Hydrat tlenku glinu i trójwodzian tlenku glinu

Tlenek glinu ma złożony skład chemiczny, w tym różne polimorfy, które można przekształcić w formy o wysokiej powierzchni w procesach transformacji termicznej, takich jak te obserwowane w przypadku boehmitu i bayerytu.

W wyniku rozkładu termicznego powstaje blaszkowaty lub włóknisty g-Al2O3, którego morfologia zależy od materiału wyjściowego użytego do jego wytworzenia.

Ognioodporność

Hydrat tlenku glinu (Al(OH)3) to biała, drobno sproszkowana substancja o wzorze chemicznym Al(OH)3. Wytwarzany w procesie Bayera z rudy boksytu, nie ma zapachu ani smaku oraz charakteryzuje się niską rozpuszczalnością i stabilnością termiczną, co czyni go niezwykle wszechstronnym surowcem o wielu zastosowaniach w wielu gałęziach przemysłu jako źródło Al2O3.

Gibbsyt (-Al(OH)3), bayeryt (-Al(OH)3), doyleit i nordstrandyt to cztery polimorfy trójwodorotlenku glinu Al(OH)3 zwykle występujące w przyrodzie; wszystkie są ze sobą powiązane i mają podobne struktury; jednak ich morfologie różnią się znacznie i wpływają na ich właściwości, z różnymi lepkościami w zależności od rozkładu wielkości cząstek; jednak ich morfologie można kontrolować poprzez obróbkę cieplną w celu uzyskania określonych lepkości dla określonych zastosowań.

Właściwości zmniejszające palność hydratu tlenku glinu polegają na jego zdolności do uwalniania pary wodnej w podwyższonych temperaturach, chłodząc w ten sposób materiały i rozcieńczając łatwopalne gazy oraz spowalniając rozprzestrzenianie się ognia. Osiąga się to poprzez tworzenie bariery zatrzymującej tlen i inne łatwopalne gazy, co utrudnia tym cząsteczkom dotarcie do powierzchni i jej spalenie.

Hydraty tlenku glinu charakteryzują się bardzo niską absorpcją tlenu i wysoką reaktywnością z różnymi gazami, takimi jak dwutlenek siarki, siarkowodór, tlenek węgla i tlenki azotu. Ze względu na te właściwości mogą służyć jako idealny zamiennik tlenku siarki w wielu zastosowaniach, takich jak pirotechnika i lampy wyładowcze.

Hydraty tlenku glinu są wykorzystywane jako prekursory do produkcji aktywowanego tlenku glinu (AA). Aktywowany tlenek glinu jest produktem przemysłowym wytwarzanym w wyniku rozkładu termicznego wodorotlenków i tleno-wodorotlenków tlenku glinu. Znajduje zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, w szczególności w przemyśle papierniczym jako pigment wypełniający lub pigment powlekający oraz w przemyśle farmaceutycznym jako substancja pomocnicza; różne techniki przygotowania skutkują różnymi rodzajami porowatego tlenku glinu o unikalnych właściwościach i potencjale zastosowań; na przykład kalcynacja bayerytu wytwarza (111) płaszczyzny spinelowe, podczas gdy kalcynacja Al(OH)3 wytwarza heksa-skoordynowane jony Al3+.

Środek antynikotynowy

Ze względu na niską temperaturę topnienia, tlenek glinu ma doskonałe właściwości zmniejszające palność. Może on zapobiegać rozprzestrzenianiu się płomieni w materiałach z tworzyw sztucznych lub chronić obszary podatne na uszkodzenia spowodowane ogniem przed dalszym rozprzestrzenianiem się. Co więcej, zdolność tlenku glinu do pochłaniania oleju sprawia, że nadaje się on jako pochłaniacz płomieni obciążonych węglowodorami; dodatkowo stał się nieoceniony jako dodatek do środków smarnych w celu uniknięcia degradacji maszyn.

Tlenek glinu jest obfitym naturalnym minerałem wytwarzanym jako produkt końcowy w procesie Bayera ekstrakcji glinu z boksytu, zwykle poprzez wytrącanie rozpuszczalnych wodorotlenków glinu z wody lub reakcję trójwodzianu glinu z wodorotlenkami metali alkalicznych w celu utworzenia boehmitu, niezwykle metastabilnej i słabo krystalizującej substancji z jonami Al3 + otaczającymi mikroporowate tlenohydroksy w środowisku alkalicznym (31). 27Al MAS NMR pokazuje wiele poziomów koordynacji między Al3 + i Al3 +, z kilkoma wzorami koordynacji (31); powierzchnia BET g-Al2O3 wynosi około 275m2g-1 (41).

Rozłożony termicznie tlenek glinu może przybierać formę różnych polimorfów. Typowymi przykładami są gibbsyt (również hydrargilit) i bayeryt, oba wytwarzane w procesie Bayera; nordstrandyt występuje jako część północnoamerykańskich złóż boksytu; gibbsyt jest często wykorzystywany do glazurowania ceramiki, podczas gdy nordstrandyt można znaleźć w emaliach i kamionce.

Wytrącanie polega na zmianie żeli gibbsytu i pseudoboehmitu w boehmit przy użyciu kontrolowanego ciśnienia pary wodnej, gdy temperatura spada poniżej 80 stopni Celsjusza; następnie ich forma powraca do pierwotnej postaci wodorotlenków glinu, które łatwiej rozpuszczają się w wodzie; w ten sposób dysocjują w stopie, dając łatwo rozpuszczalny tlenek glinu, który rozpuszcza się łatwiej z czasem lub w wyższych temperaturach (60). W wyższych temperaturach lub w bardziej rygorystycznych warunkach starzenia, ten tlenek glinu może ostatecznie przekształcić się w dobrze skrystalizowany boehmit (60).

Wypełniacz

Trójwodny tlenek glinu, powszechnie określany jako kalcynowany tlenek glinu i wodorotlenek glinu, jest niezwykle wszechstronnym wypełniaczem. W zastosowaniach związanych z tworzywami sztucznymi służy do poprawy ognioodporności, a także właściwości mechanicznych i termicznych różnych polimerów; jego wszechstronność nadaje się również do zastosowań w szkle, ceramice i papierze jako materiał wypełniający. Co więcej, producenci papieru używają go jako pigmentu do powlekania oraz do zwiększania nieprzezroczystości i jasności różnych papierów; jego alkaliczny charakter pomaga również w niektórych zastosowaniach związanych z uzdatnianiem wody.

Wysoka reaktywność uwodnionego tlenku glinu sprawia, że jest on doskonałym surowcem do produkcji ceramicznych korpusów i szkliw, i często działa jako ekonomiczny zamiennik naturalnych surowców, takich jak skaleń i krzemionka. Dostępny zarówno w postaci mokrej, jak i suchej, może być mielony w celu uzyskania cząstek o zmiennym rozkładzie wielkości w młynach fluidalnych lub młynach kulowych z wykładziną ceramiczną.

Zmielony hydrat tlenku glinu dodany do szkliwa lub stopionego szkła szybko rozkłada się na tlenek glinu i cząsteczki wody w egzotermicznym procesie reakcji endotermicznej, nadając temu materiałowi wewnętrzne właściwości zmniejszające palność i wytwarzając podczas tej reakcji niekorozyjny i nietrujący dym.

Aby trójwodzian tlenku glinu działał skutecznie jako środek ognioodporny, musi być wystawiony na działanie temperatur przekraczających 220 stopni Celsjusza. Po podgrzaniu do tego poziomu 3 cząsteczki wody na cząsteczkę tlenku glinu odparowują do stopionego szkliwa w postaci pary. Ten rozkład hydratu tlenku glinu zapewnia mu charakterystyczny poziom ognioodporności, niespotykany w innych wypełniaczach.

Dodanie hydratu tlenku glinu do glazur i szkieł może zwiększyć nieprzezroczystość poprzez tworzenie pęcherzyków gazu w stopionym szkliwie, pomagając zmniejszyć skurcz podczas wypalania, jednocześnie tworząc błyszczące powierzchnie i zapewniając niski współczynnik skurczu podczas wypalania. Co więcej, jest to idealny wybór do produkcji szkliw, które wymagają niskiego współczynnika skurczu przy suszeniu.

Katalizator

Hydrat tlenku glinu jest doskonałym katalizatorem, tworzącym pęcherzyki gazu w szkliwach i emaliach w celu zwiększenia nieprzezroczystości w procesie Bayera. Jest nie tylko nietoksyczny i ma niski skurcz podczas wypalania, ale jest także opłacalny, łatwy w obsłudze, ekonomiczny i ma dużą powierzchnię - niezłe cechy jak na materiał przemysłowy, którego roczna produkcja sięga około 100 milionów ton! Produkowany w ten sposób trójwodzian tlenku glinu jest mielony do postaci bezwodnej lub kalcynowanej w celu wykorzystania jako integralny składnik.

Istnieją różne polimorfy tlenku glinu, z których każdy ma inne właściwości ze względu na różne sekwencje układania, międzywarstwową i wewnątrzwarstwową geometrię wiązań wodorowych oraz wzory podstawień grup hydroksylowych na oktaedrach dzielących krawędź Al(OH)6. Jednak ich stabilność termodynamiczna pozostaje podobna - istnienie może zależeć bardziej od kinetyki niż właściwości termodynamicznych tego materiału.

Mikroporowate żele tlenku glinu gibbsytu (pseudoboehmit i boehmit) mogą być tworzone poprzez staranne zarządzanie procesami żelowania/flokulacji, starzenia i suszenia. Moczenie żeli w wodzie prowadzi jednak do nieodwracalnej utraty powierzchni BET i konwersji do nieporowatego bayerytu.

W wyniku hydrolizy płomieniowej chlorku glinu w wysokich temperaturach powstaje drobny proszek g-Al2O3 o średniej wielkości cząstek 10 nm i powierzchni 130 m2g-1. Cząstki tlenku glinu mają zwykle siatkę spinelową, chociaż mogą również występować sześciokątne lub sześcienne krystality.

Hydrat tlenku glinu jest jednym z najbardziej stabilnych i szeroko dostępnych materiałów z tlenku glinu, charakteryzującym się dużą powierzchnią i niskim współczynnikiem skurczu podczas wypalania, dzięki czemu nadaje się do wielu zastosowań. Co więcej, jego właściwości antykorozyjne i zmniejszające palność sprawiają, że nadaje się jako środek zmniejszający palność; trwają badania antykorozyjne, a jego cząsteczki okazały się również skuteczne jako autokatalizatory i elementy ogniw paliwowych dzięki odkryciom, które ujawniają, w jaki sposób cząsteczki tlenku glinu reagują z wodą, generując bogate w wodór strumienie gazu, które można następnie spalić jako paliwo do samochodów i odrzutowców!