NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NHÔM OXIT

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NHÔM OXIT HOẠT TÍNH TỪ DUNG DỊCH ALUMINAT TÂN BÌNH Nguồn: vinachem.com.vn Nhôm oxit hoạt tính có độ phân tán cao và cấu trúc khuyết, ở dạng g-Al 2 O 3 chủ yếu được dùng làm xúc tác trong công nghiệp lọc, hoá dầu, làm chất mang và chất hấp phụ. Ngoài ra g-Al 2 O 3 còn được dùng trong công nghiệp dược phẩm, đặc biệt dùng để xử lý nước chứa flo và asen. Nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất cũng phải nhập nhôm oxit hoạt tính và xúc tác chứa nhôm (nạp máy lần đầu cần ~ 100T g-Al 2 O 3 ) .Hiện nay tại Khánh Hoà đang xử dụng g-Al 2 O 3 để Xử lý nước bị nhiễm flo cho nhân dân Ninh Hoà. Nước ta có nguồn quặng Boxit với trữ lượng lớn, nhà máy Hoá chất Tân Bình đang sản xuất nhôm hidroxit theo phương pháp Bayer chủ yếu để điều chế phèn nhôm, nên chúng tôi đặt vấn đề dùng một phần dung dịch aluminat của nhà máy để điều chế nhôm hidroxit hoạt tính và oxit nhôm hoạt tính nhằm cung cấp cho các nhu cầu sử dụng trong nước, trên cơ sở đó sẽ nâng cấp dần tiến tới có thể xuất khẩu. PHẦN NGHIÊN CỨU. Chọn phương pháp điều chế. Phương pháp truyền thống điều chế nhôm hidroxit hoạt tính dựa trên quá trình tái kết tủa từ hidroxit kết tinh qua các muối chứa nhôm. Quá trình tái kết tủa qua muối trung tính: Al2(SO 4 ) 3 + 6 NaOH = 2 Al(OH) 3 + 3Na 2 SO 4 Hoặc qua muối kiềm: Al 2 (OH) 5 Cl + NaOH = 2 Al(OH) 3 + NaCl Người ta đã tính rằng để tái chế kết tủa 1T Al 2 O 3 (không kể tổn thất) qua muối trung tính cần 2,9T H 2 SO 4 và 2,4T NaOH, còn qua muối kiềm có thể giảm bớt lượng tiêu hao axít và kiềm [1] . Phương pháp mới điều chế nhôm hidroxit hoạt tính như tạo phức với muối liti được hợp chất phức có dạng Li n X.2nAl (OH) 3 .PH 2 O (X: Cl - , Br - , I - ,SO 4 2- ), sau khi xử lý bằng nước sẽ thu được nhôm hidroxit có cấu trúc khuyết, còn dung dịch nước chứa muối liti được cô đặc và dùng lại [1] . Tuy nhiên phương pháp này chưa được phổ biến trong công nghiệp. Với những lý do nêu trên, chúng tôi chọn phương pháp kết tủa nhôm hidroxit hoạt tính trực tiếp từ dung dịch aluminat. Sau khi xử lý nhiệt nhôm hidroxit hoạt tính sẽ thu được nhôm oxit hoạt tính. Những điều kiện kết tủa nhôm hydroxit hoạt tính. Sự tạo thành nhôm hidroxit khi kết tủa là một quá trình phức tạp, cùng với sự thuỷ phân trong dung dịch chứa nhôm lại có quá trình tách kết tủa nhôm hidroxit vô định hình kèm theo sự tạo thành mầm kết tinh, phát triển cấu trúc thứ sinh. Cấu trúc của nhôm oxit hoạt tính được xác định bởi điều kiện kết tủa hidroxit như pH của môi trường, nhiệt độ, nồng độ dung dịch, tốc độ nạp liệu v.v Trong phạm vi pH 6-7,5 kết tủa nhôm hidroxit tạo thành pha vô định hình, ở dạng hợp thể với kích thước vài trăm Å từ những phần tử nhỏ hơn 20 Å . Do cấu trúc phân tán mịn nên khó lọc rửa, độ ẩm cao, lượng mất khi nung ở 550 o C tới 85- 90%. Khi pH > 7,5 kết tủa chuyển thành pha giả bemit. Giả bemit đa tinh thể thấy ở dạng hợp thể từ những phần tử ban đầu có đường kính 30-70Å và những phần tử hình kim H = 60Å , L= 200Å . Kết tủa chứa càng nhiều pha kết tinh càng dễ lọc nhưng khi đó lại có ít dạng vô định hình là cấu tử xi măng hoá làm cho độ bền của xúc tác giảm. Ở pH lớn hơn 9, kết tủa bắt đầu chuyển thành bayerit. Bayerit nói chung ở dạng những phần tử tam giác có kích thước đến 10m. Kết tủa chứa nhiều pha bayerit ảnh hưởng xấu đến quá trình tạo hạt xúc tác. Giá trị pH của môi trường còn ảnh hưởng đến dạng thù hình của nhôm oxit. Khi pH từ 6,0 đến 10,0 nhôm oxit thu được ở dạng g-Al 2 O 3 có lẫn h-Al 2 O 3 . Còn pH > 10,5 kết tủa chủ yếu ở dạng h-Al 2 O 3 Ngoài ra, khi tăng pH từ 6,0 đến 11,5 hàm lượng Na 2 O trong sản phẩm tăng từ 0,01 đến 0,5%. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến quá trình kết tủa nhôm hidroxit. Khi kết tủa ở nhiệt độ thường sẽ tạo thành pha vô định hình, còn ở nhiệt độ 100 o C và trong phạm vi pH của môi trường 8-10 sẽ thu được kết tủa dạng bemit có lẫn pha vô định hình. Khi xử lý nhiệt nhôm hidroxit sẽ chuyển thành nhôm oxit, ở điều kiện nung vừa phải kích thước tinh thể thay đổi không đáng kể, bề mặt có những khuyết tật của vật thể rắn, khi ỷ lệ nguyên tử trên bề mặt so với thể tích càng lớn thì khả năng phản ứng càng lớn và có tính chất khác với đơn tinh thể lớn. Trong quá trình nung nhôm hidroxit có 3 hiệu ứng nhiệt. Hiệu ứng thu nhiệt đầu tiên đặc trưng bởi pic trong phạm vi nhiệt độ 108 - 125 o C do tách nước hấp thụ và nước vật lý. Trong khoảng nhiệt độ 250-280 o C mẫu tiếp tục bị biến đổi do mất nước ở lớp giữa, có hiệu ứng thu nhiệt nhẹ Giản đồ phân tích nhiệt Dm: Phần giảm khối lượng % T: Nhiệt độ, o C a: Nhôm hidroxit của nhà máy Angara b: Nhôm hidroxit của nhà máy Angara theo phương pháp aluminat- sunfat Ở vùng nhiệt độ 380-430 o C có pic thứ 3 kèm theo giảm khối lượng, do phân huỷ monohidrat thành nhôm oxit. Nung đến 600 o C sẽ thu đượcg-Al 2 O 3 trong khoảng nhiệt độ 600-800 o C xảy ra sự tăng kích thước của tinh thể, ở nhiệt độ hơn 800 o C g-Al 2 O 3 bắt đầu chuyển thành s-Al 2 O 3 , ở nhiệt 1200 o C chuyển thành a-Al 2 O 3 . Từ những yếu tố ảnh hưởng nêu trên chúng tôi đã chọn điều kiện tiến hành thí nghiệm như sau: pH của môi trường kết tủa nhôm hidroxit 8-9. Nhiệt độ 40- 60 o C. Nguyên liệu điều chế nhôm hidroxit hoạt tính Dung dịch aluminat của nhà máy Hoá chất Tân Bình có thành phần hoá học như sau: Al 2 O 3 g/l: 73,9-78,0 Fe, mg/l: 0,40-0,41 pH: 12,4-13,4 d , g/cm 3 : 1,19 T o ,C : 60-70 Axit HNO 3 , nồng độ, %: 50-51 Quy trình điều chế nhôm oxit hoạt tính Quá trình kết tủa nhôm hidroxit hoạt tính từ dung dịch aluminat gồm các giai đoạn: trộn chất phản ứng (để điều chỉnh pH đến giá trị thích hợp) và kết tủa nhôm hidroxit, lọc, rửa [4,5]. Trong điều kiện thí nghiệm đã tiến hành điều chế gián đoạn ở qui mô phòng thí nghiệm với bình phản ứng có thể tích 500ml và ở nhà máy thực nghiệm trên thiết bị phản ứng thể tích 1m 3 . Sơ đồ thiết bị thí nghiệm tại nhà máy như sau: Sơ đồ thiết bị thí nghiệm 1.Thùng chứa dung dịch aluminat 2. Thùng chứa axit nitric 3. Bơm 4. Thùng trộn chất phản ứng 5. Thùng kết tủa nhôm hidroxit Các thông số kỹ thuật khi tiến hành tại nhà máy về cơ bản như đã tiến hành trong phòng thí nghiệm. Nhôm hidroxit thu được đã lọc rửa nhiều lần bằng nước khử ion sau đó đóng thành viên có kích thước f = H = 5mm. Dạng viên sau khi sấy được nung ở 550 o C. Sản phẩm thu được đã đem phân tích Rơngen, kết quả phân tích đã xác nhận sản phẩm hoàn toàn ở dạng g- Al 2 O 3 . Các phân tích khác cho thấy g-Al 2 O 3 đã đạt nhưng chỉ tiêu sau: Trọng lượng rời , kg/l : 0,534 Bề mặt riêng, m 2 /g : 120 Độ hấp thụ nước, % : 86. Nghiên cứusử dụng g-Al 2 O 3 Xử lý nước chứa flo và asen. Sản phẩm g-Al 2 O 3 hoạt tính đã được dùng nghiên cứu xử lý nước chứa chất độc hại là flo và asen. Kết quả cho thấy g-Al 2 O 3 , có khả năng loại được 98% flo và asen trong nước nguồn. Trên cơ sở tính toán chu kỳ lọc đã định ra được thời gian lọc và qui trình tái sinh g-Al 2 O 3 . khẩu. PHẦN NGHIÊN CỨU. Chọn phương pháp điều chế. Phương pháp truyền thống điều chế nhôm hidroxit hoạt tính dựa trên quá trình tái kết tủa từ hidroxit kết. NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NHÔM OXIT HOẠT TÍNH TỪ DUNG DỊCH ALUMINAT TÂN BÌNH Nguồn: vinachem.com.vn Nhôm oxit hoạt tính có độ phân