화학적 산화알루미늄 소개

다양한 종류의 알루미나에 대한 간략한 설명

특수 알루미나, 비야금용 알루미나, 화학용 알루미나, 산화알루미늄 및 수산화알루미늄의 차별화 제품 또는 확장 제품으로도 알려진 다양한 산화알루미늄. 화학 조성, 결정 구조, 입자 크기, 순도, 경도, 소결 정도 등에 따라 300가지 이상의 종류로 나눌 수 있다. 알루미나의 종류는 매우 다양하여 사파이어처럼 단단한 것도 있고 활석 가루처럼 부드러운 것도 있다. 겉보기 밀도가 3,200kg/m³ 이상인 것도 있고 3.2kg/m³ 미만인 것도 있다. 불활성 불용성 물질인 것도 있고 산과 염기에 용해되어 활성이 강한 것도 있다. 모래처럼 체질되는 유체인 것도 있고 점성이 높거나 요변성 콜로이드로 여과되지 않는 것도 있다. 결정 구조와 결정 직경이 매우 다양하고 비정질인 것도 있다. 흡착 능력이 높은 것도 있고 흡착 능력이 없는 것도 있다. 알루미나는 활성 촉매인 것도 있고 불활성인 것도 있지만, 모든 종류의 알루미나는 형태와 관계없이 고온에서 장시간 가열하면 결국 알파 알루미나로 변환된다는 공통적인 특징을 가지고 있습니다. 다양한 종류의 알루미나는 화학, 의학, 촉매, 고무, 플라스틱, 제지, 충전재, 안료 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 과학 기술의 발전과 신소재의 응용으로 다양한 종류의 알루미나 시장은 점점 더 확대되고 있습니다.

II. 다양한 종류의 알루미나 분류

(I) 다양한 종류의 수산화알루미늄

1. 다양한 종류의 수산화알루미늄 분류:

(1) 일반 충전재 수산화알루미늄, D50 =50 m,70 m;

(2) 미세 수산화알루미나 분말, D50 ≤20 m;

(3) 수산화알루미늄 미세 분말(초미세 수산화알루미늄), D50 ≤1 m;

(4) 건조 백색 수산화알루미늄, 백색도 ≥93%

(5) 고백색 수산화알루미늄(인공 마노 및 인조 대리석 충전재), 백색도 ≥95%

(6) 저알칼리(나트륨) 수산화알루미늄, Na2O+K2O≤0.10%;

(7) 저철 수산화알루미늄, Fe2O3≤0.005%;

(8) 결정 유형이 1-2 결정수 단일수화물 보크사이트인 준박형 보크사이트, -alooh;

(9) 수산화알루미늄 겔, 결정 Al2O3.NH2O, 주상은 비정질 결정형이다.

2. 다양한 종류의 수산화알루미늄의 용도:

(1) 난연제로 사용됨

수산화알루미늄은 플라스틱, 고무 및 기타 유기 고분자, 섬유에 이상적인 난연 충전제입니다. 수산화알루미늄을 충전제로 사용하는 합성 소재로는 폴리에스터, 에폭시, 페놀, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 부티르알데히드 고무, 네오프렌, 실리콘 고무, 고급 난연 코팅, 방화 카펫, 방화 캔버스, 방화 컨베이어 벨트 등이 있습니다. 수산화알루미늄은 백색 분말로, 상온에서 물리적 및 화학적 성질이 비교적 안정적이며, 수분 흡수가 없고, 색 변화가 없으며, 무독성, 무해하고 냄새가 없습니다. 또한, 입자 크기를 필요에 따라 가공할 수 있습니다. 가열 온도가 200℃를 초과하면 수산화알루미늄은 열을 흡수하여 분해되기 시작하고, 3개의 결정수를 방출합니다. 온도가 높을수록 분해 속도가 빨라지므로 고분자의 온도 상승을 억제하고 냉각, 난연 및 화재 진압 효과를 발휘합니다.

(2) 인조 마노석 및 인조 대리석의 충전재로 사용됨

수산화알루미늄과 불포화 폴리에스터 수지 또는 메타크릴레이트 수지를 사용하여 인조 대리석 및 마노 장식재와 위생 도기를 생산할 수 있습니다. 수산화알루미늄은 폴리에스터 수지와 굴절률(1.57)이 매우 유사하여, 인조 제품에 반투명하고 만족스러운 광택을 제공하며, 다양한 색상을 첨가하여 다양한 패턴과 규격을 디자인할 수 있습니다. 또한, 이 제품은 고급스럽고 가벼우며 방사선이 없고 깨지기 쉽지 않으며 절단이 용이한 등의 특징을 가지고 있어 현재 널리 사용되고 있습니다.

(3) 제지용 충전재로 사용됨

수산화알루미늄은 제지 생산에서 주로 표면 코팅제, 충전제 및 난연지 제조에 사용됩니다. 고백색 초미세 수산화알루미늄은 높은 백색도, 미세한 입자 크기, 균일한 분포, 선형 결정 형태 등의 특징을 가지고 있습니다. 종이의 백색도와 불투명도를 저하시키지 않으면서 이산화티타늄 분말을 대체할 수 있어 종이 비용을 절감하고, 종이 광택을 향상시키며, 인쇄 성능을 개선할 수 있습니다.

(4) 치약의 충전재로 사용됨

수산화알루미늄은 마찰력이 약하고 중성 물질에 속하므로, 치약에 마찰제로 첨가하면 치아와 잇몸에 손상을 주지 않고 효과적으로 이물질을 제거할 수 있습니다. 치약 충전재로 사용되는 수산화알루미늄의 입자 크기는 일반적으로 D50 ≤7μm이며, 알칼리 첨가량은 0.01% 미만이어야 합니다.

(5) 의약품 원료로 사용됨

위장약의 주요 성분 중 하나는 수산화알루미늄으로, 위산을 중화시키는 효능이 있어 위장약 제조에 좋은 원료입니다.

(6) 화학 원료로서

수산화알루미늄은 양쪽성 화합물이므로 강산이나 강염기에 빠르게 용해되어 많은 알루미늄염의 원료로 사용됩니다. 예를 들어, 황산알루미늄과 명반은 수산화알루미늄이 황산 및 그 염과 반응하여 생성되고, 폴리염화알루미늄은 수산화알루미늄이 염산과 반응하여 생성되며, 불화알루미늄은 수산화알루미늄이 불산과 반응하여 생성되는 등, 수산화알루미늄(또는 알루민산나트륨 용액)을 원료로 사용하여 3a, 4a, 5a, 13x, 10x 및 Y형 분자체를 생산할 수 있습니다.

(2) 활성 알루미나

알루미나에는 α, β, β, β의 8가지 결정형이 있습니다. 수산화알루미늄을 다양한 온도에서 가열 및 탈수시키면 여러 가지 결정형의 산화알루미늄을 얻을 수 있습니다. 그러나 1200℃ 이상의 고온에서 소성하면 다른 결정형의 산화알루미늄은 결국 α-알루미나로 변환됩니다. α-알루미나는 고온 알루미나 또는 불활성 알루미나라고 하며, 나머지 7가지 결정형 알루미나는 저온 알루미나 또는 활성 알루미나라고 합니다.

수산화알루미늄의 수화물로서, 상전이 메커니즘과 구체적인 과정은 소성 온도, 소성 시간 및 수화물의 상보성 차이로 인해 매우 다릅니다. 수산화알루미늄이 400~600℃에서 급속 탈수되면, 수분 제거로 인해 결정 구조가 파괴되고 결정 표면이 느슨해지며 많은 기공과 균열이 형성되어 비표면적이 급격히 증가합니다. 적절한 기공 구조, 더 큰 기공 부피 및 더 높은 비표면적을 가진 알루미나는 높은 활성을 나타냅니다. 활성 알루미나로 만든 촉매 또는 촉매 담체는 향료, 탄화수소 분해 또는 합성, 탈수, 산화, 탈수소, 수소화, 개질, 탈황, 탈염소, 탈불소화 등에 사용될 수 있습니다. 또한 활성 알루미나는 구형으로 만들거나 스트립 형태로 압착하여 액체 및 기체의 건조제 및 흡습제로 사용할 수 있으며, 냉동, 공기 분리 건조, 계측기 풍열 건조, 산업 공정에서 미량 원소 또는 미량 오염 물질의 선택적 흡착 등에 활용됩니다. 뿐만 아니라, 접착력이 강하여 내화 점토 재료 제조의 원료로도 사용됩니다.

(3) 불활성 알루미나

불활성 산화알루미늄은 고온 산화알루미늄, 수산화알루미늄 또는 1200℃ 정도의 고온 소성으로 형성된 기타 결정질 산화알루미늄이라고도 합니다. 금속 산화물인 알파-알루미나는 우수한 물리적, 화학적 특성을 가지고 있습니다. 분자 간 응집력이 강하고, 치밀하고 완벽한 결정 구조를 가지며, 다양한 화학적 변화에 잘 견딥니다. 또한, 알파-알루미나는 높은 융점(2050℃), 높은 경도, 우수한 절연성, 높은 기계적 강도, 우수한 내마모성, 높은 내열성 및 내열충격강도 등의 장점을 가지고 있어 다음과 같은 분야에서 널리 사용됩니다.

1. 내화성

알파알루미나는 높은 융점, 우수한 기계적 특성 및 고온에서의 내식성으로 인해 멀라이트 및 알루미나 내화벽돌, 코런덤 내화벽돌 및 코런덤 제품, 그리고 비정질 내화 캐스터블과 같은 다양한 내화 재료를 생산하는 데 사용됩니다.

2. 고알루미나 세라믹

알파알루미나는 부피 밀도가 높아 치밀한 소결체를 형성할 수 있고, 내마모성과 높은 기계적 강도를 지니고 있어 다양한 종류의 도자기 연마볼, 샌드블라스트 노즐, 워터 브러시 등을 사용하는 내마모성 도자기 제품 생산에 적합합니다. 또한 우수한 내열성과 열충격 강도로 인해 세라믹 공구 생산에도 적합합니다. 저나트륨 알파알루미나는 고온 절연 성능이 뛰어나 점화 플러그, 고온 전기기기용 절연체, 박막 일체형 배전반, 표준 부품 및 기타 고주파 절연 도자기 생산에 적합합니다. 알파알루미나는 건축용 세라믹, 산업용 세라믹, 전자 전기용 세라믹, 위생 도기 및 생활용 세라믹, 가공용 세라믹 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 알파알루미나로 만든 세라믹 벽돌, 세라믹 바닥재, 세라믹 압연봉, 세라믹 펌프, 세라믹 필터 등이 있습니다.

3. 연마재 (내마모성 소재)

알파알루미나는 높은 경도 때문에 연삭재, 연마재 및 내마모재로 사용될 수 있습니다. 강철, 비철금속, 플라스틱, 목재 또는 목섬유, 각종 암석(옥 포함)의 연삭 및 연마재로 사용될 수 있으며, 연삭 휠, 선삭 공구 및 기타 절삭 공구를 제작할 수 있고, 복합 목재 바닥 표면의 마모층 및 일부 장비 또는 금속 제품 표면의 마모층에도 사용될 수 있습니다.

(4) 고순도 초미세 알루미나

고순도 초미세 산화알루미늄은 AL2O3 함량이 99.99% 이상이고 입자 크기가 1μm 미만인 고순도 초미세 알루미나 분말을 말하며, 주로 투명 알루미나 소결, 형광 담체, 고압 나트륨 램프, 고급 물리화학 장비, 인공 뼈, 반도체 기판(C), 레코딩 테이프 충진재, 초고성능 필터 매체, 고급 연마재, 특수 세라믹, 절삭 공구, 고순도 도가니, 축 주변 부품, 충격 표적, 용광로 튜브, 포장재, 단결정 재료, 인조석 등에 사용됩니다. 세라믹의 치밀도, 표면 마감, 냉온 피로, 파괴 인성 및 크리프 저항성을 향상시킬 수 있으며, 분자 제품의 내마모성을 향상시켜 플라스틱, 고무의 보강 및 강화, 내마모성, 고온 내성 코팅 충진제 및 고급 화장품 충진제로 사용됩니다. 또한 석유화학 및 비료 산업에서 촉매 및 촉매 담체로, 레이저 기술에서 레이저 네오디뮴 유리 및 루비 레이저 재료의 원료로, 그리고 고급 절연재로도 사용됩니다. 고순도 초미세 알루미나는 전력 산업, 항공우주 산업, 항공기, 로켓, 인공위성 등의 표면 처리 등에 사용됩니다. 사회 발전과 과학 기술의 발달에 따라 고순도 초미세 알루미나의 응용 분야도 확대되고 있으며, 시장 전망은 매우 밝습니다.

(5) 커런덤

자연적으로 발생하는 알루미늄 결정은 커런덤이라고 하며, 불순물의 종류에 따라 다양한 색을 띕니다. 유리나 다이아몬드와 같은 광택을 지니고 있으며, 밀도는 3.9~4.1g/cm³, 경도는 8.8입니다. 천연 커런덤은 보석으로도 불립니다. 결정 내에 소량의 산화크롬이 함유된 것은 루비, 소량의 철과 티타늄 불순물이 함유된 것은 사파이어, 소량의 철과 코발트 불순물이 함유된 것은 에메랄드라고 합니다.

자연에서 산출되는 천연 커런덤은 매우 소량이며, 주로 장식용으로 사용됩니다. 산업 원료로 사용되는 커런덤은 인공적으로 만들어집니다. 인공 커런덤에는 용융 커런덤과 소결 커런덤 두 종류가 있으며, 주요 종류는 다음과 같습니다.

1. 용융 커런덤

용융 알루미나는 주로 백색 용융 알루미나와 갈색 용융 알루미나로 구성됩니다.

용융 백색 커런덤은 산업용 알루미나를 아크로에서 2000℃ 이상의 고온으로 제련하여 만들어집니다. 높은 백색도, 순도, 경도, 우수한 자체 연마성, 강력한 연삭력, 낮은 발열량, 내식성, 내열성, 우수한 열 안정성 등의 특성을 지니고 있습니다. 고급 연삭 및 연마 재료, 이를 이용한 연삭 공구 제작, 고탄소강 및 스테인리스강 연삭에 사용될 수 있습니다. 또한 고급 내화물 및 정밀 주조 금형 생산, 특수 세라믹, 군수품, 전자 제품 및 기타 첨단 소재 제조에도 널리 사용됩니다. 고순도 초미세 알루미나로 생산된 커런덤은 인조 보석으로도 사용될 수 있습니다.

갈색 커런덤(에머리라고도 함)은 보크사이트, 무연탄, 폐철을 전기로에서 2000℃ 이상의 고온으로 제련하여 만듭니다. 색깔은 갈색입니다.

갈색 코런덤은 적당한 경도, 높은 적층 밀도, 우수한 결정성, 낮은 선팽창 계수, 뛰어난 인성 및 내식성 등의 특징을 가지고 있습니다. 샌드블라스팅 재료, 연마재, 충전재, 여과재, 절삭 재료, 내화물, 연마재 및 세라믹 등 다양한 분야에 널리 사용됩니다.

2. 소결 코런덤

산업용 또는 고순도 알루미나 보크사이트 광석을 원료로 하는 소결 코런덤은 미세하게 분쇄된 볼 또는 덩어리 형태의 재료를 1750~1900℃의 고온에서 소결하여 제조됩니다. 낮은 기공률, 높은 강도의 입자, 고온에서의 우수한 열충격 저항성 및 슬래그 침식 저항성 등 여러 가지 특성을 지니고 있어 내화물 및 연마재 제조에 널리 사용됩니다.

3.표면형 커런덤

판상 코런덤은 고순도 산화알루미늄 분말의 일종으로, 분쇄, 펠릿화, 건조 후 1850~1950℃의 고온에서 소성하여 만들어집니다. 잘 발달된 판상 및 플레이크 형태의 결정 구조를 가지며 입자 크기가 큽니다. 고순도, 우수한 부피 안정성, 재소성 후 수축률 감소, 강한 열충격 저항성을 갖춘 이상적인 내화 재료입니다. 판상 코런덤은 주로 소결법으로 생산되지만, 전기 용융법으로도 생산됩니다.

6) 알루미늄염

알루미늄염은 알루미늄 화합물을 말합니다. 여기서는 흔히 사용되는 몇 가지 알루미늄염만 설명합니다.

1.황산알루미늄

황산알루미늄은 황산알루미늄, 폴리황산알루미늄, 황산암모늄알루미늄(명반), 황산칼륨알루미늄(명반) 등으로 구성되며, 일반적으로 황산과 수산화알루미늄 또는 보크사이트, 카올린, 비산재 등의 알루미늄 광물과 반응하여 생성됩니다. 황산알루미늄은 주로 산업용 시약, 응집제, 수처리제, 제지 등에 사용되며, 기타 알루미늄 함유 화학 제품 생산에도 사용됩니다. 폴리황산알루미늄은 주로 표층수 처리에 사용됩니다. 명반은 식품의 팽창제, 중화제, 침전제로 사용될 수 있습니다. 명반은 한약재와 베이킹파우더에도 사용되며, 제지, 도료, 방수제로도 사용됩니다.

2. 염화알루미늄

염화알루미늄과 폴리염화알루미늄(알루미늄 졸)은 알루미늄 탄산염에 사용되며, 일반적으로 염산과 금속 알루미늄, 수산화알루미늄 또는 알루미늄 함유 광물의 반응으로 제조됩니다. 염화알루미늄과 폴리염화알루미늄은 저렴하면서도 효과가 좋은 정수제이며, 제지용 사이즈제, 설탕 정제, 주조 성형, 직물 주름 방지제, 촉매 담체, 결합제, 의약품 정제, 시멘트 속경화제, 화장품 원료 등으로도 사용됩니다.

3.불화알루미늄 및 불화나트륨

불화알루미늄과 플루오로알루미늄산나트륨은 대표적인 불화물 염이다. 불화알루미늄은 주로 전해 알루미늄 정련 공정에서 조절제로 사용된다. 흰색 분말 형태이며 바늘 모양의 결정 구조를 가진다. 불화알루미늄의 제조 방법에는 습식법과 건식법이 있다. 환경 보호 요구 사항으로 인해 습식 방법은 기본적으로 사라지고 건식 방법이 생산에 널리 사용되고 있습니다. 불화알루미늄의 건식 생산 공정에는 독일 루치(Luqi)사의 순환 유동층 공정, 스위스 부스(Booth)사의 다층 유동층 공정, 프랑스 핀크네어(Pincnair)사의 내외부 가열로를 이용한 HF 합성 ALF3 공정 등이 있습니다. 건식 공정은 형석과 황산의 반응으로 황산칼슘(석고)과 HF 가스를 생성한 후, 탈수 과정을 거쳐 HF 가스와 수산화알루미늄의 반응으로 불화알루미늄을 생산하는 방식입니다. 인산비료 공장의 부산물인 불화규산을 이용한 불화알루미늄 생산의 경우, 오스트리아 린츠(Linz)사의 습식 공정은 먼저 불화규산 용액을 예열한 후, 교반 탱크에서 수산화알루미늄(또는 보크사이트 슬러리)과 일정 온도에서 반응시켜 불화알루미늄과 규소를 침전시키는 방식입니다. 또한 암모니아수와 불화규산을 먼저 사용하는 방법도 있습니다. 산 반응으로 불화암모늄과 실리카겔(침전물)이 생성되고, 그 후 불화암모늄 용액과 수산화알루미늄을 특정 온도 및 압력 하에서 반응시켜 불화알루미늄을 생성한다.

플루오로알루미늄나트륨(크라이올라이트라고도 함)은 복합 불화물로, 일반적으로 회백색의 결정 입자 또는 분말 형태이며, 주로 전해 알루미늄에서 용매로 사용됩니다. 플루오로알루미늄나트륨의 제조 공정은 주로 소다 플루오로알루미네이트법을 포함하는데, 이 방법은 먼저 불산과 수산화알루미늄을 반응시켜 플루오로알루미네이트를 생성한 다음, 소다와 반응시켜 플루오로알루미늄나트륨(크라이올라이트)을 합성하는 것입니다.

4. 기타 알루미늄염

질산알루미늄은 유기 합성 촉매, 인쇄 및 염색 산업의 매염제, 가죽 마감제 등으로 사용될 수 있으며, 일반적으로 알루미늄 또는 수산화알루미늄을 질산과 반응시켜 제조합니다.

인산알루미늄은 훈증 살충제로 사용될 수 있다. 일반적으로 알루미늄 분말과 적린을 혼합하여 태워서 만든다.

알루미늄 인산염 계열 분자체는 높은 이온 교환 용량과 촉매 활성을 가지며, 수산화알루미늄과 인산의 반응으로 제조되었다.

알루미늄 디하이드로겐 트리폴리포스페이트는 부식 방지 안료, 흡착제(탈취제), 에틸렌을 에탄올로 전환하는 촉매로 사용될 수 있으며, 일반적으로 금속 알루미늄 또는 수산화알루미늄과 인산의 반응으로 생성됩니다.

초미세 규산알루미늄은 현탁성이 우수하고 순백색을 띠는 비정질의 초백색 분말입니다. 코팅, 가죽, 인쇄 및 염색, 인쇄 잉크, 제지, 플라스틱, 고무 등 다양한 분야에서 다른 안료(티타늄 백색 분말)와 혼합하여 널리 사용됩니다. 결정질 규산알루미늄은 메탄올 기상 탈수 반응의 촉매로 사용되어 디메틸 에테르를 생산할 수 있습니다. 일반 규산알루미늄은 절연재로 사용됩니다. 규산알루미늄은 일반적으로 규산수소나트륨과 황산알루미늄의 반응으로 제조됩니다.

알루미늄 붕산염 결정은 플라스틱, 금속, 세라믹 강화재로 사용될 수 있으며, 일반적으로 산화알루미늄과 붕소 또는 산화붕소를 혼합하여 고온에서 용융 접촉시켜 제조합니다. 또한 수증기를 기체 상태의 불화알루미늄과 산화붕소로 만들어 알루미늄 붕산염 결정을 제조할 수도 있습니다.

(vii) 기타 다양한 종류의 알루미나 및 관련 확장 제품

다른 종류의 알루미나에는 탄산알루미늄, 산화알루미늄 섬유, 산화알루미늄 필름, SB 분말 외에도 알루미늄-갈륨 합금 샷, 트리메틸알루미늄 및 기타 유기 알루미늄과 같은 고기술 함량 제품들이 있습니다. 알루미나 섬유는 α-Al2O3 단결정 섬유, α-Al2O3 장섬유, α-Al2O3 단섬유로 구성되며, 주로 금속, 플라스틱, 고무, 세라믹 보강재, 내화 절연재, 로켓 발사 궤적용 내화재, 유수 에멀젼, 유수 혼합물 및 접착액 분리 및 여과재로 사용되며, 탄화수소 전환 촉매 담체로도 사용됩니다. SB 분말은 수소화 촉매 및 기타 고급 촉매의 원료입니다. 알루미늄-갈륨 합금 펠릿이 물에서 강하게 반응하여 알루미나와 수소를 생성하는 것은 미래 수소 연료 자동차에 이상적인 수소 생산 공정입니다. 트리메틸알루미늄은 올레핀 중합 촉매, 로켓 연료 및 트리메틸갈륨 제조 원료로 사용됩니다.

보크사이트 광석은 내화물, 수처리 응집제, 유전 파쇄용 프로판트, 갈색 코런덤 및 고알루미나 시멘트, 칼슘 알루미네이트 분말 또는 칼슘 알루미네이트 시멘트 등을 생산하는 데 사용될 수 있으며, 전기 가열 방식을 통해 알루미늄-실리콘 합금도 생산할 수 있습니다.

알루미나 생산 과정에서 발생하는 적니는 석탄화력발전소의 탈황제 및 토양 개량제로 사용될 수 있습니다. 나트륨을 제거한 후에는 시멘트, 벽체 재료, 세라믹 등의 생산에 활용될 수 있습니다. 또한 적니에서 철광석 분말, 희귀 금속인 스칸듐, 비스무트 등의 귀금속을 추출할 수도 있습니다.

산화알루미늄, 액상 알루민산나트륨 및 고체 알루민산나트륨(소결 클링커)과 같은 중간 생성물은 콘크리트 촉진제로 사용되거나 촉진제 생산에 사용될 수 있습니다. 또한, 알루미나 생산 과정에서 생성되는 중간 모액으로부터 갈륨, 바나듐 및 기타 귀금속을 회수 및 추출할 수 있습니다.