главная > справочник > химическая энциклопедия:

Алюминия оксид

Алюминия оксид (глинозем) Аl₂О₃, бесцветные кристаллы; т. пл. 2044°С; т. кип. 3530 °С. Единственная стабильная до 2044°С кристаллическая модификация оксида алюминия- А1₂О₃(корунд): решетка ромбоэдрич., а = 0,512 нм, = 55,25° (для гексагон. установки а = 0,475 нм, с = 1,299 нм, пространственная группа D⁶_3d, z = 2); плотность 3,99 г/см³; Н°_пл 111,4 кДж/моль; уравнения температурной зависимости: теплоемкости С°_р = = 114,4 + 12,9*10^-3Т - 34,3*10⁵Т² ДжДмоль*К) (298 Т 1800 К), давления пара Igp (Па) = -54800/7+1,68 (до ~ 3500 К); температурный коэффициент линейного расширения (7,2-8,6)*10^-6К^-1 (300 Т 1200 К); теплопроводность спеченного при 730°С образца 0,35 Вт/(моль*К); твердость по Моосу 9; показатель преломления для обыкновенного луча n₀ 1,765, для необыкновенного п_е 1,759. См. табл.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ

Модификация -А1₂О₃ встречается в природе в виде минерала корунда, который часто содержит в растворенном виде оксиды др. металлов, придающих ему различную окраску. Прозрачные окрашенные кристаллы - драгоценные камни (сапфиры, рубины и др.). Корунд может быть получен искусственно в результате термического разложения ромбической модификации АlООН-диаспора или полиморфных переходов метастабильных форм Аl₂О₃ ( и т.д.), которые образуются при разложении кристаллических модификаций Аl(ОН)₃-гиббсита и байерита и АlOОН-бемита (см. Алюминия гидроксид). Эти процессы могут быть представлены следующей схемой:

Модификация А1₂О₃ имеет тетрагональную кристаллическую решетку типа шпинели (а = 0,562 нм, с = 0,780нм); плотн. 3,3-3,4 г/см³; содержит структурно связанную воду в кол-ве 1-2%. Существует также аморфный оксид алюминия - алюмогель, образующийся при обезвоживании гелеобразного Аl(ОН)₃ и представляющий собой пористое, иногда прозрачное вещество.

Оксид алюминия не растворим в воде, хорошо растворим в расплавленном криолите. Амфотерен. С NH₃-H₂O не реагирует. Химическая активность синтетического оксида алюминия сильно уменьшается с повышением температуры его получения. Природный и искусственный (образовавшийся выше 1200°С) корунд на воздухе при обычных условиях химически инертны и негигроскопичны. Около 1000°С интенсивно взаимодействует со щелочами и карбонатами щелочных металлов. давая алюминаты. Медленно реагирует с SiO₂и кислыми шлаками с образованием алюмосиликатов. При сплавлении взаимодействия с KHSO₄. Корунд, образовавшийся из диаспора при 500-600 °С, взаимодействует также с растворами кислот и щелочей. Алюмогель и А1₂О₃, полученный при обжиге гидроксидов Аl при ~550°С, весьма гигроскопичны и химически активны, реагируют с растворами кислот и щелочей.

Сырье для получения алюминия оксида - бокситы, нефелины. алуниты и др. При соотношении в рудах А1₂О₃ :SiO₂> 6-7 их перерабатывают по способу Байера (основной метод), при Al₂O₃ : SiO₂ < 6 (высококремнистое сырье) - спеканием с известью и содой.

По способу Байера измельченный в шаровых мельницах боксит выщелачивают в автоклавах оборотным щелочным раствором алюмината Na (после выделения из него части Аl₂О₃) при 225-250°С. При этом алюминий переходит в раствор в виде алюмината Na. В случае бокситов, содержащих гиббсит, выщелачивание можно производить при 105°С и обычном давлении в аппаратах с мешалкой. Алюминатные растворы разбавляют водой, отделяют шлам и подвергают разложению в аппаратах с мешалкой или эрлифтом 30-70 ч, причем выделяется около ¹/₂ образовавшегося при этом Аl(ОН)₃. Его отфильтровывают и прокаливают во вращающихся печах или в кипящем слое при ~ 1200°С. В результате получается глинозем, содержащий 15-60% Аl₂О₃. Маточный раствор упаривается и поступает на выщелачивание новой партии боксита.

По второму способу высококремнистую измельченную руду (нефелин и др.) смешивают с содой и известняком и спекают во вращающихся печах при 1250-1300 ^:С. Полученную массу выщелачивают водным щелочным раствором, раствор алюмината Na отделяют от шлама, затем освобождают от SiO₂, осаждая его в автоклаве при давлении около 0,6 МПа, а затем известью при атмосферном давлении, и разлагают алюминат газообразным СО₂. Полученный Аl(ОН)₃ отделяют от раствора и прокаливают при температуре ок. 1200°С. При переработке нефелина, помимо глинозема, получают Na₂CO₃, K₂CO₃ и цемент. При производстве глинозема из алунитов одновременно получают H₂SO₄ и K₂SO₄. Алунитовую руду обжигают при 500-580°С в восстановительной атмосфере и обрабатывают раствором NaOH по способу Байера. Монокристаллы выращивают зонной плавкой, по методу Вернейля или Чохральского.

Синтетический А1₂О₃-промежуточный продукт в производстве Аl (основная область использования), огнеупорный и абразивный материал. Его применяют также при получении керамических резцов, электротехнической керамики. Монокристаллы - лазерный материал, опорные камни часовых механизмов, ювелирные камни. Природный корунд - абразивный (корундовые круги, наждак) и огнеупорный материал. Алюмогель, Аl₂О₃ и его смесь с - Аl₂О₃ - адсорбенты для осушки газов (например, Н₂, Аг, С₂Н₂) и жидкостей (ароматических углеводородов, керосина и др.), в хроматографии; катализаторы (например, дегидратации спиртов, изомеризации олефинов, разложения H₂S); носители для катализаторов (напр., Со-МоО₃, Pd, Pt).

Мировое производство оксида алюминия около 30 млн. т/год (1980). Известны также и другие оксиды алюминия (см. табл.), существующие в газовой фазе.

Лит.: Чалый В. П., Гидроокиси металлов. К.. 1972; Строение и свойства адсорбентов и катализаторов, пер. с англ., М., 1973: Производство глинозема. 2 изд., М., 1978; Запольский А.К., Сернокислотная переработка высококремнистого алюминиевого сырья. К, 1981. © Н. А. Калужский. Ю.А. Волохов.

Дополнительная информация: "Алюминия оксид: химические и физические свойства".