Соединения алюминия и алюминатные растворы окись и гидроокись алюминия

Безводная окись алюминия образует несколько полиморфных разновидностей, или форм, имеющих одинаковый химический состав, но различное строение кристаллической решетки и, следовательно, различные свойства [3]. При производстве глинозема большое значение имеют две из них: б-Аl2О3 (альфа-глинозем) и г-Al2O3 (гамма-глинозем).

б-Аl2О3 или корунд — наиболее устойчивая форма глинозема; встречается в природе в виде бесцветных или окрашенных примесями кристаллов, а также получается искусственным путем: при кристаллизации расплавленного глинозема или нагреве гидроокисей алюминия до высокой температуры. Кристаллизуется б-А12О3 в гексагональной системе. Он обладает химической стойкостью и высокой твердостью (9 по шкале Мооса), практически не гигроскопичен, т. е. не поглощает влаги при хранении. Плотность его 3,9 — 4,0 г/см3.

г-Al2O3 имеет малоустойчивую кристаллическую решетку кубической системы, В природе он не встречается, а образуется при нагреве одноводной окиси алюминия (бемита) до 500 — 550 °C. При дальнейшем нагревании г-Al2O3 превращается в б-А12О3 [4]. Это превращение начинается при 950° С и полностью заканчивается при 1200° С. г-Al2O3, в отличие от б-А12О3, гигроскопичен и легко растворяется как в кислотах, так и в щелочах. Плотность г-Al2O3 — 3,77 г/см3. При 400 — 500 °C г-Al2O3 легко взаимодействует с фтористым водородом, образуя A1F3.

Безводная окись алюминия — очень прочное химическое соединение. Температура плавления ее равна 2050 °C, температура кипения около 3000 °C [5]. Теплота образования глинозема по реакции 2А1ТВ + 1,5О2 = Al2O3 составляет примерно 400 ккал/моль, теплота плавления 6 ккал/моль. Кристаллическая решетка безводного глинозема имеет ионное строение и построена из ионов Al3+ и О2-.

Безводная окись алюминия является конечным продуктом процесса производства глинозема. В самом же процессе приходится иметь дело с водными окислами: диаспорой, бемитом, гидраргиллитом, байеритом.

Диаспор и бемит — полиморфные разновидности одноводной окиси алюминия. По химическому составу их можно рассматривать как метаалюминиевую кислоту А1ООН, HAlO2 [4].

Диаспор и бемит встречаются в природе, входя в состав диаспоробемитовых бокситов. Кристаллизуются они в ромбической системе. Элементарная ячейка кристаллической решетки диаспора и бемита состоит из ионов А13+, ОН-, О2-. Плотность диаспора 3,3 — 3,5 г/см3, бемита 3,01 — 3,06 г/см3. При нагреве до 500 — 550 °C диаспор и бемит теряют кристаллизационную влагу, превращаясь в безводный глинозем.

Байерит имеет такую же химическую формулу, что я гидраргиллит, но кристаллизуется в гексагональной системе. В природе байерит не встречается. Образуется он при старении коллоидной гидроокиси алюминия в течение 10 — 20 дней, а также при медленном пропускании углекислого газа через алюминатный раствор при комнатной температуре. Байерит — неустойчивое метастабильное соединение, и при обыкновенной температуре превращается в гидраргиллит [6].

Алюмогель. При быстром осаждении гидроокиси алюминия из солевых растворов образуется студенистый осадок (алюмогель), не имеющий кристаллического строения, содержащий большое количество воды и обладающий высокой химической активностью. Алюмогель, как и байерит, неустойчив и с течением времени превращается в гидраргиллит. Кристаллизация алюмогеля происходит медленно и сопровождается обезвоживанием.