Производство бемита (алюминия метагидроксида)

НИИ Импульсных Процессов осуществляет производство нанодисперсного порошка бемита (алюминия метагидроксида). Принципиальное решение получения наноструктурированных порошков гидроксида и оксида алюминия заключается в окислении алюминиевых порошков в условиях повышенных давлений и температур. Технологический процесс заключается в подготовке суспензии алюминиевого порошка и воды и распылении ее в реакторе при температуре 250-300°С и давлении 100-150 атм.

Полнота химических превращений и их высокие скорости (менее минуты) обеспечивается условиями реакции, которые протекают при молекулярной дисперсности реагентов, находящихся в гомогенном высокотемпературном флюиде невысокой плотности. Реакции окисления экзотермичны, что позволяет эффективно использовать тепло самих реакций, как для поддержания температурного режима процесса, так и для компенсации энергозатрат на разогрев реагентов.

Преимущества созданной технологии перед аналогами состоит в:

  • получении нанокристаллических гидроксидов алюминия высокой чистоты для перспективных керамических и абразивных материалов, адсорбентов, катализаторов и др.;
  • обеспечении альтернативного источника энергии (тепловой и электрической);
  • экологической чистоте и безопасности;
  • получении водорода высокой чистоты;
  • неограниченных ресурсах, т.к. в земной коре находится 8 % алюминия;
  • возможности организации замкнутого цикла по сырью (переработка гидроксидов в исходное сырье);
  • производительность по водороду за 1 цикл продолжительностью 1-2 часа: 0.5-1 м3.

Созданное производство наноструктурированного оксидного порошка позволяет при расходе 1 кг алюминиевого порошка получать нанокристаллический керамический порошок, стоимость которого российском рынке выше стоимости исходного порошка в 5-8 раз, на японском и американском в 80-100 раз.

Наноструктурированные ультрадисперсные порошки используются в диспергированном и консолидированном состоянии; в первом случае как пигменты для красок, как различные виды наполнителей для полимеров и резины, в виде носителей биологически активных препаратов, катализаторов, присадок, смазочных материалов и др.; во втором случае использование нанопорошков в качестве исходного сырья для изготовления консолидированных объемных высокоплотных нанокристаллических материалов: керметов, материалов для электрических контактов и диэлектрических материалов, инструментальной керамики, бронезащитных элементов, а так же пористых консолидированных материалов: фильтров, сорбентов, шлифовальных и полировальных инструментальных материалов и изделий из них и т.п.

На настоящий момент разработана технология получения наноструктурированных порошков, заключающаяся в синтезе гидроксидов и последующей термообработке на воздухе для получения оксидов требуемого фазового состава (Al2O3, NiFe2O4, Co-NiFe2O4). Преимущества разработанного метода состоит в возможности получения чистых и особо чистых нанопорошков узкого фракционного состава. При изготовлении материалов из нанопорошков использованы различные методы консолидации: полусухое статическое прессование, литье под давлением, гидродинамическое, изостатическое и импульсное прессование с последующим спеканием. Из разработанных материалов изготавливаются изделия различной номенклатуры и назначения. Проведены испытания на сжатие, изгиб, твердость и микротвердость в соответствие с установленными ГОСТами, а также эксплуатационные, производственные и стендовые испытания, доказывающие эффективность использования нанопорошков в ряде отраслей промышленности.

 

Некоторые области применения нанокристаллического бемита

Консервация металлических поверхностей

Консервационные составы

Коррозионные потери при времени испытаний 1 сутки,
г/м2

1

2

5

10

30

Росойл-700

2

3.6

4.6

5.1

10

3% бемита + Росойл-700

0.1

0.5

0.6

0.6

1.9

Маякор

0.7

2.1

2.5

3.2

5.6

3% бемита + Маякор

0.6

1

1.3

1.9

4.1

Смазочные масла (испытания на машине трения ШТМ)

Вид масла

Диаметр пятна износа после испытаний при температуре 0°С,
мм

Масло моторное М-10 Г2к

20

150

1% бемита +М-10 Г2к

0.25

0.19

Масло индустриальное И-20А

0.20

0.18

1% бемита + И-20А

-

0.33

-

-

0.22

Абразивные
материалы

Ферромагнитная полировальная композиция

Интенсивность съема,
мкм/мин

Шероховатость поверхности Rz,
мкм

Стекло К8

Кремний

Стекло К8

Кремний

Без бемита

0.1

0.09

50

50

30-40% бемита

0.12-0.15

0.14

0.1

0.07-0.1

Хемосорбция ионов металлов в воде нановолкнами бемита

Фильтрация

Концентрация металла,
мг/л

Zn

Cd

Pb

Cu

Au

Без бемита

60

30

30

30

1

С бемитом

0.001

0.001

0.001

0.001

0.001

Литейное производство

Антипригарные покрытия

Наличие пригаров, «просечек», чрезмерная шероховатость.

Прочность на истирание,
кг/мм2

типовое

-

5.0 — 5.2

на основе бемита

Отсутствие вышеназванных дефектов

8.7 — 11.3

Производство термопластов

Термопласты

Твердость,
МПа

Повышение термоустойчивости,
°С

Без бемита

145

-

С бемитом

239

270-300

Бронеэлементы

Композиты на основе бемита

Обеспечение класса защиты при снижении удельного веса