Introdução ao óxido de alumínio químico

Uma breve descrição dos vários tipos de alumina.

Uma variedade de óxido de alumínio, também conhecido como alumina especial, óxido de alumínio não metalúrgico ou óxido de alumínio químico, óxido de alumínio e hidróxido de alumínio são produtos diferenciados ou derivados. De acordo com sua composição química, estrutura cristalina, tamanho de partícula, pureza, dureza, grau de sinterização, etc., podem ser divididos em mais de 300 variedades. A natureza de muitas variedades de alumina é muito diferente; algumas podem ser tão duras quanto a safira, outras tão macias quanto o talco; algumas têm densidade aparente superior a 3.200 kg/m³, enquanto outras têm densidade inferior a 3,2 kg/m³. Algumas são substâncias inertes e insolúveis, mas outras podem ser solúveis em ácidos e bases, com atividade significativa; alguns fluidos podem ser filtrados como areia, mas outros são viscosos ou mesmo coloides tixotrópicos e não podem ser filtrados; algumas apresentam estrutura cristalina e diâmetro de cristal com ampla variação, algumas são amorfas; algumas têm alta capacidade de adsorção, outras não; algumas são catalisadores ativos e outras não. Inerte. No entanto, uma característica comum a todas as variedades de alumina, em qualquer forma, é que elas acabam se convertendo em alumina alfa se aquecidas por um longo período a temperaturas muito altas. Vários tipos de alumina são amplamente utilizados em química, medicina, catálise, borracha, plástico, fabricação de papel, cargas, pigmentos e outros campos. Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia e a aplicação de novos materiais, o mercado de alumina multivariável está se expandindo cada vez mais.

II. Classificação dos vários tipos de alumina

(I) Múltiplas variedades de hidróxido de alumínio

1. Classificação de múltiplas variedades de hidróxido de alumínio:

(1) Hidróxido de alumínio comum, D50 =50 m,70 m;

(2) Pó fino de hidróxido de alumina, D50 ≤20 m;

(3) Micropó de hidróxido de alumínio (hidróxido de alumínio ultrafino), D50 ≤1 m;

(4) Hidróxido de alumínio branco seco, brancura ≥93%;

(5) Hidróxido de alumínio branco de alta pureza (enchimento de ágata artificial e mármore artificial), brancura ≥95%;

(6) Hidróxido de alumínio (sódio) com baixo teor alcalino, Na2O+K2O≤0,10%;

(7) Hidróxido de alumínio com baixo teor de ferro, Fe2O3≤0,005%;

(8) Bauxita quase fina, com um tipo de cristal de? -aloo como uma bauxita monoidratada de 1-2 águas cristalinas;

(9) Gel de hidróxido de alumínio, cristal al2O3.NH2O, a fase principal é do tipo cristal amorfo.

2. USOS de vários tipos de hidróxido de alumínio:

(1) Utilizado como retardante de chama

O hidróxido de alumínio é um aditivo retardante de chamas ideal para plásticos, borracha e outros polímeros orgânicos e têxteis. Os materiais sintéticos que utilizam hidróxido de alumínio como aditivo incluem: poliéster, epóxi, fenólico, polipropileno, polietileno, cloreto de polivinila, borracha butiraldeído, neoprene, borracha de silicone e revestimentos retardantes de chamas avançados, tapetes e lonas resistentes ao fogo, correias transportadoras resistentes ao fogo, entre outros. Por ser um pó branco, suas propriedades físicas e químicas são relativamente estáveis ​​em condições normais, não absorvem umidade, não mudam de cor, são atóxicos, inodoros e o tamanho das partículas pode ser ajustado conforme a necessidade de produção. Quando a temperatura de aquecimento ultrapassa 200 °C, o hidróxido de alumínio começa a absorver calor e se decompõe, liberando três moléculas de água cristalina. Quanto maior a temperatura, mais rápida será a decomposição, inibindo assim o aumento da temperatura do polímero e atuando como agente de resfriamento, retardante de chamas e supressor de incêndios.

(2) Utilizado como material de enchimento para pedra de ágata artificial e mármore artificial

Com hidróxido de alumínio e resina de poliéster insaturada ou resina metacrílica, é possível produzir materiais decorativos e louças sanitárias que imitam mármore e ágata. Como o hidróxido de alumínio possui um índice de refração (1,57) muito próximo ao da resina de poliéster, os produtos artificiais apresentam translucidez e brilho satisfatório, e diferentes cores podem ser adicionadas para criar diversos padrões e especificações. O produto também possui características como alta qualidade, leveza, ausência de radiação, resistência à fragilidade e facilidade de corte, sendo amplamente utilizado atualmente.

(3) Utilizado como enchimento na fabricação de papel

O hidróxido de alumínio é usado principalmente como revestimento superficial, carga e material não combustível na produção de papel. O hidróxido de alumínio ultrafino de alta brancura caracteriza-se por alta brancura, tamanho de partícula fino, distribuição uniforme e formato cristalino linear, entre outras qualidades. Ele pode substituir o pó de titânio branco sem comprometer a brancura e a opacidade do papel, reduzindo custos, melhorando o brilho e o desempenho de impressão.

(4) Usado como enchimento em pasta de dentes

O hidróxido de alumínio possui características de fricção suaves e pertence à classe dos materiais neutros. Como agente friccional em pastas de dente, ele remove eficazmente a sujeira dos dentes e gengivas sem causar danos. O tamanho das partículas de hidróxido de alumínio utilizado como componente de pastas de dente é geralmente D50 ≤ 7 µm, e a adição de álcali deve ser < 0,01%.

(5) Utilizadas como matérias-primas farmacêuticas

Um dos principais componentes dos medicamentos para o estômago é o hidróxido de alumínio, que neutraliza o ácido gástrico e é uma boa matéria-prima para a fabricação desses medicamentos.

(6) Como matérias-primas químicas

Como o hidróxido de alumínio é um composto anfótero, ele se dissolve rapidamente em ácidos ou bases fortes, tornando-se matéria-prima para muitos sais de alumínio. Por exemplo, o sulfato de alumínio e o alúmen são produtos da reação do hidróxido de alumínio com o ácido sulfúrico e seus sais; o policloreto de alumínio é um produto da reação do hidróxido de alumínio com o ácido clorídrico; o fluoreto de alumínio é um produto da reação do hidróxido de alumínio com o ácido fluorídrico, etc. Utilizando hidróxido de alumínio (ou solução de aluminato de sódio) como matéria-prima, é possível produzir peneiras moleculares dos tipos 3a, 4a, 5a, 13x, 10x e Y.

(2) Alumina ativada

Existem oito tipos cristalinos de alumina: α, β, γ, δ, ε, α-δ ...

Como hidrato de alumina, o mecanismo e o processo específico de transição de fase também são muito diferentes devido à diferença na temperatura e no tempo de calcinação, bem como à complementaridade do hidrato. Quando o hidróxido de alumínio é desidratado rapidamente a 400-600 °C, devido à remoção da água, sua estrutura cristalina se desintegra, a superfície dos cristais torna-se frouxa e muitos poros e fissuras são formados, resultando em um aumento acentuado da área superficial específica. A alumina com estrutura porosa adequada, maior volume de poros e maior área superficial específica apresenta alta atividade. O catalisador ou suporte catalítico produzido por ele pode ser usado em perfumaria, craqueamento ou síntese de hidrocarbonetos, desidratação, oxidação, desidrogenação, hidrogenação, reforma, dessulfurização, descloração, desfluoração, entre outros. A alumina ativada também pode ser moldada em esferas ou prensada em tiras como dessecante e agente higroscópico para líquidos e gases, sendo utilizada em refrigeração, secagem por separação de ar, secagem de instrumentos e adsorção seletiva de elementos traço ou poluentes traço em processos industriais. Além disso, possui forte adesão e é matéria-prima para a fabricação de materiais refratários de argila refratária.

(3) Alumina inerte

O óxido de alumínio inerte também é chamado de óxido de alumínio de alta temperatura, hidróxido de alumínio ou outro óxido de alumínio cristalino formado por calcinação a altas temperaturas, como 1200 °C. Como óxido metálico, a alfa-alumina possui boas propriedades físico-químicas. Apresenta grande coesão intermolecular, cristalização compacta e perfeita, e pode suportar diversas alterações químicas. Ao mesmo tempo, a alfa-alumina também possui as vantagens de alto ponto de fusão (2050 °C), alta dureza, bom desempenho de isolamento, alta resistência mecânica, boa resistência à abrasão e alta resistência ao calor e ao impacto térmico, sendo amplamente utilizada nas seguintes áreas:

1. refratário

Devido ao seu elevado ponto de fusão, excelentes propriedades mecânicas e resistência à corrosão a altas temperaturas, a alfa-alumina é utilizada na produção de diversos materiais refratários, como tijolos refratários de mulita e alumina, tijolos refratários de coríndon e produtos de coríndon, bem como concretos refratários amorfos.

2. Cerâmicas de alto teor de alumina

Devido à sua alta densidade volumétrica, a α-alumina pode formar um corpo sinterizado compacto, apresentando resistência ao desgaste e alta resistência mecânica. Por isso, é adequada para a produção de porcelanato resistente ao desgaste, como esferas de polimento, bicos de jateamento de areia, escovas de água, etc. Além disso, devido à sua boa resistência ao calor e ao impacto térmico, é indicada para a produção de ferramentas cerâmicas. Graças ao seu alto desempenho de isolamento térmico, a α-alumina com baixo teor de sódio é adequada para a produção de velas de ignição e isoladores para aparelhos elétricos de alta temperatura, placas de circuito impresso com isolamento elétrico de película fina, componentes padrão e outros porcelanatos isolantes de alta frequência. A α-alumina é amplamente utilizada na produção de cerâmica arquitetônica, cerâmica industrial, cerâmica eletroeletrônica, louças sanitárias e cerâmica para uso doméstico, bem como em cerâmica processada, como tijolos cerâmicos de α-alumina, pisos cerâmicos, barras de laminação cerâmicas, bombas cerâmicas, filtros cerâmicos, etc.

3. Material abrasivo (material resistente à abrasão)

Devido à sua alta dureza, a alfa-alumina pode ser usada como material de moagem, material abrasivo e material resistente ao desgaste. Pode ser utilizada como material de moagem e polimento para aço, metais não ferrosos, plástico, madeira ou fibra de madeira e todos os tipos de rochas (incluindo jade), podendo também ser usada na fabricação de rebolos, ferramentas de torneamento e outras ferramentas de corte, além de ser aplicada na camada de desgaste de pisos de madeira composta e em alguns equipamentos ou produtos metálicos.

(4) Alumina ultrafina de alta pureza

O óxido de alumínio ultrafino de alta pureza refere-se ao pó de alumina superfino de alta pureza com teor de Al₂O₃ > 99,99% e granulometria < 1 µm. É utilizado principalmente na sinterização de alumina transparente, como suporte para lâmpadas fluorescentes, em lâmpadas de sódio de alta pressão, em equipamentos físico-químicos de alta precisão, em ossos artificiais, substratos semicondutores (C), como material de enchimento para fitas de gravação, como meio filtrante de alta qualidade, em materiais abrasivos de alta qualidade, em cerâmicas especiais, ferramentas de corte, cadinhos de alta pureza, em eixos de contato, alvos de bombardeio, tubos de fornos, materiais de embalagem, materiais monocristalinos, pedras artificiais, etc. Pode melhorar a compactação, o acabamento, a resistência à fadiga a frio e a quente, a tenacidade à fratura e a resistência à fluência de cerâmicas. Pode melhorar a resistência ao desgaste de produtos moleculares, sendo utilizado como reforço e tenacificação de plásticos e borrachas, como enchimento para revestimentos resistentes ao desgaste e a altas temperaturas e como enchimento cosmético avançado. Ao mesmo tempo, também é utilizado como catalisador e suporte de catalisador nas indústrias petroquímica e de fertilizantes, como matéria-prima para lasers de neodímio e rubi, e como material isolante avançado em sistemas de energia. Indústria, indústria aeroespacial, como tratamento de superfície para aeronaves aeroespaciais, foguetes e satélites artificiais, etc. Com o progresso da sociedade e o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, o campo de aplicação da alumina de alta pureza e ultrafina também está se expandindo, e a perspectiva de mercado é muito promissora.

(5) Coríndon

O cristal de alumina do tipo n, encontrado na natureza, é chamado de coríndon, que frequentemente apresenta cores diferentes devido a diversas impurezas. Possui brilho vítreo ou semelhante ao do diamante, com densidade de 3,9 a 4,1 g/cm³ e dureza de 8,8. O coríndon natural também é chamado de pedra preciosa. Os que possuem uma pequena quantidade de óxido de cromo no cristal são chamados de rubi; os que possuem pequenas quantidades de impurezas de ferro e titânio são chamados de safira; e os que possuem pequenas quantidades de impurezas de ferro e cobalto são chamados de esmeralda.

A produção natural de coríndon na natureza é muito pequena, sendo utilizado principalmente para decoração. O coríndon usado como matéria-prima industrial é produzido artificialmente. Existem dois tipos de coríndon artificial: coríndon fundido e coríndon sinterizado. As principais variedades são as seguintes:

1. Coríndon fundido

A alumina fundida consiste principalmente em alumina fundida branca e alumina fundida marrom.

O coríndon branco fundido é produzido a partir de alumina industrial, fundida em forno a arco a uma temperatura superior a 2000 °C. Possui características como alta brancura, alta pureza, alta dureza, excelente capacidade de autoafiação, forte poder de moagem, baixo calor de aquecimento, resistência à corrosão, resistência a altas temperaturas e boa estabilidade térmica. Pode ser utilizado na fabricação de materiais avançados para moagem e polimento, ferramentas de moagem, aço carbono e aço inoxidável; também é amplamente utilizado na produção de refratários de alta qualidade e moldes de fundição de precisão, na fabricação de cerâmicas especiais e materiais de alta tecnologia para aplicações militares, eletrônicas e outras; o coríndon produzido a partir de alumina ultrafina de alta pureza também pode ser utilizado como gema artificial.

O coríndon marrom, também conhecido como esmeril, é feito de bauxita, antracito e sucata de ferro por meio de fusão a uma alta temperatura acima de 2000°C em um forno elétrico. Sua cor é marrom.

O coríndon marrom caracteriza-se por dureza moderada, alta densidade de partículas, boa cristalinidade, baixo coeficiente de expansão linear, boa tenacidade e resistência à corrosão, entre outras propriedades. É amplamente utilizado em materiais para jateamento de areia, abrasivos, cargas, meios filtrantes, materiais de corte, refratários, abrasivos e cerâmicas.

2. Coríndon sinterizado

O coríndon sinterizado é feito a partir de minério de bauxita de alumina industrial ou de alta pureza como matéria-prima, produzido pela moagem fina de esferas ou corpos do material, em sinterização a alta temperatura de 1750-1900 ℃. Seu grande diferencial é a baixa porosidade, grãos de alta densidade, excelente resistência ao choque térmico em altas temperaturas e à erosão por escória, sendo amplamente utilizado na fabricação de materiais refratários e abrasivos.

3. Coríndon tabular

O coríndon em placas é um tipo de pó de óxido de alumínio de alta pureza, que é inicialmente moído, granulado, seco e calcinado a altas temperaturas de 1850-1950 °C. Forma-se com uma estrutura cristalina bem desenvolvida em placas e flocos, com grãos de tamanho grande. É um material refratário ideal, com alta pureza, boa estabilidade volumétrica, pequena contração após a recozimento e forte resistência ao choque térmico. O coríndon em placas é produzido principalmente por sinterização, mas também por fusão elétrica.

6) sais de alumínio

Sais de alumínio são compostos de alumínio. Apenas alguns sais de alumínio comumente usados ​​são descritos aqui.

1. Sulfato de alumínio

O sulfato de alumínio é composto por sulfato de alumínio e polisulfato de alumínio, sulfato de alumínio e amônio (alúmen de amônio) e sulfato de alumínio e potássio (alúmen ou alúmen de potássio). Geralmente, é produzido a partir da reação entre ácido sulfúrico e hidróxido de alumínio ou bauxita, caulim, cinzas volantes e outros minerais de alumínio. O sulfato de alumínio é utilizado principalmente como reagente industrial, floculante, agente de tratamento de água, na fabricação de papel, etc., e também na produção de outros produtos químicos que contêm alumínio. O polisulfato de alumínio é utilizado principalmente no tratamento de águas superficiais. O alúmen pode ser usado como fermento químico, agente neutralizante e precipitante de água na indústria alimentícia. O alúmen é utilizado na medicina tradicional chinesa e em fermentos químicos. Também é utilizado na fabricação de papel, tintas e como impermeabilizante.

2. Cloreto de alumínio

O cloreto de alumínio e o policloreto de alumínio (sol de alumínio) são utilizados na produção de carbonatos de alumínio, geralmente preparados pela reação do ácido clorídrico com alumínio metálico, hidróxido de alumínio ou minerais que contêm alumínio. O cloreto de alumínio e o policloreto de alumínio são purificadores de água de baixo custo e boa eficácia, podendo também ser utilizados como agentes de colagem de papel, no refino de açúcar, na moldagem de peças fundidas, como agente antirrugas em tecidos, como suporte de catalisador, como aglutinante, no refino farmacêutico, como agente de cura rápida para cimento, como matéria-prima para cosméticos, etc.

3. Fluoreto de alumínio e fluoreto de sódio

O fluoreto de alumínio e o fluoaluminato de sódio são dois sais de fluoreto principais. O fluoreto de alumínio é usado principalmente como agente de ajuste no meio de refino eletrolítico do alumínio. É um pó branco com cristais em forma de agulha. O processo de produção do fluoreto de alumínio pode ser feito por via úmida ou por via seca. Devido às exigências de proteção ambiental, o método úmido foi praticamente eliminado e o método seco é amplamente utilizado na produção. O fluxograma do processo de produção a seco de fluoreto de alumínio inclui o processo de leito fluidizado circulante da empresa Luqi, na Alemanha, o processo de leito fluidizado multicamadas da empresa Booth, na Suíça, e o processo de síntese de HF ALF3 em fornos de aquecimento interno e externo da empresa Pincnair, na França. O processo a seco consiste na produção de sulfato de cálcio (gesso) e gás HF pela reação de fluorita e ácido sulfúrico, e, em seguida, na produção de fluoreto de alumínio pela reação de gás HF e hidróxido de alumínio após a desidratação. Quando o ácido fluorossilícico, subproduto de uma fábrica de fertilizantes fosfatados, é utilizado o processo úmido da empresa Linz, na Áustria, que primeiro atende aos requisitos de pré-aquecimento da solução de ácido fluorossilícico e, em seguida, reage em um tanque agitado com hidróxido de alumínio (ou suspensão de bauxita) a uma determinada temperatura, formando fluoreto de alumínio e sílica (precipitação). Também é possível utilizar inicialmente uma reação de amônia com ácido fluorossilícico para a formação do produto. de fluoreto de amônio e gel de sílica (precipitação), seguido de reação com solução de fluoreto de amônio e hidróxido de alumínio sob determinada temperatura e pressão, formando fluoreto de alumínio.

O fluoroaluminato de sódio (também conhecido como criolita) é um fluoreto complexo, geralmente na forma de partículas cristalinas ou pó branco-acinzentado, usado principalmente como solvente na eletrolítica do alumínio. O processo de produção do fluoroaluminato de sódio inclui principalmente o método do fluoroaluminato de sódio, que consiste na reação inicial com ácido fluorídrico e hidróxido de alumínio para produzir fluoroaluminato, e posteriormente na reação com soda para sintetizar o fluoroaluminato de sódio (criolita).

4. Outros sais de alumínio

O nitrato de alumínio pode ser usado como catalisador em síntese orgânica, mordente na indústria de impressão e tingimento, agente de acabamento de couro, etc., sendo geralmente produzido pela reação de alumínio ou hidróxido de alumínio com ácido nítrico.

O fosfato de alumínio pode ser usado como inseticida fumigante. Geralmente é preparado pela queima de uma mistura de pó de alumínio e fósforo vermelho.

As peneiras moleculares da série de fosfato de alumínio possuem alta capacidade de troca iônica e atividade catalítica, tendo sido preparadas pela reação de hidróxido de alumínio e ácido fosfórico.

O tripolifosfato de alumínio di-hidrogenado pode ser usado como pigmento anticorrosivo, adsorvente (desodorizante) e catalisador na conversão de etileno em etanol, geralmente obtido a partir da reação do alumínio metálico ou do hidróxido de alumínio com o ácido fosfórico.

O silicato de alumínio ultrafino é um pó amorfo super branco com excelente suspensão e aparência branca pura. É amplamente utilizado em revestimentos, couro, impressão e tingimento, tintas de impressão, fabricação de papel, plásticos, borracha e outros setores, em combinação com outros pigmentos (pó branco de titânio). O silicato de alumínio cristalino pode ser usado como catalisador para a desidratação do metanol em fase gasosa, produzindo éter dimetílico. O silicato de alumínio comum pode ser usado como material isolante. O silicato de alumínio é geralmente preparado pela reação do silicato de sódio com sulfato de alumínio.

O cristal de borato de alumínio pode ser usado como material de reforço para plásticos, metais e cerâmicas. Geralmente, é obtido pela mistura de óxido de alumínio e boro, ou óxido de boro, que, após o contato e fusão em alta temperatura, entram em contato com o material. Também é possível produzir cristal de borato de alumínio a partir do vapor de água que transforma o fluoreto de alumínio e o óxido de boro em gás.

(vii) outras múltiplas variedades de alumina e produtos de extensão relacionados

A outra variedade de alumina ainda inclui alumínio carbonatado, fibra de óxido de alumínio, filme de óxido de alumínio, pó de SB, além de grânulos de liga de alumínio-gálio, trimetilalumínio e outros alumínios orgânicos, que também são produtos com maior conteúdo tecnológico. A fibra de alumina consiste em fibra monocristalina de α-Al₂O₃, fibra longa de α-Al₂O₃ e fibra curta de α-Al₂O₃, sendo utilizada principalmente como material de reforço para metais, plásticos, borracha e cerâmica, material isolante refratário e material refratário para trajetórias de lançamento de foguetes, emulsão óleo-água, mistura óleo-água e material de separação e filtração de líquidos adesivos, além de ser utilizada como suporte de catalisador para transformação de hidrocarbonetos. O pó de SB é a matéria-prima para catalisadores de hidrogenação e outros catalisadores de alta qualidade. Alumina e hidrogênio são formados pela forte reação de grânulos de liga de alumínio-gálio em água, o que representa um processo ideal de produção de hidrogênio para futuros veículos movidos a hidrogênio. O trimetilalumínio é utilizado como catalisador de polimerização de olefinas, combustível de foguete e matéria-prima para a produção de trimetilgálio.

O minério de bauxita pode ser usado para produzir materiais refratários, floculantes para tratamento de água, agentes de sustentação para fraturamento hidráulico em campos petrolíferos, coríndon marrom e cimento de alta alumina, pó de aluminato de cálcio ou cimento de aluminato de cálcio, etc., e ligas de alumínio-silício também podem ser produzidas pelo método de aquecimento elétrico.

A lama vermelha produzida pela alumina pode ser usada como dessulfurizante e agente melhorador de solo em usinas termelétricas a carvão. Após a remoção do sódio, pode ser utilizada na produção de cimento, materiais de construção, cerâmica, etc. A partir da lama vermelha, também é possível extrair pó de minério de ferro, escândio (um metal raro), bismuto e outros metais preciosos.

Os produtos intermediários do óxido de alumínio, aluminato de sódio líquido e aluminato de sódio sólido (clínquer sinterizado), podem ser usados ​​como aceleradores de concreto ou na produção de aceleradores; gálio, vanádio e outros metais preciosos podem ser recuperados e extraídos da solução-mãe intermediária produzida pela alumina.