Гидроксиды алюминия

Классификация гидроксидов и оксидов алюминия.

Оксид алюминия Al₂O₃ – многотоннажный продукт химического производства. Он находит применение в производстве металлического алюминия, получении керамики, абразивов, медикаментов. Al₂O₃, предназначенный для производства катализаторов и адсорбентов, называется активным оксидом алюминия.

Активный оксид алюминия получают термической дегидратацией гидроксидов. Кристаллическая структура, пористая структура, химическая природа поверхности Al₂O₃ тесно связаны со структурой и происхождением исходных гидроксидов алюминия.

В литературе [15] описаны различные модификации тригидроксида алюминия Al(OH)₃, причем наиболее часто встречаются гиббсит (его иногда называют гидраргиллит), байерит и нордстрандит. Моногидроксид алюминия AlO(OH) известен в двух модификациях: диаспор и бемит.

Для получения определенной модификации гидроксида алюминия меняют условия осаждения. Меняя рН и температуру, при которой происходит осаждение гидроксида, можно получать либо аморфный гидроксид алюминия, либо одну из его кристаллических модификаций.

Свежеосажденный при не очень высоких рН и температурах гидроксид алюминия рентгеноаморфен. Осадок полупрозрачен и характеризуется большим собственным объемом. После сушки в вакууме при комнатной температуре образуется стекловидный прозрачный алюмогель, напоминающий по виду тонкопористый силикагель. Исследование химического состава аморфного осадка показало, что воздушно-сухой гель содержит большое количество воды (соотношение H₂O/Al₂O₃ больше 3), часть которой при откачке в вакууме удаляется без изменения структуры геля.

Для производства активного оксида алюминия чаще всего используют кристаллическую модификацию гидроксида алюминия А1ООН, которая носит название бемит. Следует проводить четкую границу между хорошо окристаллизованным бемитом и гелеобразным бемитом, который иногда называют псевдобемит.

Бемит имеет структуру из атомов кислорода, содержащую атомы алюминия в октаэдрических полостях. Октаэдры AlO₄ деформированы и связаны в бесконечную цепочку. Существует метод описания структуры гидроксида алюминия (рис. 16). В направленни оси а имеются цепи НО – Al – О, схематически изображенные на рис. 16, a, b. Две из этих цепей могут быть расположены антипараллельно друг другу таким образом, что атомы О второй цепи находятся на том же уровне, что и атомы А1 первой цепи. В результате получается своеобразная двойная полимерная молекула:

Рис. 16. Схематическое изображение оксида алюминия: а – цепь А1ООН; b – вид сбоку цепи А1ООН; с – вид сбоку антипараллельных цепей А1ООН.

Если растворы солей алюминия нейтрализовать раствором аммиака, то образуются объемные аморфные осадки, содержащие большие количества воды. В контакте с маточным раствором или аммиаком получается плохо окристаллизованный продукт. Он дает рентгенограммы с широкими линиями. Их расположение сходно с расположением линий хорошо окристаллизованного бемита. Псевдобемит содержит больше воды, чем требуется по стехиометрии для А1О(ОН). Избыточная вода не присутствует в виде свободных молекул. Она связана водородными связями с кристаллической решеткой бемита. В результате решетка бемита расширяется. Отдельные слои накладываются друг на друга беспорядочно. Это приводит к смещению и расширению линий на рентгенограмме. Малые размеры кристаллов псевдобемита определяют большую степень их дефектности.

Хорошо окристаллизованный бемит – конечный продукт старения геля при рН» 12 и при 80⁰С. Процесс старения, или созревания алюмогеля имеет большое значение при приготовлении адсорбентов и катализаторов. Его сущность:

- уплотнение геля и вытеснение межструктурной жидкости;

- переход аморфной структуры в кристаллическую;

- рост кристаллов.

Изменение степени старения алюмогеля – один из приемов регулирования пористой структуры А1₂О₃.

Последовательность стадий превращения бемита при дегидратации зависит от степени его кристалличности. Хорошо окристаллизованный бемит (размеры кристаллов > 1 мк) разлагается согласно схеме:

Хорошо окристалли- 450⁰С 600⁰С 1050⁰С 1200⁰С

зованный бемит ® g ® d ® q(+a) ® a-А1₂О₃

Дата добавления: 2014-01-14