СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ  -СПОДУМЕНА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ -СПОДУМЕНА


RU (11) 2049059 (13) C1

(51) 6 C01B33/26 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1995.11.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 93027655/26 
(22) Дата подачи заявки: 1993.05.18 
(45) Опубликовано: 1995.11.27 
(56) Аналоги изобретения: Fukushige Yasuo, Okamoto Toyoshige, Shimada Kinji, J.Ceram. So c. Tap., 80, N 928, p. 503-505, 1972. 
(71) Имя заявителя: Исупов В.П.; Митрофанова Р.П.; Чупахина Л.Э. 
(72) Имя изобретателя: Исупов В.П.; Митрофанова Р.П.; Чупахина Л.Э. 
(73) Имя патентообладателя: Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья; Новосибирский государственный университет; Исупов Виталий Петрович; Митрофанова Раиса Павловна; Чупахина Людмила Эмильевна 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ -СПОДУМЕНА 
Использование: в стекольной, фарфорово-фаянсовой, керамической промышленности для изготовления литийсодержащей высокотермостойкой керамики строительного и электротехнического назначения, отличающийся низким коэффициентом линейного расширения. Сущность изобретения: b сподумен (Li2OAl2O34SiO2) получают смешиванием интеркаляционных соединений гидроксида алюминия с солями лития, содержащими органические анионы карбоновых кисклот и CO23-, и затем ведут спекание смеси при 950 1050°С в течение 1 4 ч. 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к производству алюмосиликатов лития и может быть использовано в стекольной, фарфорово-фаянсовой, керамической промышленности для изготовления литийсодержащей высокотермостойкой керамики строительного и электротехнического назначения, отличающейся низким коэффициентом линейного расширения и высокой термической стойкостью.
Известны методы синтеза -сподумена, который по своей структуре и свойствам отличается от природного минерала, путем спекания порошкообразных продуктов с молекулярным отношением Li2O:Al2O3:SiO2равным 1:1:4 в условиях изотермических выдержек и перетирания спеков после каждой выдержки. При этом исходным литийсодержащим сырьем служили карбонат лития, оксид лития или моноалюминат лития; оксид алюминия вводили в виде технического глинозема, каолина или моноалюмината лития, диоксид кремния кварцевого песка или каолина.
Наиболее близок к заявляемому способ [I] синтеза -сподумена из Li2CO3, Al2O3 и кварца ( -кристобалит). Смешение компонентов проводили в агатовой ступке. Синтез осуществлялся при 1100оС в течение 4 ч, затем проводили измельчение, еще раз при той же температуре в течение 1 ч обжигали смесь, после этого измельчение повторяли, прессовали образцы и спекали их при 1350-1450оС в течение 1 ч.
Недостатки способа:

высокая температура обжига, причем синтез -сподумена не заканчивается в узком температурном интервале, а продолжается вплоть до 1400оС;

невысокий выход целевого продукта:

полученный продукт представляет собой твердый раствор кварца в -сподумене.
Задача изобретения снижение температуры обжига, повышение чистоты и выхода целевого продукта. Поставленная задача решается тем, что в качестве алюминийсодержащей компоненты используют интеркаляционные соединения гидроксида алюминия с литиевой солью карбоновой кислоты общей формулы: LinX2nAl(OH)3pH2O, где X-n-анион карбоновой кислоты, СО32-, n заряд аниона, р количество молекул воды, зависящее от вида аниона, влажности воздуха. Используемые вещества легко могут быть синтезированы из товарных соединений алюминия и лития. Кроме того, существуют отходы химических производств, которые содержат в своем составе указанные соединения. Эти отходы также могут быть использованы для синтеза сподумена. Недостающее количество лития для синтеза сподумена компенсировали введением в шихту карбоната лития, а в качестве диоксида кремния использовали кварцевый песок -SiO2. Исходные компоненты, взятые в количествах соответствующих стехиометрическому составу сподумена, смешивали в агатовой ступке, полученную смесь подвергали обжигу при различных температурах (900-1050оС). Идентификация образцов проводилась рентгенографически (дифрактометр ДРОН-3, фильтрованное излучение CuK ).
При исследовании условий образования -сподумена варьировался температурный режим, длительность обжига, а также выбор интеркаляционного соединения. Для сопоставления полученных результатов с данными прототипа были проведены в аналогичных условиях эксперименты по обжигу шихты, соответствующей прототипу и состоящей из углекислого лития, оксида алюминия и двуокиси кремния, взятых в количествах стехиометрически необходимых для получения -сподумена.
Способ получения -сподумена иллюстрируется примерами.
П р и м е р 1. Для получения -сподумена готовят шихту состава: 51,8% интеркаляционное соединение гидроксида алюминия с тартратом лития формулы Li2C4H4O6 4Al(OH)3 pH2O (ДГАЛ-тартрат); 6,4% карбонат лития; 41,8% диоксид кремния (SiO2). Спекание перемешанной шихты проводят в алундовых тиглях на воздухе в печи при температуре 950оС в течение 4 ч. Продукт синтеза, полученный после обжига, рентгенографически индентифицируется как монофазный -LiAlSi2O6 с чистотой не менее 98% Нагревание более 4 ч нецелесообразно, т.к. не приводит к увеличению выхода целевого продукта.
П р и м е р 2. Для получения -сподумена готовят шихту по примеру 1, спекание проводят при температуре 950оС в течение 1 ч. Рентгено-фазовый анализ конечного продукта свидетельствует о наличии кроме сподумена незначительного содержания диоксида кремния.
П р и м е р 3. Для получения -сподумена готовят шихту состава; 47,4% интеркаляционное соединение гидроксида алюминия с сукцинатом лития Li2C4H4O4 4Al(OH)3pH2O (ДГАЛ-сукцинат); 6,8% карбонат лития; 45,8% диоксид кремния. По примеру 1 спекание проводят при температуре 950оС в течение 4 ч. Полученный сподумен соответствует -модификации без посторонних примесей.
П р и м е р 4. Для получения -сподумена готовят шихту состава: 44,3% интеркаляционное соединение гидроксида алюминия с карбонатом лития Li2CO34Al(OH)3pH2O (ДГАЛ-СО3), 6,9% углекислый литий, 48,8% диоксид кремния. Спекание проводят при температуре 950оС в течение 4 ч. Данные рентгенофазового анализа указывают на образование после обжига чистого -сподумена без посторонних примесей.
П р и м е р 7. Для получения -сподумена готовят шихту по примеру 1, а спекание проводят при 900оС в течение 4 ч. По рентгенофазовому анализу выход -сподумена заметно падает, появляется примесь дисиликата Li (Li2Si2O5) и значительное количество непрореагировавшего диоксида кремния.
П р и м е р 8. Для получения -сподумена готовят шихту по примеру 1, а спекание ведут при 1050оС в течение 1 ч. Нагревание более 1 ч нецелесообразно, т. к. не приводит к увеличению выхода целевого продукта. Полученный сподумен соответствует -модификации без посторонних примесей. Незначительное повышение температуры (с 950 до 1050оС) позволило сократить время обжига в 4 раза.
В таблице приведены примеры получения -сподумена с использованием других интеркаляционных соединений при различных температурах и длительности обжига, а также данные по синтезу из шихты по способу-прототипу.
Как видно из таблицы, использование в технологическом синтезе сподумена в качестве исходных веществ интеркаляционных соединений гидроксида алюминия с литиевой солью карбоновой кислоты, а также СО32-приводит к увеличению выхода и чистоты целевого продукта, тогда как обжиг смеси на основе карбоната лития, оксида алюминия и диоксида кремния (примеры 11, 12) при тех же температурных условиях спекания (950-1050оС) не обеспечивает получение целевого продукта, т. е. температурный режим является недостаточным для того, чтобы произошел твердофазный синтез сподумена с эффектом по выходу и чистоте целевого продукта.
Повышение температуры синтеза с 950 до 1050оС позволяет сократить время обжига в 4 раза (примеры 4, 9). Дальнейшее повышение температуры спекания выше 1050оС нежелательно, т.к. приводит к возрастанию энергозатрат и обусловливает потерю лития, что может привести к снижению выхода целевого продукта. Снижение температуры обжига до 900оС приводит к снижению выхода и чистоты -сподумена: рентгено-фазовый анализ конечного продукта свидетельствует об образовании смеси, состоящей из -сподумена, дисиликата лития и значительного количества непрореагировавшего SiO2.
Таким образом, оптимальной температурой синтеза сподумена является 950-1050оС, время спекания: при 1050оС 1 ч, при 950оС не менее 4 ч.
(56) J.Ceram.Soc. Tap. 1972 г. 80, N 928, р. 503-505. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ -СПОДУМЕНА, включающий смешивание соединения алюминия, карбоната лития и диоксида кремния, последующее их спекание, отличающийся тем, что в качестве соединения алюминия используют интеркаляционное соединение гидроксида алюминия с солью лития, содержащее анион карбоновой или угольной кислоты общей формулы

LinX2nAl(OH)3pH2O,

где X анион карбоновой или угольной кислоты;

n равен заряду аниона;

p количество молекул воды;

и спекание ведут при 950-1050oС в течение 1-4 ч.