198155. lajstromszámú szabadalom • Eljárás homogén, aprószemcsés, nagy tisztaságú magnéziumoxiddal adalékolt - alumíniumoxid előállítására
3 198 155 4 pptn mennyiségben alkalmaznak. A magnézium adalékot rendszerint vízoldható magnéziumsó formában keverik az alumíniumhidroxidhoz, melyek közül leggyakrabban a magnézium-acctátot, magnéziumkloridot, magnézium-nitrátot használják. Ilyen adalékolással előállított alapanyagot ismertetnek a 3 026 210., 4 150 317., és a 4 357 427. USA-be!i szabadalmi leírásokban. Ez utóbbinál magnézium-alkoholátoí is felhasználnak adalékolásra. Nagy tisztaságú, finomszemcsés MgO-val adalékolt, alumíniumoxid előállítását ismertetik aiumíniumalkoholátbói és magnézium alkoholátból kiindulva a 4 357 427. sz. USA-beli szabadalmi leírásban. Az alkoholét hidrolízisénél peptizáló szereket (salétromsav, sósav, perkiórsav, ecetsav, triklórecetsav) alkalmaznak. Ilyen körülmények között a tennéktisztaságot nehéz megőrizni és a kcrámiazsugorításnál az idegen ionok rontják a kerámia tulajdonságait, illetve nagyvákuumkemencék esetében a szivaityúrendszert károsítják. Kutatásaink során arra a felismerésre jutottunk, hogy idegen ionok bevitele nélkül is elérhetünk homogén, finomszemcsés termékszerkezetet, ugyanakkor megőrizhetjük a fenti táblázatban bemutatott, szerves technológiából eredően lehetséges nagy tisztaságot. Eljárásunknál Al(OR)3-ból indulunk ki, ahol az R jelentése 3-4 szénatomot tartalmazó alkil-csoport, az alkoxi-csoport célszerűen izopropoxi, sec-butoxi vagy ezek keveréke. Ezeket az alkoholotokat a 169 356 és a 183 126 lajstromszámú magyar szabadalmi leírásokban ismertetett eljárásokkal állítjuk elő. Az alkoholotokat vákuumdesztilláló készülékben rektifikáljuk és ily módon nagy tisztaságú alumíniumai kohold tot kapunk. A végtermék MgO adalékolása érdekében nagy tisztaságú ahmünium-alkoholáthoz kis, meghatározott részarányú magnézium-alumíniumaikoholátot keverünk. A magnézium-alumíniunvalkoholátok általános képletét Mg[Al(OR)J2, illetve Al[Mg(QR)3]3 formulával jellemezhetjük. [H. Meerwain, Ann. Chem. Liebigs 476,113] ezek elegye pedig xMgtAKOR^jj. y Al{Mg(OR)3]3 képlettel írhatók le,a képietekben az R jelentése a fenti, az x és y pedig természetes egész számokat jelentenek és különböző Mg tartalmú aikoholátokat eredményeznek. Az általunk felhasznált magnézium-alumínium-alkoholátok Mg tartalma 3—6 tömeg% között változik, az alkoxicsoport célszerűen izopropoxi, sec-butoxi vagy ezek keveréke. A magnézíum-alumínium-alkoholátot olyan arányban keverjük a nagy tisztaságú alumínium-alkoholáthoz, hogy az Al, Mg atomarány ugyanakkora legyen az alkoholét elegy ben mint amilyent megkívánunk a finomeloszlású magnéziumoxiddal adalékolt a-alumínium-oxidban. Ezeknél a termékeknél a MgO adalékolás alumínium-oxidra vonatkoztatva legfeljebb 2000 ppm. Az alumínium-aikoholát hidrolízisét két lépésben végezzük. Az első lépésnél 11-18 tömeg% víztartalmú alkohollal végezzük a hidrolízist 1,7—2 víz/alumíniumalkohola't móiarányig. A nagy tisztaságú alumíniumalkoliolátot keverőcsőben N-proliiú keverőelemek alkalmazásával 20—80 °C-on 20-50 m/s sebességű reakcíóelegy áramoltatása mellett reagáltatjuk a vizes alkohollal. A keletkező zagyot legalább 3 órán át, célszerűen 6-18 óráig kevertetjük, ezután a reakció során felszabaduló ROM alkohol 20—80 tömeg%-át célszerűen 50—70 tömeg%-át vízmentes formában ledesz.t.Dúljuk. A visszanyert alkoholt közvetlenül felhasználhatjuk az alumínium-aikoholát gyártásnál. A hidrolízis második lépésénél vízfelesleget alkalmazunk. Ennél a lépésnél a hidrolízist a fentiekhez hasonló keverőesöben végezzük 20—95 °C hőmérsékleten 20-50 m/s áramlási sebesség mellett. A reakció során beadagolt víz/zagy tömegarányt 0,5-2,5 célszerűen 1-2 között tartjuk. A második hidrolízis lépésnél keletkezett zagyot alkoholmentesítjük, amelynek során vizes alkoholt desztillálunk le. Az alkoholmente sitett zagyot legalább 60 órán túl, célszerűen 80-M0 óráig kevertetjük, és így homogén szemcseeloszlású anyagot kapunk. Az így előállított alumínium-oxihidrálot gyors szárítássá!, porlasztó, fluid vagy gejzír rendszerű szárítóban megszárítjuk. A szárított alumínium-oxihidrát szabadi nedvességtartalma 10% alatt van. A kapott alumíniumhidrátot ismert konstrukciójú tokos-, forgódobos- vagy Hűid kemencében kaicináljuk,amelynek során a-AljOj-at kapunk. A lei ásban szereplő technológiai határok között előállított termék szemcséinek mérete 90%-ban 1 pm alatti, és az átlagos szemcseméret 0,2-0,5 pm. Eljárásunkat a következő szabadalmi példákon keresztül mutatjuk be. 1. példa Folyamatos alumínium-aikoholát gyártó berendezésben, amelynek kapacitása 250 t/év óránként, betápláltunk 45 kg izopropil-alkoholt és zsiliprendszer segítségével beadagoltunk 5 kg aktivált alumíniumot. Az alumínium aktiválását a 169 356. lajstromszámú magyar szabadalom alapján végeztük. A készülékből 49 kg/h tömény alumínium-izopropilátot kaptunk. Az így kapott alumínium-izopropilátot 3 mbar nyomáson 170-178 °C-on ledesztilláltunk 350 t/év kapacitású folyamatos vákunmdcsztilláló készülékben. A termék alumínium-iz.opropilát tisztasága AljO.i-ra vonatkoztatva: Si: 72 ppm, Na: 7 ppm, Mg. 8 ppm, Cu: 3 ppm, Fe: 18 ppm volt. A meghatározásokat atomabszorpciós spektrometriás módszerrel végeztük. Az alumínium-izopropilátot 10 elméleti tányérszámú rektifikáló toronyban 2 mbar nyomáson 165-171 °C-on változó refluxaránnyal szakaszosan rektifikáltunk. A desztilláció kezdetén teljes refluxot alkalmaztunk, melyet fokozatosan, az átdesztillált mennyiség 20 tf,%-áig 3-as refluxarányra csökkentettünk. Ezt a refluxarányt tartattuk az átdesztillált mennyiség 80 tf.%-áíg, majd a refluxot fokozatosan növeltük 8-as refluxarányig. A desztilláció 40—60 tf.%-a közötti frakciót elkülönítettük és a terméket mcgcíemcztük. A termék tisztasága Al203-ra vonatkoztatva: Si: 4 ppm, Na: 2 ppm, Mg: 2 ppm, Cu: 1 ppm, Fe: 3 ppm volt. 100 kg fenti módon előállított nagy tisztaságú alumínium-izopropiláthoz hozzáadtunk 179 g 4,2 tf.% Mg tartalmú magnézium-alumínium-izopropilátot, az elcgyet 40 percig 120 °C-on kevertettük. A magné-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
