ГЛАВА 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОВАРНОГО РЫНКА ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ 1.1. Получение и свойства гидроксида алюминия Гидроксид алюминия - неорганическое вещество, щелочь алюминия. Встречается в природе, входит в состав алюмосодержащих руд. Обладает пассивными химическими свойствами и не реагирует практически ни с одним другим элементом или соединением. В зависимости от морфологии физической структуры выделяют пять модификаций гидроксида алюминия: диаспор, бемит, гиббсит, байерит, нордстрандит - и одна модификация оксида алюминия - корунд. Гидроксид алюминия является промежуточным продуктом, который вырабатывается на глиноземных комбинатах в процессе получения глинозема. В настоящее время основным способом получения глинозема является щелочной метод Байера, основанный на выщелачивании, цель которого растворить содержащийся в боксите оксид алюминия, избежав перевода в раствор остальных составляющих руды. Таблица 1.1 Физические свойства гидроксидов и оксидов алюминия. | Название минерала | Плотность -5 (d), г/см | Твердость по шкале Мооса | Кристаллическая система | Элементарная ячейка | | Гиббсит | 2,42 | 2,5-3,5 | Моноклинная | 6 Al(OH)3 | | Байерит | 2,487-2,529 | 2,5 | Моноклинная | 4Al(OH)3 | | Бемит | 3,010-3,060 | 3,5-4,0 | Ромбическая | 4AlО(OH) | | Диаспор | 3,300-3,500 | 6,5-7,0 | Ромбическая | 4AlО(OH) | | Y-AI2O3 | 3,500-3,770 | - | Кубическая | 7Al3+ + 32O2- | | Корунд | 3,950-4,020 | 9 | Тригональная | 2Al2O3 | Гидроксид алюминия - мелкокристаллический рыхлый порошок, белый или прозрачный, иногда с легким серым или розовым оттенком. Является инертным материалом. Не вступает в реакции с кислотами, щелочами, другими элементами, но может образовывать метаалюминаты в результате сплавления с твердыми щелочами или карбонатами. Производство гидроксида алюминия на территории России регламентирует ГОСТ 11841-76 «Реактивы. Алюминия гидроокись». Гидроокись алюминия должна быть изготовлена в соответствии с требованиями настоящего стандарта. По физико-химическим показателям гидроокись алюминия должна соответствовать нормам, указанным в таблице 1.2. Таблица 1.2. Требования к физико-химическим показателям гидроокиси алюминия | Наименование показателя | Норма | | | Чистый для анализа (ч.д.а.)
ОКП 26 1149 0012 03 | Чистый (ч.)
ОКП 26 1149 0011 04 | | 1. Массовая доля гидроокиси алюминия [Al(OH) ], %, не менее | 98 | 97,5 | | 2. Массовая доля сульфатов (SO ), %, не более | 0,005 | 0,050 | | 3. Массовая доля хлоридов (Cl), %, не более | 0,002 | 0,005 | | 4. Массовая доля железа (Fe), %, не более | 0,005 | 0,005 | | 5. Массовая доля кремнекислоты (SiO), %, не более | 0,05 | 0,25 | | 6. Массовая доля суммы калия, натрия, кальция и магния (K+Na+Ca+Mg), %, не более | 0,2 | 0,5 | | 7. Массовая доля свинца (Рb), %, не более | 0,002 | Не нормируется | Источник: ГОСТ 11841-76 Области применения гидроксида алюминия · В промышленности реактив используется для получения чистого алюминия и производных алюминия, например, оксида алюминия, сернокислого и фтористого алюминия. · Оксид алюминия, получаемый из гидроксида, применяется для получения искусственных рубинов для нужд лазерной техники, корундов - для сушки воздуха, очистки минеральных масел, для производства наждака. · В медицине используется как обволакивающее средство и антацид длительного действия для нормализации кислотно-щелочного баланса ЖКТ человека, для лечения язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, гастро-эзофагеального рефлюкса и некоторых других заболеваний. · В фармакологии входит в состав вакцин для усиления иммунной реакции организма на воздействие введенной инфекции. · В водоочистке - как адсорбент, помогающий удалять из воды различные загрязнения. Гидроксид активно вступает в реакции с веществами, которые нужно удалить, образуя нерастворимые соединения. · В химпроме используется как экологичный антипирен для полимеров, силиконов, каучуков, лакокрасочных материалов — чтобы ухудшить их горючесть, способность к возгоранию, подавить выделение дыма и токсичных газов. 1.2. Специальные марки гидроксида алюминия Термин «Специальные марки» является устоявшимся среди игроков отрасли. Он противопоставляется так называемому «природному» гидроксиду алюминия (гиббситу), который является промежуточным продуктом глиноземных производств. Обращаем внимание, что это рыночная терминология, которая имеет лишь опосредованное отношение к физическому составу продукта. «Специальными марками» называют продукт, получаемый в результате физической, химической или термической модификации гиббсита. Для анализа рынка целесообразно выделить следующие группы «специальных марок» гидроксида алюминия: - Молотый высокодисперсионный;
- Осажденный/Переосажденный;
- Термоативированный.
- Золь-гель технология
Измельчение гиббсита никак не меняет морфологию продукта. На выходе получается тот же гиббсит, но с более тонкими и равномерными зернами. А вот другие обозначенные сегменты подразумевают модификацию гиббсита до бемитной (AlOOH), псевдобемитной (Al2O3·1,5H2O) и байеритной (Al(OH)3) структуры. Молотый высокодисперсионный гидроксид алюминия Самый простой способ модификации. Размер фракций гидроксида алюминия, получаемого на глиноземных комбинатах, находится в пределах 10-200 мкм. Наиболее часто встречающийся размер – фракции 50 мкм. Плюс к этому, получаемые кристаллы имеют различную неправильную форму и острые края. Эта проблема особенно проявляется при использовании гидроксида алюминия в качестве антипирена в полимерных покрытиях. Как ответ на эту проблему появились производства, которые занимаются дополнительным измельчением приобретаемого на глиноземных комбинатах гиббсита на шаровых мельницах. В результате получается продукт с тем же строением гиббситовой группы, с тем же химическим составом, но более тонкоизмельченный и более однородный по размерам кристаллов. Осажденный/Переосажденный гидроксид алюминия Путем осаждения из алюминийсодержащих растворов получают преимущественно гидроксиды алюминия псевдобемитного типа, гораздо реже – байеритного. Известно несколько вариантов технологии «осаждения». 1) Кислотный – осаждение ведется из кислых растворов солей алюминия (сульфата, нитрата, хлорида) растворами оснований (аммиака, карбоната аммония); 2) Щелочной (алюминатный) – осаждение ведется из щелочных растворов (алюминатов) кислотами (серной, азотной, соляной) или кислыми растворами солей Осаждение гидроксида алюминия при низких температурах и pH>10 способствует образованию байеритного ГА, а при pH=7-9 и повышенной температуре – псевдобемитного. Скорость кристаллизации псевдобемита определяется в большей степени температурой осаждения, а байерита – pH. Осадок гидроксида алюминия отфильтровывают, промывают на фильтр-прессе, формуют в гранулы, которые далее сушат, прокаливают при 670-820 К и получают η- или γ-Al2O3. Условия осаждения – температура, pH, время и температура последующего старения осадка – оказывают прямое влияние на свойства получаемого гидроксида алюминия: 19 фазовый состав, пористую структуру, дисперсность, компоновку первичных частиц во вторичные агрегаты и т.д. К существенным недостаткам метода осаждения можно отнести большой расход реактивов и значительное количество химически загрязненных стоков. Термин «осажденный» относится к получению гидроксида алюминия непосредственно в цепочке получения глинозема из бокситной руды на глиноземных производствах. «Переосажденным» называется гидроксид алюминия, получаемый уже из готового сухого гиббсита. Ключевые потребительские преимущества: - Более узкий химический состав.
- Более высокая дисперсность
- Более однородная размерность
Технология, основанная на термической обработке гидраргиллита, которая позволяет значительно повысить химическую активность исходного материала. Термическая активация гидраргиллита заключается в быстром разогреве за 0,1 – 10 с (преимущественно 1-3 с) частиц твердой фазы до температуры активации при их контакте с газообразным теплоносителем или поверхностью нагрева, в том числе кипящим слоем, и последующем охлаждении («закалке»). Получаемый в рамках предложенного метода продукт получил название “флаш-продукт”. В последующем этот метод стал использоваться в СССР. Впервые он был разработан в начале 1970-х годов в Институте катализа СО АН (Новосибирск). Такая обработка позволяет значительно повысить способность к растворимости (химическая активность) исходного материала. В результате термической активации получается продукт псевдобемитной структуты, пригодный для дальнейшей обработки в гидроксиды алюминия, из которых, в свою очередь, можно синтезировать алюмооксидные сорбенты, носители и катализаторы. В настоящее время данная технология нашла очень широкое распространение в отечественной катализаторной отрасли. Установки химической термоактивации гидроксида алюминия имеются на многих катализаторных заводах. Также есть предприятия, которые предлагают такой продукт и на товарном рынке. Ключевым потребительским свойством активированного гидроксида алюминия является высокая пористость структуры зерна и, как следствие, высокая удельная площадь поглощения влаги. Поэтому, данный продукт широко применяется в различных фильтрах, системах осушки воздуха, в качестве носителя катализаторов. Гидролиз алкоголятов алюминия Технология, основанная на гидролизе алкоголятов алюминия, позволяет синтезировать сверхчистый гидроксид алюминия бемитной и байеритной структуры. (Золь-гель метод). Наиболее проработанной является технология компании Sasol. Процесс компании Sasol включает в себя стадию растворения алюминия в спирте с получением алкоксида алюминия, стадию гидролиза и отделения образовавшегося порошка бемита. Бемиты, полученные по золь-гель технологии, находят широкое применение в качестве связующих в производстве катализаторов и сорбентов в США и в европейских странах. К существенному недостатку метода можно отнести высокую себестоимость получаемых гидроксидов алюминия бемитной структуры и образование значительного объема сточных вод. На товарный рынок такой продукт поставляется как в сухом виде, так и в виде геля. На российском рынке гель компании Sasol нашел применение, как в создании фильтров для осушки воздуха, так и в производстве катализаторов.
|
