氧化铝、氢氧化铝中晶型鉴定检测方案

智能文字提取功能测试中

无机盐工业NORGAN IC CHEM ICALS NDUSTRY第40卷第2期2008年2月54 李波等：氧化铝、氢氧化铝的 XRD鉴定2008年2月55 化工分析与测试 氧化铝、氢氧化铝的XRD鉴定 李波，邵玲玲令 (1.中国铝业郑州研究院，河南郑州450041；2.中国铝业河南分公司) 摘 要：氧化铝、氢氧化铝的晶型有多种，不同晶型的氧化铝、氢氧化铝的用途差别也很大，所以必须确定定们的晶型。X射线衍射仪在区别物质晶型方面有独特的优势。在参考前人工作的基础上，介绍了不同晶型的氧化铝、氢氧化铝的X射线衍射图及其特征衍射峰，并分析了衍射峰之间的差别，以及鉴定方法。并简单介绍了不同晶型的氧化铝、氢氧化铝的用途。 关键词：氧化铝；氢氧化铝；XRD鉴定 中图分类号：TQ133.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4990(2008)02-0054-04 Appra isa l of alum ina and alum in ium hydroxide by XRD LiBo， Shao L ingling (1. Zhengzhou Research Institute of Chalco， Zhengzhou 450041， China； 2 Chalco， He nan B ranch) Abstract：A lum ina and aluminium hydroxide have many crystal types The uses are quite different between differentcrystal types of alum ina and alum inium hydroxide Therefore， it is very necessary to identify their crystal types XRD has itsunique advantages in the field of appraising matter's crystal type Based on the predecessor’s work，X- ray diffraction pattems and characteristic diffraction peaks of alum ina and alum inium hydroxide with different crystal types were introducedThe difference and app raising method of diffraction peaks were analyzed In addition， the uses of alum ina and alum inium hydroxide with different crystal types were briefly introduced Key words： alum ina； alum inium hydroxide； appraisal by XRD 铝的氧化物、氢氧化物有多种晶型，晶型不同用途也完全不同。X射线衍射仪在区别铝的氧化物、氢氧化物的晶型方面有优势。笔者用X射线衍射仪鉴定铝的氧化物、氢氧化物的类型。 铝的氧化物的晶型 1.1 α-AO鉴定 a-AlO结晶良好，衍射峰很尖锐，X射线衍射图见图 1a典型的特征峰cd值有0.2085，0.2551，0.1601，0.3480，0.2379 nm； 0为43.36，35.15，57.50，25.58，37.78°。这里给出沂所用的X射线为 Cu靶的 KX线，下同.α-AlO属三方晶系，在铝的氧化物中是最稳定的相，具有熔点高、硬度大、耐磨性好、机械强度高、电绝缘性好、浙腐蚀等性能，是制造纯铝系列陶瓷、磨料、磨具及耐火材料的理想原料。 1.2 B-A1O鉴定 B-AlO，并非氧化铝的异构体，而是一种铝酸盐。通式为MzO. xAlO，M为一价阳离子，也可被 二价或三价阳离子置换。以NazO.11A1O为例， x射线衍射图见图1b。典型的特征峰d值有1.1313，0.5656，0.445 9 nm； 20为 7.81，15. 65，19.90°β-AlOs属六方晶系，具有密度大、气孔率低、机械强度高、耐热冲击性能好、离子导电率高、粒度分布均匀且细、晶界阻力小等特点。它可用作钠硫 (Na/S)蓄电池中的固体电解质薄膜陶瓷隔板，既作为离子导电体，又具有隔离钠阴极和多硫钠阳极的双重作用；还可用于室温电池，钠热敏元件，制作玻璃、耐火材料和陶瓷的原料等。 1.3Y-A1O鉴定 丫-AlOs 是由一水软铝石在低温(500~750℃)煅烧得到，X射线衍射图见图1c。典型的特征峰d值有0.1395，0.197 7，0.239 0，0.2280，0.4560mm； 20 为 67.00，45. 84，37. 59，39. 47，19.44°.Y-ALO属立方晶系，为多孔性、高分散度的固体物料，具有很大的比表面积，活性大，吸附性能好。它广泛应用于各种行业中的吸附剂和脱水剂、汽车尾气净化剂；制备航天航空、兵器、电子、特 种陶瓷等尖端材料的原料，石油化工和化学工业中用作催化剂(炼制石油)或载体(使石油氢化)。纳米Y-AlO， CMP(化学机械抛光)浆料可用于集成电路生产过程中层间钨、铝、铜等金属布线材料及薄膜材料的表面平坦化，以及高级光学玻璃、石英晶体及各种宝石的化学机械抛光。 1.48-A10鉴定 8-A1O是由一水软铝石在800~1050°℃段烧得到，X射线衍射图见图1d。典型的特征峰a值有0.139 6，0.1986，0.246 0，0.2730mm； 0为66.95，45. 62，46.48，32.76°.8-A1O属四方晶系，有强吸附能力和催化活性，可用吸附剂、干燥剂、催化剂及其载体。 1.5n-A10，鉴定 n-AlOs是由拜尔体的氢氧化铝在一定的升温速率下在400~750°℃烧得到，X射线衍射图见图1e。典型的特征峰d值有0.1400，0.179 0，0.2400，0.460 0，0.2270 mm；为66.73，46. 02，37.43，19.27，39. 66°n-AlO；属立方晶系，具有比较大的孔容和比表面积，主要用作催化剂的载体。 1.60-A1O鉴定 -ALO；是由拜尔体的氢氧化铝在一定的升温速率下在900~1100°℃段烧得到，X射线衍射图见图1f.典型的特征峰d值有0.1390，0.2850， 0.2720， 0.243 0，0.2010 nm； 20为 67.28，31.35，3289，36.95，40.05°.0-A1O属单斜晶系，其性能介于Y-AlO和α-AlO之间，常与Y-A1O；和a-AlO共存。 1.7K-A10鉴定 K-A1O是由三水铝石在一定的升温速率下在800~1150°煅烧得到，X射线衍射图见图 1g.典型的特征峰d值有0.1390，0.257 0，0.142 0，0.2110，0.287 0 nm； 2为 67.28，34.87，42. 81，65.16，31. 15°K-ALO；属六方晶系，主要的用途是耐火材料结合剂、净化剂、吸附剂等。 1.8p-A10鉴定 p-AlO是由小于 75Um的三水铝石在低于2.66Pa的真空条件下脱水得到，X射线衍射图见图1h。由图1h看出在为66.82°(d=0.1400 nm)的位置有一弥散的衍射峰，说明p-AlO结晶状况很差，几乎处于无定形状态。p-AlO广泛应用于刚玉质、高铝质、铝镁质等炼铁、炼钢、有色金属冶炼、热风炉等高级耐火材料。另外它在陶瓷涂料、催化剂载体、吸附剂等方面也有广泛应用。 1.9 X-AlO鉴定 X-AO是由小于 75um的三水铝石在保护气体作用下在500~750°℃煅烧得到，X射线衍射图见图1i。典型的特征峰d值有0.1395，0.1960， a-a-Al0； b-B-Ah0； c-Y-Al0s； d-8-Ab03； e-n-A103； f-0-AlOs； g K-Al0s； h-p-Ab0s； i-X-Al0， 图1铝的氧化物X射线衍射图 0.2270，0.241 0 nm； 2为67.00，46.26，39. 66，37.27°.X-ALO； 主要用于空气、天然气、石油裂解气的干燥脱水，饮用水除氟，蒽醌法生产双氧水的专用催化剂，粘性树脂脱氯，催化剂载体，空分及制氧工业。 2铝的氢氧化物的晶型 2.1α-A1(OH)(三水铝石或α-三水AlO)鉴定 α-A1(OH)；又名水铝氧石、氢氧铝石，属单斜晶系，结晶完好者呈六角板状、棱镜状，常有呈细晶状集合体或双晶，矿石中三水铝石多呈不规则状集合体，均含有不同量的 TO， SO， Fe 0，Nb0s，TazOs， GaO等类质同象或机械混入物。三水铝石溶于酸和碱，其粉末加热到100℃经2h即可完全溶解。该矿物形成于酸性介质，在风化壳矿床中三水铝石是原生矿物，也是主要矿石矿物，与高岭石、针铁矿、赤铁矿、伊利石等共生。α-A1(OH)的X射线衍射图见图 2a。典型的特征峰d值有0.484 5，0.437 4，0.432 4，0.331 4 nm； 20为18.2296.20.287，20.522，26.884°。三水型铝土矿中主要的物相组成即为α -A1(OH)；。国外的铝土矿主要是三水型铝土矿，适合拜耳法生产氧化铝，能耗低。拜耳法和烧结法生产氧化铝过程中产生的氢氧化铝主要物相也为α-A1(OH)3。α-A1(OH)，可以用来生产氟化盐、净水剂、活性氧化铝、防水织物、油墨、玻璃器皿、纸张填料、媒染剂、牙膏摩擦剂等。 22B-A1(OH)， (拜耳石或β三水A1O)鉴定β-A1(OH)3属正交晶系，典型的特征峰a值有0.4713，0.437 2，0.433 5，0.2217 nm； 20为18.814，20.298，20.468，40.653°。与α-A1(OH)3主要的衍射峰很接近。从图2a可以看出，在为18.296的右边有一个强度不太高的衍射峰，即为β·A1(OH)的最强峰0.4713 nm。B-A1(OH)常与α-A1(OH)，共存，存在于拜耳法和烧结法生产氧化铝过程中产生的氢氧化铝中，用途也与α-A1(OH)；差不多。 2.3β'-A1(OH)诺水铝石或β'-三水 A1Os)鉴定 β'-A1(OH)；属三斜晶系，X射线衍射图见图2b。典型的特征峰d值有0.479 2，0.433 6，0.4217，0.4160 nm； 0为 18.502，20.464，21.050，21.343°。与α-A1(OH)， 主要的衍射峰很接近。β'-A1(OH)常与三水铝石共存于三水型的铝土 矿中，含量较低。主要的用途是用来生产氧化铝。 2.4-AIOH(一水硬铝石或β单水铝石)鉴定 一水硬铝石属斜方晶系，结晶完好者呈柱状、板状、鳞片状、针状、状等。矿石中的水铝石一般均含有 TiO，Sioz， Fe O3， GazOs，Nb，0s， TazOs， ThO；等不同量类质同象混入物。水铝石溶于酸和碱，但在常温常压下溶解甚弱，需在高温高压和强酸或强碱浓度下才能完全分解。一水硬铝石形成于酸性介质，与一水软铝石、赤铁矿、针铁矿、高岭石、绿泥尼、黄铁矿等共生。。-一水硬铝石的X射线衍射图见图2c，典型的特征峰d值有0.399 0，0.255 8，0.2317，0.2132mm； 0为22.262，35 049，38. 837.42.364°。一水硬铝石主要由外生作用下铝的硅酸盐风化而形成，是一水型铝土矿的主要成分。一水型铝土矿的主要用途是生产氧化铝，采用拜耳法、烧结法或混联法，能耗较三水型铝土矿高得多。一水型铝土矿的非金属用途主要是作耐火火料、研磨材料、化学制品及高铝水泥的原料。 250-ADOH(一水软铝石或α-单水AlO)鉴定 一水软铝石又名勃姆石、软水铝石，属斜方晶系，结晶完好者呈菱体、本面状、棱状、针状、纤维状和六角板状。矿石中的一水软铝石常含Fe0s，TiOz，CrO， Gaz O；等类质同象。一水软铝石可溶于酸和碱。该矿物形成于酸性介质，主要产在沉积铝土矿中，其特征是与菱铁矿共生。它可被一水硬铝石、三水铝石、高岭石等交代，脱水可转变成一水硬铝石和α刚玉，水化可变成三水铝石。一水软铝石的X射线衍射图见图2d，典型的特征峰a值有0.6116，0.. 3316 2，0.234 6，0.18611 mm；0为14.471，28.194，38.336，48.891°。一水软铝石常与三水铝石、一水硬铝石等共生，用途相同。高纯一水软铝石具有大孔容、大孔径的特点，是石油加工、石油化工催化剂的优质载体原料。 260'-AIOH(拟薄水铝石或假α-单铝石)鉴定 拟薄水铝石又称假一水软铝石，X射线衍射图见图 2e，从衍射图上看，衍射峰明显宽化，根据Scherrer公式，说明拟薄水铝石晶粒细小，结晶不完整。典型的特征峰d值有0.635 6，0.133150.0.234 0，0.185 1 nm；0为13.933，28.332，38.477，49.214°。在这些位置有宽化的衍射峰。拟薄水铝石胶融性能好，有触变性凝胶的特点，广泛用于生产催化剂载体、活性氧化铝原料，也可用作分子筛、硅酸 盐耐火纤维制品等的成形粘结剂，酒精脱水制乙烯 及环氧乙烷催化剂等13]o 图2铝的氢氧化物X射线衍射图 ( 参考文献 ) ( [1 ] 陈胜福，黄坚，李建文.多品种氧化铝开发进展、动向及市场现 状[J].材料导报，2006，20(7)：22-26. ) ( [2]张 张蕾，满瑞林.球型氢氧化铝牙膏摩擦剂的研制 [J].牙膏工 业，2005(2)：14-16. ) (上接第35页) 称取相同质量的包膜处理的 TO和未包膜的TiO，装入相同的比色管(呗贴刻度)，加入相同体积的水，充分混合，超声分散10min后，同时竖直放在试管架上，观察不同时间TO 粒子的沉降高度。该方法可定性考察 TO，在水中的分散性及其团聚情况。结果发现：未包膜的 TiO很快全部沉底，而经无机、CD-1有机包膜处理的 TOO经153 h才全部沉底。表明包膜后的 TiO，在水中的分散状态好。 3结语 包锆、铝氧化物的优化工艺条件：氧化锆用量为TiO，质量的0.5%~1.0%，反应液 pH为9~10，反应时间(加料时间和熟化时间)为90min，反应温度为70℃左右；氧化铝的用量为 TiO，质量的3.0%~4.5%，反应液 pH为6~7，反应时间(加料时间和熟化时间)为150min，反应温度为90℃左右。从 XPS谱图中 Ti的 2p轨道的电子结合能可以推测，Zr和Ai以化学键结合于 TiO 表面，形成了 ( [3 ] 罗玉长.拟薄水铝石结构的演化[J].无机盐工业，1998，30 ：(2)：3-5. ) ( 收稿日期：2007-09-05 ) ( 作者简介：李波(1980一 ) ，男，本科，助理工程师。 ) ( 联系方式： p1113@tom. com ) Zr—O一Ti和Al-O一Ti键。TO，经过锆、铝氧化物无机包膜和 CD -1有机包膜后， TDO，的白度和光泽度有了明显改善，同时具有相对消色力高、吸油量低、分散性好和遮盖力高等优异性能，达到和接近国内外硫酸法金红石型钛白粉的较高水平。 ( 参考文献： ) ( [1 ] 龚家竹，于奇志.纳米二氧化钛的现状与发展[J].无机盐工 业，2006，38(7)：1-2 ， 48. ) ( [2] GB 1709—1979颜料遮盖力测定法[S]. ) ( [3] GB 5211.16—1 9 88白色颜料消色力的比较 [S]. ) ( [4] GB 6753.1—1986涂料研磨细度的测定 [S]. ) ( [5] GB 5211. 15—1988 颜 料吸油量的测定 [S]. ) ( 收稿日期：2007-09-03 ) ( 作者简介：李坤(1981一)，男，硕士研究生，主要研究方向为材料的制备与机理研究。 ) ( 联系人：刘恒 ) ( 联系方式： liu h eng55@yahoo com. cn ) ◎China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net