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ES2312833T3 - Hidroxido de aluminio y procedimiento para la produccion del mismo. - Google Patents

Hidroxido de aluminio y procedimiento para la produccion del mismo. Download PDF

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ES2312833T3 ES03778747T ES03778747T ES2312833T3 ES 2312833 T3 ES2312833 T3 ES 2312833T3 ES 03778747 T ES03778747 T ES 03778747T ES 03778747 T ES03778747 T ES 03778747T ES 2312833 T3 ES2312833 T3 ES 2312833T3
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Akira c/o SHOWA DENKO K.K. Yokohama Plant ONISHI
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Abstract

Procedimiento para la producción de hidróxido de aProcedimiento para la producción de hidróxido de aluminio, que comprende la etapa que consiste en suluminio, que comprende la etapa que consiste en suspender hidróxido de aluminio obtenido mediante elspender hidróxido de aluminio obtenido mediante el proceso Bayer en una solución de aluminato de sod proceso Bayer en una solución de aluminato de sodio con el fin de obtener un lodo que presenta una io con el fin de obtener un lodo que presenta una proporción A/C de 0,4 o inferior, en la que A reprproporción A/C de 0,4 o inferior, en la que A representa una concentración de alúmina (g/litro) y C esenta una concentración de alúmina (g/litro) y C representa una concentración de hidróxido de sodiorepresenta una concentración de hidróxido de sodio (g/litro) en la solución de aluminato de sodio, y (g/litro) en la solución de aluminato de sodio, y la etapa que consiste en aumentar la temperatura la etapa que consiste en aumentar la temperatura del lodo desde 60ºC o inferior hasta 90ºC o superidel lodo desde 60ºC o inferior hasta 90ºC o superior, en el que en la etapa que consiste en aumentaror, en el que en la etapa que consiste en aumentar la temperatura, un tiempo H invertido en aumentar la temperatura, un tiempo H invertido en aumentar la temperatura del lodo desde 60ºC o inferior has la temperatura del lodo desde 60ºC o inferior hasta 90ºC o superior es de 15 minutos o menor. ta 90ºC o superior es de 15 minutos o menor.

Description

Hidróxido de aluminio y procedimiento para la producción del mismo.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de hidróxido de aluminio, que se utiliza como sustancia de relleno retardante de llama en plásticos, caucho, etc. Más particularmente, la invención se refiere a un método para la producción de hidróxido de aluminio que presenta un contenido de agregación extremadamente pequeño y se desintegra en partículas primarias y, cuando se rellena con el mismo una resina, produce una composición de resina excelente en cuanto a su resistencia al impacto.
Antecedentes de la técnica
Hasta el presente, el hidróxido de aluminio se ha utilizado ampliamente como sustancia de relleno para rellenar caucho y plásticos. Por ejemplo, se ha utilizado como retardante de llama en resinas termoplásticas, caucho y resinas epoxi, y como sustancia de relleno tonificante en resinas termoestables, tales como resinas de poliéster insaturado y resinas acrílicas.
Cuando se utiliza el hidróxido de aluminio como retardante de llama, el grado en el cual mejora la propiedad retardante de llama de una determinada resina mediante la adición de dicho retardante de llama aumenta de acuerdo con el aumento de la concentración de hidróxido de aluminio añadido a la resina. Sin embargo, el aumento del factor de llenado comporta problemas tales como el deterioro de la moldeabilidad y el aumento del momento de fuerza de amasado de la resina. Además, da lugar a problemas tales como el aumento de la temperatura de moldeado y el sacrificio de parte del hidróxido de aluminio para dar lugar a deshidratación y expansión (espumado).
Cuando el hidróxido de aluminio se utiliza como sustancia de relleno, el mismo hace disminuir la resistencia, particularmente la resistencia al impacto, del artículo moldeado de resina, ya que carece de efecto reforzante. A efectos de evitar la degradación de la resistencia al impacto, se recomienda disminuir el diámetro de partícula del hidróxido de aluminio tanto como sea posible. Aunque no es imposible obtener hidróxido de aluminio con un diámetro de partícula diminuto por precipitación, el mismo resulta difícil de utilizar como sustancia de relleno en grandes cantidades, ya que asume la forma de partículas agregadas secundarias resultantes de la agregación abundante de partículas primarias y, en consecuencia, tiene una capacidad muy elevada de absorción de aceite.
En consecuencia, habitualmente se utilizan partículas de hidróxido de aluminio con diámetros comprendidos en el intervalo comprendido aproximadamente entre 50 y 150 \mum que se pulverizan utilizando un triturador de bolas o un pulverizador similar hasta alcanzar el grado de partículas primarias.
Pulverizar el hidróxido de aluminio hasta un diámetro de partícula determinado mediante pulverización exige una gran cantidad de energía. Cuando se pulveriza, se rompen las partículas primarias del hidróxido de aluminio, y el mismo forma una superficie rugosa y desprende virutas, y provoca que el polvo obtenido aumente su superficie específica. En consecuencia, resulta difícil rellenar una resina con el hidróxido de aluminio pulverizado debido a la deteriorada compatibilidad con la misma y al aumento de viscosidad. Particularmente, en el caso de una resina termoestable, se prolonga el tiempo de curado.
Solamente por pulverización no se obtienen fácilmente partículas con diámetros uniformes, y tienden a persistir partículas agregadas (partículas sin pulverizar) comparativamente gruesas. Se ha demostrado que dichas partículas sin pulverizar constituyen puntos de origen de roturas y provocan una disminución de la resistencia al impacto a medida que se rellena la resina con el polvo. A efectos de eliminar dichas partículas sin pulverizar, se ha utilizado ampliamente un procedimiento para separarlas por clasificación o cribado en aire después de la pulverización. Sin embargo, estas operaciones de separación no resultan rentables, ya que inevitablemente requieren una inversión inicial en equipos enorme.
En consecuencia, se han sugerido diversos procedimientos dirigidos a la obtención de hidróxido de aluminio con un diámetro de partícula determinado y uniforme.
El documento JP-B HEI 5-4336 da a conocer un procedimiento que impide que las partículas se vuelvan gruesas ejerciendo una fuerza centrífuga elevada sobre las mismas utilizando un separador centrífugo continuo, desintegrando de este modo las partículas agregadas secundarias sin romper las partículas primarias.
Este procedimiento limita el diámetro de partícula primaria de hidróxido de aluminio sometido a la acción de la fuerza centrífuga a un intervalo comprendido entre 1 y 4 \mum. Se afirma que cuando el diámetro excede de 4 \mum, el efecto de desintegración debido a la fuerza centrífuga no es suficiente para desintegrar las partículas agregadas secundarias. Este procedimiento no ha sido nunca aplicable a un amplio espectro de aplicaciones.
El documento JP-B SHO 62-9256 da a conocer una idea para obtener hidróxido de aluminio en forma de partículas primarias con forma cristalina redondeada exponiendo el hidróxido de aluminio sólido a agente de extracción de Bayer calentado con antelación a una temperatura elevada.
Sin embargo, este procedimiento presenta como desventaja el hecho de que requiere un largo periodo de exposición, disminuyendo la eficacia de la producción debido a que la solución de hidróxido de aluminio prosigue durante el curso de la exposición.
El documento JP-A HEI 9-208740 da a conocer un procedimiento para provocar la solución de superficie y la reducción de la superficie específica pulverizando preparatoriamente las partículas agregadas secundarias del hidróxido de aluminio utilizando un pulverizador de impacto seco, convirtiendo a continuación el hidróxido de aluminio resultante en un lodo en una solución de aluminato de sodio con una concentración alcalina específica y elevando la temperatura de dicho lodo.
Sin embargo, este procedimiento presenta el problema de que prolonga el procedimiento y hace aumentar el coste de producción, ya que requiere que el hidróxido de aluminio se filtre y se seque a efectos de permitir su pulverización en seco preparatoria.
El documento JP 5058623 da a conocer un hidróxido de aluminio con un diámetro promedio de partículas secundarias de 6-16 \mum y una distribución de tamaños de partícula estrecha, así como un procedimiento de obtención del mismo.
El documento US 5.130.113 da a conocer un hidróxido de aluminio con un tamaño de partícula comprendido entre 2 y 30 \mum y con una superficie específica pequeña y una viscosidad de llenado de resina baja, así como un procedimiento de obtención del mismo.
Un objeto de la presente invención consiste en dar a conocer un hidróxido de aluminio que presenta un contenido de agregación extremadamente pequeño y está desintegrado en partículas primarias y el cual, cuando se rellena con él una resina, produce muy eficazmente una composición de resina excelente en cuanto a su resistencia al impacto, así como en dar a conocer un procedimiento para la producción de dicho hidróxido de aluminio.
Exposición de la invención
La presente invención da a conocer un procedimiento para la producción de hidróxido de aluminio, que comprende la etapa de suspender hidróxido de aluminio obtenido mediante el proceso Bayer en una solución de aluminato de sodio a efectos de obtener un lodo que presenta una relación A/C de 0,4 o menor, donde A representa la concentración de alúmina (g/litro) y C representa la concentración de hidróxido de sodio (g/litro) en la solución de aluminato de sodio, y la etapa de aumentar la temperatura del lodo desde una temperatura de 60ºC o menor hasta una temperatura de 90ºC o mayor, en el que, en la etapa de aumento de la temperatura, el tiempo H invertido en aumentar la temperatura del lodo desde una temperatura de 60ºC o menor hasta una temperatura de 90ºC o mayor es de 15 minutos o menor.
Preferentemente, el procedimiento comprende además la etapa de retener el lodo, tras la etapa de aumento de la temperatura del mismo, a una temperatura de 85ºC o mayor durante, por lo menos, (15 - H) minutos.
En dicho procedimiento el hidróxido de aluminio presenta preferentemente una proporción de solubilidad, debido a la etapa de aumento de temperatura, representada por la fórmula general: proporción de solubilidad (%) = C antes de aumentar la temperatura x (A/C después de aumentar la temperatura - A/C antes de aumentar la temperatura) x 1,53/concentración de hidróxido de aluminio del lodo antes de aumentar la temperatura x 100, en la que A representa la concentración de alúmina (g/litro) y C representa la concentración de hidróxido de sodio (g/litro) en la solución de aluminato de sodio, siendo dicha proporción menor del 30%.
Preferentemente, el procedimiento comprende además la etapa de utilizar un separador centrífugo continuo para ejercer una fuerza centrífuga sobre el lodo después de la etapa de aumento de la temperatura del mismo. Preferentemente, la fuerza centrífuga es de 300 G o mayor.
En el procedimiento, la etapa de aumento de la temperatura se lleva a cabo preferentemente utilizando un intercambiador de calor de doble tubo.
Preferentemente, el procedimiento según la presente invención proporciona un hidróxido de aluminio con un diámetro promedio de partícula D comprendido dentro del intervalo entre 1 y 10 \mum, una superficie BET específica S de 1,5 m^{2}/g o menor, un grado de agregación D/Dbet menor de 3, donde Dbet se refiere a un diámetro de partícula calculado mediante aproximación esférica a partir de la superficie BET específica S como Dbet = 6(S x \rho), donde \rho se refiere a la gravedad específica del hidróxido de aluminio, y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum del 0,5% en masa o menor. El contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum es preferentemente del 0,1% en masa o menor.
El hidróxido de aluminio producido mediante la presente invención se puede utilizar para una composición que comprende el hidróxido de aluminio como sustancia de relleno.
La composición comprende un material de matriz de, como mínimo, un material seleccionado entre caucho y plástico.
El hidróxido de aluminio producido mediante el procedimiento según la presente invención presenta un contenido de agregación extremadamente pequeño y se desintegra en partículas primarias. Cuando se lleva a cabo la etapa de ejercer una fuerza centrífuga sobre el lodo después del aumento de la temperatura, el hidróxido de aluminio obtenido tiene un contenido de agregación aún más extremadamente pequeño. Cuando se rellena una resina con las partículas de hidróxido de aluminio, se puede obtener una composición de resina excelente en cuanto a su resistencia al
impacto.
Mejor modo de llevar a cabo la invención
Los presentes inventores han llevado a cabo un estudio completo con el objeto de obtener hidróxido de aluminio con un contenido de agregación extremadamente pequeño y desintegrado en forma de partículas primarias y, en consecuencia, han descubierto que un hidróxido de aluminio monocristalino ideal con una superficie específica baja y adecuado para su utilización como sustancia de relleno se obtiene combinando una etapa en la que la temperatura del lodo que contiene hidróxido de aluminio suspendido en una solución específica de aluminato de sodio se eleva en condiciones específicas, y una etapa posterior de ejercer una fuerza centrífuga sobre dicho lodo, concentrando de este modo los sólidos en el lodo y desintegrando las partículas coaguladas secundarias. Como resultado, se ha perfeccionado la presente invención.
La presente invención pretende dar a conocer un procedimiento para la producción de hidróxido de aluminio tal como se define en la reivindicación 1.
En la etapa de aumento de la temperatura de la presente invención, los contornos de gránulo de partículas agregadas secundarias cristalográficamente deficientes en fuerza de enlace se disuelven selectivamente, y las partículas agregadas secundarias se desintegran ejerciendo un choque térmico sobre el hidróxido de aluminio del lodo que contiene el hidróxido de aluminio obtenido mediante el proceso Bayer y suspendido en una solución de aluminato de sodio.
Concretamente, en la etapa de aumento de la temperatura, la temperatura del lodo antes de aumentar la temperatura es de 60ºC o menor, preferentemente 55ºC o menor. Si la temperatura es mayor de 60ºC, dicho exceso comportará la desventaja de impedir la aplicación de un choque térmico lo suficientemente grande como para efectuar la solución selectiva únicamente del contorno de los gránulos durante el proceso de aumento de la temperatura.
La temperatura del lodo tras la etapa de aumento de la temperatura es de 90ºC o mayor, preferentemente 95ºC o mayor, y más preferentemente de 97ºC o mayor. Si dicha temperatura no alcanza los 90ºC, dicha deficiencia comportará la desventaja de impedir la aplicación de un choque térmico lo suficientemente grande como para efectuar la solución selectiva únicamente del contorno de los gránulos, provocando que las partículas agregadas sobrevivan y sus superficies sean rugosas.
Incidentalmente, el punto de ebullición de la solución de aluminato de sodio no se puede restringir, ya que varía con la concentración de hidróxido de sodio. Sin embargo, en el caso de la solución de aluminato de sodio que se utiliza en el proceso Bayer, es de aproximadamente 104ºC.
La relación A/C, donde A representa la concentración (g/litro) de alúmina (Al_{2}O_{3}) y C representa la concentración (g/litro) de hidróxido de sodio (NaOH) antes del aumento de la temperatura, es de 0,4 o menor, tal como se ha mencionado anteriormente. Esta relación es preferentemente de 0,35 o menor, y más preferentemente de 0,3 o menor. Si la relación A/C es mayor de 0,4, dicho exceso comportará la desventaja de impedir la solución de la porción de alúmina necesaria para soltar los contornos de gránulo, provocando que las partículas agregadas sobrevivan.
El tiempo requerido para elevar la temperatura del lodo desde una temperatura de 60ºC o menor hasta una temperatura de 90ºC o mayor está dentro de los 15 minutos, preferentemente dentro de los 10 minutos, y más preferentemente dentro de los 5 minutos. Si este tiempo es mayor de 15 minutos, dicho exceso comportará la desventaja de impedir la aplicación de un choque térmico lo suficientemente grande como para efectuar la solución selectiva únicamente del contorno de los gránulos, provocando que las partículas agregadas sobrevivan y prosiga la solución de las partículas enteras.
El método para calentar el lodo desde una temperatura de 60ºC o menor hasta una temperatura de 90ºC o mayor no está particularmente restringido. La temperatura se puede aumentar linealmente, o moderadamente en la fase inicial y rápidamente en la fase final, o viceversa. El límite inferior a la duración de este aumento de la temperatura no está particularmente restringido. La etapa de aumento de la temperatura se puede llevar a cabo rápidamente.
Después de aumentar la temperatura del lodo hasta el valor final mencionado anteriormente, dicho lodo se retiene en las condiciones específicas que dependen de la duración del aumento de temperatura. Dentro del intervalo de duración del aumento de la temperatura comprendido dentro de los 15 minutos, la duración de la retención aumenta de acuerdo con la disminución de la duración del aumento de temperatura. En el procedimiento según la presente invención, la duración de la retención es, como mínimo, de (15 - H) minutos cuando el tiempo empleado para elevar la temperatura es de H minutos, estando dentro de los 15 minutos. En consecuencia, cuando la duración del aumento de la temperatura es de 15 minutos, el procedimiento puede prescindir de la etapa de retención. La temperatura de retención después del aumento de la temperatura es preferentemente de 85ºC o mayor, y preferentemente de 90ºC o mayor. Si la temperatura de esta retención es menor de 85ºC, dicha deficiencia comportará la desventaja de inducir que las partículas separadas se vuelvan a agregar. El límite superior para la temperatura de retención es habitualmente el punto de ebullición de la solución de aluminato de sodio.
El dispositivo utilizado para aumentar la temperatura en la etapa de aumento de la misma es preferentemente un intercambiador de calor de doble tubo.
La proporción de solubilidad del hidróxido de aluminio debida a la etapa de aumento de la temperatura del procedimiento según la presente invención es apropiadamente menor del 30%, preferentemente menor del 25%. Si la proporción de solubilidad es mayor del 30%, dicho exceso comportará la desventaja de disminuir el rendimiento de hidróxido de aluminio y la eficacia de producción.
La proporción de solubilidad de hidróxido de aluminio debida a la etapa de aumento de la temperatura se define mediante la fórmula general:
Proporción de solubilidad (%) = C antes de aumentar la temperatura x (A/C después de aumentar la temperatura - A/C antes de aumentar la temperatura) x 1,53/concentración de hidróxido de aluminio del lodo antes de aumentar la temperatura x 100,
en la que A representa la concentración de alúmina (g/litro) y C representa la concentración de hidróxido de sodio (g/litro) en la solución de aluminato de sodio.
Se puede añadir la etapa de ejercer una fuerza centrífuga. Dicha fuerza centrífuga se ejerce sobre el lodo a efectos de concentrar los sólidos del mismo y desintegrar las partículas agregadas secundarias en virtud de la fricción mutua de las partículas adyacentes. Esto permite que las partículas agregadas secundarias se desintegren más eficazmente.
La fuerza centrífuga que se debe ejercer sobre el lodo en la etapa de aplicación de la fuerza centrífuga en el presente procedimiento es adecuadamente de 300 G o mayor, preferentemente de 500 G o mayor, y más preferentemente de 1.000 G o mayor. Si dicha fuerza es menor de 300 G, dicha deficiencia comportará la desventaja de impedir la aplicación de una fuerza centrífuga lo suficientemente grande como para desintegrar las partículas agregadas
secundarias.
El dispositivo para ejercer la fuerza centrífuga en la etapa de aplicación de fuerza centrífuga en el procedimiento según la presente invención es preferentemente un separador centrífugo continuo. La utilización de un separador centrífugo continuo permite la manifestación de un efecto adicional de desintegración de las partículas agregadas secundarias mediante la fuerza de cizalladura ejercida sobre los sólidos, mientras que los sólidos concentrados por el separador centrífugo se evacuan continuamente del mismo.
Incidentalmente, se conocen dos tipos de separadores centrífugos continuos, concretamente del tipo placa de separación y del tipo decantador. El tipo placa de separación se presenta en dos tipos, concretamente el tipo descarga por válvula y el tipo descarga por tobera. El tipo decantador incluye el tipo de decantador helicoidal. Como separador centrífugo continuo a utilizar en la presente invención, resulta favorable utilizar el de tipo decantador helicoidal, ya que es capaz de desintegrar partículas agregadas secundarias ejerciendo una fuerza de cizalladura sobre los sólidos que han sido concentrados por el separador centrífugo.
El presente procedimiento, al utilizar como material de partida el lodo que contiene el hidróxido de aluminio obtenido mediante el proceso Bayer suspendido en una solución de aluminato de sodio y al llevar a cabo la etapa de aumento de la temperatura y, cuando resulta necesario, llevar a cabo la etapa de ejercer una fuerza centrífuga sobre el lodo, permite la obtención de un hidróxido de aluminio de partículas primarias a la vez que evita que la superficie de las partículas sea rugosa y que persistan partículas agregadas.
La presente invención es capaz de obtener un hidróxido de aluminio con un diámetro promedio de partícula D comprendido dentro del intervalo entre 1 y 10 \mum, una superficie específica S de 1,5 m^{2}/g o menor, determinada mediante el método de adsorción de nitrógeno (método BET), un grado de agregación D/Dbet menor de 3, donde Dbet se refiere a un diámetro de partícula calculado mediante aproximación esférica a partir de la superficie S, y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum del 0,5% en masa o menor, preferentemente del 0,1% en masa o menor. En este caso, Dbet se expresa como Dbet = 6(S x \rho), donde \rho se refiere a la gravedad específica del hidróxido de aluminio.
El presente procedimiento utiliza como material de partida el lodo que contiene el hidróxido de aluminio obtenido mediante el proceso Bayer suspendido en una solución de aluminato de sodio, tal como se ha mencionado anteriormente. Teniendo en cuenta el diámetro de partícula que se espera obtener después de la solución y seleccionando el diámetro de partícula primaria de las partículas agregadas secundarias en el lodo de partida, es posible obtener un hidróxido de aluminio de partículas primarias con un determinado diámetro de partícula y una superficie BET específica baja.
El hidróxido de aluminio obtenido se puede utilizar adecuadamente como diversos tipos de sustancia de relleno. Como ejemplos concretos del material de matriz que se puede utilizar favorablemente para la composición que contiene el hidróxido de aluminio, se pueden mencionar sustancias plásticas, tales como caucho o resinas termoplásticas, resinas epoxi y resinas termoestables (tales como resinas de poliéster insaturado y resinas acrílicas).
Cuando se rellena una resina con el hidróxido de aluminio obtenido mediante el presente procedimiento, el mismo se puede utilizar individualmente o en combinación con diversos tipos diferentes de hidróxido de aluminio que varían en el diámetro de partícula, a efectos de disminuir la viscosidad del compuesto.
El hidróxido de aluminio obtenido mediante el presente procedimiento se puede someter a tratamiento de superficie utilizando un agente de tratamiento de superficie conocido antes de su utilización. El agente de tratamiento de superficie no necesita estar particularmente restringido. Como ejemplos concretos del agente de tratamiento de superficie que se puede utilizar favorablemente se pueden mencionar diversos agentes de acoplamiento, tales como agentes de acoplamiento de silano y agentes de acoplamiento de titanato; ácidos grasos, tales como ácido oleico y ácido esteárico; ésteres de estos ácidos grasos; y silicatos, tales como de metilsilicato y etilsilicato.
A continuación, la presente invención se describe más específicamente haciendo referencia a ejemplos de trabajo. La presente invención no necesita estar restringida a los siguientes ejemplos, sino que se puede realizar de cualquier modo sin alterar la constitución expuesta en el alcance de las reivindicaciones adjuntas. Las propiedades de estado sólido mencionadas en la presente especificación se determinaron mediante los métodos siguientes.
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Diámetro promedio de partícula D
El diámetro promedio de partícula D de hidróxido de aluminio se determinó mediante el método de difracción/scattering láser.
Superficie BET específica S
La superficie específica S del hidróxido de aluminio se midió mediante el método de adsorción de nitrógeno (método BET).
Grado de agregación D/Dbet
El grado de agregación D/Dbet del hidróxido de aluminio se estimó calculando la relación entre el diámetro promedio de partícula D y el diámetro de partícula Dbet, que se calcula por aproximación esférica a partir de la superficie S como Dbet = 6(S x \rho), donde \rho se refiere a la gravedad específica del hidróxido de aluminio.
\vskip1.000000\baselineskip
Contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum
El contenido de partículas que tienen diámetros mayores de 20 \mum se calculó dispersando una muestra de 5 g en 1,5 l de agua urbana pasada a través de un filtro capaz de eliminar los sólidos con diámetros mayores de 1 \mum, sometiendo la solución dispersada resultante a dispersión por ondas ultrasónicas durante 10 minutos a la vez que se tamiza con un tamiz de acero inoxidable con una malla de 20 \mum en un clasificador de polvo impalpable (fabricado por Yokohama Rika K. K. y comercializado con el código de producto "PS-80"), pesando el residuo del tamizado y calculando la proporción en porcentaje del peso del residuo de tamizado con respecto al peso de la muestra antes de dicho tamizado.
Resistencia al impacto
Se obtuvo una pieza moldeada mezclando 100 partes en masa de resina de éster vinílico (fabricada por Showa Kounshi K. K. y comercializada bajo el nombre comercial "Ripoxy RF-300 series"), 200 partes en masa de hidróxido de aluminio, 2 partes en masa de un agente de curado (fabricado por Nippon Oils & Fats Co., Ltd. y comercializado bajo el nombre comercial "Percure WO") y 0,75 partes en masa de un agente auxiliar (fabricado por Nippon Oils & Fats Co., Ltd. y comercializado bajo el nombre comercial "Peroil TCP"), mezclando con desespumado en vacío, introduciendo la mezcla resultante en el espacio intermedio entre dos placas de vidrio opuestas, y calentando la masa de mezcla utilizada entre las placas de vidrio a 60ºC durante una hora y a 90ºC durante 30 minutos, hasta que se solidificó. A partir de la pieza moldeada se obtuvo una pieza de ensayo sin ninguna muesca y se analizó su resistencia al impacto Izod.
Relación de solubilidad del hidróxido de aluminio
La proporción de solubilidad del hidróxido de aluminio debida a la etapa de aumento de la temperatura se define mediante la fórmula general:
Proporción de solubilidad (%) = C antes de aumentar la temperatura x (A/C después de aumentar la temperatura - A/C antes de aumentar la temperatura) x 1,53/concentración de hidróxido de aluminio del lodo antes de aumentar la temperatura x 100,
en la que A representa la concentración de alúmina (g/litro) y C representa la concentración de hidróxido de sodio (g/litro) en la solución de aluminato de sodio.
Ejemplo 1
Se introdujo lodo resultante de la suspensión de hidróxido de aluminio obtenido mediante el proceso Bayer en una solución de aluminato de sodio (diámetro promedio de partícula del hidróxido de aluminio: 57,6 \mum; concentración de hidróxido de sodio: 158 g/litro; A/C = 0,31; concentración de hidróxido de aluminio en el lodo: 200 g/litro; y temperatura del lodo: 41ºC) al tubo interior de un intercambiador de calor de doble tubo (volumen del tubo interior: 0,019 m^{3}; y superficie de calentamiento: 3,2 m^{2}) a una velocidad de 3 m^{3}/h (tiempo de retención: 23 segundos en el intercambiador de calor). Se introdujo vapor de agua en el tubo exterior hasta que la temperatura del mismo se elevó a 96ºC. A continuación, se retuvo el lodo a 85ºC durante 15 minutos. El valor de A/C del lodo fue de 0,49 y la relación de solubilidad del mismo fue de 21,8%.
El hidróxido de aluminio sólido se separó del lodo en un estado limpio por filtración, y a continuación se secó. El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 8,2 \mum, una superficie BET específica S de 0,5 m^{2}/g, un grado de agregación de 1,7 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 0,23% en masa. Una pieza de ensayo fabricada rellenando una resina con este polvo mostró una resistencia al impacto Izod de 2,2 kJ/m^{2}.
Ejemplo 2
El mismo lodo de suspensión de hidróxido de aluminio utilizado en el ejemplo 1 se introdujo en un depósito de SUS con un volumen interior de 1 m^{3} y se mantuvo en su interior con agitación. Mientras tanto, la temperatura del depósito se elevó a 90ºC durante un periodo de 15 minutos. El lodo resultó tener una A/C de 0,47 y una relación de solubilidad del 19,3%. El hidróxido de aluminio sólido se separó del lodo en un estado limpio por filtración, y a continuación se secó. El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 8,8 \mum, una superficie BET específica S de 0,5 m^{2}/g, un grado de agregación de 1,8 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 0,35% en masa. Una pieza de ensayo fabricada rellenando una resina con este polvo mostró una resistencia al impacto Izod de 2,1 kJ/m^{2}.
Ejemplo 3
Se introdujo lodo resultante de la suspensión de hidróxido de aluminio obtenido mediante el proceso Bayer en una solución de aluminato de sodio (diámetro promedio de partícula del hidróxido de aluminio: 55,3 \mum; concentración de hidróxido de sodio: 156 g/litro; A/C = 0,38; concentración de hidróxido de aluminio en el lodo: 180 g/litro; y temperatura del lodo: 43ºC) en el mismo depósito de SUS del ejemplo 2, y se mantuvo también en su interior con agitación. Mientras tanto, la temperatura del depósito se elevó a 90ºC durante un periodo de 15 minutos. El lodo resultó tener una de 0,48 y una relación de solubilidad del 13,3%. El hidróxido de aluminio sólido se separó del lodo en un estado limpio por filtración, y a continuación se secó. El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 9,1 \mum, una superficie BET específica S de 0,4 m^{2}/g, un grado de agregación de 1,5 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 0,41% en masa. Una pieza de ensayo fabricada rellenando una resina con este polvo mostró una resistencia al impacto Izod de 2 kJ/m^{2}.
Ejemplo 4
El mismo lodo de suspensión de hidróxido de aluminio utilizado en el ejemplo 1 se trató de acuerdo con el procedimiento del ejemplo 2, calentando antes dicho lodo a 47ºC. Tras elevar la temperatura, dicho lodo resultó tener una A/C de 0,49 y una relación de solubilidad del 21,8%. El hidróxido de aluminio sólido se separó del lodo en un estado limpio por filtración, y a continuación se secó. El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 9,7 \mum, una superficie BET específica S de 0,4 m^{2}/g, un grado de agregación de 1,6 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 0,4% en masa. Una pieza de ensayo fabricada rellenando una resina con este polvo mostró una resistencia al impacto Izod de 2 kJ/m^{2}.
Ejemplo comparativo 1
El mismo lodo de suspensión de hidróxido de aluminio utilizado en el ejemplo 1 se introdujo en el mismo depósito de SUS del ejemplo 2, y se mantuvo también en su interior con agitación. Mientras tanto, la temperatura del depósito se elevó a 83ºC durante un periodo de 15 minutos. El lodo resultó tener una A/C de 0,44 y una relación de solubilidad del 15,7%. El hidróxido de aluminio sólido se separó del lodo en un estado limpio por filtración, y a continuación se secó. El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 27,2 \mum, una superficie BET específica S de 0,2 m^{2}/g, un grado de agregación de 2,2 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 1,09% en masa. Una pieza de ensayo fabricada rellenando una resina con este polvo mostró una resistencia al impacto Izod de 1,9 kJ/m^{2}.
Ejemplo comparativo 2
El mismo lodo de suspensión de hidróxido de aluminio utilizado en el ejemplo 1 se introdujo en el mismo depósito de SUS del ejemplo 2, y se mantuvo también en su interior con agitación. Mientras tanto, la temperatura del depósito se elevó a 90ºC durante un periodo de 30 minutos. El lodo resultó tener una A/C de 0,5 y una relación de solubilidad del 23%. El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 12,3 \mum, una superficie BET específica S de 0,4 m^{2}/g, un grado de agregación de 2 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 0,74% en masa. Una pieza de ensayo fabricada rellenando una resina con este polvo mostró una resistencia al impacto Izod de 1,8 kJ/m^{2}.
Ejemplo comparativo 3
El mismo lodo de suspensión de hidróxido de aluminio utilizado en el ejemplo 1 se trató de acuerdo con el procedimiento del ejemplo 2, calentando antes dicho lodo a 68ºC. Tras elevar la temperatura, dicho lodo resultó tener una A/C de 0,49 y una relación de solubilidad del 21,8%. El hidróxido de aluminio sólido se separó del lodo en un estado limpio por filtración, y a continuación se secó. El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 14,5 \mum, una superficie BET específica S de 0,4 m^{2}/g, un grado de agregación de 2,3 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 0,63% en masa. Una pieza de ensayo fabricada rellenando una resina con este polvo mostró una resistencia al impacto Izod de 1,8 kJ/m^{2}.
Los resultados de los anteriores ejemplos 1 a 4 y los ejemplos comparativos 1 a 3 se indican y se agrupan en la tabla 1.
TABLA 1
1
Ejemplo 5
Se introdujo lodo resultante de la suspensión de hidróxido de aluminio obtenido mediante el proceso Bayer en una solución de aluminato de sodio (diámetro promedio de partícula del hidróxido de aluminio: 57,6 \mum; concentración de hidróxido de sodio: 158 g/litro; A/C = 0,31; concentración de hidróxido de aluminio en el lodo: 200 g/litro; y temperatura del lodo: 41ºC) al tubo interior de un intercambiador de calor de doble tubo (volumen del tubo interior: 0,019 m^{3}; y superficie de calentamiento: 3,2 m^{2}) a una velocidad de 3 m^{3}/h (tiempo de retención: 23 segundos en el intercambiador de calor). Se introdujo vapor de agua en el tubo exterior hasta que la temperatura del mismo se elevó a 96ºC. A continuación, parte del lodo se transfirió a una velocidad de 1 m^{3}/hora a un separador centrífugo continuo fabricado por Tomoe Kogyo K. K. y comercializado bajo el nombre comercial "Sharpless Super Decanter P-660" y se comprimió con una fuerza centrífuga de 1.000 G a efectos de concentrar los sólidos contenidos en el mismo. Los sólidos concentrados por una hélice montada en la pared interior del separador centrífugo continuo fueron continuamente eliminados del dispositivo.
El valor de A/C del lodo que había pasado por el intercambiador de calor de doble tubo fue de 0,46 y la relación de solubilidad del hidróxido de aluminio en virtud de la etapa de aumento de la temperatura del lodo fue de 18,1%. El hidróxido de aluminio que había pasado por el decantador se lavó, se separó por filtración y a continuación se secó.
El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 8,9 \mum, una superficie BET específica S de 0,5 m^{2}/g, un grado de agregación D/Dbet de 1,8 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 0,03% en masa.
Una pieza de ensayo fabricada rellenando una resina con este polvo mostró una resistencia al impacto Izod de
2,6 kJ/m^{2}.
Ejemplo 6
El lodo resultante de la suspensión de hidróxido de aluminio obtenido mediante el proceso Bayer en una solución de aluminato de sodio (diámetro promedio de partícula del hidróxido de aluminio: 55,3 \mum; concentración de hidróxido de sodio: 156 g/litro; A/C = 0,38; concentración de hidróxido de aluminio en el lodo: 180 g/litro; y temperatura del lodo: 43ºC) se transfirió a una velocidad de 3 m^{3}/hora (tiempo de retención: 23 segundos en el intercambiador de calor) al tubo interior del mismo intercambiador de calor de doble tubo utilizado en el ejemplo 5, y se introdujo vapor de agua en el tubo exterior hasta que la temperatura del mismo se elevó a 96ºC. A continuación, parte del lodo se transfirió a una velocidad de 1 m^{3}/hora al mismo separador centrífugo continuo utilizado en el ejemplo 5, y se comprimió con una fuerza centrífuga de 1.000 G a efectos de concentrar los sólidos contenidos en el mismo. Los sólidos fueron eliminados del dispositivo mediante el procedimiento del ejemplo 5.
El valor de A/C del lodo que había pasado por el intercambiador de calor de doble tubo fue de 0,45 y la relación de solubilidad del hidróxido de aluminio en virtud de la etapa de aumento de la temperatura del lodo fue de 9,3%. El hidróxido de aluminio que había pasado por el decantador se lavó, se separó por cribado y a continuación se secó.
El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 7,8 \mum, una superficie BET específica S de 0,9 m^{2}/g, un grado de agregación D/Dbet de 2,8 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 0,05% en masa.
Se fabricó una pieza de ensayo rellenando con este polvo una resina, siguiendo el procedimiento del ejemplo 5. Dicha pieza de ensayo mostró una resistencia al impacto Izod de 3,1 kJ/m^{2}.
Ejemplo 7
Parte del lodo que había pasado por el intercambiador de calor de doble tubo del ejemplo 5 se transfirió a una velocidad de 1 m^{3}/hora al mismo separador centrífugo continuo utilizado en el ejemplo 6, y se comprimió con una fuerza centrífuga de 500 G a efectos de concentrar los sólidos contenidos en el mismo. Los sólidos fueron eliminados del dispositivo mediante el procedimiento del ejemplo 6. El hidróxido de aluminio que había pasado por el decantador se lavó, se separó por tamizado y a continuación se secó.
El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 9,3 \mum, una superficie BET específica S de 0,5 m^{2}/g, un grado de agregación D/Dbet de 1,9 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 0,04% en masa.
Se fabricó una pieza de ensayo rellenando con este polvo una resina, siguiendo el procedimiento del ejemplo 5. Dicha pieza de ensayo mostró una resistencia al impacto Izod de 2,7 kJ/m^{2}.
Ejemplo 8
El lodo del ejemplo 5 se trató de acuerdo con el procedimiento del ejemplo 5, calentando antes dicho lodo a 47ºC. La A/C del lodo se había pasado por el intercambiador de calor de doble tubo fue de 0,45 y la relación de solubilidad del 16,9%. El hidróxido de aluminio que había pasado por el decantador se lavó, se separó por filtración y a continuación se secó.
El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 9,5 \mum, una superficie BET específica S de 0,4 m^{2}/g, un grado de agregación D/dbet de 1,5 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 0,08% en masa.
Se fabricó una pieza de ensayo rellenando con este polvo una resina, siguiendo el procedimiento del ejemplo 1. Dicha pieza de ensayo mostró una resistencia al impacto Izod de 2,9 kJ/m^{2}.
Ejemplo 9
Parte del lodo que había pasado por el intercambiador de calor de doble tubo del ejemplo 5 se transfirió a una velocidad de 1 m^{3}/hora al mismo separador centrífugo continuo utilizado en el ejemplo 5, y se comprimió con una fuerza centrífuga de 200 G a efectos de concentrar los sólidos contenidos en el mismo. Los sólidos fueron eliminados del dispositivo mediante el procedimiento del ejemplo 5. El hidróxido de aluminio que había pasado por el decantador se lavó, se separó por filtración y a continuación se secó.
El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 9,6 \mum, una superficie BET específica S de 0,3 m^{2}/g, un grado de agregación D/Dbet de 1,2 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 0,15% en masa.
Se fabricó una pieza de ensayo rellenando con este polvo una resina, siguiendo el procedimiento del ejemplo 5. Dicha pieza de ensayo mostró una resistencia al impacto Izod de 2 kJ/m^{2}.
Ejemplo comparativo 4
El mismo lodo de hidróxido de aluminio utilizado en el ejemplo 5 se transfirió a una velocidad de 3 m^{3}/hora al tubo interior del mismo intercambiador de calor de doble tubo utilizado en el ejemplo 5 (tiempo de retención: 23 segundos en el intercambiador de calor) y mientras tanto se introdujo vapor de agua en el tubo exterior a efectos de elevar la temperatura del lodo a 87ºC. Parte del lodo se transfirió a una velocidad de 1 m^{3}/hora al mismo separador centrífugo continuo utilizado en el ejemplo 5, y se comprimió con una fuerza centrífuga de 1.000 G a efectos de concentrar los sólidos contenidos en el mismo. Los sólidos fueron eliminados del dispositivo mediante el procedimiento del ejemplo 5.
El valor de A/C del lodo que había pasado por el intercambiador de calor de doble tubo fue de 0,4 y la relación de solubilidad del hidróxido de aluminio en virtud de la etapa de aumento de la temperatura del lodo fue de 10,9%. El hidróxido de aluminio que había pasado por el decantador se lavó, se separó por filtración y a continuación se secó.
El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 14 \mum, una superficie BET específica S de 0,3 m^{2}/g, un grado de agregación D/Dbet de 1,7 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 0,73% en masa.
Se fabricó una pieza de ensayo rellenando con este polvo una resina, siguiendo el procedimiento del ejemplo 1. Dicha pieza de ensayo mostró una resistencia al impacto Izod de 1,9 kJ/m^{2}.
Ejemplo comparativo 5
El lodo resultante de la suspensión de hidróxido de aluminio obtenido mediante el proceso Bayer en una solución de aluminato de sodio (diámetro promedio de partícula del hidróxido de aluminio: 56,5 \mum; concentración de hidróxido de sodio: 159 g/litro; A/C = 0,45; concentración de hidróxido de aluminio en el lodo: 200 g/litro; y temperatura del lodo: 45ºC) se transfirió a una velocidad de 3 m^{3}/hora al tubo interior del mismo intercambiador de calor de doble tubo utilizado en el ejemplo 5 (tiempo de retención: 23 segundos en el intercambiador de calor), y se introdujo vapor de agua en el tubo exterior a efectos de aumentar la temperatura del lodo a 96ºC. Parte del lodo se transfirió a una velocidad de 1 m^{3}/hora al mismo separador centrífugo continuo utilizado en el ejemplo 5, y se comprimió con una fuerza centrífuga de 1.000 G a efectos de concentrar los sólidos contenidos en el mismo. Los sólidos fueron eliminados del dispositivo mediante el procedimiento del ejemplo 5.
El valor de A/C del lodo que había pasado por el intercambiador de calor de doble tubo fue de 0,47 y la relación de solubilidad del hidróxido de aluminio en virtud de la etapa de aumento de la temperatura del lodo fue de 2,4%. El hidróxido de aluminio que había pasado por el decantador se lavó, se separó por filtración y a continuación se secó.
El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 30,4 \mum, una superficie BET específica S de 0,2 m^{2}/g, un grado de agregación D/Dbet de 2,5 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 1,26% en masa.
Se fabricó una pieza de ensayo rellenando con este polvo una resina, siguiendo el procedimiento del ejemplo 5. Dicha pieza de ensayo mostró una resistencia al impacto Izod de 1,8 kJ/m^{2}.
Ejemplo comparativo 6
El lodo del ejemplo 5 se trató de acuerdo con el procedimiento del ejemplo 5, calentando antes dicho lodo a 65ºC. La A/C del lodo se había pasado por el intercambiador de calor de doble tubo fue de 0,46 y la relación de solubilidad del 18,1%. El hidróxido de aluminio que había pasado por el decantador se lavó, se separó por filtración y a continuación se secó.
El hidróxido de aluminio obtenido de este modo presentó un diámetro promedio de partícula D de 10,6 \mum, una superficie BET específica S de 0,5 m^{2}/g, un grado de agregación D/Dbet de 2,1 y un contenido de partículas con diámetros mayores de 20 \mum de 0,22% en masa.
Se fabricó una pieza de ensayo rellenando con este polvo una resina, siguiendo el procedimiento del ejemplo 1. Dicha pieza de ensayo mostró una resistencia al impacto Izod de 2,2 kJ/m^{2}.
Los resultados de los ejemplos 5 a 9 y los ejemplos comparativos 4 a 6 se indican y se agrupan en la tabla 2.
TABLA 2
2
Aplicabilidad industrial
Tal como se ha descrito anteriormente, en el procedimiento según la presente invención para la producción de hidróxido de aluminio se ejerce un choque térmico sobre el hidróxido de aluminio presente en un lodo, disolviendo selectivamente de este modo únicamente los contornos de grano de las partículas agregadas secundarias cristalográficamente deficientes en fuerza de enlace, y se ejerce una fuerza centrífuga sobre el mismo cuando resulta necesario, forzando de este modo el fuerte contacto mutuo entre las partículas agregadas secundarias a efectos de provocar un efecto de desintegración de dichas partículas agregadas secundarias.
A diferencia del procedimiento convencional de producción, que combina un tamiz seco o un clasificador por aire con un método de pulverización que utiliza la fuerza de impacto física debida a la colisión entre medios o un método de pulverización que utiliza la pulverización por rozamiento, tal como en un triturador Reymond, o la colisión interpartículas, tal como un triturador de chorro, el procedimiento según la presente invención para la producción de hidróxido de aluminio muestra una capacidad sin precedentes para producir un hidróxido de aluminio en partículas primarias extremadamente desprovisto de partículas agregadas residuales, y que tiene un valor comercial muy notorio.
Además, el hidróxido de aluminio obtenido mediante el procedimiento mencionado anteriormente puede ser utilizado ampliamente como diversos tipos de sustancia de relleno para rellenar caucho y plásticos. Es posible formar una pieza moldeada con una elevada resistencia al impacto sin experimentar la degradación de la resistencia al impacto que se produce con las sustancias de relleno de hidróxido de aluminio convencionales.

Claims (7)

1. Procedimiento para la producción de hidróxido de aluminio, que comprende la etapa que consiste en suspender hidróxido de aluminio obtenido mediante el proceso Bayer en una solución de aluminato de sodio con el fin de obtener un lodo que presenta una proporción A/C de 0,4 o inferior, en la que A representa una concentración de alúmina (g/litro) y C representa una concentración de hidróxido de sodio (g/litro) en la solución de aluminato de sodio, y la etapa que consiste en aumentar la temperatura del lodo desde 60ºC o inferior hasta 90ºC o superior, en el que en la etapa que consiste en aumentar la temperatura, un tiempo H invertido en aumentar la temperatura del lodo desde 60ºC o inferior hasta 90ºC o superior es de 15 minutos o menor.
2. Procedimiento para la producción de hidróxido de aluminio según la reivindicación 1, que comprende además la etapa que consiste en retener el lodo, tras la etapa que consiste en aumentar la temperatura del mismo, a una temperatura de 85ºC o superior durante por lo menos (15 - H) minutos.
3. Procedimiento para la producción de hidróxido de aluminio según la reivindicación 1 ó 2, que comprende además la etapa que consiste en ejercer una fuerza centrífuga sobre el lodo tras la etapa que consiste en aumentar la temperatura del mismo.
4. Procedimiento para la producción de hidróxido de aluminio según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el hidróxido de aluminio presenta una proporción de solubilidad, debido a la etapa que consiste en aumentar la temperatura, representada por la fórmula general: proporción de solubilidad (%) = C antes de aumentar la temperatura x (A/C después de aumentar la temperatura - A/C antes de aumentar la temperatura) x 1,53/concentración de hidróxido de aluminio del lodo antes de aumentar la temperatura x 100, en la que A representa una concentración de alúmina (g/litro) y C representa una concentración de hidróxido de sodio (g/litro) en la solución de aluminato de sodio, siendo dicha proporción inferior a 30%.
5. Procedimiento para la producción de hidróxido de aluminio según la reivindicación 3 ó 4, en el que la fuerza centrífuga es de 300 G o superior.
6. Procedimiento para la producción de hidróxido de aluminio según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en el que la fuerza centrífuga se ejerce con un separador centrífugo continuo.
7. Procedimiento para la producción de hidróxido de aluminio según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la etapa que consiste en aumentar la temperatura del lodo se lleva a cabo utilizando un intercambiador de calor de doble tubo.
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