氧化鋁及其水合物是構(gòu)成各種類(lèi)型鋁土礦的主要成分,氧化鋁及其水合物和雜質(zhì)氧化物的性質(zhì)是選擇和確定氧化鋁生產(chǎn)工藝流程和技術(shù)參數(shù)的基本依據(jù),因此,研究氧化鋁及其水合物的性質(zhì)具有重要意義。

1.2.1氧化鋁水合物的命名

根據(jù)氧化鋁水合物在加熱時(shí)總是轉(zhuǎn)變?yōu)橥幌盗械幕衔?而不易轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪幌盗械幕衔锏奶攸c(diǎn),1952年哈伯(F.Haber)將氧化鋁及其水合物分成γ和α兩個(gè)系列。而美國(guó)文獻(xiàn)中對(duì)氧化鋁水合物采用了正好與此相反的命名法。1930年美國(guó)鋁業(yè)公司(Alcoa)提出按照慣例用α代表自然界最多的那些水合物。歐洲通常直接用礦物名稱(chēng)來(lái)稱(chēng)呼各種氧化鋁水合物。1957年柏林國(guó)際會(huì)議確認(rèn)了按結(jié)晶學(xué)原則即哈伯的命名法。在這兩種命名法中,三水鋁石和一水軟鋁石前的希臘字母正好相反。

拜耳石發(fā)現(xiàn)于1928年,1940年沃里弗將其列入哈伯分類(lèi)法的γ-系列,但在國(guó)外的另一些文獻(xiàn)中將其列入α-系列。

目前文獻(xiàn)中廣泛應(yīng)用的也就是這兩種命名法。我國(guó)及本書(shū)中采用的命名法與歐洲相同,表1-4為各種命名法的對(duì)照關(guān)系。

1.2.2氧化鋁水合物的性質(zhì)

Al2O3-H2O系結(jié)晶化合物在自然界中以下列礦物形態(tài)存在:三水鋁石、一水軟鋁石、一水硬鋁石和剛玉,它們都可以用人工方法制得。拜耳石在自然界極為稀少,僅發(fā)現(xiàn)于個(gè)別的三水鋁石型鋁土礦中。諾耳石也只發(fā)現(xiàn)于個(gè)別的鋁土礦和黏土礦中。兩者都能由人工合成。三水鋁石、拜耳石和諾耳石是Al(OH)3(習(xí)慣上亦常寫(xiě)成Al2O3·3H2O)的同素異形體,一水軟鋁石和一水硬鋁石則是AlOOH(習(xí)慣上亦常寫(xiě)成Al2O3·H2O)的同素異形體,它們的結(jié)晶構(gòu)造與物理化學(xué)性質(zhì)都不相同。Al2O3-H2O系化合物還有一種類(lèi)型叫鋁膠,為結(jié)晶水不完善的氧化鋁水合物,根據(jù)其所含結(jié)晶水的數(shù)目不同,鋁膠可分為擬薄水鋁石和無(wú)定形鋁膠兩種。

三水鋁石是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中穩(wěn)定的中間產(chǎn)物。不少文獻(xiàn)指出,拜耳石易在低溫條件下合成,即鋁酸鈉溶液在低溫下自發(fā)分解或緩慢碳酸化的產(chǎn)物,其結(jié)晶通常較細(xì)。在較高溫度下,拜耳石會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的三水鋁石。研究表明,Na2O-Al2O3-H2O系20℃溶解度等溫線(xiàn)左支溶液(Na2O1~340g/L)的平衡固相為拜耳石。

工業(yè)條件下,在鋁酸鈉溶液晶種分解過(guò)程中和碳酸化分解過(guò)程中都能生成拜耳石。由于它在分解條件下是不穩(wěn)定的,因而在最終分解產(chǎn)物中,拜耳石的含量很少以至完全沒(méi)有。碳分氫氧化鋁產(chǎn)品中拜耳石含量一般多于種分氫氧化鋁,但也取決于碳分條件。

鋁鹽溶液在室溫下用氨中和時(shí)析出的沉淀,經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間老化后,可以見(jiàn)到諾耳石。

由Al2O3-H2O系相圖可知,在低溫下的平衡固相為三水鋁石,在提高溫度后首先轉(zhuǎn)變?yōu)橐凰涗X石,然后再轉(zhuǎn)變?yōu)橐凰蹭X石。在更高壓力下(4×109Pa)的相轉(zhuǎn)變研究結(jié)果表明,在高壓下三水鋁石加熱直接轉(zhuǎn)變?yōu)橐凰蹭X石,中間不經(jīng)過(guò)一水軟鋁石。因此認(rèn)為一水軟鋁石是三水鋁石在低壓下轉(zhuǎn)變?yōu)橐凰蹭X石時(shí)出現(xiàn)的介穩(wěn)中間相,而不是穩(wěn)定相,在狀態(tài)圖上不應(yīng)有其穩(wěn)定區(qū)。但因?yàn)樵诘蛪合?一水軟鋁石轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的一水硬鋁石的速度非常慢,在Al2O3-H2O相圖上仍然標(biāo)出了一水軟鋁石介穩(wěn)存在的區(qū)域,而實(shí)際上這一區(qū)域的平衡固相應(yīng)為一水硬鋁石。當(dāng)溫度更高時(shí),一水硬鋁石轉(zhuǎn)變?yōu)閯傆瘛?/p>

各種氧化鋁及其水合物的物理性質(zhì)是不同的。以常見(jiàn)的水合物而言,其折光率、密度和硬度按下列次序增加:三水鋁石→一水軟鋁石→一水硬鋁石→剛玉。

氧化鋁及其水合物的物理性質(zhì)見(jiàn)表1-5。