氧化铝_氢氧化铝的XRD鉴定

化工 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 与测试 氧化铝、氢氧化铝的 XRD鉴定 李 波 1 ,邵玲玲 2 (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 ,所以必须确定它们 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 a lum ina and a lum in ium hydrox ide by XRD L i Bo1 , Shao L ingling2 (1. Zhengzhou Research Institu te of Chalco, Zhengzhou 450041, China; 2. Chalco, He′nan B ranch) 　　Abstract:A lum ina and alum inium hydroxide have many crystal types. The uses are quite different between different crystal types of alum ina and alum inium hydroxide. Therefore, it is very necessary to identify their crystal types. XRD has its unique advantages in the field of app raising matter′s crystal type. Based on the p redecessor′s work, X - ray diffraction pat2 terns and characteristic diffraction peaks of alum ina and alum inium hydroxide with different crystal types were introduced. The difference and app raising method of diffraction peakswere analyzed. In addition, the uses of alum ina and alum inium hy2 droxide with different crystal types were briefly introduced. 　　Key words: alum ina; alum inium hydroxide; app raisal 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。 1　铝的氧化物的晶型 1. 1　α - A l2 O3 鉴定 α - A l2 O3 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 d 值有 0. 208 5, 0. 255 1, 0. 160 1, 0. 348 0, 0. 237 9 nm; 2θ为 43. 36, 35. 15, 57. 50, 25. 58, 37. 78°。这里给出 2θ所用的 X射线为 Cu靶的 Kα线 ,下同。α - A l2 O3 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、耐腐蚀等 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　β - A l2 O3 鉴定 　　β - A l2 O3并非氧化铝的异构体 ,而是一种铝酸 盐。通式为 M2 O·xA l2 O3 , M为一价阳离子 ,也可被 二价或三价阳离子置换。以 Na2 O·11A l2 O3为例 , X 射线衍射图见图 1b。典型的特征峰 d值有 1. 131 3, 0. 565 6, 0. 445 9 nm; 2θ为 7. 81, 15. 65, 19. 90°。β - A l2O3 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 ]。 1. 3　γ - A l2 O3 鉴定 　　γ - A l2 O3 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. 139 5, 0. 197 7, 0. 239 0, 0. 228 0, 0. 456 0 nm; 2θ为 67. 00, 45. 84, 37. 59, 39. 47, 19. 44°。γ - A l2 O3 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 45 　　　　　　 无机盐工业 INORGAN IC CHEM ICALS INDUSTRY 　　　　　　　　第 40卷 第 2期 2008年 2月 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γ - A l2O3 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. 4　δ - A l2 O3 鉴定 δ - A l2O3 是由一水软铝石在 800～1 050 ℃煅 烧得到 , X射线衍射图见图 1d。典型的特征峰 d值 有 0. 139 6, 0. 198 6, 0. 246 0, 0. 273 0 nm; 2θ为 66. 95, 45. 62, 46. 48, 32. 76°。δ- A l2 O3属四方晶系 , 有强吸附能力和催化活性 ,可用作吸附剂、干燥剂、 催化剂及其载体。 1. 5　η - A l2 O3 鉴定 η - A l2 O3 是由拜尔体的氢氧化铝在一定的升 温速率下在 400～750 ℃煅烧得到 , X射线衍射图见 图 1e。典型的特征峰 d 值有 0. 140 0, 0. 179 0, 0. 240 0, 0. 460 0, 0. 227 0 nm; 2θ为 66. 73, 46. 02, 37. 43, 19. 27, 39. 66°。η - A l2 O3 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. 6　θ - A l2 O3 鉴定 θ - A l2O3 是由拜尔体的氢氧化铝在一定的升 温速率下在 900～1 100 ℃煅烧得到 , X射线衍射图 见图 1f。典型的特征峰 d值有 0. 139 0, 0. 285 0, 0. 272 0, 0. 243 0, 0. 201 0 nm; 2θ为 67. 28, 31. 35, 32. 89, 36. 95, 40. 05°。θ - A l2 O3 属单斜晶系 ,其性 能介于γ - A l2O3 和α - A l2 O3 之间 ,常与γ - A l2 O3 和α - A l2 O3 共存。 1. 7　κ - A l2 O3 鉴定 κ - A l2 O3 是由三水铝石在一定的升温速率下 在 800～1 150 ℃煅烧得到 , X射线衍射图见图 1g。 典型的特征峰 d值有 0. 139 0, 0. 257 0, 0. 142 0, 0. 211 0, 0. 287 0 nm; 2θ为 67. 28, 34. 87, 42. 81, 65. 16, 31. 15°。κ - A l2 O3 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. 8　ρ - A l2 O3 鉴定 　　ρ - A l2 O3 是由小于 75μm的三水铝石在低于 2. 66 Pa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 2θ为 66. 82°( d = 0. 140 0 nm) 的位置有一弥散的衍射峰 ,说明ρ - A l2 O3 结晶状况 很差 ,几乎处于无定形状态。ρ - A l2 O3 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　χ - A l2 O3 鉴定 χ - A l2 O3 是由小于 75μm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 1 i。典型的特征峰 d值有 0. 1 3 9 5 , 0. 1 9 6 0 , a—α - A l2O3 ; b—β - A l2O3 ; c—γ - A l2O3 ; d—δ - A l2O3 ; e—η - A l2O3 ; f—θ - A l2O3 ; g—κ - A l2O3 ; h—ρ - A l2O3 ; i—χ- A l2O3 图 1　铝的氧化物 X射线衍射图 552008年 2月 　　　　　　　　　　　李波等 :氧化铝、氢氧化铝的 XRD鉴定 0. 227 0, 0. 241 0 nm; 2θ为 67. 00, 46. 26, 39. 66, 37. 27°。χ - A l2 O3 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. 1　α - A l(OH) 3 (三水铝石或α -三水 A l2 O3 )鉴 定 　　α - A l(OH) 3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 TiO2 , SiO2 , Fe2 O3 , Nb2 O5 , Ta2 O5 , Ga2O3 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 2 h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 - A l(OH) 3 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; 2θ为 18. 296, 20. 287, 20. 522, 26. 884°。三水型铝土矿中主要的 物相组成即为α - A l(OH) 3 。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 - A l(OH) 3。α - A l(OH) 3 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 [ 2 ]等。 2. 2　β - A l(OH) 3 (拜耳石或β -三水 A l2 O3 )鉴定 　　β - A l(OH) 3 属正交晶系 ,典型的特征峰 d值 有 0. 471 3, 0. 437 2, 0. 433 5, 0. 221 7 nm; 2θ为 18. 814, 20. 298, 20. 468, 40. 653°。与α - A l(OH) 3 主要的衍射峰很接近。从图 2a可以看出 ,在 2θ为 18. 296°的右边有一个强度不太高的衍射峰 ,即为 β - A l(OH) 3 的最强峰 0. 471 3 nm。β - A l(OH) 3 常与α - A l(OH) 3 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 - A l(OH) 3 差不多。 2. 3　β′- A l(OH) 3 (诺水铝石或β′-三水 A l2O3 ) 鉴定 β′- A l(OH) 3 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. 421 7, 0. 416 0 nm; 2θ为 18. 502, 20. 464, 21. 050, 21. 343°。与 α - A l(OH) 3 主要的衍射峰很接近。 β′- A l(OH) 3 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　β - A lOOH (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、棱状等。矿石中的水铝石一般均 含有 TiO2 , SiO2 , Fe2 O3 , Ga2 O3 , Nb2 O5 , Ta2 O5 , Tl2 O3 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、绿泥石、 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. 231 7, 0. 213 2 nm; 2θ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材料、研磨材料、 化学制品及高铝水泥的原料。 2. 5　α - A lOOH (一水软铝石或α - 单水 A l2 O3 ) 鉴定 　　一水软铝石又名勃姆石、软水铝石 ,属斜方晶 系 ,结晶完好者呈菱形体、棱面状、棱状、针状、纤维 状和六角板状。矿石中的一水软铝石常含 Fe2 O3 , TiO2 , Cr2 O, Ga2O3 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 d 值有 0. 611 6, 0. 316 2, 0. 234 6, 0. 186 1 nm; 2θ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。 2. 6　α′- A lOOH (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. 315 0, 0. 234 0, 0. 185 1 nm; 2θ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 65 　　　　　　　　　　　　　　　无机盐工业 　　　　　　　　　　　　　　第 40卷第 2期 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 [ 3 ]。 a—α - A l(OH) 3 ; b—β′- A l(OH) 3 ; c—β - A lOOH; d—α - A lOOH; e—α′- A lOOH 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. [ 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— ) ,男 ,本科 ,助理工程师。 联系方式 : lp1113@ tom. com (上接第 35页 ) 称取相同质量的包膜处理的 TiO2和未包膜的 TiO2 ,装入相同的比色管 (外贴刻度 ) ,加入相同体 积的水 ,充分混合 ,超声分散 10 m in后 ,同时竖直放 在试管架上 ,观察不同时间 TiO2粒子的沉降高度。 该方法可定性考察 TiO2在水中的分散性及其团聚 情况。结果发现 :未包膜的 TiO2很快全部沉底 ,而 经无机、CD - 1有机包膜处理的 TiO2经 153 h才全 部沉底。表明包膜后的 TiO2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 TiO2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 90 m in,反应温度 为 70 ℃左右 ; 氧化铝的用量为 TiO2 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 150 m in,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 A l是以化学键结合于 TiO2表面 ,形成了 Zr—O—Ti和 A l—O—Ti键。TiO2经过锆、铝氧化物 无机包膜和 CD - 1有机包膜后 , TiO2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—1988　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—　) ,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 : liuheng55@ yahoo. com. cn 752008年 2月 　　　　　　　　　　　李波等 :氧化铝、氢氧化铝的 XRD鉴定