JP2909231B2 - 粉末アルミニウム合金の製造方法 - Google Patents
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Description
前駆体である粉末アルミニウム合金の特に有利な製造方
法に関するものである。
て特別な意味を獲得している。これらはたとえば、まず
アルミニウムと亜族元素、たとえばニッケルとを含有す
る合金を同時に融解させ、この合金をたとえばボールミ
ル中で微細粉末にし、アルカリを用いてアルミニウムを
溶解させて、最初に使用した亜族元素を触媒的に活性な
形状で得る方法で製造することができる(たとえば化学
者新聞(Chemiker Zeitung)1975,446 − 452 ページ
を参照)。
えば、たとえば m-フェニレンジアミンのアルキル化に
使用し得るアルミニウム/亜鉛合金である(DE-OS
(ドイツ公開明細書)3,402,983 を参照)。
ニウム合金から製造した触媒の触媒作用は、とりわけ個
々のアルミニウム合金の定性的および定量的組成により
変化するが、その粒子サイズおよび粒子構造によっても
変化する。
びに種々の内部的および外部的粒子構造を有する、定性
的および定性的組成の考えられる全ての組合わせを実現
することは可能になっていない。たとえば、50 重量%
を超えるアルミニウム含有量を有するアルミニウム合金
はもはや容易に磨砕することができない。新規な方法
が、従来得られていない粒子構造を有する上に特定した
合金系を実現することを可能にするかも知れない。
量を有する液体アルミニウム合金をその融点の 50 ない
し 500℃ 上の温度において水および/または気体を用
いて噴霧化し、冷却し、ついで、なお付加的に存在する
水を完全に除去するか、または1重量%以下の含有量に
まで除去することを特徴とする、触媒活性を有する、ま
たは触媒の前駆体である粉末アルミニウム合金を製造す
る方法がここに見いだされた。
るアルミニウム合金も本発明記載の方法に使用すること
ができる。この含有量は好ましくは 50 ないし 90 重量
%、たとえば 55 ないし 95、または 58 ないし 90 重
量%である。60 ないし 90 重量%のアルミニウム含有
量を有するアルミニウム合金が特に好ましい。この合金
はアルミニウムに加えて1種または 2 種以上のその他
の金属を含有していてもよい。他の金属は有利には亜族
元素、たとえばスカンジウム、チタニウム、バナジウ
ム、クロミウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、
銅、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、ニオビウム、
モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、
カドミウム、ランタン、セリウム、ハフニウム、タンタ
ル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウ
ム、白金、金およびランタニドである。アルミニウムに
加えてニッケル、コバルト、モリブデン、銅、チタニウ
ム、鉄および/またはタンタルを含有する合金、または
アルミニウムに加えて亜鉛を含有する合金が好ましい。
本件アルミニウム合金はまた、いわゆる促進剤を含有し
ていてもよい。たとえば、基本的にアルミニウムとニッ
ケルとよりなる合金は、さらに亜族元素、たとえば鉄、
コバルト、マンガン、モリブデンおよび/または銅を促
進剤として含有していてもよい。促進剤金属の含有量
は、たとえば合金の全量を基準にして 0.01 ないし 50
重量%が可能である。この含有量は、好ましくは 0.05
ないし 10 重量%である。
るアルミニウム合金には定性的に、および定量的に、極
めて多様な様式で構成されているものが可能である。こ
れらの個々の成分も実際に合金を形成する、すなわち、
全ての成分が熔融状態において相互に混合し得ることを
保証することのみが必要である。
融点の 50 ないし 500℃、好ましくは 150 ないし 250
℃ 上の温度に加熱する。ついで、たとえば粉末冶金の
目的用の金属粉末の製造に標準的なもののような装置中
で、たとえば液体アルミニウム合金を中心部に供給し、
それに対して同心的に噴霧媒体を供給するスリットオリ
フィス中で噴霧を実施する。
する。液体アルミニウム合金を 10 ないし 50 Kg/分の
量で噴霧装置に供給するならば、たとえば、アルミニウ
ム1kg あたり、たとえば 10 ないし 500 バールの圧力
の水 5 ないし 15 l、または、たとえば、アルミニウム
合金1kg あたり、たとえば 2 ないし 100 バールの圧
力の気体 0.5 ないし 10 m3 を使用することが可能であ
る。以下の量の組合わせが好ましい:液体アルミニウム
合金 15 ないし 40 kg/分、アルミニウム合金1kg あ
たり 6 ないし 12 l の 20 ないし 400 バールの圧力の
水または1ないし 8 m3 の 5 ないし 80 バールの気
体。
霧装置中の実際の圧力で測定した気体の × m3 を意味
する。
35 重量%の酸素を含有するものである。酸素に加え
て、たとえば実質的に、または完全に不活性の気体、た
とえば窒素および/または希ガスが存在していてもよ
い。好ましくは、5 ないし 25 重量%の酸素を含有する
気体を噴霧に使用し、空気が特に好ましい。酸素非含有
気体、たとえば窒素またはアルゴンも使用することがで
きる。
内部組織構造を有する粗い粒子として得られ、気体を用
いる噴霧ではほとんど全部が粗い組織構造を有する球形
ないし不規則な粒子として得られる。特定のアルミニウ
ム合金に、およびその特定の触媒工程用の、または特定
の触媒工程用の触媒の前駆体としての使用に関して最適
結果を与える噴霧の型および使用するアルミニウム合金
の量、噴霧媒体および噴霧媒体の組成は、必要ならば特
定の個々の場合に日常的な試験系列により決定すること
ができる。
水または気体を用いて実施することができる。水を使用
するならば、最も簡単な場合には水で満たした、または
水を流通させている十分に高い容器の塔頂から、噴霧し
たアルミニウム合金を導入することができる。噴霧され
た合金はここで沈降しながら冷却される。気体、たとえ
ば空気を使用するならば、この気体をたとえば噴霧した
アルミニウム合金の降下する粒子に対して向流的に移送
することができる。
合金の温度は、たとえば 50℃ 以下が可能である。ここ
での温度は好ましくは 10 ないし 30℃ である。空気で
冷却したのちの噴霧したアルミニウム合金の温度は、た
とえば 100℃ 以下が可能である。ここでの温度は好ま
しくは 50℃ 以下、特に 30 ないし 48℃である。
の型のアルミニウム合金は一般に、その水分含有量が1
重量%以下、好ましくは 0.1 重量%以下ならば貯蔵に
対して安定である。このような低い水分含有量は一般
に、乾燥空気を用いて冷却を実行した場合には自動的に
達成されるが、水を用いて冷却を実行するならば、貯蔵
において安定な製品を得るためには、噴霧し、冷却した
アルミニウム合金をさらに乾燥しなければならない。こ
の場合には、方法は、乾燥気体をたとえばアルミニウム
合金1kg あたり1ないし 10 m3 の量で使用し、必要な
らば乾燥する物質を乾燥期間中回転させるようなもので
ある。たとえば直ちに触媒として使用することが、また
はこれから直ちに触媒を製造することが望ましいために
貯蔵において安定な製品が必要でないならば、もちろん
乾燥は省略することができる。
合金は、これらが特に活性な触媒であるという、または
特に活性な触媒、たとえばラネー型のものがこれらから
製造し得るという事実において顕著である。特に、高い
アルミニウム含有量を有する本発明記載の粉末アルミニ
ウム合金を、簡単に製造することができる。したがっ
て、従来は入手し得なかった粒子構造と触媒とが得られ
る。
合金が触媒である、たとえばアルミニウム−亜鉛合金で
ある限りでは、これらは芳香族化合物のアルキル化に、
たとえばフェノール、アニリンまたはフェニレンジアミ
ンのアルキル化に使用することができる。本発明に従っ
て製造した粉末アルミニウム合金が触媒の前駆体であ
る、たとえばニッケル、コバルト、鉄および/またはマ
ンガンを含有するアルミニウム合金である限りでは、た
とえばアルカリを用いる処理により、これらから水素化
に適した触媒を製造することができる。この種の水素化
の例は、不飽和炭化水素のより不飽和度の少ない炭化水
素、または飽和炭化水素への転化、ニトリルのアミンへ
の転化およびニトロ基の、特に芳香族系に結合したニト
ロ基のアミノ基への転化である。
ニウム 140 kg とを誘導炉中で融解させた。液相線温度
に達したのちに、得られる熔融物をさらに 1200℃ に加
熱し、ついで、誘導炉から直径18 mm の底部出口を有す
る加熱排出ロートに注ぎ出した。このロートから排出さ
れた液体金属のジェットを同心的に配置された 30 バー
ルの環状水ジェットで遮断し、噴霧した。噴霧時間は 1
0 分であり、供給した水の量は 2 m3 であった。噴霧
した粉末を噴霧系の下に位置する高さ 2 m の水槽に集
め、冷却した。水槽から取り出した噴霧した合金の温度
は 23℃ であった。残留水分(水の 19 重量%)を乾
燥、加熱した 4000 m3/時の空気流中で、20 分以内に
実質的に除去した。
末 195 kg が得られた:ニッケル 29.5 重量%、アル
ミニウム 69.7 重量%、酸素 0.4 重量%および水 0.05
重量%。
を有し、得られた粒子分布は以下のとおりであった: 400 μm 超 5.5 重量% 200 ないし 400 μm 28.1 重量% 100 ないし 200 μm 41.6 重量% 50 ないし 100 μm 18.9 重量% 50 μm 未満 5.9 重量% 得られた粉末は貯蔵に対して安定であり、これを問題な
しに取り扱うことが可能であった。
中で 3129 g の水に溶解させた。この方法で得られた水
酸化ナトリウムの温度を 80℃ に調整した。溶液上の空
気を窒素で置き換え、全反応時間中、窒素ブランケット
下で作業を行った。
を上記の水酸化ナトリウム溶液に6 g ずつ添加した。
この粉末合金は 20 分の時間をかけて添加し、気泡の発
生をあまりに強くさせないために、水酸化ナトリウム溶
液の温度を 80 ± 2℃ に維持した。
合物を 80℃ でさらに 30 分間撹拌した。ついで、生成
した触媒から母液を傾瀉し、この触媒を、水酸化ナトリ
ウム78 g を 313g の水に溶解させた溶液で、撹拌しな
がら 5 分間、後処理した。ついで、洗液を傾瀉により
分離し、触媒を pH 8.0 になるまで水で洗浄した。
%)59 g が得られた。
た触媒(100 %)10 g とを用い、撹拌器と電気的外部
加熱器とを有する 0.7 l のオートクレーブ中、 230
℃、水素圧150 バールで水素化した。12 分の反応時間
で、反応により生成した水を無視して 97.4 重量%のシ
クロヘキサノール、2.3 重量%のシクロヘキサンおよび
0.3重量%の他の副生成物を含有する混合物が得られ
た。
kgおよびアルミニウム 122.8 kg を誘導炉中で融解させ
た。液相線温度に達したのちに、得られた熔融物をさら
に 1300℃ に加熱し、ついで誘導炉から、中心に配置さ
れた底部出口を有する加熱セラミックス鋳物ロートに注
ぎ出した。この底部出口から排出される直径 15 mm の
液体金属ジェットを、同心的に配置された環状ギャップ
ノズルを通して供給した 6.2 バールの圧縮空気を用い
て噴霧した。噴霧時間は 11 分であり、空気の使用量は
1000 m3(6.2 バールで測定)であった。噴霧した粉末
を噴霧系の下の水槽に集めた。水槽から取り出した噴霧
した合金の温度は 21℃ であった。
重量%の残留水分含有量を有する粉末を、若干加熱した
4200 m3/時の乾燥空気流中で、24 分以内に乾燥し
た。ここでの残留水分含有量は、水 0.03 重量%に過ぎ
なかった。
末 199.4 kgが得られた:ニッケル33.9 重量%、鉄 5.7
2 重量%、アルミニウム 59.8 重量%および酸素 0.39
重量%。
形を有し、以下の粒子分布を有していた: 400 μm 超 12.6 重量% 200 ないし 400 μm 37.3 重量% 100 ないし 200 μm 35.2 重量% 50 ないし 100 μm 11.6 重量% 50 μm 未満 3.3 重量% b) 触媒の製造a)に従って得た粉末合金を、実施例
1b)の記述と同様にして触媒に転化させた。水性スラ
リーとして製造した 100 %触媒 79 g が得られた。
の 2,6-ジニトロトルエン 80 g とメタノール 240 g と
を、撹拌器とを電気的外部加熱器とを有する 0.7 l の
オートクレーブに導入し、b)に従って得た触媒(100
%)10 g を用い、100℃、水素圧 100 バールで水素化
した。14 分の反応時間でジニトロトルエンは実質的に
定量的に反応し、対応するジアミン、および、副生成物
としての N-アルキル化合物0.13 重量%が得られた。
のより大きな活性が、特に、その製造に必要な時間がよ
り短いことにより示されている。
kgおよびアルミニウム 122.8 kg を誘導炉中で融解させ
た。液相線温度に達したのちに、得られる熔融物をさら
に 1300℃ に加熱し、ついで、中央に配置された底部排
出口を有する加熱セラミックス鋳物ロートを経て噴霧系
に供給した。ロートの底部排出ブロックから排出される
液体金属の直径 15 mm のジェットを、同心的に配置さ
れた環状ギャップノズルを通して供給される 6.2 バー
ルの圧縮空気で噴霧し、環状ギャップノズルの下の噴霧
した粉末にスプレー環から水をスプレーした。噴霧時間
は 11 分であり、空気の使用量は 1000 m3(6.2 バール
で測定)であった。噴霧した粉末を噴霧系の下の水槽に
集めた。水槽から取り出した噴霧した合金の温度は 21
℃ であった。
重量%の残留水分含有量を有する粉末を、4200 m3/時
の予備加熱した乾燥空気流中で、24 分以内に乾燥し
た。乾燥した物質の残留水分含有量は、水 0.03 重量%
に過ぎなかった。
末 199.4 kgが得られた:ニッケル33.9 重量%、鉄 5.7
2 重量%、アルミニウム 59.8 重量%および酸素 0.39
重量%。
形を有し、以下の粒子分布を有していた: 400 μm 超 12.6 重量% 200 ないし 400 μm 37.3 重量% 100 ないし 200 μm 35.2 重量% 50 ないし 100 μm 11.6 重量% 50 μm 未満 3.3 重量% b) 触媒の製造a)に従って得た粉末合金を、実施例
1b)の記述と同様にして触媒に転化させた。水性スラ
リーとして製造した 100 %触媒 79 g が得られた。
従って得られた触媒を用いてジニトロトルエン混合物を
水素化した。結果は実施例2c)のものと同等であっ
た。
ル 2.31 kg およびアルミニウム 18.5 kg を誘導炉中で
融解させた。この混合物を1000 ミリバールのアルゴン
下で液相線点に、続いて 1200℃ に加熱し、ついでこ
れを、対称的に開口した直径7 mm の排出口を底部に有
する、予備加熱した鋳物ロートに注ぎ入れた。排出され
る液体金属のジェットを、同心的に配置された環状ギャ
ップノズルを用いてアルゴンで噴霧した。気体圧力は
6.8 バール、噴霧時間は 90 秒であり、33.9 m3(6.8
バールで測定)のアルゴンを使用した。
にアルゴン流中で冷却した。得られた粉末の温度は 35
℃ であった。
末 19.4 kg が得られた:ニッケル10.1 重量%、タンタ
ル 8.3 重量%、酸素 0.03 %およびアルミニウム 81.5
重量%。この合金粉末中には、いかなる残留水分含有
量をも検出することは不可能であった。
子形を有し、粒子分布は以下のとおりであった: 150 μm 超 21.4 重量% 106 ないし 150 μm 13.8 重量% 52 ないし 106 μm 23.2 重量% 53 μm 未満 41.6 重量% b) 触媒の製造a)に従って得た合金粉末を、実施例
1b)の記述と同様にして触媒に転化させた。水性スラ
リーとして製造した 100 %触媒 40 g 得られた。
器、水素導入配管、その下端が上記の気化撹拌器の直近
で終わる芳香族ジニトロ化合物用の導入管、および過剰
の水素用の排出バルブを備えたオートクレーブを使用し
た。芳香族ジアミンと水とよりなる反応混合物が、触媒
を捕捉するフリットを通じて、オートクレーブから排出
された。この装置は、芳香族ジニトロ化合物を触媒が完
全に消耗されるまで連続的に水素化することを可能にし
た。オートクレーブの温度は外部加熱器と冷却回路およ
び反応器内部の冷却コイルとにより調整した。
量%の 2,4- と 20 重量%の 2,6-ジアミノトルエンと
の混合物と(ii)水との、(i):(ii)= 63:37 の
重量比の混合物 80 ml をオートクレーブに導入した。
ついで、オートクレーブの内容物を 15 バールの水素圧
力下で 190 ないし 200℃ 加熱した。この温度で分配ポ
ンプを用いて毎時 64 l の水素を、また 80 重量%の
2,4- と20 重量%の 2,6-ジニトロトルエンとの混合物
毎時 53 gをオートクレーブに供給した。この工程の間
に反応器内の温度は 215℃ に上昇した。この温度、20
バールの圧力で、触媒が消耗されるまで(50 時間)水
素化を実施し、得られた工程生成物(ジアミンと水との
混合物)を連続的に取り出した。ジアミノトルエンの収
量は、使用したジニトロトルエンを基準とする理論量の
98.7 %と当量であった。加えて、1.1 重量%のタール
様の副生成物と 0.2 重量%のいわゆる低沸点分とが製
造された。
用した触媒は、より高い作業温度において同等に良好な
選択性を示した。より高い作業温度はより高い温度レベ
ルにおける反応熱の除去を可能にし、したがって、より
経済的である。
で融解させ、冷却したのちの比較的大きな塊の合金をス
クリーンボールミル中で、通常の方法で磨砕することは
不可能であった。
ウム 140.2 kg とを誘導炉中で融解させた。液相線温度
に達したのちに熔融物をさらに 810℃ に加熱し、つい
で、直径 12 mm の底部排出口を有する加熱排出ロート
に注入した。底部排出口から排出される金属の熔融ジェ
ットを、同心的に配置された環状ギャップノズル中で水
を用いて噴霧した。この水は 52 バールの圧力で供給
し、供給した水の量は 1800 l、噴霧時間は 5 分であっ
た。噴霧した粉末を噴霧系の下に位置する水槽に集め、
この工程の間に 24℃ に冷却した。
の残留水分含有量を有していたが、3200 m3/時の乾燥
空気流中で 15 分以内に乾燥した。
末 153.5 kgが得られた:亜鉛 9.7重量%、酸素 0.24
重量%、水 0.08 重量%およびアルミニウム 89.7 重量
%。得られた粉末は粗い、ないし球形の粒子形を有し、
得られたの粒子分布は以下のとおりであった: 400 μm 超 1.2 重量% 200 ないし 400 μm 12.3 重量% 100 ないし 200 μm 34.5 重量% 50 ないし 100 μm 30.1 重量% 50 μm 未満 21.9 重量% 得られた粉末は貯蔵に対して安定であり、これを問題な
しにさらに加工することが可能であった。
4- と 35 重量%の 2,6-トルイレンジアミンとの混合
物)250g を、a)に従って得られた合金粉末 4.7 g お
よび塩化アルミニウム(無水)8.3 g とともに、撹拌し
ながら 180℃ に加熱した。130℃において水素の発生が
始まり、これは 35 分後に停止した。
ーブ中、250 ないし 280℃ の温度で、かつ 150 ないし
180 バールの圧力でエチレンと反応させた。エチレン
の吸収は 25 分後に停止した。
に、ガスクロマトグラフィー分析によれば 98 %のジア
ルキル化トルイレンジアミンを含有するアルキル化生成
物が得られた。
のより高い活性が、使用すべきより低い温度、より短い
時間およびより低い圧力から示された。
ッケル 98 kg とを誘導炉中で融解させた。液相線温度
に達したのちに、得られた熔融物をさらに 1530℃ に加
熱し、中心に配置された底部排出口を有するセラミック
スロートを用いて噴霧した。底部の排出ブロックから排
出される直径 12 mm の金属の液体ジェットを、同心的
に配置された環状ギャップノズルを通して供給した 4.7
バールの圧縮空気を用いて噴霧した。噴霧時間は 8.2
分であり、空気の消費量は 1150 m3(4.7 バールで測定
して)であった。噴霧した粉末を噴霧系の下の水槽に集
め、ここから 22℃ の温度で取り出した。吸引濾過器を
用いて予備脱水した粉末は水 17 重量%の残留水分含有
量を有していたが、この水分は、4000 m3/時の予備加
熱した乾燥空気流中で、20 分以内に実質的に除去され
た。
末 189.5 kgが得られた:ニッケル49.6 重量%、アルミ
ニウム 49.3 重量%、酸素 0.65 重量%および水 0.04
重量%。
形を有し、得られた粒子分布は以下のとおりであった: 400 μm 超 16.5 重量% 200 ないし 400 μm 38.6 重量% 100 ないし 200 μm 33.8 重量% 50 ないし 100 μm 9.6 重量% 50 μm 未満 1.5 重量% b) 触媒の製造実施例6a)に従って得た粉末から実
施例1b)に記述したものに相当する手法で、500 g の
水酸化ナトリウムと 2000 gの水とを援用して触媒を製
造した。水性スラッジとして製造した触媒(100 %)10
0 g が得られた。
て、実施例1c)のものと実質的に同一の水素化結果を
得た。ここでもまた、先行技術のものと比較した場合の
本件触媒のより高い活性が、特に、その製造に必要な時
間がより短いことにより示されている。
うりである。
0 ないし 500℃上の温度において水および/または気体
で噴霧し、冷却することを特徴とする、触媒作用を有す
る、または触媒の前駆体である粉末アルミニウム合金の
製造方法。
99 重量%のアルミニウムを含有するものであることを
特徴とする実施態様項1記載の方法。
2 種以上の亜族元素を含有するものであることを特徴
とする実施態様項1および2記載の方法。
し 250℃ 上の温度でで実施することを特徴とする実施
態様項1ないし3記載の方法。
し 15 l の水および/または 0.5ないし 10 m3 の気体
(噴霧装置の圧力で測定した値)を噴霧に使用すること
を特徴とする実施態様項1ないし4記載の方法。
を特徴とする実施態様項1ないし5記載の方法。
全に、または1重量%以下の含有量にまで除去すること
を特徴とする実施態様項1ないし6記載の方法。
た粉末アルミニウム合金の、芳香族化合物のアルキル化
用の触媒としての使用。
た粉末アルミニウム合金の、水素化触媒製造用の使用。
Claims (1)
- 【請求項1】 50ないし90重量%のアルミニウム含
有量を有する液体アルミニウム合金をその融点の 50 な
いし 500℃ 上の温度において水および/または気体で
噴霧化し、冷却することを特徴とする、触媒作用を有す
る、または触媒の前駆体である粉末アルミニウム合金の
製造方法。
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-
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