Proceso para la preparación de alcoholatos de aluminio de alta pureza.
SUSTANCIA: El proceso implica el pretratamiento de los compactos de aluminio seguido de su disolución en alcoholes inferiores y la purificación de los alcoholatos de aluminio resultantes. El pretratamiento es mediante tratamiento térmico hasta que se formen emisiones estables en la matriz metálica, que son incoherentes con la solución sólida primaria.
La invención se refiere a la preparación de compuestos de organoaluminio y al desarrollo de un proceso para la preparación de alcóxidos de aluminio altamente puros, que están particularmente extendidos como precursores en la síntesis de cerámicas funcionales.
Proceso para la preparación de un alcoholato de aluminio de alta pureza establecido en el artículo: Tecnología de alto ALCOHOLATO para la producción de nanopolvos y películas delgadas. Greenberg, EE, SV Ivanov, Black NG y Physical Mesomechanics. 7. Edición especial Parte 2, 2004, 69-72. El proceso consiste en la recuperación del alcoholato de aluminio y su purificación por destilación al vacío y rectificación.
El método se implementa en una serie de acciones, a saber:
- Disolución del compacto de aluminio en alcohol isopropílico;
- Purificación por destilación al vacío de isopropilato de aluminio bajo presión (0,1 a 3) mm Hg. y temperatura (132-136) ° C;
- Rectificación de isopropilato de aluminio de la misma forma.
El contenido de impurezas en el producto final no es mayor que 10 ppm (0,001% de la masa).
Las desventajas de este método son:
- Formación en la superficie del compacto de aluminio, cuando se disuelve, punto de celosía espacial densa que alivia los compuestos intermetálicos insolubles de silicio y silicio elemental, evitando el proceso de posterior disolución del aluminio, lo que conduce a una reducción en la velocidad de disolución, y por tanto en el rendimiento. el proceso en el producto final - isopropilato de aluminio;
- La contaminación del silicio producto final, ya que surge de la disolución del alcóxido de silicio en el contexto de la destilación al vacío, es un compuesto estable con un pequeño factor de separación en el sistema "líquido - vapor" de soluciones binarias comunes. Además, en el proceso de disolución de alcohol de aluminio, el silicio elemental golpea el isopropilato de aluminio en forma de un aerosol fino, que prácticamente no se elimina mediante destilación al vacío y rectificación.
Proceso para la producción de un alcoholato de aluminio de alta pureza (Patente RF 2278850, SS 31/32, Publ. 27.06.2006) El proceso se lleva a cabo eliminando los alcóxidos de aluminio a través de la columna a una determinada temperatura durante varias horas, los extruidos rellenos γ - Al2O3 con un volumen de poros de 0,4 a 0,8 cm3 / G. Los extruidos γ - Al2O3 obtienen una vista previa de la hidrólisis de alcóxidos de aluminio, obtenidos moldeando hidróxido de aluminio en extruidos con un diámetro de 1.6 a 3 mm y una longitud (3-4) mm con posterior calcinación a una temperatura (400-500) ° C . Los extruidos de γ-Al2O3 tienen una buena capacidad de adsorción, lo que permite capturar parcialmente el silicio en aerosol presente en los alcoholatos de aluminio purificados que han sido previamente sometidos a destilación u otra purificación con el fin de lograr un grado de pureza tecnológicamente aceptable. Este proceso le permite crear una tecnología para la purificación de alcóxidos de aluminio con una longitud de cadena de hidrocarburos de C3 a p6 y, además, impurezas desde el elemento específico al individual hasta un valor medio (10-3-10-4)% en peso. (10 ppm - 1 ppm).
Las desventajas de este método son:
- mala calidad del isopropilato de aluminio, ya que compuestos como el silicio en el producto purificado son sólo de 40 a 80 ppm debido a la buena solubilidad de los alcóxidos de silicio en los alcóxidos de aluminio;
- Complicación del proceso de flejado de hardware al tiempo que se alarga el ciclo tecnológico de la producción de isopropilato de aluminio purificado.
Proceso para la producción de isopropilato de aluminio de alta pureza, como se describe en el artículo: "Un método novedoso para eliminar trazas de impurezas de silicio del triisopropóxido de aluminio" Mingyan Wang, Gulling Ning, Jie Liu, Yuan Lin, Liu Yuguo // La Fundación Nacional de Ciencias Naturales, No. 20376009. El método consiste en la adición de lantánido al 1% de la masa, basado en el aluminio contenido en isopropilato de aluminio, seguido de ebullición a una temperatura (80 a 90) ° C durante (7-8) horas.
El procedimiento es el siguiente: en alcohol isopropílico anhidro, se disuelve aluminio metálico, luego la reacción se lleva a cabo en alcohol isopropílico hirviendo a presión atmosférica. Convierte el isopropilato de aluminio con impurezas de compuestos orgánicos de silicio (como autores del artículo). En el proceso de disolución de aluminio se agrega a un metal lantánido ~ 1% de la masa. en comparación con el aluminio. Después de la adición de los compuestos de silicio orgánico de lantánido-metal-lantánido, nuevos compuestos de silicio con un alto punto de ebullición. Mientras que el aluminio isopropilato sintetizado se destila al vacío, los compuestos de lantánido de silicio permanecen en el residuo de destilación. Después de la destilación, la cantidad de impurezas en silicio en el isopropilato de aluminio fue 2,6 ppm (0,00026% en peso).
Las desventajas de este método son:
- Aumento del tiempo que tarda el proceso de síntesis de isopropóxido de aluminio debido a la ebullición requerida de isopropóxido de aluminio durante 8 horas con el lantánido, con un impacto significativo en el rendimiento del proceso;
La complejidad del proceso, ya que es necesario rastrear claramente la concentración de lantánido agregado al isopropil aluminio. Si el número de lantánidos es insuficiente, el silicio orgánico no coordinado no se puede eliminar del isopropilato de aluminio. Por otro lado, si cantidades excesivas de lantánido castorena pueden formar un complejo inestable con el lantánido, que se descompone en isopropilato de aluminio mediante destilación al vacío.
Como prototipo, se publicó el proceso descrito en la Federación de Rusia Nº 2395514, SS 31 / 32 27.07.2010 para la producción de alcóxido de aluminio de alta pureza. El método consiste en la interacción del alcohol alifático con 2 con átomos de carbono 4, alúmina activada, cuya pureza no es inferior al 99,97%, con la posterior purificación del producto resultante. El proceso es el siguiente: carga disuelta en un reactor tubular, el exceso de aluminio activado con estaño en presencia de haluros de amonio. El alcohol se dosifica en la parte superior del reactor mientras que la parte inferior del reactor se calienta a una temperatura igual al punto de fusión del alcoholato de aluminio. El alcóxido resultante limpia la destilación al vacío simple. La tecnología inventiva permite la síntesis del producto continuamente con la entrega automática de alúmina activada en el reactor como salida, y se elimina la necesidad en esta fase, como la eliminación del exceso de alcohol en la asignación del producto objetivo. Los alcóxidos de aluminio obtenidos por el método propuesto de acuerdo con el análisis de emisión atómica, en donde el contenido total de impurezas no es mayor que 1-10-3% en peso. (10 ppm). La producción de alcoholato de aluminio en relación con la composición de alcohol contiene 90%.
Las desventajas del prototipo son:
- Complejidad de la tecnología debido a la introducción de un activador adicional (estaño) y una variación de la tecnología clásica de síntesis;
- el contenido de impurezas en el producto final es de 10 ppm (10-3% en masa), no es suficiente para producir cerámicas ópticamente transparentes a partir de la pureza de este producto;
- el precio del producto debido al tiempo adicional y los costos de energía.
El objetivo de la invención es aumentar la pureza de Aluminiumalkoholat mientras se simplifica la tecnología.
El uso de la presente invención da como resultado el siguiente resultado técnico:
el contenido de silicio en el producto final no excede 0,01 ppm (10-6mass%);
- Incremento de la productividad del proceso al acelerar el proceso de disolución del aluminio compacto.
Con el fin de resolver el problema anterior y obtener un efecto técnico en el método de producción de alcóxidos de aluminio de alta pureza que implican el pretratamiento de los compactos de aluminio y su posterior disolución en alcoholes inferiores y la purificación de los alcoholatos de aluminio resultantes, el pretratamiento de los compactos de aluminio se realiza de acuerdo con la invención. El tratamiento térmico se realizó antes de la formación de las fases estables que contienen metal de matriz, de antemano con su solución sólida primaria.
También es posible:
- componentes compactos de aluminio tratados térmicamente de la serie Al - Mg - Si, que se realizan a una temperatura (130-180) ° C durante (10-30) horas;
- dispositivo de limpieza por destilación;
en particular la purificación de isopropilato de aluminio bajo presión (0,1 a 3) mm Hg. y temperatura (132-136) ° C.
La disolución de aluminio en alcoholes proporciona un alcoholato de aluminio y ALCOHOLATOS de impurezas en un aluminio compacto y la formación de impurezas de aerosol insolubles como el silicio. La formación en la superficie del compacto de aluminio, cuando se disuelve, el punto de celosía espacial denso de la descarga de silicio elemental insoluble evita una mayor disolución del aluminio, lo que conduce a una disminución en la velocidad de disolución y, por lo tanto, a una disminución en el rendimiento del proceso en el producto final - isopropilato de aluminio . La base física del efecto: dificultad que surge de la difusión de vapores de alcohol a través de una red densa y coherente de un punto de matriz metálica de la descarga de compuestos intermetálicos insolubles de silicio y silicio elemental a la superficie del metal disuelto (Artículo: Tecnología ALKOHOLATO de alta pureza para la producción de Nanopolvos y capas delgadas. Greenberg, EE, SV Ivanov, Black NG y Physical Mesomechanics. 7. Edición especial. Parte 2 (204) 69-72). La posterior purificación del alcoholato de aluminio mediante destilación al vacío reduce la cantidad de impurezas, pero el contenido de silicio permanece alto y supera (5-10) ppm o (5-10-4-10-3)% en peso.
Introducción al método de la invención, un aluminio compacto compacto de metal para tratamiento térmico especial (antes de su disolución en alcoholes), centrado en el entrenamiento en las fases estables de descarga de matriz de metal, incoherente con su solución sólida primaria, proporciona una serie de efectos técnicos. A saber, la coagulación, por ejemplo, magnesio y silicio, y las impurezas de hierro en los gránulos de aluminio, cualquier fuente de pureza, en grandes aglomerados con una sola mano. Por otro lado, en el proceso de disolución de metales en alcohol, la formación de tales coagulantes reduce drásticamente la densidad del punto reticular (incrementado en el proceso de manipulación especial de aluminio compactado). Las fases prácticamente insolubles son compuestos intermetálicos de silicio, silicio elemental y otras impurezas metálicas ( por ejemplo, Mg2Al3, Mg2Si, Si), Fe3SiAl12Fe2Si2Al9), que se depositan en el sedimento del suelo en el campo gravitacional de la Tierra en forma de inclusiones intermetálicas insolubles y no ralentizan el proceso de disolución de aluminio. mientras que el contenido de impurezas de silicio se reduce a un nivel de no más de 0.1 ppm (10-5% en peso).
Después de la destilación al vacío, que se lleva a cabo, por ejemplo, mediante el método del alcoholato de aluminio descrito anteriormente, se obtiene una mayor pureza del silicio debido a que la concentración inicial de silicio elemental y sus compuestos en el material de partida se ha reducido considerablemente. El contenido de silicio en el producto final después de la destilación al vacío no excede 0,01 ppm (10-6% en peso).
Por lo tanto, mantener un tratamiento térmico especial del aluminio compacto antes de su disolución en alcohol ofrece la purificación del alcoholato de aluminio de silicio en el proceso de su síntesis, lo que finalmente da un efecto técnico tan severo como aumentar la relación de separación del silicio al nivel de su contenido de no más. como 0,01 ppm (10-6% en peso) en el proceso de su posterior purificación de acuerdo con un método conocido.
La implementación del proceso para purificar alcoholato de aluminio se ilustra en el siguiente ejemplo.
Ejemplo 1.
Tome un CD de metal con aluminio de grado técnico marca AMg6. Su composición química: silicio, hasta 0,5%, magnesio o 5,8%, aluminio 93,68%. Cárguelo durante 15 horas en un horno de mufla a una temperatura de 150 ° C. Trituración mecánica del CD a un tamaño de partícula (10-20) mm, que luego se resuelve mediante una tecnología especial en cada alcohol de topilova.
Después del tratamiento térmico del compacto de aluminio, silicio y magnesio y las impurezas asociadas del hierro, no hay coherencia con los coagulantes metálicos de la matriz que son locales (luz brillante sobre un fondo oscuro) como se muestra en la Fig. 1 (Mg2Al3, Mg2Si , Si, Fe3SiAl12Fe2Si2Si2Al9). Bajo la influencia del alcohol en los coagulantes de aluminio compactos procesados, los coagulantes son prácticamente insolubles y se depositan en las bandejas, que posteriormente se eliminan del sistema. El contenido de silicio en el alcoholato de aluminio resultante no excede 0,1 ppm (0,00001% en peso). Después de la destilación al vacío según los párrafos 3 y 4 de la invención, el contenido de impurezas del silicio es inferior a 0,01 ppm (0,000001% en peso), por lo que la velocidad de disolución del aluminio en alcohol aumenta no menos de 2,5 veces.
Las figuras 1 y 2 muestran la microestructura y el espectro de los coagulantes seleccionados al azar de la marca compacta de aluminio AMg6 después del tratamiento térmico según el párrafo 2 de las reivindicaciones.
La implementación de la presente invención reduce el costo de obtener alcoholato a partir de aluminio de alta pureza debido al aumento de la productividad en la disolución de aluminio compacto; mientras que la posibilidad de aumentar el contenido de silicio a no más de 10-6% m de una manera conocida es isopropilato de aluminio purificado.
1. Proceso para la preparación de alcóxidos de aluminio de alta pureza, que consiste en el pretratamiento de los compactos de aluminio y su posterior disolución en alcoholes inferiores y la purificación de los alcóxidos de aluminio resultantes, en el que el pretratamiento de los compactos de aluminio se lleva a cabo mediante tratamiento térmico antes de la formación de las fases estables de la matriz que donan metales que tienen su sólido primario Solución incoherente.
2. 5. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el tratamiento térmico del aluminio de la serie compacta Al-Mg-Si se lleva a cabo a una temperatura (130-180) ° C durante (10-30) horas.
3. 5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la purificación se lleva a cabo mediante un proceso de destilación.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque la limpieza a presión (0,1 a 3) mm Hg. y se realiza una temperatura (132-136) ° C.
Traducción de la patente rusa por el Instituto de Tierras Raras y Metales. Nos disculpamos por el idioma alemán utilizado en este artículo, en última instancia, se trata del contenido.
