氧化铝晶型及相变温度教学文稿
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氧化铝晶型及相变温
度
Al2O3晶型转变
Al2O3晶型转变(trans for mation of Al2O3)
Al2O3各晶型之间发生的转变。Al2O3的晶型有:α、γ、η、δ、θ、k、x等。外界条件改变时,晶型会发生转变。在Al2O3这些变体中,只有α-Al2O3(刚玉)是稳定的,其它晶型都是不稳定的,加热时都将转变成α-Al2O3。因为α-Al2O3中的氧已是最紧密堆集。α-Al2O3密度为3.99g/cm3。
除刚玉外,常见的Al2O3晶型为γ-Al2O3。γ-Al2O3具有尖晶石型结构。但在其结构中,某些四面体的空隙没有被充填,因而γ-Al2O3的密度较刚玉小。γ-
Al2O3的密度为3.65g/cm3。各种Al(OH)3加热脱水时,约在450℃形成γ-
Al2O3。γ-Al2O3加热到较高温度转变为刚玉。但这种转变要在1000℃以上时,转化速度才比较大。
氧化铝的其它一些不稳定晶型也都是Al(OH)3加热脱水时,在不同条件下形成的。
ρ-Al2O3应为无定形态,但也有人认为它是介于无定形与晶态之间的过渡态。由于ρ-Al2O3是Al2O3各种形态中唯一在常温下能自发水化的形态,可以作为耐火材料浇注料的胶结剂,因此近年来受到了重视。
β-Al2O3(密度3.31g/cm3)不是纯Al2O3,不属于Al2O3一元系,其化学式为
Na2O•11Al2O3。由于β-Al2O3开始发现时忽视了Na2O的存在,而被误认为是Al2O3的一种变体,采用了β-Al2O3这一名称,并沿用至今。当刚玉处于高温、碱金属气氛下,即可转变成β-Al2O3。β-Al2O3在高温下也会逸出碱金属氧化物而转化为刚玉。
氧化铝含有元素铝和氧。若将铝矾土原料经过化学处理,除去硅、铁、钛等的氧化物而制得的产物是纯度很高的氧化铝原料,Al₂O₃含量一般在99%以上。矿相是由40%~76%的γ- Al₂O₃和24%~60%的α- Al₂O₃组成。γ- Al₂O₃于950~1200℃可转变为α- Al₂O₃(刚玉),同时发生显著的体积收缩。。
资料:刚玉粉硬度大可用作磨料,抛光粉,高温烧结的氧化铝,称人造刚玉或人造宝石,可制机械轴承或钟表中的钻石。氧化铝也用作高温耐火材料,制耐火砖、坩埚、瓷器、人造宝石等,氧化铝也是炼铝的原料。煅烧氢氧化铝可制得γ-Al₂O₃。γ-Al₂O₃具有强吸附力和催化活性,可做
吸附剂和催化剂。刚玉主要成分α-Al₂O₃。桶状或锥状的三方晶体。有玻璃光泽或金刚光泽。密度为3.9~4.1g/cm3,硬度9,熔点2000±15℃。不溶于水,也不溶于酸和碱。耐高温。无色透明者称白玉,含微量三价铬的显红色称红宝石;含二价铁、三价铁或四价钛的显蓝色称蓝宝石;含少量四氧化三铁的显暗灰色、暗黑色称刚玉粉。可用做精密仪器的轴承,钟表的钻石、砂轮、抛光剂、耐火材料和电的绝缘体。色彩艳丽的可做装饰用宝石。人造红宝石单晶可制激光器的材料。除天然矿产外,可用氢氧焰熔化氢氧化铝制取。
氧化铝化学式Al₂O₃,分子量101.96。矾土的主要成分。白色粉末。具有不同晶型,常见的是α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃。自然界中的刚玉为α-
Al₂O₃,六方紧密堆积晶体,α-Al₂O₃的熔点2015±15℃,密度3.965g/cm3,硬度8.8,不溶于水、酸或碱。γ-Al₂O₃属立方紧密堆积晶体,不溶于水,但能溶于酸和碱。
α型氧化铝
在α型氧化铝的晶格中,氧离子为六方紧密堆积,Al3+对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心,晶格能很大,故熔点、沸点很高.α型氧化铝不溶于水和酸,工业上也称铝氧,是制金属铝的基本原料;也用于制各种耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器;还可作研磨剂、阻燃剂、填充料等;高纯的α型氧化铝还是生产人造刚玉、人造红宝石和蓝宝石的原料;还用于生产现代大规模集成电路的板基.γ型氧化铝
γ型氧化铝是氢氧化铝在140-150℃的低温环境下脱水制得,工业上也叫活性氧化铝、铝胶。其结构中氧离子近似为立方面心紧密堆积,Al3+不规则地分布在由氧离子围成的八面体和四面体空隙之中。γ型氧化铝不溶于水,能溶于强酸或强碱溶液,将它加热至1200℃就全部转化为α型氧化铝.γ型氧化铝是一种多孔性物质,每克的内表面积高达数百平方米,活性高吸附能力强。工业品常为无色或微带粉红的圆柱型颗粒,耐压性好.在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体;在工业上是变压器油、透平油的脱酸剂,还用于色层分析;在实验室是中性强干燥剂,其干燥能力不亚于五氧化二磷,使用后在175℃以下加热6-8h还能再生重复使用。
世界上用拜耳法生产的氧化铝要占到总产量的90%以上,氧化铝大部分用于制金属铝,用作其它用途的不到10%。