Ми використали дещо економнішу методику при якій аморфний гідроксид алюмінію змішували з розчином кислоти, щоб суспензія мала рН = 4,5 ± 1. Після витримки 24 години при температурі 100 ± 10єС, суспензію фільтрують, осад відмивають і потім сушать при температурі до 150єС. Висушений продукт, щоб гранули не розтріскувались, прокалюють в присутності водяної пари або парогазової суміші. На відміну від прокалювання на повітрі гідраргіліт не переходить в с- і ч-Al2O3, а залишається в г-модифікації за рахунок зміни напряму фазових переходів. А саме ця модифікація Al2O3 є найстійкішою до стирання, причому не залежить якою кислотою підкислювати – карбоновою (мурашина, оцтова...) чи неорганічною (H3PO4, H2SO4, HCl).

По даних аналізів, взятий нами гідрат глинозему складається з гранул розміром 20 ч 100 мкм, які побудовані з пластинчатих кристалів гідраргіліту з розміром біля 2000 А?. Обробка такого матеріалу в турбулентному потоці парогазової суміші при температурах до 750 – 800?С декілька секунд забезпечує, в принципі невеликі зміни в гранулометричному складі. Зате у фазовому відношенні проходять дуже важливі зміни за рахунок впорядкування структури і заповнення пустот в об’ємі гранул та згладжування їх зовнішньої поверхні. Частинки в більшості своїй набувають сферичної форми. Рентгенофазовий аналіз показує появу дифракційних максимумів, тобто кристалічної структури беміту, прокалювання якого веде до утворення г-Al2O3 з виникненням міцних хімічних зв’язків в середині гранул.

Гранулометричний склад і міцність зразків приведені відповідно в табл. 3.5. і 3. 6.

Таблиця 3.5

Гранулометричний склад продукту

Розмір, мкм | Вихідний продукт, % ваг. | Після термообробки гідраргіліту, % | Готовий продукт, %

20 | 5,45 | 5,60 | 3,00

30 | 26,30 | 25,00 | 22,40

40 | 45,00 | 43,20 | 40,90

Продовження табл. 3.5.

50 | 62,70 | 63,00 | 50,20

60 | 73,40 | 74,40 | 80,60

70 | 96,15 | 96,05 | 92,50

80 | 3,82 | 3,85 | 7,50

Таблиця 3.6

Міцність зразків на стирання

NN п/п | Одержаний в досліді | Пилевинос, % ваг

За 1 год | За 3 – 5 год

1

2

3

4

5

6

7 | 5

9

12

15

18

19

21 | 12,0

11,0

10,8

12,0

10,9

12,0

12,2 | 16,5

14,6

14,1

15,2

16,4

15,8

16,5

Розділ 4

ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ

При синтезі в температурному інтервалі 950 ± 50?С одержана рентгеноаморфна структура оксиду алюмінію з питомою поверхнею 150 ± 25 м2/г.

Після сплавлення на платиновій чашці і розчинення було проведено фотоколориметричне диференційоване визначення вмісту домішкових оксидів за методиками, приведеними в додатках

В результаті встановлена максимальна присутність оксидів: Fe2O3- – 0,065%; TiO2 – 0,027%; SiO2 – 0,001%.

З дисперсного порошку оксиду, шляхом пресування з постійним тиском 500 кг/см2 в пресформі готували таблетки розміром 28 Ч 7 мм та вагою 30 мг і закріплювали у вікні двопроменевого ІЧ-спектрометра UR – 20. Методика відпрацьована в ІХП НАН України і реалізована на Калуському дослідному підприємстві цього Інституту.

В спектрі вихідного зразка видні широкі смуги поглинання на частотах 580, 790 і 910 см-1 (рис. 4.1), відповідають атомам Al у відповідній координації з к. ч. 4 і 6. Це співпадає з літературними даними для г-Al2O3, кубічна гратка якого складається із октаедрів і тетраедрів.

Рис. 4.1. ІЧ – спектри дисперсного АІ2О3 в області 1000 – 400 см-1.

Дегідратація зразка шляхом прогріву при 400, 500?С і вище не показує суттєвих змін в ІЧ - спектрах (рис. 4.2). Можливо, що при охолодженні перед записом спектра, зразок встигає частково відновляти степінь гідратації своєї поверхні. Методично врахувати це, як і нагрів зразка в ІЧ - промені приладу у нас не було змоги.

Рис. 4.2. ІЧ – спектри АІ2О3 (1), після прогріву при 4000С на повітрі (2) і вакуумуванні 1,5 год., при 4000С (3), 5000С (4) і 7000С (5).

Найбільш слабо зв’язана з поверхнею Al2O3 вода видаляється вже при 100 - 150?С, це видно по змінах в низькочастотній області спектра. Вода, що видаляється з поверхні в інтервалі 250 - 300?С, в ІЧ – спектрах характеризується смугами поглинання з максимумами біля 3470 – 3520 см-1 при t? = 450?С говорить про те, що десорбція води звільняє від збурення зв’язки її молекул, які, мабуть, знаходяться в координаційній сфері атомів Al.

В будь – якому випадку тільки так можна пояснити високу термічну стійкість смуги 3560 см-1, що практично не змінюється навіть при прожарюванні зразка до 700?С.

Аналізуючи зміну в ІЧ – спектрах зразка (рис. 4.3) в процесі дегідратації поверхні Al2O3 при різних значеннях P/PS в інтервалі від 0,01 до 0,5, бачимо зростання швидкості процесу адсорбції по зростанню інтенсивності смуг 3785, 3795 см-1. Це співпадає з даними інших авторів [41].

Рис. 4.3. Зміни в ІЧ – спектрах АІ2О3, в процесі дегідратації при 200С

1 – вихідний зразок; 2-7 – після контакту з парами води і зміні Р/Рs від 0,001 до 0,5.

Зважуючи досліджувані зразки до і після прокалювання ми кількісно встановили втрату різних форм води та порівняли ці дані гравіметрії із даними спектральних досліджень.

Волога, тобто кількість води, що втрачав зразок при стандартній методиці визначення: витримка в СНОЛ 3 години при 105?С складає для пірогенного Al2O3 0,5 – 0,6%. Вміст “води”, зв’язаної з поверхнею Al2O3 за іншими механізмами становить до 2,5 – 3,5%, тобто в 5 раз більше. В перерахунку на одиницю маси зразка це складає не менше від 5 до 20 мг H2O/г Al2O3.

З даних деріватографічних досліджень (рис. 4.4 а, б) видно, що при температурах вище 220?С б-тригідрат оксиду