Hidrat de alumină și trihidrat de alumină

Alumina are o compoziție chimică complexă, inclusiv diverse polimorfe care pot fi transformate în forme cu suprafață mare prin procese de transformare termică, cum ar fi cele observate la boehmite și bayerite.

Descompunerea termică produce g-Al2O3 lamelar sau fibros, cu morfologiile respective în funcție de materialul de bază utilizat la crearea lor.

Retardant la flăcări

Hidratul de alumină (Al(OH)3) este o substanță albă, fin pulverizată, cu formula chimică Al(OH)3. Produsă prin procedeul Bayer din minereu de bauxită, nu are miros sau gust și prezintă solubilitate și stabilitate termică scăzute, ceea ce o face o materie primă extrem de versatilă, cu numeroase aplicații în numeroase industrii ca sursă de Al2O3.

Gibbsita (-Al(OH)3), bayerita (-Al(OH)3), doyleita și nordstrandita sunt cele patru polimorfe ale trihidroxidului de alumină Al(OH)3 care se găsesc de obicei în natură; toate sunt înrudite și au structuri similare; cu toate acestea, morfologiile lor diferă semnificativ și au un impact asupra proprietăților lor, cu vâscozități diferite în funcție de distribuția dimensiunii particulelor; cu toate acestea, morfologiile lor pot fi controlate prin tratament termic pentru a obține vâscozități specifice pentru aplicații specifice.

Capacitățile ignifuge ale hidratului de alumină se bazează pe capacitatea sa de a elibera vapori de apă la temperaturi ridicate, răcind astfel materialele și diluând gazele inflamabile și încetinind răspândirea focului. Acest lucru se realizează prin crearea unei bariere de reținere a oxigenului și a altor gaze inflamabile, ceea ce face mai dificil pentru aceste molecule să ajungă la suprafață și să o ardă.

Hidrații de alumină au o absorbție foarte scăzută de oxigen și o reactivitate ridicată cu diferite gaze, cum ar fi dioxidul de sulf, hidrogenul sulfurat, monoxidul de carbon și oxizii de azot. Datorită acestor caracteristici, ei pot servi ca înlocuitor ideal pentru oxidul de sulf în multe aplicații, cum ar fi pirotehnia și lămpile cu descărcare în gaz.

Hidrații de alumină sunt utilizați ca precursori pentru producerea aluminei activate (AA). Alumina activată este un produs industrial obținut prin descompunerea termică a hidroxizilor și oxihidroxizilor de alumină. Aceasta își găsește aplicații în toate industriile, în special în industria hârtiei, ca pigment de umplutură sau pigment de acoperire, și în industria farmaceutică, ca excipient; diferite tehnici de preparare au ca rezultat diferite tipuri de alumină poroasă, cu caracteristici unice și potențial de aplicare; de exemplu, calcinarea bayeritei produce planuri spinel (111), în timp ce calcinarea Al(OH)3 produce ioni Al3+ hexa-coordonați.

Suprimant anti-fumat

Datorită punctului său de topire scăzut, alumina are proprietăți excelente de ignifugare. Aceasta poate ajuta la prevenirea propagării flăcărilor în materialele plastice sau la protejarea zonelor vulnerabile la deteriorarea cauzată de incendii de la răspândirea în continuare. În plus, capacitățile de absorbție a uleiului ale aluminei o fac potrivită ca agent de curățare împotriva flăcărilor încărcate cu hidrocarburi; în plus, aceasta a devenit neprețuită ca aditiv în lubrifianți pentru a evita degradarea utilajelor.

Alumina este un mineral natural abundent produs ca produs final în procesul Bayer de extracție a aluminiului din bauxită, de obicei prin precipitarea hidroxizilor de aluminiu solubili din apă sau prin reacția trihidratului de alumină cu hidroxizi de metale alcaline pentru a forma boehmite, o substanță extrem de metastabilă și slab cristalizată cu ioni Al3 + care înconjoară oxihidroxizi microporoși într-un mediu alcalin (31). 27Al MAS RMN arată niveluri multiple de coordonare între Al3 + și Al3 +, cu mai multe modele de coordonare (31); aria BET a g-Al2O3 este de aproximativ 275m2g-1 (41).

Alumina descompusă termic poate lua forma diferitelor polimorfe. Exemple comune sunt gibbsita (de asemenea, hidrargilita) și bayerita, ambele produse prin procesul Bayer; nordstrandita apare ca parte a depozitelor de bauxită din America de Nord; gibbsita este adesea utilizată pentru aplicații de glazură ceramică, în timp ce nordstrandita poate fi găsită în emailuri și articole din piatră.

Precipitarea implică transformarea gibbsitei și a gelurilor de pseudoboehmite în boehmite prin utilizarea presiunii controlate a vaporilor de apă, atunci când temperaturile scad sub 80 °C; apoi forma lor revine la forma inițială de hidroxizi de alumină care se dizolvă mai ușor în apă; astfel, disocierea în topitură produce oxid de alumină ușor solubil care se dizolvă mai ușor cu timpul sau la temperaturi mai ridicate (60). La temperaturi mai ridicate sau în condiții de îmbătrânire mai riguroase, acest oxid de alumină se poate transforma în cele din urmă în boehmite bine cristalizată (60).

Umplutură

Alumina trihidrat, denumită în mod obișnuit alumină calcinată și hidroxid de aluminiu, este un material de umplutură extrem de versatil. În aplicațiile cu mase plastice servește la îmbunătățirea rezistenței la flacără, precum și a proprietăților mecanice și termice ale diferiților polimeri; versatilitatea sa se pretează bine și la aplicațiile cu sticlă, ceramică și hârtie ca material de umplutură. În plus, producătorii de hârtie îl folosesc ca pigment de acoperire și pentru a crește nivelul de opacitate și luminozitate al diferitelor hârtii; natura sa alcalină îl ajută și în unele aplicații de tratare a apei.

Reactivitatea ridicată a aluminei hidratate o transformă într-o materie primă excelentă pentru producerea de corpuri ceramice și glazuri și acționează adesea ca un înlocuitor economic al materiilor prime naturale precum feldspatul și siliciul. Disponibil atât în formă umedă, cât și uscată, acesta din urmă poate fi măcinat pentru a produce particule cu distribuție variabilă a dimensiunii în mori cu energie fluidă sau în mori cu bile cu căptușeală ceramică.

Hidratul de alumină măcinat adăugat la glazură sau la sticla topită se descompune rapid în oxid de aluminiu și molecule de apă printr-un proces de reacție endotermică exotermică, conferind acestui material proprietăți intrinsece de ignifugare și producând fum necorosiv și neotrăvitor în timpul acestei reacții.

Pentru ca trihidratul de alumină să funcționeze eficient ca agent ignifug, acesta trebuie să fie expus la temperaturi de peste 220degC. Atunci când este încălzit la acest nivel, 3 molecule de apă per moleculă de alumină se evaporă sub formă de abur în topitura smalțului. Această descompunere a hidratului de alumină îi conferă nivelul său distinctiv de ignifugare, care nu se regăsește în alte materiale de umplutură.

Adăugarea hidratului de alumină la glazuri și pahare poate crește opacitatea prin crearea de bule de gaz în topitura glazurii, contribuind la reducerea contracției la ardere, producând în același timp suprafețe lucioase și oferind rate scăzute de contracție la ardere. În plus, este o alegere ideală pentru fabricarea glazurilor care necesită rate scăzute de contracție la uscare.

Catalizator

Hidratul de alumină este un catalizator excelent, creând bule de gaz în glazuri și emailuri pentru a crește opacitatea prin procesul Bayer. Nu numai că nu este toxic și are o contracție redusă la ardere, dar este și rentabil, ușor de manipulat, economic și are o suprafață mare - calități deloc rele pentru un material industrial a cărui producție anuală ajunge la aproximativ 100 de milioane de tone! Alumina trihidrat produsă în acest mod este măcinată fie în formă anhidră, fie în formă calcinată pentru a fi utilizată ca ingredient integral.

Există diverse polimorfe ale aluminei care au proprietăți diferite datorită secvențelor diferite de stivuire, geometriei legăturilor de hidrogen interstrat și intrastrat și modelelor de substituție ale grupărilor hidroxil pe octaedrele Al(OH)6 cu margini partajate. Cu toate acestea, stabilitatea lor termodinamică rămâne similară - mai degrabă, existența poate depinde mai mult de cinetica decât de proprietățile termodinamice ale materialului respectiv.

Gelurile de alumină gibbsită microporoase (pseudoboehmite și boehmite) pot fi create prin gestionarea atentă a proceselor de gelifiere/floculare, îmbătrânire și uscare. Cu toate acestea, înmuierea gelurilor în apă duce la pierderea ireparabilă a suprafeței BET și la transformarea în bayerită neporoasă.

Hidroliza cu flacără a clorurii de alumină la temperaturi ridicate are ca rezultat o pulbere fină de g-Al2O3 cu o dimensiune medie a particulelor de 10 nm și o suprafață de 130m2g-1. Particulele de alumină tind să aibă rețele spinelice, deși pot fi prezente și cristalite hexagonale sau cubice.

Hidratul de alumină este unul dintre cele mai stabile și mai răspândite materiale de alumină disponibile, având o suprafață mare și rate scăzute de contracție la ardere care îl fac potrivit pentru o gamă largă de aplicații. În plus, calitățile sale anticorozive și proprietățile de întârziere a flăcării îl fac potrivit ca agent de întârziere a flăcării; cercetările anticorozive sunt în curs de desfășurare, iar particulele sale s-au dovedit, de asemenea, de succes ca convertoare autocatalitice și componente ale pilelor de combustie datorită descoperirilor care dezvăluie modul în care particulele de alumină reacționează cu apa pentru a genera fluxuri de gaze bogate în hidrogen care pot fi apoi arse ca combustibil pentru mașini și avioane!