Гідрат і тригідрат глинозему

Глинозем має складний хімічний склад, включаючи різні поліморфізми, які можуть бути перетворені у форми з великою поверхнею за допомогою процесів термічного перетворення, як, наприклад, у випадку з бемітом і баєритом.

В результаті термічного розкладання утворюється пластинчастий або волокнистий g-Al2O3 з відповідною морфологією, що залежить від вихідного матеріалу, використаного для їх створення.

Вогнестійкий

Гідрат глинозему (Al(OH)3) - це біла, дрібнодисперсна речовина з хімічною формулою Al(OH)3. Виробляється за технологією Байєра з бокситової руди, не має запаху і смаку, має низьку розчинність і термічну стабільність, що робить його надзвичайно універсальною сировиною, яка знаходить застосування в багатьох галузях промисловості як джерело Al2O3.

Гіббіт (-Al(OH)3), баєрит (-Al(OH)3), дойліт і нордстрандит - це чотири поліморфи тригідроксиду глинозему Al(OH)3, які зазвичай зустрічаються в природі; всі вони споріднені і мають схожу структуру; однак їх морфологія значно відрізняється і впливає на їх властивості, з різною в'язкістю в залежності від розподілу частинок за розміром; однак їх морфологію можна контролювати за допомогою термічної обробки для досягнення певної в'язкості для конкретних застосувань.

Вогнезахисні властивості гідрату глинозему ґрунтуються на його здатності виділяти водяну пару при підвищених температурах, таким чином охолоджуючи матеріали, розбавляючи горючі гази і сповільнюючи поширення вогню. Це досягається шляхом створення бар'єру, що затримує кисень та інші горючі гази, ускладнюючи цим молекулам вихід на поверхню та її спалювання.

Гідрати глинозему мають дуже низьке поглинання кисню і високу реакційну здатність з різними газами, такими як діоксид сірки, сірководень, монооксид вуглецю та оксиди азоту. Завдяки цим характеристикам вони можуть слугувати ідеальною заміною оксиду сірки в багатьох сферах застосування, наприклад, у піротехніці та газорозрядних лампах.

Гідрати глинозему використовуються як прекурсори для виробництва активованого глинозему (АК). Активований глинозем - це промисловий продукт, який отримують шляхом термічного розкладання гідроксидів і оксигідроксидів глинозему. Він знаходить застосування в різних галузях промисловості, зокрема у виробництві паперу як пігмент-наповнювач або покривний пігмент, а також у фармацевтиці як допоміжна речовина; різні методи приготування призводять до отримання різних видів пористого глинозему з унікальними характеристиками та потенціалом застосування; наприклад, при прожарюванні баєриту утворюється (111) площин шпінелі, тоді як при прожарюванні Al(OH)3 утворюються гекса-координовані іони Al3+.

Протидимний засіб для пригнічення диму

Завдяки низькій температурі плавлення глинозем має чудові вогнезахисні властивості. Він може допомогти запобігти поширенню полум'я в пластикових матеріалах або захистити ділянки, вразливі до пошкодження вогнем, від подальшого розповсюдження. Крім того, здатність електрокорунду поглинати нафту робить його придатним для гасіння полум'я, насиченого вуглеводнями; крім того, він став безцінним як добавка до мастильних матеріалів, щоб уникнути деградації обладнання.

Глинозем є поширеним природним мінералом, що виробляється як кінцевий продукт у процесі вилучення алюмінію з бокситів, як правило, шляхом осадження розчинних гідроксидів алюмінію з води або реакції тригідрату глинозему з гідроксидами лужних металів з утворенням бехміту, надзвичайно метастабільної і погано кристалізованої речовини з іонами Al3+, що оточують мікропористі оксигідроксиди в лужному середовищі (31). 27Al MAS ЯМР показує множинні координаційні рівні між Al3+ і Al3+, з декількома координаційними патернами (31); BET-область g-Al2O3 становить приблизно 275м2g-1 (41).

Термічно розкладений глинозем може набувати форми різних поліморфів. Поширеними прикладами є гіббіт (також гідраргіліт) і баєрит, обидва виробляються за допомогою процесу Байєра; нордстрандит зустрічається як частина північноамериканських родовищ бокситів; гіббіт часто використовується для виготовлення керамічної глазурі, тоді як нордстрандит можна знайти в емалях і керамограніті.

Осадження полягає у перетворенні гелів гібсбіту і псевдобоеміту в беміт за допомогою контрольованого тиску водяної пари, коли температура падає нижче 80 градусів Цельсія; потім їхня форма повертається до початкової форми гідроксидів глинозему, які легше розчиняються у воді; таким чином, вони дисоціюють у розплав з утворенням легкорозчинного оксиду глинозему, який легше розчиняється з часом або при вищих температурах (60). При більш високих температурах або в більш жорстких умовах старіння цей оксид глинозему може з часом перетворитися на добре закристалізований беміт (60).

Наповнювач

Тригідрат глинозему, який зазвичай називають кальцинованим глиноземом або гідроксидом алюмінію, є надзвичайно універсальним наповнювачем. У виробництві пластмас він слугує для підвищення вогнестійкості, а також механічних і термічних властивостей різних полімерів; його універсальність також дозволяє використовувати його як наповнювач у виробництві скла, кераміки та паперу. Крім того, виробники паперу використовують його як покривний пігмент, а також для підвищення рівня непрозорості та яскравості різних видів паперу; лужна природа також робить його корисним у деяких сферах водопідготовки.

Висока реакційна здатність гідратованого глинозему робить його чудовою сировиною для виробництва керамічних корпусів і глазурі, і часто виступає як економічна заміна природній сировині, такій як польовий шпат і діоксид кремнію. Доступний як у вологому, так і в сухому вигляді, він може бути подрібнений для отримання частинок різного гранулометричного складу в гідроенергетичних млинах або кульових млинах з керамічним футеруванням.

Мелений гідрат глинозему, доданий до глазурі або розплаву скла, швидко розкладається на оксид алюмінію і молекули води в процесі екзотермічної ендотермічної реакції, надаючи цьому матеріалу властиві вогнезахисні властивості і виділяючи в ході цієї реакції некорозійний і неотруйний дим.

Для того, щоб тригідрат глинозему ефективно діяв як вогнезахисний засіб, він повинен бути нагрітий до температури понад 220 градусів за Цельсієм. При нагріванні до цього рівня 3 молекули води на молекулу глинозему випаровуються в розплав глазурі у вигляді пари. Таке розкладання гідрату глинозему забезпечує йому особливий рівень вогнестійкості, який не властивий іншим наповнювачам.

Додавання гідрату глинозему до глазурі та скла може підвищити непрозорість, створюючи бульбашки газу в розплаві глазурі, допомагаючи зменшити усадку при випалюванні, створюючи при цьому глянцеві поверхні і забезпечуючи низьку усадку при випалюванні. Крім того, це ідеальний вибір для виготовлення глазурі, що вимагає низької усадки при сушінні.

Каталізатор

Гідрат глинозему є чудовим каталізатором, що створює бульбашки газу в глазурі та емалі для підвищення непрозорості за технологією Байєра. Він не тільки не токсичний і має низьку усадку при випалюванні, але й економічно вигідний, простий у використанні, економічний і має велику площу поверхні - непогані якості для промислового матеріалу, річний обсяг виробництва якого досягає приблизно 100 мільйонів тонн! Вироблений таким чином тригідрат глинозему подрібнюється в безводну або прожарену форму для використання як невід'ємний інгредієнт.

Існують різні поліморфи глинозему, кожен з яких має різні властивості через різну послідовність укладання, геометрію міжшарових і внутрішньошарових водневих зв'язків та схеми заміщення гідроксильних груп на ребрах октаедрів Al(OH)6. Проте їхня термодинамічна стабільність залишається подібною - скоріше, існування може залежати більше від кінетики, ніж від термодинамічних властивостей цього матеріалу.

Мікропористі гелі гібситового глинозему (псевдобоеміти і боеміти) можуть бути створені шляхом ретельного управління процесами гелеутворення/флокуляції, старіння і сушіння. Однак замочування гелів у воді призводить до безповоротної втрати BET-області та перетворення на непористий баєрит.

Полум'яний гідроліз хлориду глинозему при високих температурах призводить до отримання дрібнодисперсного порошку g-Al2O3 з середнім розміром частинок 10 нм і площею поверхні 130 м2г-1. Частинки глинозему, як правило, мають шпінельні решітки, хоча також можуть бути присутніми гексагональні або кубічні щільно упаковані кристаліти.

Гідрат глинозему - один з найстабільніших і найдоступніших глиноземних матеріалів, що має велику площу поверхні і низьку усадку при випалюванні, що робить його придатним для широкого спектру застосувань. Крім того, його антикорозійні властивості та вогнестійкість роблять його придатним для використання в якості антипірену; проводяться антикорозійні дослідження, а його частинки також довели свою ефективність в якості автокаталізаторів і компонентів паливних елементів завдяки відкриттям, які показують, як частинки глинозему реагують з водою, утворюючи багаті на водень потоки газу, які потім можуть спалюватися як паливо для автомобілів і літаків!