알루미나 수화물 및 알루미나 삼수화물

알루미나는 보마이트와 베이어라이트와 같은 열 변형 과정을 통해 표면적이 넓은 형태로 전환될 수 있는 다양한 다형성을 포함하여 복잡한 화학적 구성을 가지고 있습니다.

열분해는 라멜라 또는 섬유질 g-Al2O3를 생성하며, 생성에 사용된 출발 물질에 따라 각각의 형태가 달라집니다.

난연성

알루미나 수화물(Al(OH)3)은 화학식 Al(OH)3을 가진 흰색의 미세한 분말 물질입니다. 보크사이트 광석에서 바이엘 공정을 통해 생산되며 냄새나 맛이 없고 용해도와 열 안정성이 낮아 다양한 산업 분야에서 Al2O3의 공급원으로 다양하게 활용되는 매우 다재다능한 원료입니다.

지브사이트(-알(OH)3), 베이어라이트(-알(OH)3), 도일라이트, 노드스트란다이트는 일반적으로 자연에서 발견되는 삼수산화 알루미나 Al(OH)3의 네 가지 다형성으로, 모두 서로 관련이 있고 유사한 구조를 공유하지만 입자 크기 분포에 따라 점도가 달라지는 등 형태가 크게 다르고 특성에 영향을 주지만 열처리로 형태를 조절하여 특정 용도에 맞는 특정 점도를 달성할 수 있습니다.

알루미나 하이드레이트의 난연 기능은 고온에서 수증기를 방출하여 재료를 냉각시키고 가연성 가스를 희석하여 화재 확산을 늦추는 능력에 의존합니다. 이는 산소 및 기타 가연성 가스를 가두는 장벽을 만들어 이러한 분자가 표면에 도달하여 연소하는 것을 더 어렵게 함으로써 이루어집니다.

알루미나 수화물은 산소 흡수율이 매우 낮고 이산화황, 황화수소, 일산화탄소 및 질소 산화물과 같은 다양한 가스와의 반응성이 높습니다. 이러한 특성으로 인해 불꽃놀이 및 가스 방전 램프와 같은 많은 응용 분야에서 황산화물의 이상적인 대체물로 사용될 수 있습니다.

알루미나 수화물은 활성 알루미나(AA)를 생산하기 위한 전구체로 사용됩니다. 활성 알루미나는 알루미나의 수산화물과 옥시하이드록사이드를 열분해하여 만든 산업용 제품입니다. 특히 종이의 충전 안료 또는 코팅 안료, 의약품의 부형제 등 산업 전반에 걸쳐 응용되며, 다양한 제조 기술을 통해 고유한 특성과 응용 가능성을 가진 다양한 종류의 다공성 알루미나가 생성됩니다(예: 베이라이트의 소성은 (111) 스피넬 평면을 생성하는 반면 Al(OH)3의 소성은 육합체 Al3+ 이온을 생성합니다).

연기 억제제

알루미나는 녹는점이 낮기 때문에 뛰어난 난연성을 자랑합니다. 플라스틱 소재의 화염 확산을 방지하거나 화재 피해에 취약한 부위가 더 이상 확산되지 않도록 보호할 수 있습니다. 또한, 알루미나는 기름을 흡수하는 능력이 뛰어나 탄화수소가 함유된 화염을 제거하는 데 적합하며, 기계의 성능 저하를 방지하는 윤활유 첨가제로도 귀중하게 사용되고 있습니다.

알루미나는 보크사이트에서 알루미늄을 추출하는 바이엘 공정에서 최종 생성물로 생산되는 풍부한 천연 광물로, 일반적으로 물에서 용해성 알루미늄 수산화물을 침전시키거나 알루미나 삼수화물을 알칼리 금속 수산화물과 반응시켜 알칼리성 배지에서 Al3 + 이온이 미세 다공성 옥시하이드록사이드를 둘러싼 극도로 전이되고 결정화가 불량한 물질인 보마이트(boehmite)를 형성하는 방식으로 생산됩니다(31). 27Al MAS NMR은 Al3 +와 Al3 + 사이의 여러 배위와 여러 배위 패턴을 보여줍니다(31); g-Al2O3의 BET-면적은 약 275m2g-1입니다(41).

열분해된 알루미나는 다양한 다형성의 형태를 취할 수 있습니다. 일반적인 예로는 바이엘 공정을 통해 생산되는 지브사이트(하이드라길라이트)와 베이어라이트, 북미 보크사이트 매장지의 일부로 발생하는 노드스트란다이트가 있으며, 지브사이트는 세라믹 유약에 사용되는 반면 노드스트란다이트는 에나멜과 석기에서 발견될 수 있습니다.

침전은 온도가 80℃ 이하로 떨어지면 제어된 수증기 압력을 사용하여 깁사이트 및 유사 보에마이트 젤을 보에마이트 형태로 바꾸고, 그 형태는 다시 물에 더 쉽게 용해되는 원래 형태의 알루미나 하이드록사이드로 되돌아가 용융물로 해리되어 시간 또는 더 높은 온도에서 더 쉽게 용해되는 수용성 알루미나 산화물을 생성하는 과정을 포함합니다(60). 더 높은 온도 또는 더 엄격한 노화 조건에서 이 알루미나 산화물은 결국 잘 결정화된 보에마이트(60)로 변할 수 있습니다.

필러

일반적으로 소성 알루미나 및 수산화알루미늄으로 불리는 알루미나 삼수화물은 매우 다재다능한 필러입니다. 플라스틱 분야에서는 다양한 폴리머의 기계적 및 열적 특성뿐만 아니라 난연성을 향상시키는 역할을 하며, 유리, 세라믹 및 종이 분야에서도 충전재로 사용할 수 있는 다재다능한 소재입니다. 또한 제지 제조업체에서는 코팅 안료로 사용하거나 다양한 종이의 불투명도와 밝기를 높이는 데 사용하며, 알칼리성 특성으로 인해 일부 수처리 분야에서도 유용하게 사용할 수 있습니다.

수화 알루미나는 반응성이 높아 세라믹 바디와 유약 생산에 탁월한 원료이며 장석과 실리카 같은 천연 원료를 경제적으로 대체할 수 있는 경우가 많습니다. 습식 및 건식 형태로 모두 사용 가능하며, 후자는 유체 에너지 밀 또는 세라믹 라이닝 볼 밀에서 다양한 크기 분포의 입자를 생산하기 위해 분쇄할 수 있습니다.

유약이나 유리 용융물에 첨가된 분쇄 알루미나 수화물은 발열 흡열 반응 과정을 통해 알루미늄 산화물과 물 분자로 빠르게 분해되어 이 소재에 고유한 난연성을 부여하고 이 반응 과정에서 비부식성 및 무독성 연기를 생성합니다.

알루미나 삼수화물이 난연제로서 효과적으로 기능하려면 220degC 이상의 온도에 노출되어야 합니다. 이 수준까지 가열하면 알루미나 분자당 3분자의 물이 증발하여 유약이 증기로 녹습니다. 이러한 알루미나 하이드레이트의 분해는 다른 필러에서는 찾아볼 수 없는 독특한 수준의 난연성을 제공합니다.

유약과 유리에 알루미나 하이드레이트를 첨가하면 유약 용융물 내에 기포를 생성하여 불투명도를 높여 소성 수축을 줄이는 동시에 광택 있는 표면을 만들고 낮은 소성 수축률을 제공할 수 있습니다. 또한 낮은 건조 수축률이 필요한 유약을 만드는 데 이상적인 선택입니다.

카탈리스트

알루미나 하이드레이트는 우수한 촉매제로서 유약과 에나멜에 기포를 생성하여 바이엘 공정을 통해 불투명도를 높입니다. 무독성이며 소성 수축이 적을 뿐만 아니라 비용 효율적이고 취급하기 쉬우며 경제적이고 표면적이 넓어 연간 생산량이 약 1억 톤에 달하는 산업용 재료로서는 나쁘지 않은 품질입니다! 이렇게 생산된 알루미나 삼수화물은 무수 또는 소성된 형태로 분쇄되어 필수 성분으로 사용됩니다.

다양한 알루미나 다형체는 적층 순서, 층간 및 층내 수소 결합 형상, Al(OH)6 가장자리 공유 팔면체의 수산기의 치환 패턴이 다르기 때문에 각각 다른 특성을 지니고 있습니다. 그러나 열역학적 안정성은 비슷하게 유지되며, 오히려 물질의 열역학적 특성보다는 동역학에 더 많이 의존할 수 있습니다.

미세 다공성 깁사이트 알루미나 겔(슈도보에마이트 및 보에마이트)은 겔화/응집, 숙성 및 건조 공정을 신중하게 관리하여 만들 수 있습니다. 그러나 젤을 물에 담그면 BET 면적이 회복할 수 없을 정도로 손실되고 비다공성 베이어라이트로 전환됩니다.

염화알루미나를 고온에서 화염 가수분해하면 평균 입자 크기가 10nm이고 표면적이 130m2g-1인 미세한 g-Al2O3 분말이 생성됩니다. 알루미나 입자는 스피넬 격자를 갖는 경향이 있지만 육각형 또는 정육면체 밀집 결정체가 존재할 수도 있습니다.

알루미나 하이드레이트는 가장 안정적이고 널리 사용되는 알루미나 소재 중 하나로, 높은 표면적과 낮은 소성 수축률을 자랑하며 다양한 용도에 적합합니다. 또한, 부식 방지 특성과 난연성으로 인해 난연제로도 적합하며, 알루미나 입자가 물과 반응하여 수소가 풍부한 가스 흐름을 생성하여 자동차와 제트기의 연료로 연소할 수 있는 방법을 밝혀낸 연구 덕분에 자동 촉매 변환기 및 연료 전지 부품으로도 성공적으로 입증되었습니다!