Оксид алюмінію

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Оксид алюмінію (рос. алюминия оксид; англ. aluminium oxide, нім. Aluminiumoxyd) — сполука алюмінію з киснем Al₂O₃ — безбарвна кристалічна речовина. Білі кристали, нерозчинні у воді, хімічно дуже стійкі, температура плавлення 2050 °C. У воді оксид алюмінію не розчиняється і не взаємодіє з нею. З кислотами він реагує як основний оксид, а з лугами — як кислотний оксид:

Al₂O₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O
Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O

Зустрічається у природі у вигляді мінералів корунду, рубіну, сапфіру. Застосовують для одержання алюмінію, виготовлення вогнетривів, абразивів, каталізаторів, сорбентів тощо.

Глинозе́м або Оксид алюмінію, є основним вихідним матеріалом для виробництва алюмінію. Крім цього він використовується й в інших сферах народного господарства: для виробництва багатьох видів кераміки, різних сортів скла, нанесення покрить для захисту металів від окислювання, дії агресивних середовищ і ерозійного зносу, і т.д.

Алюміній має високу хімічну активність і тому в природі зустрічається тільки в зв'язаному стані у формі різних мінералів і гірських порід. Близько 250 різних мінералів містять алюміній. Проте основною сировиною для виробництва глинозему служить боксит(приблизно 95% світового виробництва глинозему). Пояснюється це, головним чином тим, що вміст оксиду алюмінію в промислових сортах бокситу вище, а кремнезему нижче, ніж в інших алюмінієвих рудах, а також нефелінів та алунітів. Запаси сировинних матеріалів у світі в цілому обмежені, а в Україні взагалі немає промислових запасів цих мінералів.

Багато видів небокситової сировини вигідно відрізняються від бокситу тим, що містять у своєму складі, крім оксиду алюмінію, і інші корисні елементи, як наприклад, натрій і калій у нефеліні, лужні метали і сірка в алуніті й ін. Тому промислова переробка цих руд на глинозем, незважаючи навіть на знижений вміст у них оксиду алюмінію, цілком доцільна і вигідна, якщо переробку вести комплексно, тобто з використанням не тільки оксиду алюмінію, але й інших складових цих руд. Таким наприклад, є виробництво глинозему з глинистої сировини , при якому поряд із глиноземом можна одержувати соду, поташ і цемент. Особливо це актуально для Донецької області, де багато родовище глин, у тому числі з високим вмістом А120з. Наприклад часів-ярська особлива глина містить до 35% А120з

Відкритий у 1899 р. Байєром так називаний гідрохімічний спосіб одержання оксиду алюмінію з бокситів і донині є основним у світовій алюмінієвій промисловості. Цей спосіб досить ефективний і простий, але він може застосовуватися тільки при використанні високоякісних, низькокремністих бокситів з невеликим змістом домішок. Світові запаси таких матеріалів обмежені.

Широке поширення одержав спосіб спікання - більш дорогий, але більш універс&чьний, сировиною для якого використовуються боксити більш низької якості, нефеліни, алуніти, глиниста сировина, каолініти, кам'яновугільні золи, серицити й інші алюмосилікатні породи, запаси яких практично невичерпні. Тому переробка цієї сировини способом спікання на глинозем, незважаючи навіть на знижений вміст оксиду алюмінію, цілком доцільна і вигідна, тому що крім глинозему при способі спікання утворюються побічні корисні продукти.

Крім класичних способів отримання глинозему - гідрохімічного та спікання, у виробництво впроваджені й інші апаратурно-технологічні схеми виробництва глинозему: паралельно і послідовно комбіновані способи Байєр-спікання для переробки низькокремнистих і висококремнистих бокситів, спосіб спікання для переробки висококремнистих бокситів і нефелінів, відновно-лужний спосіб для переробки алунітів, гідролужні способи для переробки низькоякісних бокситів і нефелінів.

В даній роботі досліджена можливість отримати способом спікання глинозему з глинистої сировини, запаси якої у Донецькій області достатньо великі.

В якості об'єкта дослідження взята глина часів-ярська особлива, яка має наступний хімічний склад: 35% A1203, 4% Na20,K2O, 50% SiO2, 0,5% Fe203 and 1% СaО (мас. %).

В лабораторних умовах на основі глини складалися суміші для спікання з карбонатною породою (крейда). Крейда вводиться в шихту згідно з молярним співвідношенням СаО:Sі02, яке дорівнює 2,0 ± 0,03. Для отримання малорозчинного ортосилікату кальцію (2Са0-SiO2).

Вихідні матеріали попередньо здрібнювались, дозувалися та ретельно змішувались. Підготовлену шихту спікали при 1200 °С з витримкою продовж 30 хвилин у муфельній електричній печі. Ця стадія направлена на зв'язування оксиду кремнію й переводу оксиду алюмінію до розчинної у воді сполуки. Цей процес характеризуються наступною узагальненою хімічною реакцією:

(Na,K)2O•A1203•2SiO2+ 4CaCO3 = (Na,K)2O•A1203+ 2(2CaO•SiO2)+ 4CO2

Подроблений спік для відділення алюмінатів лужних металів від решти епіку піддавали вилуговуванню. Вилуговування проводилося гарячим насиченим лужним розчином . Після вилуджування необхідно знекремнити розчин, тобто удалити кремнезем, який знаходиться у розчині, для підвищення якості глинозема. Знекремнення проводили у дві стадії. На першій стадії створюються умови для найбільш повної кристлизації гідроалюмосиліката натрію. Друга стадія - це стадія глубокого знекремнення. Знекремнення проводилось довгим кіп'ячінням розчину на електричній плитці.

3CaO•Al2O3•mSiO2•(6-2m)H2O + 3mNa2CO3 + 2mH2O= =3CaCO3 + mNa2SiO2(OH)2 + 2NaAl(OH)4 + 2(2-m)NaOH

Вилучення гідрату алюмінію здійснювалось шляхом карбонізації: протягом 5 годин при температурі 80 °С крізь розчин повільно пропускався вуглекислий газ. При цьому сполуки натрію й калію, що міститься в розчині, переводяться у гідрокарбонати, що викликає випадіння гідрату алюмінію в осад. Процес відбувається за трьома наступними реакціями:

2NaOH + CO2=Na2CO3 + H2O, NaAl(OH)4= NaOH + Al(OH)3, Na2CO3 + 2Al(OH)3=Na2O•Al2O3•2CO2•2H2O + 2NaOH

На заключному етапі гідрат відфільтровувався.

Попередні лабораторні дослідження показали, що можна вилучити приблизно 80% оксиду алюмінію, який міститься у глині. Необхідні подальші дослідження, які повинні бути спрямовані на оптимізацію технології, на підвищення ефективності вилучення глинозему.