17.02.2020
220.018.031a

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЬФА-АЛЮМИНАТА ЛИТИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способу получения алюмината лития, пригодного для использования в производстве топливных элементов на основе расплавленных карбонатов, а также в ядерной технологии. Способ получения альфа-алюмината лития включает механическую активацию смеси карбоната лития с гидроксидом алюминия в форме гиббсита и термообработку смеси. Перед термообработкой смесь подвергают механической активации в шаровой мельнице в течение 2-4 часов, а термообработку проводят при температуре 625-650°С в течение 4-6 часов. Обеспечивается упрощение способа получения альфа-алюмината лития, снижение времени синтеза, получение готового продукта с фазовой чистотой выше 99% и удельной поверхностью более 10 м/г. 1 табл., 14 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Предложен твердофазный способ получения монофазного порошкообразного алюмината лития с содержанием α-фазы более 99% и удельной поверхностью более 10 м2/г, пригодного для использования в производстве топливных элементов на основе расплавленных карбонатов, а также в ядерной технологии.

Изобретение относится к производству неорганических соединений лития и алюминия и может быть использовано для изготовления загустителя для электролита в топливных элементах с расплавленным карбонатным электролитом и получения из этого порошка керамического материала, пригодного для использования в ядерной технологии.

Известен способ получения α-алюмината лития [1. Lehmann Н.А., Hesselbarth Н. Uber eine neue Modifikation des LiAlO2 // Zeit. Annorg. Allg. Chem. 1961. N313. P.117-124], основанный на смешивании оксида алюминия карбоната лития с карбонатом лития с последующей термической обработкой смеси в течение 86 часов при температуре 600°С Недостаток метода - длительность процесса, низкая удельная поверхность образующегося материала, требующая его дополнительного измельчения. Известен способ получения α-алюмината лития путем смешения бемита с карбонатом лития с последующей термической обработкой смеси при 600 С в течение 30 часов [2. Poeppelmeier K.R., Chiang С.К., Kipp D.O. Synthesis of high surface area α-LiAlO2 // Inorg. Chem. 1988. 27 (25). P. 4523-4524]. Недостаток метода - длительность процесса и низкая удельная поверхность материала, ниже 5 м2/г.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения порошкообразного альфа-алюмината лития с удельной поверхностью равным или более 10 м2/г [3. Choi H.J., Lee J.J., Hyun S.H., Lim H.C. Cost-effective synthesis of α-LiAlO2 powders for molten carbonate fuel cell matrices // Fuel cells. 2009. No. 5. P. 605-612.]. В ней для синтеза материала смесь гиббсита и карбоната лития предварительно диспергировали в водной среде в течение 3-х часов в шаровой мельнице, далее ее высушивали в течение одного дня при 110°С, высушенную смесь нагревали на воздухе при 600, 700 and 800°С в течение 24 часов. В результате процесса получали монофазный α- LiAlO2 с удельной поверхностью 11.45, 8.83, 7.94 м2/г.Недостаток указанного способа - многостадийность и длительность процесса.

Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в сокращении времени синтеза и упрощении способа получения альфа-алюмината лития из карбоната лития и гиббсита, позволяющего получать алюминат лития с характеристиками, позволяющими использовать его в качестве материала матричного электролита карбонат расплавленного топливного элемента.

Поставленная задача решается тем, что для получения высокодисперсного α-LiAlO2 смесь гиббсита и карбоната лития с необходимым соотношением реагентов подвергается механической обработке в шаровой мельнице в течение от 2 до 4 часов. Механически активированная смесь подвергается последующей термической обработкой на воздухе при температурах от 625 до 650°С и времени от 4 до 6 часов. Фазовый состав целевого продукта определяют с помощью рентгенофазового анализа (дифрактометр D8 Advance, CuKα излучение). Удельную поверхность измеряют путем адсорбции-десорбции аргона по методу БЭТ после тренировки образца в потоке инертного газа при 100°С.

Существенными отличительными признаками заявляемого технического решения являются:

- смешивают гидроксид алюминия и карбонат лития в атомном отношении, необходимом для образования моноалюмината лития,

- полученную смесь подвергают механической обработке в шаровой мельнице в течение от 2 до 4 часов,

- полученный после механической обработки продукт подвергают термической обработке в интервале температур от 625 до 650°С и времени от 4 до 6 часов.

Как было нами выявлено, при нагревании не активированной смеси гиббсита и карбоната лития до 550-600°С происходит разложение гиббсита с образованием смеси кристаллических оксидов алюминия, которые при температуре 600°С и выше реагируют с карбонатом лития с образованием α-LiAlO2. Образующиеся при разложении гиббсита оксиды алюминия образуют псевдоморфозу по исходным кристаллам гиббсита, которые имеют размеры, варьирующиеся преимущественно в интервале от 40 до 150 мкм при среднем размере 60 мкм. Скорость реакции взаимодействия между карбонатом лития и оксидами алюминия лимитируется диффузией через слой алюмината лития, образующегося в области контакта карбоната лития и оксида алюминия, т.е. на поверхности частиц оксидов алюминия. Из-за значительного размера частиц оксидов и диффузионного характера взаимодействия для полного взаимодействия между реагентами необходимы большие времена (десятки часов). Это приводит к тому, что при технологически приемлемых временах термической обработки помимо α-LiAlO2 присутствуют не прореагировавшие реагенты: карбонат лития и оксиды алюминия. Повышение температуры процесса выше 700°С, хоть и ускоряет процесс взаимодействия между реагентами, однако одновременно вызывает процесс фазового перехода альфа-формы в ее высокотемпературную разновидность - гамма-форму. Это приводит к загрязнению целевого продукта- α-LiAlO2 примесью гамма-моноалюмината лития. Механическая обработка смеси гиббсита и карбоната лития в шаровой мельнице приводит к уменьшению среднего размера частиц реагентов, в том числе и гиббсита, от 60 мкм до микронных и менее размеров, в зависимости от времени механической активации. Уменьшение размера частиц гидроксида алюминия приводит к уменьшению размера частиц оксидов алюминия, образующихся при разложении гиббсита и, как следствие, к увеличению скорости взаимодействия между карбонатом лития и оксидом алюминия. В результате этого содержание примеси не прореагировавших карбоната лития и оксида алюминия в образующемся α-LiAlO2 существенно снижается. Однако процесс измельчения реагентов не может превышать некоторой пороговой величины, так как процесс измельчения гиббсита и карбоната лития сопровождается одновременной аморфизацией этих веществ. Так, по нашим данным, прирост удельной поверхности на 1 м2/г сопровождается увеличением степени аморфизации гиббсита примерно на 3%. Образующийся при активации смеси рентгеноаморфный гидроксид алюминия при нагревании образует рентгеноаморфный оксид алюминия, который, который как было показано нами ранее, реагирует с карбонатом лития с образованием γ-LiAlO2 даже в области стабильности α-LiAlO2. Таким образом, для получения α-LiAlO2 без примеси карбоната лития, оксидов алюминия и высокотемпературной формы моноалюмината лития γ-LiAlO2 необходимо, чтобы на этапе механической активации смеси удельная поверхность варьировалась от 1,5 до 4 м2/г. Такие параметры достигаются при активации смеси гиббсита и карбоната лития в шаровой мельнице в течение от 2 до 4 часов. Температура термической обработки должна варьироваться от 625 до 650°С.

Примеры 1-5 иллюстрируют влияние времени механической обработки на свойства целевого продукта. Для получения α-LiAlO2 готовят шихту из (68%) гидроксида алюминия (гиббсита) и (32%) карбоната лития, стехиометрически необходимых для получения алюмината лития. Для механической обработки смеси использовали лабораторную шаровую мельницу. Активацию проводили в фарфоровых барабанах объемом 1 л фарфоровыми шарами диаметром 15 мм при угловом вращении барабанов 120 об/мин. Масса шаровой загрузки составляла 500 г, масса смеси - 50 граммов. Время активации варьировали от 1 до 6 часов. После активации образцы подвергали термической обработке в электропечи при 650°С в течение 4 часов. Результаты рентгенофазового анализа полученного продукта свидетельствуют о том, что в отсутствии механической активации образуется алюминат лития α-модификации с примесью карбоната лития и с удельной поверхностью 25 м2/г (пример 1). Увеличение времени механической активации до 1 ч (пример 2) привело также к получению α-модификации с примесью карбоната лития. Дальнейшее увеличение времени активации до 2 и 4 часов (примеры 3 и 4) позволило получить монофазный α-LiAlO2 с удельной поверхностью 10 и 12 м2 г, соответственно. Увеличение времени активации до 6 часов (пример 5) приводит к образованию α-LiAlO2 с примесью γ-LiAlO2

Примеры 6-9 иллюстрируют влияние температуры термической обработки на свойства целевого продукта. Для эксперимента были использованы образцы, полученные при механической активации в течение 2 часов. Вариация температуры осуществлялась в интервале от 600 до 700°С. Как видно из примеров, приведенных в таблице, для синтеза монофазного α-LiAlO2 необходим нагрев в интервале температур от 625 до 650°С при времени термической обработки от 4 до 6 часов.

Примеры 10-14 характеризуют влияние времени термической обработки на синтез альфа-алюмината лития. Для исследования влияния времени термической обработки были использованы образцы после механической активации смеси в течение 2 часов, температура термической обработки составляла 650°С. Из этих примеров видно, что для синтеза необходима термическая обработка в интервале от 4 до 6 часов. Уменьшение времени термической обработки до 2 часов приводит к появлению примеси карбоната лития. Увеличение времени термической обработки более 6 нецелесообразно из-за появления примеси гамма-алюмината лития.

Таким образом, предлагаемый метод позволил получить однофазный алюминат лития альфа-модификации с чистотой выше 99% и с удельной поверхностью в интервале 10-18 м2/г.

Техническим результатом изобретения является упрощение технологического процесса получения высокодисперсного альфа-алюмината лития за счет устранения стадии измельчения смеси реагентов в жидкой среде и последующей сушки пульпы, сокращение общего времени процесса синтеза алюмината в 3 раза, снижение энергозатрат за счет устранения процесса сушки пульпы и сокращения времени, необходимого для прокаливания смеси гиббсита и карбоната лития, в 4 раза.

Способ получения альфа-алюмината лития, включающий механическую активацию карбоната лития с гидроксидом алюминия в форме гиббсита, термообработку смеси, отличающийся тем, перед термообработкой смесь подвергают механической активации в шаровой мельнице в течение 2-4 часов, а термообработку проводят при температуре 625-650°С в течение 4-6 часов.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-7 из 7.
10.05.2015
№216.013.4806

Способ получения керамического композитного материала на основе оксидов алюминия и циркония

Изобретение относится к области производства керамических конструкционных и функциональных материалов. Для получения керамического композитного материала на основе оксидов алюминия и циркония проводят стабилизацию в тетрагональной фазе диоксида циркония механическим способом: смешивают в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549945
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.05.2018
№218.016.501d

Способ внепечного модифицирования чугунов и сталей

Изобретение относится к металлургии черных металлов, а именно к внепечным способам модифицирования чугунов и сталей тугоплавкими керамическими частицами. Способ включает введение в ковш или форму при разливке жидкого металла модификатора, содержащего тугоплавкие керамические наноразмерные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652932
Дата охранного документа: 03.05.2018
24.01.2019
№219.016.b3ac

Способ получения магнитного композита на основе магнитного оксида железа и слоистого двойного гидроксида

Изобретение относится к области получения магнитных композитов на основе оксидов железа и слоистых двойных гидроксидов, которые могут быть использованы в качестве магнитных сорбентов в различных областях техники, включая биотехнологию, медицину и фармакологию, а также для адресной доставки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002678024
Дата охранного документа: 22.01.2019
14.03.2019
№219.016.df70

Композиция на основе празиквантеля для лечения описторхоза

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к композиции для лечения описторхоза. Композиция на основе празиквантеля для лечения описторхоза, включающая комплекс празиквантеля и натриевой соли растительного сапонина - глицирризиновой кислоты при массовых соотношениях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681649
Дата охранного документа: 12.03.2019
26.06.2019
№219.017.92a3

Способ получения висмут лактата

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Для получения лактата висмута проводят обработку оксида висмута водным раствором молочной кислоты при температуре 50-70°C, молярном отношении молочной кислоты к висмуту 2,1-3,5 и весовом отношении жидкого к твердому 2,1-4,0. Полученную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002692370
Дата охранного документа: 24.06.2019
29.04.2020
№220.018.1a65

Способ получения порошкообразного гелеобразующего продукта из растительного сырья

Изобретение относится к способам получения композиций на основе карбоксиметилпроизводных целлюлозы растительного сырья и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности и растениеводстве. Способ включает обработку исходного растительного сырья натриевой солью монохлоруксусной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720192
Дата охранного документа: 27.04.2020
29.04.2020
№220.018.1a71

Способ получения строительных изделий на основе кремнеземсодержащего связующего

Изобретение относится к производству различных конструкционных строительных изделий с применением техногенных отходов: динасового и шамотного лома, а также дешевого минерального сырья - песка. Способ включает приготовление кремнеземсодержащего связующего с модулем 1-3,3 и плотностью 1,25-1,35...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002719978
Дата охранного документа: 27.04.2020
Показаны записи 1-3 из 3.
25.08.2017
№217.015.b024

Способ получения сорбента мышьяка

Изобретение относится к области получения неорганических сорбентов для очистки вод от мышьяка. Гидроксид магния смешивают с гидратированным хлоридом железа в мольном отношении магния к железу от 1,5 до 6,0. Смесь подвергают перемешиванию для взаимодействия хлорида железа и гидроксида магния....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613519
Дата охранного документа: 16.03.2017
24.01.2019
№219.016.b3ac

Способ получения магнитного композита на основе магнитного оксида железа и слоистого двойного гидроксида

Изобретение относится к области получения магнитных композитов на основе оксидов железа и слоистых двойных гидроксидов, которые могут быть использованы в качестве магнитных сорбентов в различных областях техники, включая биотехнологию, медицину и фармакологию, а также для адресной доставки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002678024
Дата охранного документа: 22.01.2019
18.05.2019
№219.017.544d

Огнестойкая термопластичная композиция и изделие, выполненное из нее

Изобретение относится к огнестойкой термопластичной композиции на основе поликарбоната. Композиция содержит, мас.ч.: поликарбонат 81-92, модифицированный полибутилентерефталат 7-15, декабромдифенилоксид, модифицированный терефталевой кислотой 1-4. Также изобретение относится к изделию....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002283327
Дата охранного документа: 10.09.2006

Похожие РИД в системе