Hidrato de alumina e tri-hidrato de alumina

A alumina tem uma composição química complexa, incluindo vários polimorfos que podem ser convertidos em formas de alta área de superfície por meio de processos de transformação térmica, como os observados com a boehmita e a bayerita.

A decomposição térmica produz g-Al2O3 lamelar ou fibroso, com suas respectivas morfologias dependendo do material inicial usado em sua criação.

Retardante de chamas

O hidrato de alumina (Al(OH)3) é uma substância branca, finamente pulverizada, com a fórmula química Al(OH)3. Produzido pelo processo Bayer a partir do minério de bauxita, não tem cheiro nem sabor e possui baixa solubilidade e estabilidade térmica, o que o torna uma matéria-prima extremamente versátil com muitas aplicações em diversos setores como fonte de Al2O3.

Gibbsita (-Al(OH)3), bayerita (-Al(OH)3), doyleita e nordstrandita são os quatro polimorfos do trihidróxido de alumina Al(OH)3 normalmente encontrados na natureza; todos estão relacionados e compartilham estruturas semelhantes; no entanto, suas morfologias diferem significativamente e afetam suas propriedades, com viscosidades diferentes dependendo da distribuição do tamanho da partícula; no entanto, suas morfologias podem ser controladas por meio de tratamento térmico para atingir viscosidades específicas para aplicações específicas.

Os recursos retardadores de chamas do hidrato de alumina baseiam-se em sua capacidade de liberar vapor de água em temperaturas elevadas, resfriando assim os materiais e diluindo os gases inflamáveis e retardando a propagação do fogo. Isso é feito por meio da criação de uma barreira de retenção de oxigênio e outros gases inflamáveis, dificultando que essas moléculas atinjam a superfície e a queimem.

Os hidratos de alumina têm uma absorção de oxigênio muito baixa e alta reatividade com vários gases, como dióxido de enxofre, sulfeto de hidrogênio, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio. Devido a essas características, eles podem servir como um substituto ideal para o óxido de enxofre em muitas aplicações, como pirotecnia e lâmpadas de descarga de gás.

Os hidratos de alumina são usados como precursores para a produção de alumina ativada (AA). A alumina ativada é um produto industrial fabricado pela decomposição térmica de hidróxidos e oxi-hidróxidos de alumina. Ela encontra aplicações em vários setores, especialmente no papel, como pigmento de enchimento ou pigmento de revestimento, e em produtos farmacêuticos, como excipiente; várias técnicas de preparação resultam em diferentes tipos de alumina porosa com características e potenciais de aplicação exclusivos; por exemplo, a calcinação da bayerita produz planos de espinélio (111), enquanto a calcinação de Al(OH)3 produz íons Al3+ hexa-coordenados.

Supressor antitabagismo

Devido ao seu baixo ponto de fusão, a alumina apresenta excelentes propriedades retardantes de chamas. Ela pode ajudar a evitar a propagação de chamas em materiais plásticos ou proteger áreas vulneráveis a danos causados por incêndios, evitando que se espalhem ainda mais. Além disso, os recursos de absorção de óleo da alumina a tornam adequada como eliminadora de chamas carregadas de hidrocarbonetos; além disso, ela se tornou inestimável como aditivo em lubrificantes para evitar a degradação do maquinário.

A alumina é um mineral natural abundante produzido como produto final no processo Bayer de extração de alumínio da bauxita, geralmente por meio da precipitação de hidróxidos de alumínio solúveis da água ou da reação de alumina tri-hidratada com hidróxidos de metais alcalinos para formar boehmita, uma substância extremamente metaestável e pouco cristalizada com íons Al3 + envolvendo oxi-hidróxidos microporosos em um meio alcalino (31). O 27Al MAS NMR mostra vários níveis de coordenação entre Al3 + e Al3 +, com vários padrões de coordenação (31); a área BET do g-Al2O3 é de aproximadamente 275m2g-1 (41).

A alumina decomposta termicamente pode assumir a forma de vários polimorfos. Exemplos comuns são a gibbsita (também hidrargilita) e a bayerita, ambas produzidas pelo processo Bayer; a nordstrandita ocorre como parte dos depósitos de bauxita da América do Norte; a gibbsita é frequentemente empregada em aplicações de esmalte cerâmico, enquanto a nordstrandita pode ser encontrada em esmaltes e pedras.

A precipitação envolve a transformação de géis de gibbsita e pseudoboehmita em boehmita usando pressão de vapor de água controlada, quando as temperaturas caem abaixo de 80 graus Celsius; em seguida, sua forma se reverte para sua forma original de hidróxidos de alumina que se dissolvem mais prontamente em água; assim, se dissociam em fusão para produzir óxido de alumina prontamente solúvel que se dissolve mais prontamente com o tempo ou temperaturas mais altas (60). Em temperaturas mais altas ou sob condições de envelhecimento mais rigorosas, esse óxido de alumina pode se transformar em boehmita bem cristalizada (60).

Enchimento

O tri-hidrato de alumina, comumente chamado de alumina calcinada e hidróxido de alumínio, é um material de enchimento extremamente versátil. Em aplicações de plásticos, serve para melhorar o retardamento de chamas, bem como as propriedades mecânicas e térmicas de vários polímeros; sua versatilidade também se presta bem a aplicações em vidro, cerâmica e papel como material de enchimento. Além disso, os fabricantes de papel o utilizam como pigmento de revestimento e para aumentar os níveis de opacidade e brilho em vários papéis; sua natureza alcalina também o ajuda em algumas aplicações de tratamento de água.

A alta reatividade da alumina hidratada faz dela uma excelente matéria-prima para a produção de corpos cerâmicos e esmaltes e, muitas vezes, atua como um substituto econômico de matérias-primas naturais, como feldspato e sílica. Disponível nas formas úmida e seca, a alumina hidratada pode ser moída para produzir partículas de distribuição de tamanho variável em moinhos de energia fluida ou moinhos de bolas revestidos de cerâmica.

O hidrato de alumina moída adicionado ao esmalte ou ao vidro derretido se decompõe rapidamente em óxido de alumínio e moléculas de água por meio de um processo de reação endotérmica exotérmica, conferindo a esse material propriedades intrínsecas de retardamento de chama e produzindo fumaça não corrosiva e não venenosa durante essa reação.

Para que o tri-hidrato de alumina funcione efetivamente como retardante de fogo, ele deve ser exposto a temperaturas superiores a 220degC. Quando aquecida a esse nível, três moléculas de água por molécula de alumina evaporam no esmalte derretido como vapor. Essa decomposição do hidrato de alumina proporciona a ele seu nível diferenciado de retardamento de chama, não encontrado em outras cargas.

A adição de hidrato de alumina a esmaltes e vidros pode aumentar a opacidade por meio da criação de bolhas de gás na fusão do esmalte, ajudando a reduzir o encolhimento na queima e, ao mesmo tempo, produzindo superfícies brilhantes e proporcionando baixas taxas de encolhimento na queima. Além disso, é a opção ideal para a fabricação de esmaltes que exigem baixas taxas de encolhimento na secagem.

Catalisador

O hidrato de alumina é um excelente catalisador, criando bolhas de gás em esmaltes para aumentar a opacidade pelo processo Bayer. Além de não ser tóxico e ter baixo encolhimento na queima, ele também é econômico, fácil de manusear, econômico e tem uma grande área de superfície - qualidades nada ruins para um material industrial cuja produção anual chega a aproximadamente 100 milhões de toneladas! O tri-hidrato de alumina produzido dessa forma é moído em suas formas anidra ou calcinada para uso como ingrediente integral.

Há vários polimorfos de alumina, cada um com propriedades diferentes devido a sequências de empilhamento diferentes, geometria de ligação de hidrogênio entre camadas e entre camadas e padrões de substituição de grupos hidroxila em octaedros de Al(OH)6 com bordas compartilhadas. No entanto, sua estabilidade termodinâmica permanece semelhante - em vez disso, a existência pode depender mais da cinética do que das propriedades termodinâmicas desse material.

Os géis microporosos de alumina gibbsita (pseudoboehmita e boehmita) podem ser criados por meio do gerenciamento cuidadoso dos processos de gelificação/floculação, envelhecimento e secagem. No entanto, a imersão dos géis em água leva à perda irreparável da área BET e à conversão em bayerita não porosa.

A hidrólise por chama do cloreto de alumina em altas temperaturas resulta em um pó fino de g-Al2O3 com tamanho médio de partícula de 10 nm e área de superfície de 130 m2g-1. As partículas de alumina tendem a ter redes de espinélio, embora também possam estar presentes cristalitos hexagonais ou cúbicos compactados.

O hidrato de alumina é um dos materiais de alumina mais estáveis e amplamente disponíveis, com alta área de superfície e baixas taxas de encolhimento na queima, o que o torna adequado para uma série de aplicações. Além disso, suas qualidades anticorrosivas e propriedades de retardamento de chama o tornam adequado como agentes retardadores de chama; pesquisas anticorrosivas estão em andamento e suas partículas também se mostraram bem-sucedidas como conversores autocatalíticos e componentes de células de combustível graças a descobertas que revelam como as partículas de alumina reagem com a água para gerar fluxos de gás ricos em hidrogênio que podem ser queimados como combustível para carros e jatos!