I. Giới thiệu về alumina
Alumina, ký hiệu hóa học: Al 2 O 3, trọng lượng phân tử 102, alumina nguyên chất là một loại bột vô định hình màu trắng, còn được gọi là bauxite trong khai thác, gốm sứ và khoa học vật liệu, mật độ 3,9-4,0g / cm3, điểm nóng chảy 2050 ° C, điểm sôi 2980 ° C, không hòa tan trong nước, là một oxit lưỡng tính, hòa tan trong axit vô cơ và dung dịch kiềm. Alumina có 9 loại trạng thái tinh thể, chủ yếu là hai loại loại α và loại, có thể được chiết xuất công nghiệp từ bauxite. Nó là nguyên liệu chính trong sản xuất điện phân nhôm. Alumina là một vật liệu điển hình trong gốm kết cấu. Nó thường được áp dụng cho các bộ phận kết cấu cần chịu được áp lực cơ học, đặc biệt là bởi điểm nóng chảy cao, độ cứng cao, chống ăn mòn và cách điện. Nó có thể được sử dụng trong các điều kiện khắc nghiệt. Alumina có trong tự nhiên được gọi là corundum (α-Al 2 O 3) và là sản phẩm của các vụ phun trào núi lửa. Nó không kết tinh trong đá, và cũng có thể được nhuộm thành tinh thể màu với các tạp chất alumina khác (oxit crom và oxit sắt, v.v.), màu đỏ được gọi là ruby, và các loại đá quý corundum khác được gọi là sapphire.
Alumina công nghiệp là một sản phẩm khử nước của các hydrat alumina khác nhau được phân hủy bằng nhiệt. Chúng tạo thành một loạt các tinh thể đồng hình, một số ở pha phân tán và một số ở trạng thái chuyển tiếp.
Các loại cấu trúc của alumina thường được sử dụng như sau:
?? al-alumina. Còn được gọi là cấu trúc corundum, nó ổn định nhất ở dạng tinh thể của alumina. Nó là cấu trúc đại diện của oxit loại M2O3. Cấu trúc kiểu corundum có lớp nguyên tử oxy đóng gói gần nhất và khoảng cách 2/3 của sự phối hợp bát diện giữa các nguyên tử oxy được lấp đầy bởi nguyên tử kim loại. Điều đó có nghĩa là, α-alumina là một loại phối hợp octa trong đó một ion nhôm hình thành liên kết ion với ion oxy và một nguyên tử nhôm được bao quanh bởi sáu nguyên tử oxy để tạo thành một khối tám mặt. Do bán kính ion của các ion nhôm là nhỏ nhất của M2O3, nên nó được kết hợp chặt chẽ với các ion oxy để trở thành oxit kim loại hóa trị ba có độ cứng cao nhất.
Alumina loại is không hòa tan trong nước và axit, và là nguyên liệu cơ bản để sản xuất nhôm kim loại. Nó cũng được sử dụng trong sản xuất các loại gạch chịu lửa, bê tông chịu lửa, ống chịu lửa, dụng cụ thí nghiệm chịu nhiệt độ cao, nó cũng có thể được sử dụng làm vật liệu mài mòn, chống cháy. Alpha-alumina có độ tinh khiết cao cũng là nguyên liệu thô để sản xuất corundum nhân tạo, hồng ngọc tổng hợp và saphia, nó cũng được sử dụng để sản xuất chân đế cho các mạch tích hợp quy mô lớn hiện đại.
γ-alumina,-Al2O3 là một alumina quá mức được hình thành trong quá trình khử nước của alumina hydrat như gibbsite và nhôm hydroxit. Nó được chuyển đổi thành cấu trúc dày đặc α-Al2O3 bằng cách làm nóng ở 1350 ° C, và độ co ngót bắn là cực kỳ lớn. Đánh giá từ cấu trúc, nó có một lỗ rỗng, có khả năng hấp phụ tốt với các chất khác, có diện tích bề mặt lớn và có đặc tính hấp phụ cao đối với nước và các chất khác, vì vậy nó có thể được sử dụng làm chất hấp phụ và hút ẩm. Hoạt tính hóa học, dễ dàng làm việc với dung dịch axit hoặc kiềm.
??-alumina. Nói đúng ra,-Al2O3 không thuộc về alumina. Thành phần hóa học có thể được xấp xỉ bởi MeO 6 Al 2 O 3 và Me 2 O Al 2 O 3. (MeO dùng để chỉ các oxit kim loại kiềm thổ như CaO, BaO và SrO, và Me2O dùng để chỉ các oxit kim loại kiềm như Na 2 O, K 2 O và Li 2O.) Β-Al2O3 chỉ là một hợp chất cao của các hợp chất polyaluminate. Hiện tượng phân cực tình dục và thư giãn, mất điện môi lớn, hiệu suất cách điện kém. Alumina cho luyện nhôm điện phân thường được sản xuất trong sản xuất alumina là hỗn hợp của α-Al 2 O 3 và-Al 2 O 3.
Alumina cho sản xuất điện phân nhôm chủ yếu bao gồm α-Al 2 O 3 và-Al 2 O 3. Chất lượng của alumina ảnh hưởng trực tiếp đến độ tinh khiết của nhôm kim loại và các chỉ số kỹ thuật và kinh tế của sản xuất điện phân nhôm. Do đó, alumina, một nguyên liệu thô để sản xuất điện phân nhôm, có những yêu cầu nhất định về độ tinh khiết hóa học và tính chất vật lý của nó.
1. Độ tinh khiết hóa học của alumina. Ngoài việc chủ yếu chứa Al2O3, alumina còn chứa một lượng nhỏ tạp chất như SiO2, Fe2O3, Na2O và H2O. Alumina cho nhôm điện phân phải có độ tinh khiết hóa học cao vì nó có chứa tạp chất oxit (như Fe 2 O 3, SiO2, v.v.) dương hơn nhôm và các nguyên tố này trước tiên sẽ kết tủa ở cực âm trong quá trình điện phân. Trong nhôm, nhôm là không tinh khiết. Các tạp chất oxit kim loại (như Na 2 O), tích điện âm hơn nhôm trong alumina, tác dụng với chất điện phân, làm thay đổi thành phần bình thường của chất điện phân, không có lợi cho quá trình điện phân.
Nước tinh thể còn lại trong alumina được thể hiện bằng cách giảm đánh lửa. Nó cũng là một tạp chất có hại. Sự hình thành HF do tác động của nước và AlF3 trong chất điện phân gây mất muối florua và gây ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, khi alumina có độ ẩm cao hoặc cao tiếp xúc với chất điện phân nóng chảy ở nhiệt độ cao, nó có thể gây nổ điện giải và gây nguy hiểm cho sự an toàn của người vận hành.
2. Tính chất vật lý của alumina
Ngoài các yêu cầu hóa học nghiêm ngặt đối với alumina được sử dụng trong sản xuất điện phân nhôm, người ta cũng yêu cầu alumina hòa tan nhanh trong quá trình tan chảy cryolite, trầm tích ở đáy tế bào ít hơn và khả năng cách điện trong chất điện phân tốt trong không khí. Nó không hấp thụ độ ẩm, ít mất bay và có tính lưu động tốt, thuận tiện cho việc vận chuyển và thuận tiện cho việc tự động cho tế bào điện phân. Tất cả các tính chất này phụ thuộc vào tính chất vật lý của alumina. Các chỉ số được sử dụng cho các tính chất vật lý của alumina là: góc độ lặp lại, hàm lượng α-Al2O3, mật độ khối, kích thước hạt và diện tích bề mặt cụ thể.
?? Một góc nghỉ ngơi. Nó đề cập đến độ nghiêng của vật liệu tích lũy tự nhiên trên một mặt phẳng mịn. Alumina với góc lặp lớn hơn hòa tan hơn trong chất điện phân, và có thể được bao phủ tốt trên lớp vỏ chất điện phân trong quá trình điện phân, và tổn thất bay cũng nhỏ.
?? Hàm lượng α- Al2O3. Hàm lượng α-Al2O3 phản ánh mức độ nung của alumina. Mức độ nung càng cao, hàm lượng α-Al2O3 càng cao và độ hút ẩm của alumina giảm khi tăng hàm lượng α-Al2O3. Do đó, alumina cho điện phân là cần thiết để chứa một lượng nhất định α-Al 2 O 3. Tuy nhiên, độ hòa tan của α-Al2O3 trong chất điện phân kém hơn so với-Al2O3.
3 mật độ lớn. Mật độ khối lượng lớn của alumina đề cập đến khối lượng vật liệu trên một đơn vị khối lượng trong điều kiện tự nhiên. Thông thường, alumina có mật độ khối nhỏ tạo điều kiện hòa tan trong chất điện phân.
Kích thước 4 hạt. Kích thước hạt của alumina đề cập đến mức độ dày. Kích thước hạt của alumina phải phù hợp, quá thô trong chất điện phân để hòa tan chậm, hoặc thậm chí kết tủa, các quy tắc rất dễ bay mất.
5 diện tích bề mặt cụ thể. Diện tích bề mặt cụ thể của alumina đề cập đến tổng diện tích của tổng diện tích bề mặt bên ngoài trên một đơn vị trọng lượng của vật liệu và diện tích bề mặt của lỗ chân lông bên trong. Nó là một chỉ số quan trọng của mức độ hoạt động vật chất. Alumina có diện tích bề mặt riêng lớn có khả năng hòa tan tốt trong chất điện phân và hoạt động, nhưng hút ẩm.
Theo tính chất vật lý của alumina, Al2O3 thường có thể được chia thành ba loại: cát, bột và trung gian. Ba loại Al2O3 này có sự khác biệt lớn về tính chất vật lý.
Al2O3 giống như cát có mật độ khối nhỏ, diện tích bề mặt riêng lớn, góc nghiêng nhỏ hơn một chút và lượng α-Al2O3 nhỏ hơn. Các hạt thô đồng đều và đồng đều hơn, cường độ cao hơn. Alumina giống như bột có mật độ khối lớn, diện tích bề mặt riêng nhỏ và chứa một lượng lớn α-Al2O3, và có kích thước hạt lớn và độ bền kém. Các tính chất vật lý của alumina trung gian nằm ở đâu đó ở giữa.
