CC BY
64
УДК 661.862.233
Е. В. Петрова, А. Ф. Дресвянников, А. В. Винокуров
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ ИЗ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ
Ключевые слова: гидроксид алюминия; электрохимический способ; вторичное сырье; химический состав.
Исследована возможность использования алюминиевой тары для пищевых продуктов в качестве исходного сырья для получения гидроксида алюминия.
Keywords: aluminum hydroxide; electrochemical method; secondary raw materials; chemical content.
The possibility of foodstuff aluminum container using as initial raw materials for aluminum hydroxide obtaining have been investigated.
В настоящее всремя существует потребность в наноразмерных порошках оксида алюминия, которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Данные объекты получают разными способами. Одним из перспективных вариантов является электрохимическое осаждение в ходе анодного процесса. Проблемой является выбор необходимого сырья в качестве исходного материала для получения наноразмерных частиц. Таким сырьем может служить вторичный алюминий.
Следует отметить, что возможность повторного использования алюминия резко ограничивается низким качеством вторичного металла. Несмотря на рост производства, использование вторичного алюминия в рециклинге в РФ составляет около 20%, а в промышленно развитых странах достигает 40%. Основным препятствием рециркуляции алюминия является трудноемкость сбора алюминиевого лома и загрязнение его разными примесями. Эти факторы предопределяют использование вторичного алюминия в качестве анодов при получении оксидов алюминия, в том числе и наноразмерного [1-3].
Примером массовых отходов содержащих практически чистый алюминий является алюминиевая тара из-под пищевых продуктов. Однако на данный момент приемы ее переработки в оксид практически отсутствуют. Не проработаны такие технологические подходы удаления слоев полимерных покрытий, нанесенных в качестве маркеров на поверхность алюминиевой тары.
В этой связи целью работы является изучение возможности использования разных видов алюминиевой тары в качестве исходного сырья для получения наноразмерного гидроксида алюминия и оценка его чистоты.
Экспериментальная часть
Образцы гидроксида алюминия получали электрохимическим способом [3-4]. В качестве растворимого анода использовали алюминиевую тару различной емкости из-под различных пищевых продуктов. С поверхности банок электрохимическим способом предварительно удаляли слои красителя. Условия получения образцов представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Условия получения гидроксида алюминия
№ обр. Условия предварительной обработки Условия синтеза
Раствор травления j, А/дм2 т, мин Раствор электролита j, А/дм2 т, мин тстарения, час
1 0,05 М Na2SO4 и 0,0410-2 М Na2CO3 0,347 100 0,1 М NaCl 0,694 90 48
2 0,347 50 0,694 90 48
3 0,347 100 0,694 90 -
4 0,347 50 0,694 90 -
Осадок гидроксида после электролиза отфильтровывали и высушивали при температуре 363373 К в течение 2 часов.
Содержание неорганических примесей в синтезированных образцах определяли методом рентгенофлуоресцентного анализа с использованием спектрометра ARL Optim’x. Анализ на содержание органических примесей проводили с помощью Фурье-спектрометра с применением приставки НПВО.
Обсуждение результатов
Исследование гидроксидов алюминия с помощью эмиссионного спектрального анализа показало, что суммарное содержание неорганических примесей во всех четырех образцах, полученных из вторичного алюминиевого сырья составляет менее 1,0 % (рис.1).
Рис. 1 - Гистограмма содержания неорганических примесей в порошке гидроксида алюминия для образцов 1-4 по результатам эмиссионного спектрального анализа
Как следует из рис. 1 в образцах не подвергнутых старению (.№ 3 и 4) содержание примесей минимально. Можно предположить, что в процессе выдержки осадка гидроксида алюминия в маточном растворе происходит гидролиз ряда примесей, которые потом проявляются в конечном продукте.
ИК-спектры исследованных образцов представлены на рисунке 2.
Рис. 2 - ИК-Фурье спектры образцов (1 - образец №1; 2 - образец №2, 3 - образец №3, 4 -образец №4)
В образцах 1 и 2 в спектре хорошо разрешаются полосы валентных колебаний Al-OH (3650 см-1) и деформационных колебаний Al-OH (1060 см-1). Кроме того полосы поглощения 971 см-1 и плечо 710 см-1 в этих спектрах возможно соответствуют нелинейной (изогнутой) связи Al-O-Al.
В образцах 3 и 4 в спектре хорошо разрешаются только полосы деформационных колебаний Al-OH (1060 см-1). Широкая линия с максимумом вблизи 3300 см-1 может быть обусловлена наличием водородной связи между гидроксильными группами. Характерные полосы, соответствующие органическим соединениям в спектре не проявляются.
Таким образом, в результате проделанной работы были предложен подход получения гидроксида алюминия электрохимическим способом с использованием в качестве растворимого анода разных видов алюминиевой тары. Установлено, что предварительная обработка электрическим полем в растворе содержащем 0,05 М Na2SO4 и 0,04-10-2 М Na2ÜO3 позволяет получить осадок гидроксида с содержанием неорганических примесей менее 1% и органических ингридиентов в следовых количествах.
Работа проводилась в рамках выполнения госконтракта № 16.740.11.0207 «Получение и модификация наночастиц металлов и оксидов металлов электрохимическими и электрофизическими методами», и частично рамках выполнения госконтракта № 16.740.11.0643 «Разработка составов композиционных керамических материалов на основе наноразмерных оксидов алюминия, цинка и металлов триады железа».
Литература
1. Гусев, А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А.И. Гусев. - М.:ФИЗМАТЛИТ, 2007. -416 с.
2. Huang, S. Pulsed electric current sintering and characterization of ultrafine Al2O3-WC composites / S. Huang, K. Vanmeensel, O. Van der Biest, J. Vleugels // Materials Science and Engineering. - 2010. - V.527. - № 3. - P.584-589.
3. Hannink, R.H.J. Nanostrukture control of materials/ Hannink R.H.J., Hill A.J. Woodhead Publishing Limited. - 2006. - 488 p.
4. Петрова, Е.В. Физико-химические свойства наночастиц гидроксидов и оксидов алюминия, полученных электрохимическим способом / Е.В. Петрова, А.Ф. Дресвянников, М.А. Цыганова, А.М. Губайдуллина, В.В. Власов / Вестник Казан.о технол. ун-та. - 2008. - № 5 . -С.302-310.
5. Дресвянников, А.Ф. Морфология и фазовый состав наноразмерных частиц гидроксида и оксида алюминия, полученных электрохимическим способом / А.Ф. Дресвянников, Е.В. Петрова, М.А. Цыганова // Журнал физической химии. - 2010. - Т.84, №4. - С.727-732.
© Е. В. Петрова - канд. хим. наук, доц. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ; А. Ф. Дресвянников - д-р хим. наук, проф. той же кафедры, [email protected]; А. В. Винокуров - асп. той же кафедры.
