Aplicação e transição de fase de diferentes aluminas cristalinas

Nas áreas da mineração, cerâmica e ciência dos materiais, o óxido de alumínio (fórmula química Al2O3), também conhecido por bauxite, é um composto iónico com fortes ligações químicas. Possui excelentes características como elevada dureza, elevada resistência mecânica, resistência à corrosão química, boa resistência ao desgaste e boa condutividade térmica. É uma importante matéria-prima química na indústria.

Existem duas formas principais de organizar a estrutura cristalina do óxido de alumínio: uma é que os átomos de oxigénio estão dispostos em empilhamento hexagonal e a outra é que os átomos de oxigénio estão dispostos em empilhamento cúbico.

(1) Propriedades e aplicações do α-Al2O3

O α-Al2O3 é vulgarmente conhecido como coríndon. O α-Al2O3 é um cristal branco e é o tipo mais comum e estável de cristal de alumina. Pertence à estrutura trigonal compactada. Na estrutura cristalina do α-Al2O3, os iões de oxigénio estão dispostos num padrão hexagonal compacto, repetindo-se em duas camadas de ABABAB… para formar várias formas octaédricas, enquanto os iões de alumínio preenchem as lacunas entre cada octaedro.

Atualmente, o α-Al2O3 é amplamente utilizado em materiais abrasivos, materiais refratários, substratos de circuitos integrados e cerâmicas funcionais estruturais.

(2) Propriedades e aplicações do β-Al2O3

O β-Al2O3 é na realidade um aluminato, que é um composto composto por óxidos metálicos e óxido de alumínio. Os iões metálicos como o Na+ podem difundir-se rapidamente nesta camada plana, pelo que os cristais de β-Al2O3 podem conduzir eletricidade e são um tipo importante de eletrólito sólido. Portanto, o β-Al2O3 pode ser utilizado para preparar materiais de diafragma eletrolítico sólido em baterias de sódio-enxofre e também pode desempenhar um papel importante na condução iónica e no isolamento dos elétrodos positivos e negativos da bateria.

(3) Propriedades e aplicações do γ-Al2O3

O γ-Al2O3 é o óxido de alumínio em estado de transição mais utilizado. Não existe na natureza. Na sua estrutura, os iões de oxigénio podem ser aproximados como cúbicos e compactados, enquanto os iões de alumínio estão distribuídos irregularmente nos vazios octaédricos e tetraédricos formados pelos iões de oxigénio, pertencentes à estrutura do espinélio. O processo de preparação do γ-Al2O3 é relativamente simples e a sua temperatura de formação é relativamente baixa, geralmente na gama de 500 ~ 700 ℃. O γ-Al2O3 é insolúvel em água, mas pode geralmente ser dissolvido em ácido ou álcali.

Transformação de fase de diferentes alumina cristalina

Entre as diferentes formas cristalinas, apenas o α-Al2O3 é uma fase cristalina estável, e todas as outras fases são fases de transição, que se encontram num estado termodinamicamente instável. À medida que a temperatura aumenta, a alumina de transição instável pode ser transformada numa fase estável, que é uma transformação irreversível da reconstrução da rede.

Para obter α-Al2O3 estável é necessário um controlo perfeito do processo desde a triagem inicial do minério, síntese do pó até à sinterização. A preparação de alumina a alta temperatura no país e no estrangeiro utiliza frequentemente hidróxido de alumínio industrial ou alumina industrial como matéria-prima, forma uma fase de transição por desidratação e depois sofre múltiplas transformações de fase a alta temperatura e, finalmente , transforma-se em Al2O3 de fase α.

A gibbsita (Al(OH)3) e a boemita (AlOOH) são os precursores mais utilizados para a preparação de α-Al2O3. No processo inicial de tratamento térmico, o hidróxido de alumínio transforma-se em alumina de transição sob a forma de uma estrutura metaestável e termina finalmente com a fase termodinamicamente estável do α-Al2O3.

Na indústria, são geralmente utilizados diferentes métodos de calcinação para transformar a fase metaestável γ-Al2O3 na fase α-estável para preparar α-Al2O3 com diferentes morfologias. O α-Al2O3 com diferentes morfologias pode ser produzido controlando diferentes temperaturas de calcinação, adicionando diferentes tipos de aditivos, métodos de moagem, etc. Normalmente, os cristais de α-Al2O3 em várias formas, como por exemplo em forma de verme, em flocos, colunares, esféricos , esféricos e fibrosos estão incluídos.

Com o rápido desenvolvimento da indústria cerâmica, da indústria farmacêutica, da indústria eletrónica e da indústria de máquinas, a procura do mercado por alumina ainda tem muito espaço para desenvolvimento, pelo que a investigação sobre a alumina é de profunda importância. Compreender e dominar a estrutura cristalina e as propriedades da alumina é um pré-requisito importante para a preparação do pó de alumina. Diferentes formas cristalinas de alumina têm diferentes áreas de aplicação. A α-Al2O3 é a mais estável de todas as formas de alumina. Na produção, diferentes tipos de cristais de α-Al2O3 são geralmente preparados controlando o ambiente de crescimento dos cristais de α-Al2O3 para satisfazer as necessidades de cerâmica, materiais refractários e outros novos materiais funcionais para diferentes microestruturas cristalinas de α-Al2O3.