Глава 2. Исследование процессов осаждения гидроксида алюминия и получения
оксида алюминия из продукта осаждения
2.1. Теоретические основы гомогенного осаждения
Основные свойства, определяющие активность и удельную поверхность активного
оксида алюминия (АОА) приобретаются им на стадии формирования твердой фазы – в
процессе осаждения гидроксида алюминия, из которого в результате прокалки и
получают активный оксид алюминия [18]. Качество и величина удельной поверхности
определяется кинетикой зародышеобразования и роста кристаллов. Наиболее
желательным предшественником АОА-катализатора и носителя катализаторов
(кристаллическая модификация г-Al2O3) - является гидроксид алюминия
кристаллической модификации бемит, а еще лучше - псевдобемит, который не только
отвечал бы требованиям технологии к получаемым осадкам в отношении
фильтруемости, но и состоял бы из мелких кристаллов, обеспечивающих АОА высокую
удельную поверхность и термостабильность.
Как показано исследованиями, проведенными Тананаевым и подтвержденными позже
Клячко и Кондратюком [106], получение компактных легкофильтрующихся осадков
гидроксида алюминия, возможно при проведении осаждения быстро из
концентрированных растворов.
Другим желательным свойством, получаемых гидроксида и оксида алюминия, является
химическая чистота, т.е. получаемые осадки и готовый продукт должны легко
отмываться от примесей. Обычно, таким свойством обладают осадки, полученные
методом гомогенного осаждения, принципиальное отличие которого от гетерогенного
состоит в том, что осадитель не приливают к раствору, а он медленно и
постепенно образуется за счет химической реакции во всем объеме раствора. Такое
осаждение можно осуществить с использованием карбамида, процесс осаждения в
этом случае сопровождается гидролизом вспомогательного вещества в растворе,
протекающего по реакции:
CO(NH2)2+3H2O=2NH4OH+CO2 (2.1)
Однако, карбамид гидролизуется с большой скоростью только при температурах
90-100оС, адсорбция и соосаждение примесей осадком в этих условиях происходит в
минимальной степени.
Т.е., для получения легкофильтрующихся и хорошо отмывающихся от примесей
компактных мелкокристаллических осадков гидроксида алюминия необходимо
проводить гомогенное осаждение из высококонцентрированных растворов с
максимально возможной скоростью. Обеспечить такие условия осаждения может
использование карбамида в качестве осадителя и отгонка конденсата при
постоянном повышении температуры в ходе процесса осаждения.
2.2. Характеристика объекта исследований
Объектами исследований являются:
1) полученный г- Al2O3, для рентгеноструктурного анализа которого использовался
дифрактометр ДРОН-3. Снятие рентгеннограмм проводилось в монохроматизированном
медном излучении с длиной волны л=1,54178 Е. Удельная поверхность активного
оксида алюминия определялась методом БЭТ по низкотемпературной адсорбции
азота;
2) продукты осаждения – в первую очередь гидроксид алюминия. Для определения
состава продуктов осаждения использовался дериватографический метод анализа.
Дериватограммы снимались на дериватографе Q-1500D в воздушной атмосфере в
области температур 10-1000°С. Для исследования кинетики терморазложения
использовался термовесовой метод анализа при постоянной температуре [107];
3) маточные растворы, содержащие нитрат алюминия, карбамид и продукты его
гидролиза. Содержание алюминия в растворе контролировалось
комплексонометрическим методом [108], точность метода –0,1г/л, оказалась
достаточной для анализа растворов исследуемых концентраций. Контролировалось
также общее содержание аммиака по принятому в промышленности методу отгонки
[109] с точностью до 0,001г/л;
4) газы и конденсат, образующиеся на стадии прокалки продуктов осаждения,
состав которых определялся стандартными химическими методами.
Для проведения исследований кинетики процессов осаждения использовались
экспериментальные установки собственного изготовления, позволяющие проследить
процесс образования гидроксида алюминия путем своевременного отбора проб и
последующего их химического анализа.
2.3 Исследование кинетики осаждения гидроксида алюминия из нитратного раствора
карбамидом
Исследования кинетики осаждения гидроксида алюминия из раствора нитрата
алюминия карбамидом проводились на установке, изображенной на рисунке 2.1.
Рис.2.1 Экспериментальная установка
1-реакционная колба; 2- масляная баня; 3-резиновая пробка; 4- термопара; 5-
брызгоуловитель; 6-холодильник; 7- сборник конденсата; 8- потенциометр КСП-4;
9-ЛАТР; 10- пробоотбоник
Установка состоит из реакционной колбы 1, масляной бани 2, резиновой пробки 3 с
отверстиями, в которые вставлены: термопара 4, пробоотборник 10 и
брызгоуловитель 5, соединенный с холодильником 6 и сборником конденсата 7. При
проведении опытов использовали алюминий азотнокислый с примесями натрия не
большее 0,02% масс. и карбамид марки А по ГОСТ 2081-75. Осаждение проводили из
раствора азотнокислого алюминия с исходной концентрацией 450 г/л.
Установка работала так: гранулированный карбамид растворяли в растворе нитрата
алюминия, помещали в колбу 1, закрывали пробкой 3, потом переносили колбу в
масляную баню 2. Температура раствора регистрировалась потенциометром КСП-4 8.
Конденсат охлаждался в холодильнике 6 и поступал в сборник конденсата 7. Каждые
полчаса отбирались пробы раствора и конденсата, в которых определяли содержимое
Al3+ и NH4NO3, а также измерялся рН раствора.
Суммарная реакция осаждения гидроксида алюминия из данной реакционной смеси
выглядит так:
2Al(NO3)3+3CO(NH2)2+9H2O = 2Al(OH)3+6NH4NO3+3CO2 (2.2)
Анализ раствора проводили с
- Київ+380960830922