Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Мурманская обл., Россия:

В. А. Матвеев, зав. лабораторией, эл. почта: matveev@chemy.kolasc.net.ru
Д. В. Майоров, ст. науч. сотр., эл. почта: mayorov@chemy.kolasc.net.ru

Приведены результаты исследований переработки алюмоаммониевых квасцов (ААК), выделенных из нефелина, с получением оксида алюминия с низким содержанием примесей. Показано, что примеси щелочей, содержащиеся в межкристалльном пространстве и входящие в структуру гидроксида алюминия, образующегося в процессе аммонизации ААК, могут быть эффективно удалены при трансформации структуры гидроксида в структуру соединения другого класса, например гидрокарбоната алюминия и аммония NH₄AlCO₃(OH)₂. Тем более, что это соединение является перспективным источником для получения мелкодисперсного оксида алюминия. Исходные ААК были выделены из растворов сернокислотного разложения нефелинового концентрата их кристаллизацией при 15 ^oC с последующей перекристаллизацией для снижения содержания примесей. ААК состава (на сухое), % (мас.): 0,05–0,06 K₂O; 0,06–0,07 Na₂O гидролизовали путем обработки их газообразным аммиаком. Продукт аммонизации, представляющий собой смесь гидроксида алюминия (ГА) и сульфата аммония, выщелачивали водой. Суспензию фильтровали, а осадок ГА тщательно промывали. Гидроксид алюминия подвергали автоклавной обработке растворами карбоната аммония, варьируя их концентрацию, а также продолжительность и температуру процесса. Продукт реакции анализировали методами ИК-спектроскопии, дифференциально-термического и рентгенофазового анализов. Установлено, что во всех случаях образовался NH₄AlCO₃(OH)₂. Термообработкой образцов NH₄AlCO₃(OH)₂ при 550 ^oC был получен оксид алюминия в γ-форме с содержанием примесей K₂O и Na₂O менее 0,02 % (мас.). Определены удельная поверхность и пористость образцов γ-Al₂O₃, которые составили 374–406 м²/г и 0,72–0,81 см³/г соответственно. Такие образцы γ-Al₂O₃ по своим характеристикам могут быть использованы для получения катализаторов, адсорбентов и осушителей. Рентгенофазовый анализ продуктов термообработки γ-Al₂O₃ при 1100–1250 ^oC в течение 1 ч показал, что уже при 1150 ^oC он практически полностью переходит в корунд, что свидетельствует о высокой активности полученного оксида алюминия к спеканию и предопределяет возможность его использования для получения алюмооксидной керамики. На основании проведенных исследований показана возможность получения оксида алюминия с пониженным содержанием примесей. Разработана принципиальная технологическая схема процесса на основе переработки алюмоаммониевых квасцов, выделенных из нефелина.

1. Иванова А. С. Оксид алюминия: применение, способы получения, структура и кислотно-основные свойства // Промышленный катализ в лекциях. 2009. № 8. С. 7–61.
2. Гаврилова Н. Н., Круглая Т. И., Мячина М. А., Назаров В. В., Скудин В. В. Структурированный носитель на основе γ-Al₂O₃ для мембранных катализаторов // Стекло и керамика. 2018. № 1. С. 29–35.
3. Hiaofu Hu, Yunqi Liu, Chenguang Liu. Facile Synthesis of Ammonium Aluminum Carbonate Hydroxide Multilayered Nanofiber by Using Solid State Reaction // Advaced Materials Research. 2012. Vols. 415–417. P. 580–584. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.415-417.580
4. ГОСТ 30559–98. Глинозем неметаллургический. Изм. 01.01.2002. Изм. 10.04.2018.
5. Корчуганова Е. Н. Исследование выщелачивания водорастворимых примесей из технического гидроксида алюминия // Вестник Восточноукраинского национального университета им. Владимира Даля. 2014. № 9 (216). С. 15–18.
6. Ханамирова А. А. Влияние условий получения гидроксидов и оксидов алюминия на спекание и свойства керамики // Химический журнал Армении. 2007. Т. 60, № 4. С. 664–673.
7. Ханамирова А. А., Апресян Л. П., Адимосян А. Р. Получение высокодисперсного гидроксида алюминия при карбонизации частично обескремненных растворов // Химический журнал Армении. 2007. Т. 55, № 3. С. 51–61.
8. А. с. 1705237 СССР, МПК C 01 F 7/02. Способ получения гидроксида алюминия / Т. Ф. Кузнецова, Н. М. Соболенко, Е. Н. Баркатина ; Институт общей и неорганической химии АН БССР. — № 4779484 ; заявл. 09.01.90 ; опубл. 15.01.92, Бюл. № 2.
9. Попов В. В. Закономерности образования дисперсных систем гидратированных оксидов // Журнал неорганической химии. 2015. Т. 60, № 4. С. 478–486.
10. Панасюк Г. П., Азарова Л. А., Белан В. Н., Семенов Е. А., Данчевская М. Н., Ворошилов И. Л., Козерожец И. В., Першиков С. А., Харатян С. Ю. Методы получения оксида алюминия высокой степени чистоты для выращивания кристаллов лейкосапфира (обзор) // Химическая технология. 2017. № 9. С. 393–400.
11. Ханамирова А. А. Глинозем и пути уменьшения содержания в нем примесей. — Ереван : Изд. АН Армянской ССР, 1983. — 244 с.
12. Казанцева Е. Л., Толчев А. В., Ларин Д. Д. Локализация примесей в оксидных соединениях алюминия // Неорганические материалы. 2011. Т. 47, № 11. С. 1384–1387.
13. Панасюк Г. П., Белан В. Н., Ворошилов И. Л., Козерожец И. В. Превращение гидраргиллит – бемит // Неорганичекие материалы. 2010. Т. 46, № 7. С. 831–837.
14. Козерожец И. В. Разработка метода получения и исследование субмикронных и наноразмерных частиц оксидов алюминия с низким содержанием примесей : автореф. дис. ... канд. хим. наук. — М. : ИОНХ, 2011. — 23 с.
15. Robin L., Mathieu D., Fabien S., Malika B., Didier Colson et al. Ammonium aluminium carbonate hydroxide NH₄Al(OH)₂CO₃ as an alternative route for alumina preparation: Comparison with the classical boehmite precursor // Powder Technology. 2017. Vol. 320. P. 565–573.
16. Пат. 2632437 РФ, МПК C 01 F 7/30(2006.01). Способ получения оксида алюминия / Матвеев В. А., Майоров Д. В. ; Ин-т химии и технологии редких элементов и минер. сырья Кол. науч. центра РАН. — № 2016141531/05 ; заявл. 21.10.16 ; опубл. 04.10.17, Бюл. № 28.
17. Захаров В. И., Матвеев В. А., Майоров Д. В. Изучение влияния технологических параметров кислотного разложения нефелина на фильтруемость выделяющихся кремнеземных осадков // Журнал прикладной химии. 1996. Т. 69, вып. 3. С. 365–369.
18. Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник. — Л. : Химия, 1977. — 375 с.
19. Матвеев В. А., Захаров В. И., Майоров Д. В. Исследования по получению гидроксида алюминия псевдобемитной структуры // Цветные металлы. 2012. № 4. С. 46–49.
20. Guang-Gi Li, Yun-Qi Liu, Li-Li Guan, Xiao-Fu Hu, Chen-Guang Liu. Meso/macroporous γ-Al₂O₃ fabricated by thermal decomposition of nanorods ammonium aluminium carbonate hydroxide // Materials Research Bulletin. 2012. No. 47. P. 1073–1079.
21. Ali A. A., Hasan M. A., Zaki M. I. Dawsonite-Type Precursors or Catalytic Al, Cr and Fe Oxides: Synthesis and Characterization // Chem. Mater. 2005. Vol. 17. P. 6797–6804.
22. XueHui Li, Zhe Tang, YongMing Chai, RuiYu Zhao, Chenguang Liu. Hydrothermal Sinthesis of Ammonium Aluminum Carbonate Hydroxide (AACH) Nanoplatelets and Nanofibers pH-controlled Morphologies // Proceeding of 2012 International Conferece on Mechanical Engineering and Material Sience (MEMS 2012). 2012. P. 601–603.
23. Dubert D. C., Perez-Ramirez J., Garcia-Valls R. Continuos Synthesis of Ammonium Dawsonite Within a New Micro structrured System // Chemical Engineering Transactions. 2011. Vol. 25. P. 231–236.