氧化鋁的種類、結構及性質

2021-01-08 找耐火材料網

氧化鋁的物理、化學性能優異，被廣泛應用於陶瓷、磨料、耐火材料，石油化工等諸多領域。為適應不同行業的需求，將Al(OH)3或γ-Al2O3進行特殊處理，如焙燒、研磨、水力分選等處理後，就會得到在粒度、比表面積和形狀等方面完全不同的氧化鋁。對於超細活性氧化鋁(γ-Al2O3或η-Al2O3)，一般用作吸附劑或催化劑載體;柱狀或球狀氧化鋁一般為載體或陶瓷膜過濾;高溫系列的氧化鋁主要通過工業氧化鋁加助溶劑煅燒製備，一般用在陶瓷和耐火材料等方面;拋光氧化鋁，主要應用在玻璃、金屬和非氧化物陶瓷的燒成助劑等方面。

氧化鋁屬於三方晶系，熔點為2054℃，沸點為2980℃。由於蒸汽分壓，溫度和壓力的不同，造成Al(OH)3高溫下完全脫水變成α-Al2O3前存在多種Al2O3同質異晶體。據報導已有α、β、γ、η、δ、κ、θ及ρ等12種晶體結構，最常見的為α、β、γ三種晶型，它們的密度、比表面積、孔隙率、以及酸性由於脫水條件、初始氫氧化鋁不同而各不相同。圖1為不同溫度下氧化鋁的晶相轉變。

圖1氧化鋁的晶相轉變

氧化鋁的結構及性質

α-Al2O3為三方晶系，又被稱作剛玉，其Al2O3晶體中O2-作密排六方緊密堆積，而較小的質點間距，使其晶體牢固，性質穩定。α-Al2O3是所有氧化鋁中密度最大，晶相最穩定的，其密度與雜質有關，保持在3.99g/cm3左右。α-Al2O3主要存在紅寶石，藍寶石以及天然剛玉中。α-Al2O3的活性雖較低，但具有高硬度、高強度、耐磨損、耐化學腐蝕以及良好介電性等優異性能，在耐火材料和陶瓷等領域應用廣泛。

β-Al2O3作為一種含鹼鋁酸鹽，其密度約為3.30g/cm3。β-Al2O3穩定性較差，加熱後會有α-Al2O3和Na2O從其中分解出來。Na-β-Al2O3晶體內部為層狀結構。Na+可以在層間自由移動和離子交換，使其在層間發生鬆弛極化及具有離子導電性，而Na+不能在與C軸平行方向進行擴散，使其在平行C軸方向無導電性。利用這一性質，β-Al2O3可以作隔膜材料應用在鈉硫電池中，並廣泛用於電子、醫學、機械等方面。

γ-Al2O3作為一種過渡相Al2O3，其密度約為3.42g/cm3，γ-Al2O3晶體結構中的O2-分布於立方晶格頂點處，作立方緊密堆積，Al3+分布在O2-的堆積空隙中。γ-Al2O3結構疏鬆吸附性強，易吸水，能被酸鹼溶解，其較大的比表面積使其表面能高、活性高。同時γ-Al2O3隨溫度升高將轉變為穩定的α-Al2O3，轉化後其體積密度增大，同時有體積收縮，約14.3%，其轉化速度和轉化完全程度取決於氧化鋁的純度，製備條件及顆粒大小。

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