Aliuminio oksido hidratas ir aliuminio oksido trihidratas

Aliuminio oksido cheminė sudėtis yra sudėtinga, įskaitant įvairius polimorfus, kurie gali būti paversti didelio paviršiaus ploto formomis vykstant terminiams transformacijos procesams, pavyzdžiui, tokiems, kokie būdingi bohemitui ir bajeritui.

Terminio skilimo metu susidaro plokštelinis arba pluoštinis g-Al2O3, kurių morfologija priklauso nuo pradinės medžiagos, naudotos jiems sukurti.

Apsauga nuo liepsnos

Aliuminio oksido hidratas (Al(OH)3) - tai balta, smulkiai miltelių pavidalo medžiaga, kurios cheminė formulė yra Al(OH)3. Gaminamas Bayerio proceso metu iš boksitų rūdos, jis neturi kvapo ar skonio, yra mažai tirpus ir termiškai stabilus, todėl yra labai universali žaliava, plačiai naudojama daugelyje pramonės šakų kaip Al2O3 šaltinis.

Gibsitas (-Al(OH)3), bajeritas (-Al(OH)3), doyleitas ir nordstranditas - tai keturi gamtoje paprastai aptinkami aliuminio oksido trihidroksido Al(OH)3 polimorfai; visi jie yra giminingi ir turi panašią struktūrą, tačiau jų morfologija labai skiriasi ir daro įtaką jų savybėms, o klampa priklauso nuo dalelių dydžio pasiskirstymo; tačiau jų morfologiją galima valdyti termiškai apdorojant, kad būtų pasiekta konkreti klampa, tinkama konkrečioms reikmėms.

Aliuminio oksido hidrato antipireno savybės priklauso nuo jo gebėjimo išskirti vandens garus esant aukštai temperatūrai, todėl medžiagos atvėsta, suskystėja degiosios dujos ir sulėtėja gaisro plitimas. Tai pasiekiama sukuriant deguonį ir kitas degiąsias dujas sulaikantį barjerą, todėl šioms molekulėms sunkiau pasiekti paviršių ir jį sudeginti.

Aliuminio oksido hidratai pasižymi labai mažu deguonies suvartojimu ir dideliu reaktyvumu su įvairiomis dujomis, pavyzdžiui, sieros dioksidu, vandenilio sulfidu, anglies monoksidu ir azoto oksidais. Dėl šių savybių jie gali būti idealus sieros oksido pakaitalas įvairiose srityse, pavyzdžiui, pirotechnikoje ir dujų išlydžio lempose.

Aliuminio oksido hidratai naudojami kaip pirmtakai aktyvintam aliuminio oksidui (AA) gaminti. Aktyvintas aliuminio oksidas yra pramoninis produktas, gaminamas termiškai skaidant aliuminio oksido hidroksidus ir oksihidroksidus. Jį galima naudoti įvairiose pramonės šakose, ypač popieriaus pramonėje kaip pigmentinį užpildą arba dangos pigmentą ir farmacijos pramonėje kaip pagalbinę medžiagą; taikant įvairius paruošimo būdus gaunami skirtingi akytojo aliuminio oksido tipai, pasižymintys unikaliomis savybėmis ir panaudojimo galimybėmis; pavyzdžiui, kalcinuojant bajeritą gaunamos (111) spinelinės plokštumos, o kalcinant Al(OH)3 - šešiabriauniai Al3+ jonai.

Anti-dūmų slopintuvas

Dėl žemos lydymosi temperatūros aliuminio oksidas pasižymi puikiomis antipireninėmis savybėmis. Jis gali padėti išvengti liepsnos plitimo plastikinėse medžiagose arba apsaugoti nuo tolesnio plitimo ugnies pažeidžiamas vietas. Be to, aliuminio oksido gebėjimas sugerti alyvą leidžia jį naudoti kaip angliavandenilių liepsnų šalinimo priemonę; be to, jis tapo neįkainojamas kaip tepalų priedas, padedantis išvengti mašinų degradacijos.

Aliuminio oksidas yra gausus natūralus mineralas, gaunamas kaip galutinis produktas Bayerio procese išgaunant aliuminį iš boksitų, paprastai nusodinant tirpius aliuminio hidroksidus iš vandens arba aliuminio oksido trihidratui reaguojant su šarminių metalų hidroksidais ir susidarant bohemitui - itin metastabiliai ir silpnai kristalizuotai medžiagai, kurios Al3+ jonai supa mikroporėtus oksihidroksidus šarminėje terpėje (31). 27Al MAS NMR rodo daugybę koordinacijos lygmenų tarp Al3 + ir Al3 + su keliais koordinacijos modeliais (31); g-Al2O3 BET plotas yra maždaug 275 m2g-1 (41).

Termiškai suskilęs aliuminio oksidas gali būti įvairių polimorfų pavidalo. Dažniausiai pasitaikantys pavyzdžiai yra gibsitas (taip pat hidrargilitas) ir bajeritas, abu gaminami Bayerio proceso metu; nordstranditas aptinkamas Šiaurės Amerikos boksitų telkiniuose; gibsitas dažnai naudojamas keramikos glazūroms, o nordstranditas gali būti naudojamas emaliuose ir akmens masės dirbiniuose.

Nusodinant gibsito ir pseudobemito gelius, naudojant kontroliuojamą vandens garų slėgį, kai temperatūra nukrenta žemiau 80 laipsnių Celsijaus, jie vėl tampa pirminės formos aliuminio oksido hidroksidais, kurie lengviau tirpsta vandenyje; tokiu būdu disocijuoja į lydalą ir susidaro lengvai tirpstantis aliuminio oksidas, kuris laikui bėgant ar esant aukštesnei temperatūrai tirpsta lengviau (60). Aukštesnėje temperatūroje arba griežtesnėmis senėjimo sąlygomis šis aliuminio oksidas galiausiai gali virsti gerai kristalizuotu bohemitu (60).

Užpildas

Aliuminio oksido trihidratas, paprastai vadinamas kalcinuotu aliuminio oksidu ir aliuminio hidroksidu, yra labai universalus užpildas. Plastikuose jis pagerina įvairių polimerų antipirenines, mechanines ir šilumines savybes; jo universalumas taip pat puikiai tinka stiklo, keramikos ir popieriaus gamyboje kaip užpildas. Be to, popieriaus gamintojai jį naudoja kaip dangos pigmentą ir įvairių rūšių popieriui dengti bei ryškumui didinti; dėl savo šarminės prigimties jis taip pat padeda kai kuriose vandens valymo srityse.

Dėl didelio hidratuoto aliuminio oksido reaktyvumo jis yra puiki žaliava keramikos kūnams ir glazūroms gaminti, dažnai ekonomiškai pakeičianti natūralias žaliavas, pavyzdžiui, feldšpatą ir silicio dioksidą. Pastarasis gali būti tiek drėgno, tiek sauso pavidalo, jį galima malti skysčių energijos malūnuose arba rutuliniuose malūnuose su keraminiu įdėklu, kad susidarytų įvairaus dydžio dalelės.

Į glazūrą ar stiklo lydinį įmaišytas malto aliuminio oksido hidratas greitai skyla į aliuminio oksido ir vandens molekules vykstant egzoterminiam endoterminiam reakcijos procesui, todėl ši medžiaga įgyja būdingų antipireninių savybių, o šios reakcijos metu susidaro nekoroziniai ir nenuodingi dūmai.

Kad aliuminio oksido trihidratas veiksmingai veiktų kaip antipirenas, jis turi būti veikiamas aukštesnės nei 220 laipsnių temperatūros. Įkaitus iki tokio lygio, kiekvienai aliuminio oksido molekulei tenka 3 vandens molekulės, kurios garų pavidalu išgaruoja į glazūros lydalą. Šis aliuminio oksido hidrato skilimas suteikia jam būdingą nedegumo lygį, kurio nėra kituose užpilduose.

Į glazūras ir stiklus pridėjus aliuminio oksido hidrato galima padidinti neskaidrumą, nes glazūros lydinyje susidaro dujų burbuliukų, kurie padeda sumažinti degimo susitraukimą, išgauti blizgų paviršių ir užtikrinti mažą degimo susitraukimo greitį. Be to, tai idealus pasirinkimas gaminant glazūras, kurioms reikia mažo džiūvimo susitraukimo greičio.

Katalizatorius

Aliuminio oksido hidratas yra puikus katalizatorius, sukuriantis dujų burbuliukus glazūrose ir emalėse, kad padidėtų neskaidrumas taikant Bayerio procesą. Jis ne tik netoksiškas ir pasižymi nedideliu degimo susitraukimu, bet ir yra ekonomiškas, lengvai apdorojamas, ekonomiškas ir turi didelį paviršiaus plotą - neblogos savybės pramoninei medžiagai, kurios metinė gamyba siekia apie 100 mln. tonų! Tokiu būdu pagamintas aliuminio oksido trihidratas sumalamas į bevandenį arba kalcinuotą pavidalą ir naudojamas kaip sudėtinė sudedamoji dalis.

Yra įvairių aliuminio oksido polimorfų, kurių kiekvienas pasižymi skirtingomis savybėmis dėl skirtingos sukibimo sekos, tarpsluoksninių ir vidinių vandenilinių ryšių geometrijos ir hidroksilo grupių pakeitimo Al(OH)6 kraštinių oktaedrų kraštinėse schemų. Tačiau jų termodinaminis stabilumas išlieka panašus - veikiau jų egzistavimas gali labiau priklausyti nuo kinetikos nei nuo tos medžiagos termodinaminių savybių.

Mikroporozinius gibsito aliuminio oksido gelius (pseudobehemitą ir bohemitą) galima sukurti kruopščiai valdant gelizacijos/flokulizacijos, senėjimo ir džiovinimo procesus. Tačiau mirkant gelius vandenyje, nepataisomai prarandamas BET plotas ir jie virsta neporėtu bajeritu.

Aukštoje temperatūroje atlikus aliuminio chlorido liepsninę hidrolizę, gaunami smulkūs g-Al2O3 milteliai, kurių vidutinis dalelių dydis yra 10 nm, o paviršiaus plotas - 130 m2g-1. Aliuminio oksido dalelės paprastai turi spinelines gardelės, nors gali būti ir šešiakampių ar kubinių glaudžiai supakuotų kristalitų.

Aliuminio oksido hidratas yra viena stabiliausių ir plačiausiai prieinamų aliuminio oksido medžiagų, pasižyminti dideliu paviršiaus plotu ir mažu degimo susitraukimo greičiu, todėl tinkama įvairiems taikymams. Be to, dėl antikorozinių savybių ir antipireninių savybių jis tinka naudoti kaip antipirenas; šiuo metu atliekami antikoroziniai tyrimai, o jo dalelės taip pat sėkmingai naudojamos kaip autokatalizatoriai ir kuro elementų komponentai, nes atrasta, kaip aliuminio oksido dalelės reaguoja su vandeniu, kad susidarytų vandenilio turtingi dujų srautai, kuriuos vėliau galima deginti kaip automobilių ir reaktyvinių lėktuvų degalus!