Procédé de préparation d'alcoolates d'aluminium de haute pureté
SUBSTANCE: Le procédé comprend le prétraitement des comprimés d’aluminium suivi de leur dissolution dans les alcools inférieurs et la purification des alcoolates d’aluminium résultants. Le prétraitement est effectué par traitement thermique jusqu'à la formation d'émissions stables dans la matrice métallique incohérentes à la solution solide primaire.
L'invention concerne la préparation de composés organoaluminium et le développement d'un procédé de préparation d'alcoxydes d'aluminium de haute pureté, particulièrement répandus comme précurseurs dans la synthèse de céramiques fonctionnelles.
Procédé de préparation d'un alcoolate d'aluminium de haute pureté indiqué dans l'article: technologie à haute teneur en alcool pour la production de nanopoudres et de films minces. Greenberg, EE, SV Ivanov, Black NG et physique mésomécanique. 7. Édition spéciale. Partie 2, 2004, 69-72. Le procédé consiste à récupérer l’alcoolate d’aluminium et à le purifier par distillation sous vide et rectification.
La méthode est mise en œuvre dans un certain nombre d'actions, à savoir:
- Dissolution du compact d'aluminium dans l'alcool isopropylique;
- Purification par distillation sous vide de l'isopropylate d'aluminium sous pression (0,1 à 3) mm Hg.St. et température (132-136) ° C;
- Rectification de l'isopropylate d'aluminium de la même manière.
La teneur en impuretés dans le produit final ne dépasse pas 10 ppm (% 0,001 de la masse).
Les inconvénients de cette méthode sont les suivants:
- Formation à la surface du compact d'aluminium, lorsqu'il est dissous, point de réseau spatial dense soulageant les composés intermétalliques insolubles du silicium et du silicium élémentaire, empêchant le processus de dissolution supplémentaire de l'aluminium, ce qui entraîne une réduction de la vitesse de dissolution, et donc des performances le processus dans le produit final - isopropylate d'aluminium;
- La contamination du silicium produit final, telle qu'elle résulte de la dissolution de l'alcoolate de silicium dans le cadre de la distillation sous vide, est un composé stable à faible facteur de séparation dans le système "liquide-vapeur" des solutions binaires courantes. De plus, dans le processus de dissolution de l'aluminium-alcool, le silicium élémentaire frappe l'aluminium isopropylate sous la forme d'un aérosol fin, qui n'est pratiquement pas éliminé par distillation sous vide et rectification.
Procédé de production d'un alcoolate d'aluminium de haute pureté (Brevet RF 2278850, SS 31/32, Publ. 27.06.2006/2/3). Le procédé est réalisé en éliminant les alcoxydes d'aluminium à travers la colonne à une certaine température pendant plusieurs heures, des extrudats chargés γ - Al0,4O0,8 avec un volume poreux de 3 à 2 cm3 / G. Les extrudats γ - Al1.6O3 donnent un aperçu de l'hydrolyse des alcoxydes d'aluminium, obtenus par mise en forme d'hydroxyde d'aluminium dans des extrudats d'un diamètre de 3 à 4 mm et d'une longueur (400-500) mm avec calcination ultérieure à une température (2-3) ° C . Les extrudats γ-Al3O6 ont une bonne capacité d'adsorption, ce qui permet de capter partiellement le silicium aérosol présent dans les alcoolates d'aluminium purifiés préalablement soumis à une distillation ou à une autre purification afin d'atteindre un degré de pureté technologiquement acceptable. Ce procédé vous permet de créer une technologie de purification des alcoxydes d'aluminium avec une longueur de chaîne hydrocarbonée de C10 à p3 et, de plus, des impuretés du spécifique à l'élément individuel à une valeur moyenne (10-4-10-1)% en poids. (XNUMX ppm - XNUMX ppm).
Les inconvénients de cette méthode sont les suivants:
- mauvaise qualité de l'isopropylate d'aluminium, car les composés tels que le silicium dans le produit purifié ne sont que de 40 à 80 ppm en raison de la bonne solubilité des alcoolates de silicium dans les alcoolates d'aluminium;
- Complication du processus de cerclage matériel tout en allongeant le cycle technologique de production d'isopropylate d'aluminium purifié.
Procédé de production d 'isopropylate d' aluminium de haute pureté, comme décrit dans l 'article: "Une nouvelle méthode pour éliminer les traces d' impuretés silicium du tri - isopropoxyde d 'aluminium" Mingyan Wang, Gulling Ning, Jie Liu, Yuan Lin, Liu Yuguo // The National Natural Science Foundation, Non. 20376009. Le procédé consiste en l'addition de lanthanide 1% de la masse, par rapport à l'aluminium contenu dans l'isopropylate d'aluminium, suivi d'une ébullition à une température (80 à 90) ° C pendant (7-8) heures.
La procédure est la suivante: Dans l’alcool isopropylique anhydre, de l’aluminium métallique est dissous, puis la réaction est effectuée dans de l’alcool isopropylique bouillant à la pression atmosphérique. Il transforme l'isopropylate-aluminium en impuretés composées de composés organiques du silicium (en tant qu'auteurs de l'article). Dans le processus de dissolution de l'aluminium est ajouté à un métal lanthanide ~ 1% de la masse. par rapport à l'aluminium. Après addition des composés de silicium organiques lanthanides-lanthanides métalliques appariés, nouveaux composés de silicium à point d'ébullition élevé. Alors que l'isopropylate-aluminium synthétisé est distillé sous vide, les composés de silicium-lanthanide restent dans le résidu de distillation. Après distillation, la quantité d'impuretés dans le silicium dans l'isopropylate d'aluminium était de 2,6 ppm (0,00026% en poids).
Les inconvénients de cette méthode sont les suivants:
- Augmentation de la durée du processus de synthèse de l'isopropylate d'aluminium en raison de l'ébullition requise de 8 heures de l'isopropylate d'aluminium avec le lanthanide, avec un impact significatif sur les performances du procédé;
La complexité du processus, car il est nécessaire de suivre clairement la concentration de lanthanide ajouté à l'isopropyl aluminium. Si le nombre de lanthanides est insuffisant, le silicium organique non coordonné ne peut pas être éliminé de l'isopropylate d'aluminium. D'autre part, si des quantités excessives de lanthanide, le castorena peut former un complexe instable avec le lanthanide, qui est décomposé en isopropylate d'aluminium par distillation sous vide.
Le processus décrit dans la Fédération de Russie n ° 2395514, SS 31 / 32 27.07.2010 pour la production d’alcoolate d’aluminium de haute pureté a été publié. La méthode consiste en une interaction de l'alcool aliphatique avec 2 en atomes de carbone 4, alumine activée, dont la pureté n'est pas inférieure à 99,97%, avec purification ultérieure du produit obtenu. Le procédé est le suivant: charge dissoute dans un réacteur tubulaire, excès d’aluminium activé à l’étain en présence d’halogénures d’ammonium. L'alcool est dosé au sommet du réacteur tandis que le bas du réacteur est chauffé à une température égale au point de fusion de l'alcoolate d'aluminium. L'alcoolate résultant nettoie la distillation sous vide simple. La technologie de l'invention permet la synthèse du produit en continu avec la livraison automatique d'alumine activée dans le réacteur en sortie, et élimine la nécessité dans cette phase, telle que l'élimination de l'excès d'alcool dans l'attribution du produit cible. Alcoxydes d’aluminium obtenus par le procédé proposé selon l’analyse d’émission atomique, dans lesquels la teneur totale en impuretés n’est pas supérieure à 1-10-3% en poids. (10 ppm). La production d'alcoolate d'aluminium par rapport à la composition d'alcool contient 90%.
Les inconvénients du prototype sont:
- Complexité de la technologie due à l'introduction d'un activateur supplémentaire (étain) et une variation de la technologie classique de synthèse;
- la teneur en impuretés dans le produit final est de 10 ppm (10-3% en masse), il ne suffit pas de produire des céramiques optiquement transparentes à partir de cette pureté du produit;
- le prix du produit en raison du temps supplémentaire et des coûts énergétiques.
L’objectif de l’invention est d’augmenter la pureté d’Aluminiumalkoholat tout en simplifiant la technologie.
L'utilisation de la présente invention conduit au résultat technique suivant:
la teneur en silicium dans le produit final ne dépasse pas 0,01 ppm (10-6mass%);
- Augmentation de la productivité du procédé en accélérant le processus de dissolution de l'aluminium compact.
Afin de résoudre le problème ci-dessus et d'obtenir un effet technique dans le procédé de production d'alcoxydes d'aluminium de haute pureté comportant un prétraitement des comprimés d'aluminium et leur dissolution subséquente dans des alcools inférieurs et la purification des alcoolates d'aluminium résultants, un prétraitement des comprimés d'aluminium est effectué conformément à l'invention. Traitement thermique effectué avant la formation des phases stables contenant la matrice métallique, préalablement avec leur solution solide primaire.
C'est aussi possible:
- les composants compacts en aluminium traités thermiquement de la série Al - Mg - Si, qui sont réalisés à une température (130-180) ° C pendant (10-30) heures;
- dispositif de nettoyage par distillation;
en particulier la purification de l'isopropylate d'aluminium sous pression (0,1 à 3) mm Hg.St. et température (132-136) ° C
La dissolution de l'aluminium dans les alcools fournit un alcoolate d'aluminium et des ALCOOLATES d'impuretés dans un aluminium compact et la formation d'impuretés insolubles en aérosol comme le silicium. La formation à la surface du compact d'aluminium lorsqu'il est dissous au point de réseau spatial dense de la décharge de silicium élémentaire insoluble empêche la dissolution supplémentaire de l'aluminium, ce qui entraîne une diminution de la vitesse de dissolution, et donc une diminution des performances du processus dans le produit final - l'isopropylate d'aluminium . La base physique de l'effet - difficulté résultant de la diffusion des vapeurs d'alcool à travers un réseau dense cohérent d'une matrice métallique au point de décharge de composés intermétalliques insolubles de silicium et de silicium élémentaire à la surface du métal dissous (Article: Technologie ALKOHOLATE haute pureté pour la production de Nanopoudres et couches minces. Greenberg, EE, SV Ivanov, Black NG et Physical Mesomechanics. 7. Édition spéciale. Partie 2 (204) 69-72). La purification ultérieure de l'alcoolate d'aluminium par distillation sous vide réduit la quantité d'impuretés, mais la teneur en silicium reste élevée et dépasse (5-10) ppm ou (5-10-4-10-3)% en poids.
Introduction au procédé de l’invention, un aluminium spécial traité par traitement thermique à base d’aluminium compact (avant sa dissolution dans des alcools), axé sur la formation aux phases stables de décharge du métal de la matrice, incohérent avec sa solution solide principale, produit de nombreux effets techniques. A savoir, la coagulation, par exemple, le magnésium et le silicium, et les impuretés de fer dans les pastilles d'aluminium, quelle que soit leur source de pureté, dans de gros agglomérés d'une seule main. D'autre part, lors du processus de dissolution des métaux dans l'alcool, la formation de tels coagulants réduit considérablement la densité du réseau (augmentation du traitement lors de la manipulation spéciale d'aluminium compacté). Les phases pratiquement insolubles sont des composés intermétalliques de silicium, de silicium élémentaire et d'autres impuretés métalliques ( par exemple, Mg2Al3, Mg2Si, Si), Fe3SiAl12Fe2Si2Al9), qui se déposent dans les sédiments de la Terre sous forme gravitationnelle tandis que la teneur en impuretés de silicium est réduite à un niveau ne dépassant pas 0.1 ppm (10-5% en poids).
Après la distillation sous vide, qui est effectuée par exemple selon le procédé de l'alcoolate d'aluminium décrit ci-dessus, il en résulte une pureté supérieure du silicium, car la concentration initiale en silicium élémentaire et ses composés dans le matériau de départ a été fortement réduite. La teneur en silicium du produit final après distillation sous vide ne dépasse pas 0,01 ppm (10-6% en poids).
Ainsi, le maintien d’un traitement thermique spécial de l’aluminium compact avant sa dissolution dans l’alcool offre la purification de l’alcoolate d’aluminium et du silicium en cours de synthèse, ce qui donne un effet technique aussi sévère que l’augmentation du taux d’écart du silicium jusqu’au niveau de son contenu. sous forme de 0,01 ppm (10-6% en poids) dans le processus de purification supplémentaire selon un procédé connu.
La mise en oeuvre du procédé de purification d'alcoolate d'aluminium est illustrée par l'exemple suivant.
Exemple 1.
Prenez un CD en métal avec la marque d’aluminium de qualité technique AMg6. Sa composition chimique: silicium, jusqu'à 0,5%, magnésium ou 5,8%, aluminium 93,68%. Charger pendant X heures dans un four à moufle à une température de 15 ° C. Concassage mécanique du CD en une taille de particule (150-10) mm, qui est ensuite résolu par une technologie spéciale dans chaque alcool de topilova.
Après traitement thermique du compact d'aluminium, de silicium et de magnésium et des impuretés associées au fer, il n'y a plus de cohérence avec les coagulants métalliques de la matrice qui sont locaux (lumière brillante sur un fond sombre), comme indiqué sur la figure 1 (Mg2Al3, Mg2Si , Si, Fe3SiAl12Fe2Si2Si2Al9). Sous l'influence de l'alcool sur les coagulants d'aluminium compacts traités, les coagulants sont pratiquement insolubles et se déposent dans les plateaux, qui sont ensuite retirés du système. La teneur en silicium de l'alcoolate d'aluminium obtenu ne dépasse pas 0,1 ppm (0,00001% en poids). Après la distillation sous vide selon les paragraphes 3 et 4 de l'invention, la teneur en impuretés en silicium est inférieure à 0,01 ppm (% 0,000001 en poids), de sorte que la vitesse de dissolution de l'aluminium dans l'alcool ne croît pas moins que les temps 2,5.
Les figures Fig. 1 et 2 montrent la microstructure et le spectre des coagulants choisis au hasard de la marque d'aluminium compacte AMg6 après le traitement thermique conformément au paragraphe 2 des revendications.
La mise en oeuvre de la présente invention réduit le coût d'obtention d'alcoolate à partir d'aluminium de haute pureté en raison de l'augmentation de la productivité lors de la dissolution de l'aluminium compact; tandis que la réalisation de la possibilité d'augmenter la teneur en silicium jusqu'à pas plus de 10-6% m d'une manière connue d'isopropylate d'aluminium purifié.
1. Procédé de préparation d'alcoxydes d'aluminium de haute pureté comprenant le prétraitement des comprimés d'aluminium et leur dissolution ultérieure dans des alcools inférieurs et la purification des alcoolates d'aluminium résultants, le prétraitement des comprimés d'aluminium étant effectué par traitement thermique avant la formation des phases stables de matriçage donnant du métal, ayant leur solide primaire Solution incohérente.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique de l'aluminium de la série compacte Al-Mg-Si est effectué à une température (130-180) ° C pendant (10-30) heures.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la purification est effectuée par un procédé de distillation.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le nettoyage à une pression (0,1 à 3) mm Hg.St. et une température (132-136) ° C est effectuée.
Traduction du brevet russe par l'Institut des terres rares et des métaux. Nous nous excusons pour la langue allemande utilisée dans cet article, en fin de compte, il s'agit du contenu.
