189188. lajstromszámú szabadalom • Eljárás aktív alumíniumoxid előállítására
1 189 188 2 A találmány tárgya eljárás aktív alumínium-oxid előállítására fémalumínium belső elektrolízise, azaz külső áramforrás igénybevétele nélküli anódos oldása, majd a képződő nagy diszperzitású bázisos alumínium-nitrát hidrogél termikus megbontása útján, mely aktív aluminium-oxid alkalmas többek között katalizátorként vagy katalizátor-hordozóként való felhasználásra. Ismeretes, hogy a katalizátorként vagy katalizátor-hordozóként felhasznált aktív alumínium-oxid szerkezetileg gamma vagy éta kristályos módosulatból álló, nagy felületű, porózus, diszperz anyag, melyet előnyösen extrudátum, pasztilla, vagy golyó alakban használnak. Az ilyen célra szolgáló alumínium-oxiddal szemben igen szigorú minőségi követelményeket támasztanak mind fizikai-mechanikai tulajdonságait, mind kémiai összetételét illetően. Nagy tisztaságú aktív gamma alumínium-oxid jellegzetes adatai pl. a következők: Kémiai tulajdonságok: Izzítási veszteség (1000 °C-1 h) Si02 Na20 so4 Fe többi fém ai2o3 Fizikai tulajdonságok: fajlagos felület pórustérfogat térfogatsúly kopási veszteség törőszilárdság Ismeretes az is, hogy a 1,0-2,0 tömeg% max. 100 ppm max. 20 ppm max. 100 ppm max. 150 ppm max. 100 ppm a többi 150-250 m2/g 0,4-0,5 cm3/g 0,5-0,6 g/cm3 0,5-1,0 tömeg% 800-1500 KN/szemcse nagy tisztaságú aktív alumínium-oxid gyártása a következő lépésekből áll: megfelelő minőségű alumínium-hidroxidgél előállítása, a hidroxidgél formázása, végül a hőbontás, amelynek során a katalitikusán aktív gamma vagy éta A1203 kristályszerkezet kialakul. Az alumínium-hidroxidgél előállítására többféle módszer használatos. Egyik lehetőség a nagy tisztaságú alumíniumnak salétromsavban való oldása. Ez a megoldás előnyös a nitrát-ionok beépülésének ismert kedvező szerkezeti hatásai folytán, viszont hátrány, hogy a kémiai oldás a salétromsav feleslegének csökkenése ütemében egyre lassul, így a folyamat termelékenysége elégtelenné válik. Mint a kémiai oldásoknál általában, az oldatnak higanyionokat kell tartalmaznia, mert egyébként az alumínium passziválódása bármely salétromsav töménység mellett befagyasztaná az oldási reakciót. Klorid-ionok jelenléte kedvező ugyan az oldás elősegítése szempontjából (bár higanysóra ez esetben is szükség van), azonban a klorid-ionok hátrányosan befolyásolják a gél szerkezetét, csökkentik annak aktív felületét, így az abból gyártott y-alumínium-oxidét is. A hidroxidgél előállítására több olyan javaslat is ismeretes, mely a természetes timföldhidrát tisztítása útján előállított, vagy az alumíniumsók oldatából vegyszeres eljárással lecsapott hidroxidok utólagos ionmentesítését kísérli meg. Az ilyen típusú eljárások közös hátránya azonban, hogy az ionmentesités akár mosás, akár dialízis útján rendkívül térfogatigényes, és a szennyező ionok koncentráció-csökkenésének üteme exponenciálisan csökken azok koncentrációjával, lényegében az ún. lehűlési görbék alakjára emlékeztető függvény szerint, mivel az ionok diffúziójának vagy cserélődésé- 5 nek üteme azok mindenkori koncentrációjával arányos. A szennyező ionok mosással való tökéletes eltávolításának azonban elvi határt szab az is, hogy egy részük izomorf helyettesítés vagy diszlokációk ré- 10 vén a kristályrácsba beépül, más ionok kemiszorpciós úton kötődnek a gél részecskéihez. Ugyanakkor a katalizátorgyártás nagyon tiszta alumínium-oxidot igényel. Ezért a tisztaság és a gazdaságosság követelményét mindmáig elfogad- 5 hatóan nem sikerült összeegyeztetni. A szennyező szervetlen ionok jelenléte kiküszöbölhető, ha a fémalumíniumot valamely kis szénatomszámú vízmentes alkoholban, rendszerint etilvagy izopropil-alkohclban oldják, majd a képződő alkoholátot ionmentes vízzel megbontják. Ezzel az eljárással előállítható a megfelelő tisztaságú hidroxidgél, az előállítás azonban a nagy mennyiségű - és feleslegben alkalmazandó - alkohol felhasználása folytán igen drága 25 Az alumínium-hidroxidgél további előállítási módjaként szóba jön még a nagy tisztaságú aluminium anódos oldása, ezt állandó vagy kommutált egyenárammal lehet megoldani, előnyösen salétromsavas, illetve nitrátos közegben, a már előadott okok- 30 ból szintén higany-ionok jelenlétében. A módszer alkalmas ugyan a gyakorlati hasznosítás szempontjából megfelelő minőségű hidroxidgél előállítására, hátrányos azonban az elektromos energia szükségessége, ami különösen fokozza a termék energia- 35 igényességét, hiszen a timföldgyártás, majd az alumínium elektrokémia i színítése, majd az ezt követő szintén elektrokémiai raffinálás már egyébként is súlyos költségtényezőként jelentkezik. Számottevő mindezen felül a hidroxidgél kalcinálásának ener- 40 giaigénye is. Ezért a.z alumínium újraoldásának további elektromosenergia-szükséglete, mint termodinamikai szempontból szükségtelen ráfordítás, elvileg is indokolatlanul növeli az eljárás energiaigényét. Ehhez járul, hogy az egyenirányító és kom- 45 mutáló berendezések beruházása a hálózatbővítés költségvonzataival együtt különösen megnöveli a beruházási tételeket. Általános tapasztalat, hogy az elektrokémiai létesítmények többségénél a beruházási költségekben az áramátalakító berendezések 50 játsszák a meghatározó szerepet. A találmány szerinti megoldás azon a felismerésen alapul, hogy az alumínium folyamatos anódos oldása és ezáltal a kedvező tulajdonságú hidroxidgél gyártása megoldható külső árramforrás, azaz 55 energiabefektetés nélkül is, oly módon, hogy az oldandó aluminiumból egy galvánelem anódját alakítjuk ki, előnyösen öntéssel, mely galvánelem elektrolitja alumínium-ionokat tartalmaz, előnyösen nitrát-anionok mellett, a katódja pedig egy nem 60 amalgamálódó, kis hidrogénleválási túlfeszültségű elektronvezető, előnyösen acél vagy grafit. A találmány szerinti megoldás előnyös változatához vezető további felismerés, hogyha az említett galvánelem szerkezetet megsokszorozzuk a cellák párhu- 65 zamos kapcsolása útján, és a cellák elektrolittal, 2
