200728. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szuperfinom, 2 mm-nél kisebb szemcseméretű homogén szemcseméret eloszlású timföldhidrát előállítására

HU 200728 B

1

A találmány tárgya eljárás szuperfinom és homogén szemcseméretű timföldhidrát előállítására. A találmány szempontjából szuperßnom timföldhidráton 2 jtm-nél kisebb szemcseméretű tömföldhidrátot értünk.

A kis szemcseméretű timföldhidrátot, valamint a belőle előállítható timföldet világszerte egyre nagyobb mértékben használják különféle célú töltőanyagként, valamint finomkerámiai ipari alapanyagként és számos más területen. Ilyen timföldhidrátot ismert módon a Bayer-eljárással vagy más nagyüzemi eljárással előállított timföldhidrát őrlésével és az őrlemény megfelelő osztályozásával állítanak elő. így 2 ^in-tői 20 mm-ig terjedő szemcseméretű timföldhidrátot lehet előállítani.

A 2 131 782 sz. közzétett brit szabadalmi bejelentés szerint alumínium-alkoxidokhoz, pl. alumínium-szek-butoxidhoz vagy alumínium-izopropoxidhoz sztöchiometrikus vagy ahhoz közel eső, szigorúan betartandó mennyiségi arányban vizet adagolnak peptizálható timföldhirát előállítására. Az eljárás hátránya, hogy szerves oldószerekkel kell dolgozni, ezek elpárologtatása mellett. Az ily módon előállított timföldhirátot peptizálással szólok, majd azokból gélek előállítására használják fel, így annak szemcseméretéről és szemcseeloszlásáról nincs szó a leírásban.

A 33 24 003 sz. NSZK közrebocsátási iratban arról olvashatunk, hogy finomszemcsés timföldhirát előállítására nátrium-aluminát oldatot a Bayereljárásban szokásos módon olyan oltóanyag jelenlétében kevernek ki, amelyet egyáltalán nem vagy csak részben kikevert nátrium-aluminát savas közömbösítésével állítottak elő. Ily módon 5-10 |ijn szemcsenagyságú terméket lehet előállítani.

Az ismert eljárásokkal előállítható timföldhidrátok sem szemcseméret, sem granulometriai eloszlás szempontjából nem elégítik ki a szigorúbb felhasználói igényeknek megfelelő, 2 p.m-nél kisebb és homogén szemcseméretű, azaz granulometriailag egységes timföldhidrát előállítását.

A találmány célja, hogy iparilag is megvalósítható eljárást biztosítson ilyen termék előállítására.

Azt találtuk, hogy a fenti célt elérhetjük, ha oly módon járunk el, hogy gallium-alumínium ötvözetet - adott esetben lúgos - vízzel megbontunk, és a kivált timföldhidrátot a vizes közegből ismert módon elválasztjuk és kívánt esetben megszárítjuk.

A találmány azokon az alábbiakban részletezett felismeréseken alapszik, amelyekhez a fém alumíniumnak folyékony galliumban végbemenő oldódása mechanizmusának és kinetikájának, valamint a képzett gallium-alumínium ötvözet vizes közegű bontási folyamatának vizsgálatával és elméleti megfontolásával, mindezek technológiai összekapcsolásával jutottunk.

Eljárásunk elvét a következő reakciók szemléltetik:

A1 + x.Ga -*• AlGax (1)

AlGax + 3 H20 - Al(OH)3 + 1,5 H2 + x.Ga

(2)

Megállapítottuk, hogy az (1) reakció, azaz az alumínium oldódása folyékony galliumban olyan heterogén reakció, amelynek sebessége adott T hőmérsékleten a

2

dCAl----= k. F (CAl.max — Cai)(1)

dt

egyenlettel felírható,

ahol: F = az oldódó felülete cm-ben,

CAi,max = az adott T hőmérsékleten elérhető maximális alumínium koncentráció g/1000 g galliumban

t = a reakcióidő, óra k = a reakciósebességi állandó.

Az (1) egyenlet integrálása után a gallium alumínium koncentrációjának értéke:

CaI = CAl.max (1 — e (2)

Az (1) és (2) egyenlet alapján konstans hőmérsékleten az alumínium oldódási sebessége, illetve koncentrációja a galliumban lévő felületének függvénye.

Regressziós számítás után a (2) egyenlet állandóira 40 6C, 60 ®C és 100 °C hőmérsékleten a következő értékeket kapjuk:

hőmérséklet

CAl,max

k

40 ®C 60 °C 100 °C

11,1

16,2

32,9

1.3.10- 2 j

1.4.10- 2 1 1,6.IO*2 ;

A felismert és említett összefüggések alapján a találmány szerinti eljárásban az alumínium oldódási sebességét, illetve koncentrációját a galliumban a hőmérséklettel és a felülettel szabályozhatjuk.

Mikroszkópos vizsgálatokkal ugyanakkor megállapítottuk, hogy a gallium az alumíniumot oly módon oldja, hogy megszünteti szemcsehatárainak ún. koincidens rácskötéseit és az alumíniumot krisztallitjaira bontja.

'A folyékony gallium-alumínium ötvözetben tehát, amely mikroszkópikusan heterogén rendszer, az alumínium szilárd fázisban, krisztallitjaira bontva van jelen.

Általánosan ismert, hogy a fém alumínium a felületén kialakult összefüggő oxidréteg miatt vízzel szemben ellenálló. Minthogy azonban az (1) reakció szerint előállított gallium-alumínium alakjában van jelen, reakciókészsége rendkívül nagy, ezért a (2) reakció szerint a fém alumínium vízben - hidrogéngáz fejlődése mellett - oldódik, és az alumínium (M)-hidroxid azonnal kiválik. Mivel vizes közegben a timföldhidrát oldhatatlan, a kristálycsírák agglomerációja és nukleációja kizárt, így szuperfinom, akár 1 pjn-nél kisebb szemcseméretű terméket is előállíthatunk, amely további őrlést, illetve osztályozást nem igényel.

A vázolt felismerések alapján a találmányt célszerűen az alábbiakban részletezett módon valósítjuk meg.

A gallium-alumínium ötvözetet a vizes fázissal érintkeztetve bontjuk meg, előnyösen az egyik vagy mindkét fázis áramoltatása közben. Az ötvözet megbontásakor hidrogén képződik. Megfelelő reaktorban a reakció timföldhidrát előállításán kívül

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65