Алюминия оксид

АЛЮМИНИЯ ОКСИД (глинозем) А1₂О₃, бесцв. кристаллы; т. пл. 2044°С; т. кип. 3530 °С. Единственная стабильная до 2044°С кристаллич. модификация А. о.-А1₂О₃ (корунд): решетка ромбоэдрич., а = 0,512 нм,= 55,25° (для гексагон. установки а = 0,475 нм, с = 1,299 нм, пространств. группа D⁶_3d, z = 2); плотн. 3,99 г/см³;Н°_пл 111,4 кДж/моль; ур-ния температурной зависимости: теплоемкости С°_р = = 114,4 + 12,9*10^-3Т - 34,3*10⁵Т² ДжДмоль*К) (298Т 1800 К), давления пара Igp (Па) = -54800/7+1,68 (до ~ 3500 К); температурный коэф. линейного расширения (7,2-8,6)*10^-6К^-1 (300Т1200 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, к-рый часто содержит в растворенном виде оксиды др. металлов, придающих ему разл. окраску. Прозрачные окрашенные кристаллы-драгоценные камни (сапфиры, рубины и др.). Корунд м. б. получен искусственно в результате термич. разложения ромбич. модификации А1ООН-диаспора или полиморфных переходов метастабильных форм А1₂О₃ ( и т.д.), к-рые образуются при разложении кристаллич. модификаций А1(ОН)₃-гиббсита и байерита и АlOОН-бемита (см. Алюминия гидроксид). Эти процессы м.б. представлены след. схемой:

МодификацияА1₂О₃ имеет тетрагон, кристаллич. 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 А.о. - алюмогель, образующийся при обезвоживании гелеобразного А1(ОН)₃ и представляющий собой пористое, иногда прозрачное в-во.

А. о. не раств. в воде, хорошо раств. в расплавленном криолите. Амфотерен. С NH₃-H₂O не реагирует. Хим. активность синтетич. А. о. сильно уменьшается с повышением т-ры его получения. Прир. и искусственный (образовавшийся выше 1200°С) корунд на воздухе при обычных условиях химически инертны и негигроскопичны. Ок. 1000°С интенсивно взаимод. со щелочами и карбонатами щелочных металлов, давая алюминаты. Медленно реагирует с SiO₂ и кислыми шлаками с образованием алюмосиликатов. При сплавлении взаимод. с KHSO₄. Корунд, образовавшийся из диаспора при 500-600 °С, взаимод. также с р-рами к-т и щелочей. Алюмогель иА1₂О₃, полученный при обжиге ги-дроксидов А1 при ~550°С, весьма гигроскопичны и химически активны, реагируют с р-рами к-т и щелочей.

Сырье для получения А.о. - бокситы, нефелины, алуниты и др. (см. Алюминии^ При соотношении в рудах А1₂О₃ :SiO₂ > 6-7 их перерабатывают по способу Байера (осн. 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 р-ром алюмината Na (после выделения из него части А1₂О₃) при 225-250°С. При этом алюминий переходит в р-р в виде алюмината Na. В случае бокситов, содержащих гиббсит, выщелачивание можно производить при 105°С и обычном давлении в аппаратах с мешалкой. Алюминатные р-ры разбавляют водой, отделяют шлам и подвергают разложению в аппаратах с мешалкой или эрлифтом 30-70 ч, причем выделяется ок. ¹/₂ образовавшегося при этом А1(ОН)₃. Его отфильтровывают и прокаливают во вращающихся печах или в кипящем слое при ~ 1200°С. В результате получается глинозем, содержащий 15-60% А1₂О₃. Маточный р-р 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 р-ром, р-р алюмината Na отделяют от шлама, затем освобождают от SiO₂, осаждая его в автоклаве при давлении ок. 0,6 МПа, а затем известью при атмосферном давлении, и разлагают алюминат газообразным СО₂. Полученный А1(ОН)₃ отделяют от р-ра и прокаливают при т-ре ок. 1200°С. При переработке нефелина, помимо глинозема, получают Na₂CO₃, K₂CO₃ и цемент. При произ-ве глинозема из алунитов одновременно получают H₂SO₄ и K₂SO₄. Алунитовую руду обжигают при 500-580°С в восстановит. атмосфере и обрабатывают р-ром NaOH по способу Байера. Монокристаллы выращивают зонной плавкой, по методу Вернейля или Чохральского.

Синтетич.А1₂О₃-промежут. продукт в произ-ве А1 (осн. область использования), огнеупорный и абразивный материал. Его применяют также при получении керамич. резцов, электротехн. керамики. Монокристаллы-лазерный материал, опорные камни часовых механизмов, ювелирные камни. Прир. корунд-абразивный (корундовые круги, наждак) и огнеупорный материал. Алюмогель,А1₂О₃ и его смесь с -А1₂О₃ - адсорбенты для осушки газов (напр., Н₂, Аг, С₂Н₂) и жидкостей (ароматич. углеводородов, керосина и др.), в хроматографии; катализаторы (например, дегидратации спиртов, изомеризации олефинов, разложения H₂S); носители для катализаторов (напр., Со-МоО₃, Pd, Pt).

Мировое произ-во А. о. ок. 30 млн. т/год (1980). Известны также и другие А. о. (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; Запол ьский А.К., Сернокислотная переработка высококремнистого алюминиевого сырья. К, 1981. Н. А. Калужский. Ю.А. Волохов.