményeit, a kiindulási anyagokat és a végterméket a következőkben bemutatott példákon ismertetjük. 1. példa A finomszemcsés aluminium-hidroxid előállításához az alábbi tulajdonságokkal rendelkező nátrium-aluminátot használtuk fel: Na20 (X) : 37,7 A12Ű3 (X) : 54,9 CO2 (X) : 4,3 izz. veszt. (X) 3,79 Na20 : AI2O3 mólarány = 1,13 pH (2X-os vizes szuszpenzióé) : 11,95 laza litersúly (g/1) : 590 fózisősszetétel : ű-NaAlOz (ASTM 19- -1177) 1 liter vízbe 357 g ß-NaAlOz-ot tettünk és 60 °C-on 4 óráig intenzíven kevertük. Finomszemcsés anyag keletkezett, amely a röntgendiffrakciós analizis tanúsága szerint bayerit és gibbsit. Mindkettő AI2O3.3H2O. Az anyag egyéb tulajdonságai szűrés, mosás után: Na20 (X) : 0,5 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
