Alümina Hidrat ve Alümina Trihidrat

Alümina, boehmit ve bayeritte görülenler gibi termal dönüşüm süreçleri yoluyla yüksek yüzey alanlı formlara dönüştürülebilen çeşitli polimorflar da dahil olmak üzere karmaşık bir kimyasal yapıya sahiptir.

Termal ayrışma, oluşumlarında kullanılan başlangıç malzemesine bağlı olarak ilgili morfolojileri ile lamelli veya lifli g-Al2O3 üretir.

Alev Geciktirici

Alümina hidrat (Al(OH)3), kimyasal formülü Al(OH)3 olan beyaz, ince toz halinde bir maddedir. Bayer prosesi ile boksit cevherinden üretilir, kokusu veya tadı yoktur, düşük çözünürlüğü ve termal stabilitesi onu Al2O3 kaynağı olarak çok sayıda endüstride birçok uygulama ile son derece çok yönlü bir hammadde haline getirir.

Gibbsite (-Al(OH)3), bayerite (-Al(OH)3), doyleite ve nordstrandite, tipik olarak doğada bulunan Alümina Trihidroksit Al(OH)3'ün dört polimorfudur; hepsi birbiriyle ilişkilidir ve benzer yapıları paylaşır; ancak morfolojileri önemli ölçüde farklılık gösterir ve parçacık boyutu dağılımına bağlı olarak farklı viskozitelerle özelliklerini etkiler; ancak morfolojileri, belirli uygulamalar için belirli viskoziteler elde etmek üzere ısıl işlem yoluyla kontrol edilebilir.

Alümina hidratın alev geciktirici özellikleri, yüksek sıcaklıklarda su buharı salma kabiliyetine dayanır, böylece malzemeleri soğutur ve yanıcı gazları seyreltir ve yangının yayılmasını yavaşlatır. Bu, oksijen ve diğer yanıcı gazları hapseden bir bariyer oluşturarak, bu moleküllerin yüzeye ulaşmasını ve onu yakmasını daha zor hale getirerek gerçekleştirilir.

Alümina hidratlar çok düşük oksijen alımına ve sülfür dioksit, hidrojen sülfür, karbon monoksit ve azot oksitler gibi çeşitli gazlarla yüksek reaktiviteye sahiptir. Bu özellikleri nedeniyle piroteknik ve gaz deşarj lambaları gibi birçok uygulamada sülfür oksit için ideal bir ikame olarak hizmet edebilirler.

Alümina hidratlar, aktifleştirilmiş alümina (AA) üretiminde öncü olarak kullanılır. Aktif alümina, alüminanın hidroksitlerinin ve oksihidroksitlerinin termal ayrışması ile elde edilen endüstriyel bir üründür. Özellikle dolgu pigmenti veya kaplama pigmenti olarak kağıt ve yardımcı madde olarak farmasötikler olmak üzere çeşitli endüstrilerde uygulama alanı bulur; çeşitli hazırlama teknikleri, benzersiz özelliklere ve uygulama potansiyellerine sahip farklı gözenekli alümina türleriyle sonuçlanır; örneğin bayeritin kalsinasyonu (111) spinel düzlemler üretirken Al(OH)3'ün kalsinasyonu hekza koordineli Al3+ iyonları üretir.

Duman Bastırıcı

Düşük erime noktası nedeniyle alümina mükemmel alev geciktirici özelliklere sahiptir. Plastik malzemelerde alevin yayılmasını önlemeye veya yangın hasarına açık alanları daha fazla yayılmaktan korumaya yardımcı olabilir. Ayrıca, alüminanın yağ emme kabiliyeti onu hidrokarbon yüklü alevlere karşı bir tutucu olarak uygun hale getirir; ayrıca makinelerin bozulmasını önlemek için yağlayıcılarda bir katkı maddesi olarak çok değerli hale gelmiştir.

Alümina, Bayer'in boksitten alüminyum çıkarma işleminin son ürünü olarak, tipik olarak sudan çözünebilir alüminyum hidroksitlerin çökeltilmesi veya alümina trihidratın alkali metal hidroksitlerle reaksiyona girerek boehmit oluşturması yoluyla üretilen bol miktarda bulunan doğal bir mineraldir, alkali bir ortamda mikro gözenekli oksihidroksitleri çevreleyen Al3 + iyonları ile son derece metastabil ve zayıf kristalize bir maddedir (31). 27Al MAS NMR, Al3 + ve Al3 + arasında çeşitli koordinasyon modelleriyle çoklu koordinasyon seviyeleri gösterir (31); g-Al2O3'ün BET alanı yaklaşık 275m2g-1'dir (41).

Termal olarak ayrışmış alümina çeşitli polimorflar şeklinde olabilir. Yaygın örnekler, her ikisi de Bayer süreci ile üretilen gibsit (ayrıca hidrargillit) ve bayerittir; nordstrandit, Kuzey Amerika boksit yataklarının bir parçası olarak ortaya çıkar; gibsit genellikle seramik sır uygulamalarında kullanılırken, nordstrandit emaye ve taş eşyalarda bulunabilir.

Çökeltme, sıcaklıklar 80 derecenin altına düştüğünde kontrollü su buharı basıncı kullanılarak gibsit ve psödoboehmit jellerinin boehmite dönüştürülmesini içerir; daha sonra formları suda daha kolay çözünen orijinal alümina hidroksit formlarına geri döner; böylece zamanla veya daha yüksek sıcaklıklarla daha kolay çözünen kolayca çözünebilen alümina oksit elde etmek için eriyik halinde ayrışır (60). Daha yüksek sıcaklıklarda veya daha zorlu yaşlandırma koşulları altında, bu alümina oksit sonunda iyi kristalleşmiş boehmite dönüşebilir (60).

Dolgu

Genellikle kalsine alümina ve alüminyum hidroksit olarak adlandırılan alümina trihidrat, son derece çok yönlü bir dolgu maddesidir. Plastik uygulamalarında alev geciktiriciliğin yanı sıra çeşitli polimerlerin mekanik ve termal özelliklerini geliştirmeye hizmet eder; çok yönlülüğü aynı zamanda bir dolgu malzemesi olarak cam, seramik ve kağıt uygulamalarına da uygundur. Ayrıca, kağıt üreticileri onu kaplama pigmenti olarak ve çeşitli kağıtlarda opaklık ve parlaklık seviyelerini artırmak için kullanırlar; alkali yapısı da bazı su arıtma uygulamalarında ona yardımcı olur.

Hidratlı alüminanın yüksek reaktivitesi, onu seramik gövdeler ve sırlar üretmek için mükemmel bir hammadde haline getirir ve genellikle feldspat ve silika gibi doğal hammaddelerin ekonomik bir ikamesi olarak işlev görür. Hem ıslak hem de kuru formlarda mevcut olan hidratlı alümina, akışkan enerjili değirmenlerde veya seramik kaplı bilyalı değirmenlerde değişken boyut dağılımına sahip partiküller üretmek için öğütülebilir.

Sır veya cam eriyiğine eklenen öğütülmüş alümina hidrat, ekzotermik endotermik bir reaksiyon süreciyle hızla alüminyum oksit ve su moleküllerine ayrışarak bu malzemeye kendine özgü alev geciktirici özellikler kazandırır ve bu reaksiyon sırasında aşındırıcı olmayan ve zehirli olmayan duman üretir.

Alümina Trihidrat'ın yangın geciktirici olarak etkili bir şekilde işlev görebilmesi için 220 dereceyi aşan sıcaklıklara maruz bırakılması gerekir. Bu seviyeye kadar ısıtıldığında, Alümina molekülü başına 3 su molekülü buhar olarak sır eriyiğine buharlaşır. Alümina Hidrat'ın bu ayrışması, dolgu maddelerinde başka hiçbir yerde bulunmayan kendine özgü alev geciktiricilik seviyesini sağlar.

Alümina hidratın sırlara ve camlara eklenmesi, sır eriyiği içinde gaz kabarcıkları oluşturarak opaklığı artırabilir, parlak yüzeyler üretirken fırınlama büzülmesini azaltmaya yardımcı olur ve düşük fırınlama büzülme oranları sağlar. Ayrıca, düşük kuruma büzülme oranları gerektiren sırların yapımı için ideal bir seçimdir.

Katalizör

Alümina hidrat mükemmel bir katalizördür ve Bayer işlemiyle opaklığı artırmak için sırlarda ve emayelerde gaz kabarcıkları oluşturur. Sadece toksik değildir ve düşük fırınlama büzülmesine sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda uygun maliyetlidir, kullanımı kolaydır, ekonomiktir ve geniş bir yüzey alanına sahiptir - yıllık üretimi yaklaşık 100 milyon tona ulaşan endüstriyel bir malzeme için kötü nitelikler değildir! Bu şekilde üretilen alümina trihidrat, ayrılmaz bir bileşen olarak kullanılmak üzere susuz veya kalsine formlarına öğütülür.

Farklı istifleme dizileri, katmanlar arası ve katman içi hidrojen bağı geometrisi ve Al(OH)6 kenar paylaşımlı oktahedra üzerindeki hidroksil gruplarının ikame modelleri nedeniyle her biri farklı özelliklere sahip çeşitli alümina polimorfları vardır. Yine de termodinamik kararlılıkları benzerdir - daha ziyade, varoluşları bu malzemenin termodinamik özelliklerinden çok kinetiğine bağlı olabilir.

Mikro gözenekli gibsit alümina jelleri (psödoboehmit ve boehmit) jelleşme/flokülasyon, yaşlandırma ve kurutma süreçlerinin dikkatli bir şekilde yönetilmesiyle oluşturulabilir. Ancak jellerin suda bekletilmesi, BET alanının onarılamaz şekilde kaybına ve gözeneksiz bayerite dönüşmesine neden olur.

Alümina klorürün yüksek sıcaklıklarda alevle hidrolizi, ortalama 10nm partikül boyutuna ve 130m2g-1 yüzey alanına sahip ince bir g-Al2O3 tozu ile sonuçlanır. Alümina partikülleri spinel kafeslere sahip olma eğilimindedir, ancak altıgen veya kübik yakın paketlenmiş kristalitler de mevcut olabilir.

Alümina hidrat, en kararlı ve yaygın olarak bulunan alümina malzemelerden biridir, yüksek yüzey alanı ve düşük ateşleme büzülme oranlarına sahiptir, bu da onu bir dizi uygulama için uygun hale getirir. Ayrıca, korozyon önleyici nitelikleri ve alev geciktirici özellikleri onu alev geciktirici maddeler olarak uygun hale getirir; korozyon önleyici araştırmalar devam etmektedir ve alümina parçacıklarının suyla reaksiyona girerek hidrojen bakımından zengin gaz akışları oluşturduğunu ve daha sonra arabalar ve jetler için yakıt olarak yakılabileceğini ortaya çıkaran keşifler sayesinde parçacıklarının otokatalitik dönüştürücüler ve yakıt hücresi bileşenleri olarak da başarılı olduğu kanıtlanmıştır!