Краткое описание различных видов оксида алюминия
Разновидности оксида алюминия, также известные как специальный оксид алюминия, неметаллургический оксид алюминия или химический оксид алюминия, оксид алюминия и гидроксид алюминия, являются дифференцированными продуктами или продуктами расширения ассортимента. В зависимости от химического состава, кристаллической структуры, размера частиц, чистоты, твердости, степени спекания и т. д., их можно разделить на более чем 300 разновидностей. Природа многих разновидностей оксида алюминия очень различна: некоторые могут быть твердыми, как сапфир, а некоторые — мягкими, как тальк; некоторые имеют кажущуюся плотность более 3200 кг/м³, в то время как другие имеют плотность менее 3,2 кг/м³; некоторые являются инертными нерастворимыми веществами, но некоторые могут быть растворимы в кислотах и щелочах, обладая значительной активностью; некоторые могут быть жидкими, как песок, но некоторые являются вязкими или даже тиксотропными коллоидами и не могут быть отфильтрованы; некоторые имеют широкий диапазон вариаций кристаллической структуры и диаметра кристаллов, некоторые являются аморфными; некоторые обладают высокой адсорбционной способностью, а некоторые — нет. каталитическая активность; некоторые являются активными катализаторами, а некоторые инертны. Однако общей особенностью всех разновидностей оксида алюминия, в любой форме, является то, что при длительном нагревании при очень высоких температурах они в конечном итоге превращаются в альфа-оксид алюминия. Различные виды оксида алюминия широко используются в химии, медицине, в качестве катализатора, в производстве резины, пластмасс, бумаги, наполнителей, пигментов и других областях. С развитием науки и техники и применением новых материалов рынок многовидового оксида алюминия становится все шире.
II. Классификация различных видов оксида алюминия
(I) Различные разновидности гидроксида алюминия
1. Классификация различных разновидностей гидроксида алюминия:
(1) Обычный наполнитель гидроксид алюминия, D50 = 50 м, 70 м;
(2) Мелкодисперсный порошок гидроксида алюминия, D50 ≤20 м;
(3) Микропорошок гидроксида алюминия (ультратонкий гидроксид алюминия), D50 ≤1 м;
(4) Сухой белый гидроксид алюминия, белизна ≥93%;
(5) Высокобелый гидроксид алюминия (искусственный агат и искусственный мрамор), белизна ≥95%;
(6) Низкощелочной (натриевый) гидроксид алюминия, Na2O+K2O≤0,10%;
(7) Низкожелезистый гидроксид алюминия, Fe2O3≤0,005%;
(8) Квазитонкий боксит с кристаллическим типом ? -алоо как моноводный боксит 1-2 кристаллических вод;
(9) Гель гидроксида алюминия, кристалл al2O3·NH2O, основная фаза – аморфный кристаллический тип.
2. Применение различных видов гидроксида алюминия:
(1) Используется в качестве огнезащитного средства
Гидроксид алюминия является идеальным огнезащитным наполнителем для пластмасс, резины и других органических полимеров и текстиля. К синтетическим материалам, в которых в качестве наполнителя используется гидроксид алюминия, относятся: полиэфир, эпоксидная смола, фенол, полипропилен, полиэтилен, поливинилхлорид, бутиральдегидный каучук, неопрен, силиконовый каучук, а также современные огнезащитные покрытия, огнестойкие ковры, огнестойкий брезент, огнестойкие конвейерные ленты и т.д. Поскольку гидроксид алюминия представляет собой белый порошок, его физические и химические свойства относительно стабильны в нормальных условиях, он не впитывает влагу, не меняет цвет, нетоксичен, безвреден и не имеет запаха, а размер частиц может быть изменен в соответствии с требованиями производства. При температуре нагрева выше 200℃ гидроксид алюминия начинает поглощать тепло и разлагаться, выделяя три кристалла воды. Чем выше температура, тем быстрее происходит разложение, что замедляет повышение температуры полимера и выполняет охлаждающую, огнезащитную и противопожарную функцию.
(2) Используется в качестве наполнителя для искусственного агата и искусственного мрамора.
С помощью гидроксида алюминия и ненасыщенной полиэфирной смолы или метакриловой смолы можно производить декоративные материалы и сантехнику из искусственного мрамора и агата. Поскольку показатель преломления гидроксида алюминия (1,57) очень близок к показателю преломления полиэфирной смолы, искусственные изделия обладают полупрозрачностью и удовлетворительным блеском, а добавление различных цветов позволяет создавать разнообразные узоры и характеристики. Продукт также обладает такими характеристиками, как высокое качество, малый вес, отсутствие излучения, не хрупкость, легкость резки и т.д., и в настоящее время широко используется.
(3) Используется в качестве наполнителя для производства бумаги.
Гидроксид алюминия в основном используется в производстве бумаги в качестве поверхностного покрытия, наполнителя и негорючей бумаги. Высокобелый ультрадисперсный гидроксид алюминия характеризуется высокой белизной, малым размером частиц, равномерным распределением и линейной формой кристаллов и т. д. Он может заменить порошок диоксида титана, не снижая белизну и непрозрачность бумаги, что позволяет сэкономить на стоимости бумаги, улучшить блеск бумаги и повысить качество печати.
(4) Используется в качестве наполнителя в зубной пасте
Гидроксид алюминия обладает мягкими фрикционными свойствами и относится к нейтральным материалам; его добавление в зубную пасту в качестве фрикционного агента позволяет эффективно удалять загрязнения с зубов и десен, не повреждая их. Размер частиц гидроксида алюминия, используемого в качестве наполнителя зубной пасты, обычно составляет D50 ≤7 м, а добавление щелочи должно быть < 0,01%.
(5) Используется в качестве фармацевтического сырья
Одним из основных компонентов препаратов для лечения желудочно-кишечных заболеваний является гидроксид алюминия, способный нейтрализовать желудочную кислоту и являющийся хорошим сырьем для производства таких препаратов.
(6) В качестве химического сырья
Поскольку гидроксид алюминия является амфотерным соединением, он быстро растворяется в сильных кислотах или щелочах, поэтому он стал сырьем для многих солей алюминия. Например, сульфат алюминия и квасцы являются продуктами реакции гидроксида алюминия с серной кислотой и ее солями, полиалюминийхлорид — продуктом реакции гидроксида алюминия с соляной кислотой, фторид алюминия — продуктом реакции гидроксида алюминия с фтористоводородной кислотой и т. д. Используя гидроксид алюминия (или раствор алюмината натрия) в качестве сырья, можно производить молекулярные сита типов 3a, 4a, 5a, 13x, 10x и Y.
(2) Активированный оксид алюминия
Существует восемь кристаллических типов оксида алюминия: ... и ... Нагревая и обезвоживая гидроксид алюминия при различных температурах, можно получить различные кристаллические типы оксида алюминия. Однако, если его обжигать при температуре выше 1200℃, другие кристаллические типы оксида алюминия в конечном итоге превратятся в α-оксид алюминия. α-оксид алюминия называется высокотемпературным оксидом алюминия, также известным как инертный оксид алюминия, остальные семь кристаллических типов оксида алюминия называются низкотемпературным оксидом алюминия, также известным как активированный оксид алюминия.
В случае гидрата оксида алюминия механизм и специфический процесс фазового перехода также значительно отличаются из-за различий в температуре и времени обжига, а также комплементарности гидрата. При быстрой дегидратации гидроксида алюминия при температуре 400-600 ℃, вследствие удаления воды, его кристаллическая структура разрушается, поверхность кристаллов становится рыхлой, образуется множество пор и трещин, что приводит к резкому увеличению удельной поверхности. Оксид алюминия с разумной пористой структурой, большим объемом пор и большей удельной поверхностью обладает высокой активностью. Полученный с его помощью катализатор или носитель катализатора может использоваться в производстве парфюмерии, крекинге или синтезе углеводородов, дегидратации, окислении, дегидрировании, гидрировании, риформинге, десульфуризации, дехлорировании, дефторировании и т. д. Активированный оксид алюминия также может быть скатан в шарики или спрессован в полосы в качестве осушителя и гигроскопического агента для жидкостей и газов, используется в холодильных установках, для сушки воздуха, сушки воздуха в приборах и селективной адсорбции микроэлементов или следовых загрязняющих веществ в промышленных процессах. Кроме того, он обладает высокой адгезией и является сырьем для производства огнеупорных материалов из огнеупорной глины.
(3) Инертный оксид алюминия
Инертный оксид алюминия также называют высокотемпературным оксидом алюминия, гидроксидом алюминия или другим кристаллическим оксидом алюминия, образующимся при высокотемпературном обжиге при температуре около 1200℃. Как оксид металла, альфа-оксид алюминия обладает хорошими физико-химическими свойствами. Он имеет высокую межмолекулярную когезию, плотную и совершенную кристаллизацию и может выдерживать различные химические изменения. В то же время альфа-оксид алюминия обладает такими преимуществами, как высокая температура плавления (2050℃), высокая твердость, хорошие изоляционные свойства, высокая механическая прочность, хорошая износостойкость, а также высокая термостойкость и ударная вязкость, поэтому он широко используется в следующих областях:
1. Огнеупорный материал
Благодаря высокой температуре плавления, превосходным механическим свойствам и коррозионной стойкости при высоких температурах, альфа-оксид алюминия используется для производства различных огнеупорных материалов, таких как муллитовые и глиноземные огнеупорные кирпичи, корундовые огнеупорные кирпичи и корундовые изделия, а также аморфные огнеупорные литьевые смеси.
2. Высокоглиноземистая керамика
Благодаря высокой объемной плотности α-оксида алюминия, он способен образовывать компактное спеченное тело, обладает износостойкостью и высокой механической прочностью, поэтому подходит для производства износостойкого фарфора, например, для шлифовки различными фарфоровыми шариками, пескоструйными соплами, водяными щетками и т. д., а также, благодаря хорошей термостойкости и ударной вязкости, подходит для производства керамических инструментов. Благодаря своим высокотемпературным изоляционным свойствам, низконатриевый α-оксид алюминия подходит для производства свечей зажигания и изоляторов для высокотемпературных электроприборов, тонкопленочных интегрированных электрических поддонов, стандартных деталей и другого высокочастотного изоляционного фарфора. α-оксид алюминия широко используется в производстве архитектурной керамики, промышленной керамики, электронной электрокерамики, сантехники и бытовой керамики, а также в технологической керамике, например, керамический кирпич из α-оксида алюминия, керамические полы, керамические прокатные стержни, керамические насосы, керамические фильтры и т. д.
3. Абразивный материал (износостойкий материал)
Благодаря своей высокой твердости альфа-оксид алюминия может использоваться в качестве шлифовального материала, полировального материала и износостойкого материала. Он может применяться для шлифовки и полировки стали, цветных металлов, пластика, древесины или древесного волокна, а также различных горных пород (включая нефрит), для изготовления шлифовальных кругов, токарных инструментов и других режущих инструментов, а также в качестве износостойкого слоя для поверхностей композитных деревянных полов и некоторых видов оборудования или металлических изделий.
(4) Высокочистый ультратонкий оксид алюминия
Высокочистый ультрадисперсный оксид алюминия — это высокочистый сверхтонкий порошок оксида алюминия с содержанием AL2O3 > 99,99% и гранулометрическим составом < 1 мкм. Он в основном используется для спекания прозрачного оксида алюминия, в качестве носителя для люминесцентных ламп, натриевых ламп высокого давления, высококачественного физико-химического оборудования, искусственных костей, полупроводниковых подложек (C), наполнителей для магнитных лент, суперфильтрующих материалов, высококачественных абразивных материалов, специальной керамики, режущих инструментов, высокочистых тиглей, мишеней для бомбардировки, труб печей, упаковочных материалов, монокристаллических материалов, искусственного камня и т. д. Он может улучшить плотность, качество поверхности, усталостную прочность при низких и высоких температурах, трещиностойкость и сопротивление ползучести керамики. Он может улучшить износостойкость молекулярных продуктов, используется для упрочнения и повышения прочности пластмасс и резины, в качестве износостойкого и термостойкого наполнителя для покрытий и современных косметических наполнителей. В то же время он также используется в качестве катализатора и носителя катализатора в нефтехимической и химической промышленности, в лазерной технике в качестве сырья для лазерных неодимовых стекол и рубиновых лазерных материалов. В качестве передового изоляционного материала в энергетической и аэрокосмической отраслях, для обработки поверхностей самолетов, ракет и искусственных спутников и т. д. С развитием общества и науки и техники область применения высокочистого и ультрадисперсного оксида алюминия также расширяется, и рыночные перспективы весьма многообещающие.
(5) Корунд
Природный кристалл оксида алюминия называется корундом, который часто имеет разные цвета из-за различных примесей. Он обладает стеклянным или алмазным блеском, имеет плотность 3,9-4,1 г/см³ и твердость 8,8. Природный корунд также называют драгоценным камнем. Корунды с небольшим количеством оксида хрома в кристалле называются рубином, с небольшим количеством примесей железа и титана — сапфиром, а с небольшим количеством примесей железа и кобальта — изумрудом.
Природные залежи корунда очень малы, и он в основном используется в декоративных целях. Корунд, используемый в промышленности в качестве сырья, производится искусственно. Существует два вида искусственного корунда: плавленый корунд и спеченный корунд. Основные разновидности следующие:
1. Плавленый корунд
Плавленый оксид алюминия в основном состоит из белого и коричневого плавленого оксида алюминия.
Плавленый белый корунд получают из промышленного оксида алюминия, выплавляемого в дуговой печи при высокой температуре выше 2000℃. Он обладает такими характеристиками, как высокая белизна, высокая чистота, высокая твердость, отличная самозаточка, высокая шлифовальная способность, низкая теплоемкость, коррозионная стойкость, термостойкость, хорошая термическая стабильность и т.д. Его можно использовать для изготовления высококачественных шлифовально-полировальных материалов, шлифовальных инструментов, шлифовки высокоуглеродистой и нержавеющей стали; он также широко используется в производстве высококачественных огнеупорных материалов и прецизионных литейных форм, применяется для изготовления специальной керамики, а также материалов для военной, электронной и других высокотехнологичных отраслей; корунд, полученный из высокочистого ультрадисперсного оксида алюминия, также может использоваться в качестве искусственных драгоценных камней.
Коричневый корунд, также известный как наждак, получают из боксита, антрацита и металлолома путем плавки при высокой температуре выше 2000℃ в электропечи. Его цвет — коричневый.
Коричневый корунд характеризуется умеренной твердостью, высокой плотностью зерен, хорошей кристаллизацией, низким коэффициентом линейного расширения, хорошей ударной вязкостью и коррозионной стойкостью и т. д. Он широко используется в качестве пескоструйного материала, абразива, наполнителя, фильтрующего материала, режущего материала, огнеупоров, абразивов и керамики.
2. Спеченный корунд
Спеченный корунд изготавливается на основе промышленной или высокочистой бокситовой руды из глинозема, методом тонкого измельчения в шарах или кусках при высокой температуре 1750-1900 ℃. Он обладает множеством преимуществ: низкой пористостью, высокой плотностью зерен, превосходной термостойкостью при высоких температурах и устойчивостью к шлаковой эрозии. Широко используется для изготовления огнеупорных и абразивных материалов.
3. Таблевидный корунд
Пластинчатый корунд представляет собой высокочистый порошок оксида алюминия, который сначала измельчают, гранулируют, сушат и прокаливают при высокой температуре 1850-1950℃. Он имеет хорошо развитую пластинчато-чешуйчатую кристаллическую структуру с крупными зернами. Это идеальный огнеупорный материал, обладающий высокой чистотой, хорошей объемной стабильностью, малой усадкой после повторного обжига и высокой термостойкостью. Пластинчатый корунд в основном производится методом спекания, а также методом электроплавки.
6) соли алюминия
Соли алюминия — это соединения алюминия. Здесь описаны лишь некоторые из наиболее часто используемых солей алюминия.
1. Сульфат алюминия
Сульфат алюминия включает сульфат алюминия и полиалюминиевый сульфат, сульфат алюминия аммония (аммонийный квасцы), сульфат алюминия калия (квасцы или калийные квасцы), обычно получаемый в результате реакций с серной кислотой и гидроксидом алюминия, а также при производстве бокситов, каолина, золы и других алюминиевых минералов. Сульфат алюминия в основном используется в качестве промышленного реагента, флокулянта, средства для очистки воды, в бумажной промышленности и т. д., а также в производстве других алюминийсодержащих химических продуктов. Полиалюминиевый сульфат в основном используется для очистки поверхностных вод; квасцы могут использоваться в качестве разрыхлителя, нейтрализатора и осадителя воды в пищевой промышленности. Квасцы используются в традиционной китайской медицине и в качестве разрыхлителя для выпечки. Они также используются в бумажной промышленности, живописи и в качестве водоотталкивающего средства.
2. Хлорид алюминия
Хлорид алюминия и полихлорид алюминия (алюминиевый золь) используются в карбонате алюминия, который обычно получают реакцией соляной кислоты с металлическим алюминием, гидроксидом алюминия или алюминийсодержащими минералами. Хлорид алюминия и полихлорид алюминия являются недорогими и эффективными средствами для очистки воды, а также могут использоваться в качестве проклейки бумаги, в сахарной промышленности, литье, для разглаживания складок на ткани, в качестве носителя катализатора, связующего вещества, в фармацевтической промышленности, для быстрого схватывания цемента, в качестве косметического сырья и т.д.
3. Фторид алюминия и фторид натрия
Фторид алюминия и фторалюминат натрия — две основные фторидные соли. Фторид алюминия в основном используется в качестве регулирующего агента в среде электролитического рафинирования алюминия. Это белый порошок с игольчатой кристаллизацией. Процесс производства фторида алюминия включает в себя влажный и сухой методы. В связи с требованиями охраны окружающей среды, влажный метод практически исключен, и для производства широко используется сухой метод. Технологический процесс сухого производства фторида алюминия включает в себя процесс с циркуляционным псевдоожиженным слоем компании Luqi (Германия), процесс с многослойным псевдоожиженным слоем компании Booth (Швейцария) и процесс синтеза HF ALF3 в печах с внутренним и внешним нагревом компании Pincnair (Франция). Сухой процесс заключается в производстве сульфата кальция (гипса) и газообразного HF путем реакции флюорита с серной кислотой, а затем в производстве фторида алюминия путем реакции газообразного HF с гидроксидом алюминия после дегидратации. При производстве фторида алюминия из побочного продукта фосфатного завода по производству удобрений, австрийской компании Linz, в процессе влажного производства сначала выполняется предварительный нагрев раствора фторкремниевой кислоты, а затем в перемешиваемом резервуаре при определенной температуре происходит реакция с гидроксидом алюминия (или бокситовой суспензией), в результате которой образуется фторид алюминия и диоксид кремния (осаждение); также может быть предварительно использована аммиачная вода и фторкремниевая кислота. В результате реакции образуются фторид аммония и силикагель (осадок), затем при определенной температуре и давлении происходит реакция между раствором фторида аммония и гидроксидом алюминия, в результате которой образуется фторид алюминия.
Фтороалюминат натрия (также известный как криолит) — это комплексный фторид, обычно представляющий собой серо-белые кристаллические частицы или порошок, в основном используемый в электролитическом производстве алюминия в качестве растворителя. Процесс производства фтороалюмината натрия в основном включает метод получения фтороалюмината натрия с помощью соды, при котором сначала происходит реакция с плавиковой кислотой и гидроксидом алюминия для получения фтороалюмината, а затем реакция с содой для синтеза фтороалюмината натрия (криолита).
4. Другие соли алюминия
Нитрат алюминия может использоваться в качестве катализатора в органическом синтезе, протравы в полиграфической и красильной промышленности, средства для отделки кожи и т. д., обычно его получают путем реакции алюминия или гидроксида алюминия с азотной кислотой.
Фосфат алюминия можно использовать в качестве фумигационного инсектицида. Обычно его получают путем сжигания смеси порошка алюминия и красного фосфора.
Молекулярные сита из ряда фосфатов алюминия обладают высокой ионообменной способностью и каталитической активностью и были получены в результате реакции гидроксида алюминия с фосфорной кислотой.
Дигидротриполифосфат алюминия может использоваться в качестве антикоррозионного пигмента, адсорбента (дезодоранта), катализатора превращения этилена в этанол, как правило, в результате реакции гидроксида алюминия или металла с фосфорной кислотой.
Ультрадисперсный силикат алюминия представляет собой аморфный сверхбелый порошок с превосходной суспензией и чистым белым цветом. Он широко используется в лакокрасочных материалах, кожевенной промышленности, полиграфии и крашении, печатных красках, производстве бумаги, пластмасс, резины и других областях в сочетании с другими пигментами (белым порошком титана). Кристаллический силикат алюминия может использоваться в качестве катализатора для дегидратации метанола в газовой фазе с образованием диметилового эфира. Обычный силикат алюминия может использоваться в качестве изоляционного материала. Силикат алюминия обычно получают реакцией жидкого стекла с сульфатом алюминия.
Кристаллы бората алюминия могут использоваться в качестве армирующих материалов для пластика, металла и керамики. Обычно их смешивают с оксидом алюминия и бором или оксидом бора, а затем плавят при высокой температуре. Также можно получать кристаллы бората алюминия путем превращения водяного пара в газообразное состояние фторида алюминия и оксида бора.
(vii) другие многокомпонентные разновидности оксида алюминия и сопутствующие продукты расширения
К другим разновидностям оксида алюминия относятся карбонизированный алюминий, оксид алюминия в виде волокон, оксид алюминия в виде пленок, порошок SB, а также гранулы сплава алюминия и галлия, триметилалюминий и другие органические алюминиевые соединения, которые также являются продуктами с более высоким техническим содержанием. Волокно оксида алюминия состоит из монокристаллического волокна Al2O3, длинного волокна Al2O3 и короткого волокна Al2O3, и в основном используется в качестве армирующего материала для металлов, пластмасс, резины, керамики, огнеупорных изоляционных материалов и огнеупорных материалов для траекторий запуска ракет, материалов для разделения и фильтрации масляно-водных эмульсий, масляно-водных смесей и клеевых жидкостей, а также в качестве носителя катализатора для превращения углеводородов. Порошок SB является сырьем для катализаторов гидрирования и других высококачественных катализаторов. Оксид алюминия и водород образуются в результате интенсивной реакции гранул сплава алюминия и галлия в воде, что является идеальным процессом производства водорода для будущих водородных транспортных средств. Триметилалюминий используется в качестве катализатора полимеризации олефинов, ракетного топлива и сырья для производства триметилгаллия.
Бокситовая руда может использоваться для производства огнеупорных материалов, флокулянтов для водоподготовки, расклинивающих материалов для гидроразрыва пластов, бурого корунда и высокоглиноземистого цемента, порошка алюмината кальция или цемента на основе алюмината кальция и т. д., а также для производства алюминиево-кремниевого сплава методом электрического нагрева.
Красный шлам, получаемый из глинозема, может использоваться в качестве десульфуризатора и улучшителя грунта на угольных электростанциях. После удаления натрия его можно использовать для производства цемента, стеновых материалов, керамзита и т. д. Из красного шлама также можно извлекать железную руду, редкий скандий, висмут и другие драгоценные металлы.
Промежуточные продукты переработки оксида алюминия, жидкого алюмината натрия и твердого алюмината натрия (спеченный клинкер) могут использоваться в качестве ускорителя бетона или в производстве ускорителей; галлий, ванадий и другие драгоценные металлы могут быть извлечены из промежуточного маточного раствора, полученного из оксида алюминия.
Дата публикации: 15 сентября 2020 г.