Способ получения гидроксида алюминия электролизом

Гидроксид алюминия: получение и свойства

Гидроксид алюминия

Способы получения

1. Гидроксид алюминия можно получить действием раствора аммиака на соли алюминия.

Например , хлорид алюминия реагирует с водным раствором аммиака с образованием гидроксида алюминия и хлорида аммония:

2. Пропусканием углекислого газа, сернистого газа или сероводорода через раствор тетрагидроксоалюмината натрия:

Чтобы понять, как протекает эта реакция, можно использовать несложный прием: мысленно разбить сложное вещество Na[Al(OH)₄] на составные части: NaOH и Al(OH)₃. Далее мы определяем, как реагирует углекислый газ с каждым из этих веществ, и записываем продукты их взаимодействия. Т.к. Al(OH)₃ не реагирует с СО₂, то мы записываем справа Al(OH)₃ без изменения.

3. Гидроксид алюминия можно получить действием недостатка щелочи на избыток соли алюминия.

Например , хлорид алюминия реагирует с недостатком гидроксида калия с образованием гидроксида алюминия и хлорида калия:

4. Также гидроксид алюминия образуется при взаимодействии растворимых солей алюминия с растворимыми карбонатами, сульфитами и сульфидами . Сульфиды, карбонаты и сульфиты алюминия необратимо гидролизуются в водном растворе.

Например: бромид алюминия реагирует с карбонатом натрия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия, выделяется углекислый газ и образуется бромид натрия:

Хлорид алюминия реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида алюминия, сероводорода и хлорида натрия:

Химические свойства

1. Гидроксид алюминия реагирует с растворимыми кислотами . При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов и типа соли.

Например , гидроксид алюминия взаимодействует с азотной кислотой с образованием нитрата алюминия:

2. Гидроксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами сильных кислот .

Например , гидроксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия:

3. Гидроксид алюминия взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—алюминаты, а в растворе – комплексные соли . При этом гидроксид алюминия проявляет кислотные свойства.

Например , гидроксид алюминия взаимодействует с гидроксидом калия в расплаве с образованием алюмината калия и воды:

Гидроксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината:

4. Г идроксид алюминия разлагается при нагревании :

Видеоопыт взаимодействия гидроксида алюминия с соляной кислотой и щелочами (амфотерные свойства гидроксида алюминия) можно посмотреть здесь.

Источник

электрохимический способ получения гидроксида алюминия

Изобретение относится к области получения гидроксида алюминия из металлического алюминия, который может быть использован в качестве модифицирующей добавки для полимерных материалов, для получения активного оксида алюминия, для изготовления особо прочных и огнеупорных керамических изделий, композиционных материалов и антипиренов. Электрохимический способ получения оксида алюминия включает анодное растворение металлического алюминия в хлоридсодержащем растворе электролита с последующей отмывкой и термообработкой. Анодное растворение ведут в коаксиальном электролизере при условии, что площадь анода на два и более порядка превышает площадь катода, с последующей выдержкой осадка в растворе электролита. Концентрация хлорида в растворе электролита составляет 0,05-0,8 моль/л, а анодная плотность тока 50-300 А/м 2 . Изобретение позволяет регулировать соотношение фаз бемита и байерита и получать наночастицы гидроксида алюминия с диапазоном размеров 10-200 нм. 1 ил., 2 табл.

Формула изобретения

Электрохимический способ получения гидроксида алюминия, включающий анодное растворение металлического алюминия в хлоридсодержащем растворе электролита с последующей отмывкой и сушкой осадка, отличающийся тем, что анодное растворение ведут в коаксиальном электролизере, в котором площадь анода превышает площадь катода не менее чем на два порядка, при концентрации хлорида в растворе электролита 0,05-0,8 моль/л, при анодной плотности тока 50-300 А/м 2 , с последующей выдержкой осадка в растворе электролита.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения гидроксидов алюминия из металлического алюминия, которые могут быть использованы в качестве модифицирующих добавок для полимерных материалов, для получения активного оксида алюминия, для изготовления особо прочных и огнеупорных керамических изделий, композиционных материалов и антипиренов.

Обширная область применения обусловлена уникальными свойствами кристаллических модификаций гидроксида алюминия в виде бемита и байерита, получаемых синтетическим путем.

Известен электрохимический способ получения гидроксида алюминия из металлического алюминия и устройство для его осуществления. Способ включает приготовление суспензии высокодисперсного порошкообразного алюминия в воде, создание в реакторе давления насыщенных водяных паров, распыление суспензии, вывод из реактора смеси паров воды и водорода, а также вывод гидроксида алюминия в приемное устройство, см. RU Патент № 2278077, MПK7 C01F 7/42, С01B 3/10, 2006 г.

Указанный способ получения гидроксида алюминия имеет ряд недостатков, препятствующих его широкому использованию в промышленном производстве:

— высокие энергетические затраты на приготовление суспензии, ее распыление, поддержание высокого давления и перемешивание;

Наиболее близким по технической сущности является электрохимический способ получения гидроксида алюминия, включающий анодное растворение металлического алюминия в растворе аммонийных солей, фильтрацию и сушку осадка, в котором в качестве аммонийных солей используют углекислый или уксуснокислый аммоний и анодное растворение ведут с введением соляной кислоты, см. SU Патент № 801469, МПК7 C01F 7/42, 2003 г.

По известному способу получают гидроксид алюминия бемитовой структуры, а не бифазную систему на основе бемита и байерита, что не позволяет получать высокодисперсные частицы и сужает область использования. К недостаткам способа также относятся использование аммонийной соли, приводящей к появлению паров аммиака в процессе электролиза, а также необходимость дополнительного введения соляной кислоты, имеющей второй класс опасности (вещества высокоопасные) и приводящей к химическому растворению алюминия, т.е. образованию нецелевого продукта (хлорида алюминия).

Задачей изобретения является создание электрохимического способа получения гидроксида алюминия с регулируемым соотношением фаз бемита и байерита и размером частиц не более 200 нм.

Техническая задача решается электрохимическим способом получения гидроксида алюминия, включающим анодное растворение металлического алюминия в хлоридсодержащем растворе электролита, с последующей отмывкой и термообработкой, в котором анодное растворение ведут в коаксиальном электролизере при условии превышения площади анода на два и более порядка площади катода, при концентрации хлорида в растворе электролита 0,05-0,8 моль/л и анодной плотности тока 50-300 А/м 2 , с последующей выдержкой осадка в растворе электролита.

Решение технической задачи позволяет регулировать соотношение фаз бемита и байерита и получать наноразмерные частицы гидроксида алюминия с диапазоном размеров 10-200 нм.

Электролизер для обработки водных растворов, используемый в заявляемом способе, содержит корпус с размещенными в нем коаксиально установленными цилиндрическими электродами, см. SU Авторское свидетельство № 1597344, МПК C02F 1/46, 1990.

Указанный бездиафрагменный электролизер использовался в прикладной электрохимии для обработки водных растворов в гальваническом производстве с целью получения растворов с повышенным содержанием ионов водорода и гидроксида.

Устройство содержит корпус 1 (камеру), крышку 2; анод, выполненный в форме цилиндра 3; катод, расположенный строго по центру камеры 4; входные клеммы электродов 5, см. фиг.1.

Далее изобретение иллюстрируют следующие примеры конкретного выполнения.

Электрохимический способ получения гидроксида алюминия осуществляют в коаксиальном электролизере с источником постоянного тока, вместимостью рабочей камеры 400 см 3 . Катод электролизера изготовлен из стали Х18Н10Т, а анод из алюминиевой фольги с содержанием элементного алюминия 99,5%. В рабочую камеру электролизера заливают 300 см 3 хлоридсодержащего раствора электролита с концентрацией хлорида натрия 0,05 моль/л и включают источник постоянного тока; анодная плотность тока составляет 167 А/м 2 . После анодного растворения металлического алюминия (время проведения электролиза 1,5 часа) осадок выдерживают в растворе электролита, а затем его отмывают и высушивают при температуре 403 К до постоянной массы. Данные по составу гидроксида алюминия приведены в таблице.

Общий выход продукта описанного процесса в пересчете на гидроксид алюминия составляет около 50 г/ч.

Пример 2-4 осуществляют при других режимных условиях аналогично примеру 1, см таблицу 1.

Результаты по примерам 1-4 приведены в таблице 2.

Классы МПК:	C01F7/42 получение оксида или гидроксида алюминия из металлического алюминия, например окислением C25B1/16 гидроксиды
Автор(ы):	Дресвянников Александр Федорович (RU) , Петрова Екатерина Владимировна (RU) , Цыганова Мария Алексеевна (RU)
Патентообладатель(и):	Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет» (RU)
Приоритеты:

Таблица 1
Режимные условия	Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4
Концентрация хлорида натрия в растворе электролита, моль/л,	0,05	0,5	0,2	0,8
Анодная плотность тока, А/м 2	167,0	83,3	53,3	300,0
Время выдержки в растворе электролита, час	42	46	51	53
Время проведения электролиза, час	1,5	1,5	1,2	1,5

Таблица 2
Показатели	Данные по составу оксида алюминия
Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4
Размеры частиц получаемого гидроксида алюминия	частицы размером 50 нм и агрегаты размером >150-200 нм
Соотношение фаз бемит/байерит до термообработки	4,92	0,45	0,72	6,20

Таким образом, управление параметрами электрохимического процесса дает возможность регулировать соотношение фаз бемита и байерита и получать наночастицы с диапазоном размеров 10-200 нм.

Источник

Алюминий

Алюминий является самым распространенным металлом в земной коре. Свойства алюминия позволяют активно применять в составе металлоконструкций: он легкий, мягкий, поддается штамповке, обладает высокой антикоррозийной устойчивостью.

Для алюминия характерна высокая химическая активность, отличается также высокой электро- и теплопроводностью.

Основное и возбужденное состояние

При переходе атома алюминия в возбужденное состояние 2 электрона s-подуровня распариваются, и один электрон переходит на p-подуровень.

Природные соединения

Получение

Алюминий получают путем электролиза расплава Al₂O₃ в криолите (Na₃[AlF₆]). Галлий, индий и таллий получают схожим образом — методом электролиза их оксидов и солей.

Химические свойства

При комнатной температуре реагирует с галогенами (кроме фтора) и кислородом, покрываясь при этом оксидной пленкой.

Al + Br₂ → AlBr₃ (бромид алюминия)

При нагревании алюминий вступает в реакции с фтором, серой, азотом и углеродом.

Al + F₂ → (t) AlF₃ (фторид алюминия)

Al + S → (t) Al₂S₃ (сульфид алюминия)

Al + N₂ → (t) AlN (нитрид алюминия)

Al + C → (t) Al₄C₃ (карбид алюминия)

Алюминий проявляет амфотерные свойства (греч. ἀμφότεροι — двойственный), вступает в реакции как с кислотами, так и с основаниями.

Al + NaOH + H₂O → Na[Al(OH)₄] + H₂↑ (тетрагидроксоалюминат натрия; поскольку алюминий дан в чистом виде — выделяется водород)

При прокаливании комплексные соли не образуются, так вода испаряется — вместо них образуются (в рамках ЕГЭ) средние соли — алюминаты (академически — сложные окиселы):

Реакция с водой

При комнатной температуре не идет из-за образования оксидной пленки — Al₂O₃ — на воздухе. Если разрушить оксидную пленку нагреванием раствора щелочи или амальгамированием (покрытием металла слоем ртути) — реакция идет.

Алюминотермия (лат. Aluminium + греч. therme — тепло) — способ получения металлов и неметаллов, заключающийся в восстановлении их оксидов алюминием. Температуры при этом процессе могут достигать 2400°C.

С помощью алюминотермии получают Fe, Cr, Mn, Ca, Ti, V, W.

Оксид алюминия

Оксид алюминия получают в ходе взаимодействия с кислородом — на воздухе алюминий покрывается оксидной пленкой. При нагревании гидроксид алюминия, как нерастворимое основание, легко разлагается на оксид и воду.

Проявляет амфотерные свойства: реагирует и с кислотами, и с основаниями.

Al₂O₃ + NaOH + H₂O → Na[Al(OH)₄] (тетрагидроксоалюминат натрия)

Гидроксид алюминия

Гидроксид алюминия получают в ходе реакций обмена между растворимыми солями алюминия и щелочами. В результате гидролиза солей алюминия часто выпадает белый осадок — гидроксид алюминия.

Проявляет амфотерные свойства. Реагирует и с кислотами, и с основаниями. Вследствие нерастворимости гидроксид алюминия не реагирует с солями.

Al(OH)₃ + LiOH → Li[Al(OH)₄] (при избытке щелочи будет верным написание — Li₃[Al(OH)₆] — гексагидроксоалюминат лития)

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник