Вода оксид алюминия: Al2O3+ H2O = ? уравнение реакции

Оксид алюминия

Главная
 / ПРОМЫШЛЕННАЯ ХИМИЯ / Соединения алюминия / Оксид алюминия

Оксид алюминия представляет собой белую, очень тугоплавкую (т. пл. 2050 ^оС) и нерастворимую в воде массу. Природный Al₂O₃ (минерал корунд), а также  полученный искусственно и затем сильно прокаленный отличается большой твердостью и нерастворимостью в кислотах. В растворимое состояние Al₂O₃ (т. н. глинозем) можно перевести сплавлением со щелочами.

Ввиду нерастворимости Al₂O₃ в воде, отвечающий этому оксиду гидроксид Al(OH)₃ может быть получен лишь косвенным путем из солей. Получение гидроксида можно представить в виде следующей схемы. При действии щелочей ионами OH^— постепенно замещаются в аквокомплексах [Al(OH₂)₆]³⁺ молекулы воды:

[Al(OH₂)₆]³⁺ + OH^— = [Al(OH)(OH₂)₅]²⁺ + H₂O

[Al(OH)(OH₂)₅]²⁺ + OH^— = [Al(OH)₂(OH₂)₄]⁺ + H₂O

[Al(OH)₂(OH₂)₄]⁺ + OH^— = [Al(OH)₃(OH₂)₃]⁰ + H₂O

Al(OH)₃ представляет собой объемистый студенистый осадок белого цвета, практически нерастворимый в воде, но легко растворяющийся в кислотах и сильных щелочах. Он имеет, следовательно, амфотерный характер. Однако и основные и особенно кислотные его свойства выражены довольно слабо. В избытке NH₄OH гидроксид алюминия нерастворим. Одна из форм дегидратированного гидроксида — алюмогель используется в технике в качестве адсорбента.

При взаимодействии с сильными щелочами образуются соответствующие алюминаты:

NaOH + Al(OH)₃ = Na[Al(OH)₄]

Алюминаты наиболее активных одновалентных металлов в воде хорошо растворимы, но ввиду сильного гидролиза растворы их устойчивы лишь при наличии достаточного избытка щелочи. Алюминаты, производящиеся от более слабых оснований, гидролизованы в растворе практически нацело и поэтому могут быть получены только сухим путем (сплавлением Al₂O₃ с оксидами соответствующих металлов).

С кислотами Al(OH)₃ образует соли. Производные большинства сильных кислот хорошо растворимы в воде, но довольно значительно гидролизованы, и поэтому растворы их показывают кислую реакцию. Еще сильнее гидролизованы растворимые соли алюминия из слабых кислот. Вследствие гидролиза сульфид, карбонат, цианид и некоторые другие соли алюминия из водных растворов получить не удается.

Галогениды алюминия в обычных условиях — бесцветные кристаллические вещества. В ряду галогенидов алюминия AlF₃ сильно отличается по свойствам от своих аналогов. Он тугоплавок, мало растворяется в воде, химически неактивен. Основной способ получения AlF₃ основан на действии безводного HF на Al₂O₃ или Al:

Al₂O₃ + 6HF = 2AlF₃ + 3H₂O

Соединения алюминия с хлором, бромом и иодом легкоплавки, весьма реакционноспособны и хорошо растворимы не только в воде, но и во многих органических растворителях. Взаимодействие галогенидов алюминия с водой сопровождается значительным выделением теплоты. В водном растворе все они сильно гидролизованы, но в отличие от типичных кислотных галогенидов неметаллов их гидролиз неполный и обратимый. Будучи заметно летучими уже при обычных условиях, AlCl₃, AlBr₃ и AlI₃ дымят во влажном воздухе (вследствие гидролиза). Они могут быть получены прямым взаимодействием простых веществ.

Сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃^.18H₂O получается при действии горячей серной кислоты на оксидалюминия или на каолин. Применяется для очистки воды, а также при приготовлении некоторых сортов бумаги.

Алюмокалиевые квасцы KAl(SO₄)₂^.12H₂O применяются в больших количествах для дубления кож, а также в красильном деле в качестве протравы для хлопчатобумажных тканей. В последнем случае действие квасцов основано на том, что образующиеся вследствие их гидролиза гидроксид алюминия отлагается в волокнах ткани в мелкодисперсном состоянии и, адсордбируя краситель, прочно удерживает его на волокне.

Из остальных производных алюминия следует упомянуть его ацетат (иначе — уксуснокислуюсоль) Al(CH₃COO)₃, используемый при крашении тканей (в качестве протравы) и в медицине (примочки и компрессы). Нитрат алюминия легко растворим в воде. Фосфат алюминия нерастворим в воде и уксусной кислоте, но растворим в сильных кислотах и щелочах

Как получают и как используют оксид алюминия

Как правило, в качестве сырья для получения оксида алюминия служат бокситы, алуниты, а также нефелины. При содержании в них оксида алюминия более 6−7% производство ведется основным способом — методом Байера, а при меньшем содержании вещества используют метод спекания руды с известью или содой.

Метод Байера — это гидрохимический способ получения глинозема из бокситов. Он представляет собой обработку измельченной породы в шаровых мельницах, затем бокситы обрабатывают щелочными растворами при температуре 225−250°С. Полученный таким образом состав алюмината натрия разбавляют водным раствором и фильтруют.

В процессе фильтрации шлам, содержащий оксид алюминия, свойства которого соответствуют стандартным, подвергают разложению на центрифугах. Выделяется около ½ образовавшегося при этом Аl (ОН)₃. Его отфильтровывают и прокаливают во вращающихся печах или в кипящем слое при температуре ~ 1200 °C. В результате получается глинозем, содержащий 15−60% α-Аl₂О₃. Применение данного метода позволяет сохранить маточный раствор для использования в последующих операциях по выщелачиванию бокситов.

Метод спекания руды с известью или содой работает следующим образом: 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 около 1200 °C. 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.

Для производства высокопрочной корундовой керамики применяют порошок оксида алюминия, полученный термическим разложением некоторых солей алюминия, например, азотнокислого, алюмоаммиачных квасцов различной степени чистоты. Оксид алюминия, полученный при разложении солей, является высокодисперсным порошком γ-Al₂O₃ (при прокаливании до 1200°С) и обладает большой химической активностью.

Для получения ультра- и нанодисперсных порошков Аl₂O₃, которые используются в технологии конструкционной и инструментальной керамики, широкое распространение получил способ совместного осаждения гидроксидов (СОГ) и плазмохимического синтеза (ПХС).

Сущность метода СОГ заключается в растворении солей алюминия, например, AlCl₃ в растворе аммиака и последующем выпадении образующихся гидратов в осадок. Процесс ведут при низких температурах и больших сроках выдержки. Полученные гидроксиды сушат и прокаливают, в результате образуется порошок Аl₂O₃ с размером частиц 10−100 нм.

В технологии ПХС водный раствор Al (NO₃)₃ подается в сопло плазмотрона. В каплях раствора возникают чрезвычайно высокие температурные градиенты, происходит очень быстрый процесс синтеза и кристаллизации Аl₂O₃. Частицы порошка имеют сферическую форму и размер 0,1−1 мкм.

глинозем | химическое соединение | Британика

непрозрачный оксид алюминия

См. все материалы

Связанные темы:

корунд
искусственный корунд
активированный оксид алюминия
кальцинированный глинозем
таблитчатый глинозем

См. все связанные материалы →

оксид алюминия , также называемый оксид алюминия , синтетически полученный оксид алюминия, Al ₂ O ₃ , белое или почти бесцветное кристаллическое вещество, используемое в качестве исходного материала для плавки металлического алюминия. Он также служит сырьем для широкого спектра передовых керамических изделий и активным агентом в химической обработке.

Глинозем изготавливается из бокситов, встречающихся в природе руд, содержащих различные количества гидросодержащих (водосодержащих) оксидов алюминия. Свободный Al ₂ O ₃ встречается в природе в виде минерала корунда и его драгоценных камней, сапфира и рубина; они могут быть получены синтетическим путем из глинозема и на самом деле иногда называются глиноземом, но этот термин более правильно ограничивается материалом, используемым в металлургии алюминия, промышленной керамике и химической обработке.

Дополнительная информация по этой теме

обработка алюминия: оксид алюминия

оксид алюминия существует в нескольких различных кристаллографических формах, наиболее распространенной из которых является корунд. Корунд характеризуется высокой…

Некоторое количество глинозема до сих пор производится путем плавления бокситов в электрической печи в процессе, разработанном для абразивной промышленности в начале 20-го века, но большая часть в настоящее время извлекается из бокситов с помощью процесса Байера, который был разработан для алюминиевой промышленности в 1888 году. В процессе Байера боксит измельчают, смешивают с раствором гидроксида натрия и засевают кристаллами для осаждения гидроксида алюминия. Гидроксид нагревают в печи для удаления воды и получения нескольких сортов гранулированного или порошкообразного оксида алюминия, включая активированный оксид алюминия, плавильный оксид алюминия и прокаленный оксид алюминия.

Активированный оксид алюминия представляет собой пористое гранулированное вещество, которое используется в качестве субстрата для катализаторов и в качестве адсорбента для удаления воды из газов и жидкостей. Глинозем плавильного качества составляет 90 процентов всего производимого глинозема; он транспортируется на алюминиевые заводы, где подвергается электролизу в металлический алюминий. Из кальцинированного оксида алюминия изготавливают различные керамические изделия, в том числе изоляторы свечей зажигания, корпуса интегральных схем, костные и зубные имплантаты, лабораторную посуду, наждачную бумагу и шлифовальные круги, а также огнеупорную футеровку для промышленных печей. Эти продукты обладают свойствами, которыми хорошо известен глинозем, в том числе низкой электропроводностью, устойчивостью к химическому воздействию, высокой прочностью, чрезвычайной твердостью (9по шкале твердости Мооса, наивысшая оценка — 10) и высокая температура плавления (примерно 2050 ° C или 3700 ° F).

Ударная вязкость оксида алюминия может быть улучшена путем добавления частиц циркония или нитей карбида кремния, что делает его пригодным для промышленных режущих инструментов. Кроме того, обычно непрозрачный материал можно сделать прозрачным, добавив небольшое количество магнезии. Полупрозрачный оксид алюминия используется в качестве газового баллона в уличных фонарях высокого давления, работающих на парах натрия.

Эта статья была недавно пересмотрена и обновлена ​​Эриком Грегерсеном.

Оксид алюминия: свойства, производство и применение

Глинозем , широко известный как оксид алюминия (Al ₂ O ₃ ) , представляет собой инертный белый аморфный материал без запаха, часто используемый в промышленной керамике. Благодаря своим выдающимся свойствам глинозем внёс свой вклад в значительное число приложений, продлевающих жизнь и улучшающих жизнь общества. Он широко используется в медицине и современной войне [1].

Оксид алюминия представляет собой термически нестабильное и нерастворимое соединение, встречающееся в природе в различных минералах, таких как 9корунд 0015 , кристаллический вариант оксида, и боксит , который считается его основной алюминиевой рудой [1].

Здесь вы узнаете о:

• Каковы основные свойства оксида алюминия
• Как производится оксид алюминия
• Каковы основные области применения оксида алюминия

Свойства оксида алюминия

Благодаря своим превосходным механическим, химическим и термическим свойствам оксид алюминия выделяется среди многих сопоставимых материалов, предлагая равные или лучшие решения для недорогостоящего производства и производства.

Его производительность зависит от следующих свойств [1], [2], [3]:

Как производится оксид алюминия?

Оксид алюминия часто получают по процессу Байера, что означает переработку бокситов для получения глинозема. Следующее обратимое химическое уравнение описывает основы процесса Байера:

Этот процесс начинается с сушки измельченного и промытого боксита, обычно содержащего 30–55 % Al2O3 [4]. Боксит растворяют в едком натре с образованием суспензии, нагреваемой до температуры около 230–520 ° F (110–270 ° C). Эта смесь затем фильтруется для удаления остатков, называемых примесями «красного шлама».

Отфильтрованный раствор оксида алюминия (гидроксид алюминия) затем перекачивается или перекачивается в баки-осадители, где он охлаждается и начинается затравка. Эти затравки стимулируют процесс осаждения, что позволяет сформировать твердые кристаллы гидроксида алюминия. Весь гидроксид алюминия, который оседает на дне бака, удаляется.

Остатки едкого натра вымываются из гидроксида алюминия, который проходит различные уровни фильтрации. Наконец, его нагревают, чтобы полностью удалить лишнюю воду. После прохождения стадии охлаждения получается мелкий белый порошок [5].

Процесс Байера обобщен на Рисунке 1, на котором показаны все этапы и то, что происходит на каждом этапе.

Рис. 1. Процесс Байера в его современной форме (2017 г.), поскольку к исходному процессу добавляются этапы удаления кремнезема и оксалата 1892 Процесс Байера. Воспроизведено с рисунка 3.1 (стр. 51) исх. 1.

Применение оксида алюминия

Большая часть произведенного оксида алюминия используется для образования металлического алюминия . Кислород обычно катализирует коррозию в реакции с металлическим алюминием. Однако при связывании с кислородом с образованием оксида алюминия образуется защитное покрытие, предотвращающее дальнейшее окисление. Это повышает прочность и делает материал менее уязвимым к износу [6].

Отрасли, в которых используется оксид алюминия, включают:

Медицинская промышленность

Из-за твердости, биоинертности и химических свойств оксида алюминия он является предпочтительным материалом для подшипников при замене тазобедренного сустава, таких как протезы, бионические имплантаты, глазные протезы, армирующие ткани, зубные коронки, абатменты, мосты и другие зубные имплантаты. Он также используется в лабораторном оборудовании и инструментах, таких как тигли, печи и другое лабораторное оборудование [1].

Военное и защитное снаряжение

Прочность и легкий вес оксида алюминия способствуют улучшению бронежилетов, таких как нагрудники, а также брони для транспортных средств и самолетов, что является его крупнейшим рынком сбыта. Оксид алюминия также используется в синтетическо-сапфировых пуленепробиваемых окнах и баллистике [1].

Электрическая и электронная промышленность

Его высокие температуры плавления и кипения, в дополнение к его превосходным термостойким свойствам, делают оксид алюминия востребованным в производстве высокотемпературной изоляции печей и электрических изоляторов. Пленки оксида алюминия также являются жизненно важными компонентами в производстве микрочипов. Некоторые из других его применений включают изоляторы свечей зажигания, микроэлектрические подложки и изолирующие радиаторы [1].

Производство драгоценных камней

Оксид алюминия является ценным элементом при образовании рубинов и сапфиров. Его кристаллическая форма, корунд, является основным элементом для этих драгоценных камней. Рубины обязаны своим темно-красным цветом примесям хрома, в то время как сапфиры получают различные цвета из-за следов железа и титана [6].

Промышленное применение

Поскольку глинозем химически инертен, он используется в качестве наполнителя в пластмассах, кирпичах и других тяжелых глиняных изделиях, таких как печи для обжига. Из-за своей чрезвычайной прочности и твердости он часто используется в качестве абразива для наждачной бумаги. Он также является экономичным заменителем технических алмазов [6].

Оксиды алюминия также используются для производства компонентов трубопроводов, таких как отводы, тройники, прямые трубы, гидроциклоны, редукторы, патрубки и клапаны. Другие области применения включают производство различных обрабатывающих инструментов, режущих инструментов, оболочек термопар, износостойких рабочих колес насосов и отражательных пластин [1].