4) підібрати оптимальні умови для одержання ультрадисперсного оксиду алюмінію.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами й темами. Тема роботи є одним з етапів дослідження ультрадисперсних оксидів, що проводиться протягом останніх років і схвалена на засіданні кафедри (Протокол № 2 від 27 вересня 2005 р.).

Методи дослідження. В роботі використано як традиційні методи хімічного аналізу, так і вдосконалені методики, в т. ч. по визначенню складу оксидів, гравіметричні, ІЧ – спектральні та інші фізико – хімічні методи.

Обґрунтованість, наочність та апробація результатів роботи. Значний обсяг проведеної аналітичної роботи, проведення ряду аналізів і досліджень в лабораторіях ЗАТ “Лукор”, дослідного заводу ІХП АН, ДП “Галлев”, кореляція багатьох одержаних результатів з літературними даними. Результати роботи доповідались на науковій конференції, частково опубліковані.

Наукова новизна. Для одержання дисперсного оксиду алюмінію поряд з прийомами, використовуваними для одержання інших оксидів, використано нову методику парогазового синтезу, та субліматор оригінальної конструкції для полум’яного методу гідролізу гомогенізованих парів летких сполук алюмінію з воднем та кисневмісним газом (повітрям).

Практичне значення одержаних результатів. Крім наукового, значний інтерес синтезовані та досліджені зразки можуть являти як в плані заміни продуктів, які закуповуються по імпорту, так і при розробці нових технологій. Рекомендувати для практичного застосування одержані результати можна ДП “Орісіл”, дослідному заводу ІХП НАН України, які займаються такою проблематикою.

Техніка безпеки. Багато форм оксиду алюмінію добре вивчені тому робота з ними не вимагає якихось особливих правил. Однак в процесі високотемпературного синтезу одержуються препарати обезводнені з високою адсорбційною здатністю, які сушать слизові оболонки і навіть шкіру. Тим більше не вивчений їх вплив на легені та органи травлення, тому працювати необхідно в респіраторах типу ШБ – 1 чи спеціальних респіраторах на марлевій основі, а у випадку загазованості використовувати протигаз марки В або БКФ. Крім цього в процесі роботи необхідне контактування з електрообладнанням, обладнанням термічним і хімічними агресивними речовинами, здатними викликати опіки різного характеру та поражати іншими факторами. Отже, робота на установці, а також, в хімлабораторії вимагає неухильного виконання вимог діючих інструкцій та загальних правил санітарії та особистої гігієни.

З погляду електробезпеки потрібно стежити за цілістю ізоляції провідників та пристроїв і наявністю заземлення. У випадку якихось неполадок слід користуватись послугами електроперсоналу. В усіх випадках потрібно ставити до відома наукового керівника.

Працюючі повинні знати місце знаходження і вміти користуватись первинними засобами пожежегасіння, нейтралізуючими розчинами та аптечками першої долі карської допомоги.

Розділ 1

ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД

Оксид алюмінію – це багатоманітність форм від мікрокристалічних різної конфігурації до аморфної структури. Відповідно до цього і широка сфера застосування. Не уступають в цьому відношенні алюмосилікати, число яких також вимірюється сотнями.

1.1. Методи одержання і основні фізико – хімічні властивості Al2O3.

Оксид алюмінію можна одержувати безпосередньо з природних мінералів – наждака, рубіну і сапфіру, якщо родовища їх залягання не дуже забруднені домішками [1]. Однак все – таки для більшості випадків використовують синтетичні форми оксиду алюмінію, які залежно від призначення одержують у вигляді певних модифікацій [2].

Можна використовувати для таких цілей безпосередньо окислення металічного алюмінію. Сполучення з киснем супроводжується колосальним виділенням тепла, що переважає аналогічні реакції з іншими металами і має як позитивні, так і негативні наслідки. Тому цей метод набув широкого значення лише в алюмотермії, де реакцією оксидів металів з алюмінієм одержують деякі метали в чистому вигляді (V, Mn, Cr...).

Використовувати металобрухт алюмінію також складно, оскільки більшість виробів виготовлені з його сплавів. Алюміній легко реагує з лугами, утворюючи алюмінати типу Na[Al(OH)4], NaAlO2, що можуть служити основою для одержання інших його сполук, в тому числі і оксиду.

Значні обсяги оксид алюмінію одержують обробкою природних бокситів гарячим розчином NaOH з наступним осадженням в процесі гідролізу гідратованого оксиду алюмінію, його промивкою, фільтрацією і сушкою.

Деяка кількість його використовується в гідратованому вигляді для наповнення полімерів, де він відіграє не тільки роль активного наповнювача але й антипірена [2]. Ще більші обсяги після обезводнення використовуються як сировина для виробництва алюмінію.

Оксид алюмінію являє собою білу, дуже тугоплавку і нерозчинну у воді та кислотах речовину. В розчинний стан його можна перевести сплавленням з лугами, або K2S2O7 по реакціях:

Al2O3 + 2 KOH > H2O^ + 2 NaAlO2

Al2O3 + 3 K2S2O7 > Al2(SO4)3 + 3 K2SO4

Використати одержані розчинні сполуки алюмінію для виробництва Al2O3 характеризується [3] такими показниками:

tпл до 2050?С і tкип до 3500?С;

теплота його утворення з елементів – 400 Ккал/ моль;

густина залежно від модифікації (б, в, г) – 3400-4000 кг/м3;

питома теплопровідність – 0,88 кДж/(кг•К);

коефіцієнт теплопровідності – 0,029 кВт/(м•К);

термічний коефіцієнт розширення – 6-8 •106 К-1;

твердість по шкалі Мосса – 9,5;

модуль пружності при 20?С – 103-358 ГПа;

руйнуюче напруження при стисканні – до 344 МПа;

форма частинок сферична і нерегулярна різних розмірів.

Оскільки Al2O3 практично нерозчинний, то одержання гідроксиду Al(OH)3 можна легше здійснити тільки окружним шляхом.

Якщо окисну плівку, що захищає поверхню металічного алюмінію зняти, наприклад по реакції:

Al2O3 + 2ОН? + 3 Н2О - 2 Al(ОН)4?,

то оголена поверхня алюмінію може взаємодіяти з водою по схемі:

Al2O3 + 6 Н+ > 2 Al3+ + 3 Н2-

2 Al3+ + 8 ОН? > 2 Al(ОН)4? .

Рівновага першої з цих реакцій в такій системі буде постійно зміщуватись за рахунок другої і, таким чином, можна організувати безперервний процес одержання гідроксиду алюмінію.

Ізоелектрична точка гідроксиду алюмінію лежить біля рН = 9,5, а добуток розчинності для свіжооасдженого продукту біля 6•10-32. Константа кислотної дисоціації (як одноосновної кислоти)