Yra daugybė aliuminio hidroksido paruošimo būdų, tokių kaip „Bayer“ metodas, kalkių sodos sukepinimo metodas, amonio bikarbonato metodas ir kt. Tiesą sakant, aliuminio oksido reakcija taip pat yra geras paruošimo būdas. Konkretus reakcijos procesas yra toks: Kadangi aliuminio oksidas yra amfoterinis oksidas, kurį sunku ištirpinti vandenyje, o aliuminio oksidas yra amfoterinis hidroksidas, kurį sunku ištirpinti vandenyje. Jie gali būti ištirpinti stipriose rūgštyse ir stipriose bazėse, bet netirpūs amoniake (silpnoje bazėje) arba ne. Tirpus anglies rūgštyje (silpname tirpale). Taigi jį galima paruošti taip: Ištirpinkite aliuminio oksidą sieros rūgštyje, kad gautumėte aliuminio sulfato tirpalą, tada į aliuminio sulfato tirpalą įpilkite amoniako perteklių, kad gautumėte aliuminio hidroksido nuosėdas, kurias galima filtruoti, plauti ir džiovinti. Al2O3+3H2SO4 = Al2(SO4)3+3H2O; Al2(SO4)3+6NH3·H2O = 2Al(OH)3↓ +3(NH4)2SO4.
Nors aliuminio oksidas, korundas, rubinas ir safyras turi skirtingus pavadinimus, skiriasi ir jų formos, kietumas, savybės, panaudojimas, jų vertė yra toli viena nuo kitos, tačiau jų cheminė sudėtis yra visiškai tokia pati, ir jie visi yra aliuminio oksidas. Tipo aliuminio oksido gardelėje deguonies jonai yra šešiakampėje pakuotėje, o Al3+ yra simetriškai pasiskirstęs oktaedriniame koordinavimo centre, apsuptame deguonies jonų. Grotelių energija yra labai didelė, todėl lydymosi ir virimo temperatūra yra labai didelė. Alfa aliuminio oksidas netirpus vandenyje ir rūgštyje, pramonėje taip pat žinomas kaip aliuminio oksidas, ir yra pagrindinė metalo aliuminio gamybos žaliava; iš jo taip pat gaminamos įvairios ugniai atsparios plytos, ugniai atsparūs tigliai, ugniai atsparūs vamzdeliai ir aukštos temperatūros eksperimentiniai instrumentai; jis taip pat gali būti naudojamas kaip abrazyvas, antipirenai, užpildai ir kt.; didelio grynumo alfa aliuminio oksidas taip pat yra dirbtinio korundo, dirbtinio rubino ir safyro gamybos žaliava; jis taip pat naudojamas šiuolaikinių didelio masto integrinių grandynų substratų gamyboje.
Tipo aliuminio oksidas gaunamas dehidratuojant aliuminio hidroksidą žemoje 140-150 laipsnių C temperatūroje. Pramonėje jis dar vadinamas aktyvuotu aliuminio oksidu ir aliuminio klijais. Savo struktūroje deguonies jonai yra arti kubinio centro, o Al3+ yra netaisyklingai pasiskirstęs oktaedrinėse ir tetraedrinėse tuštumose, apsuptose deguonies jonų. Tipo aliuminio oksidas netirpsta vandenyje, bet gali būti ištirpintas stiprioje rūgštyje arba stipriame šarme tirpale, o kaitinamas iki 1200 laipsnių, jis visiškai paverčiamas aliuminio oksidu. Tipo aliuminio oksidas yra porėta medžiaga, kurios vidinis paviršiaus plotas yra šimtai kvadratinių metrų viename grame, didelis aktyvumas ir didelė adsorbcijos geba. Pramoniniai produktai dažniausiai yra bespalvės arba šiek tiek rausvos cilindrinės dalelės, turinčios gerą atsparumą slėgiui. Tai dažniausiai naudojamas adsorbentas, katalizatorius ir katalizatoriaus nešiklis naftos perdirbimo ir naftos chemijos pramonėje; tai yra rūgštingumą mažinanti medžiaga transformatorių alyvai ir turbinų alyvai pramonėje, taip pat naudojama chromatografinei analizei; Tai neutralus stiprus džioviklis laboratorijoje, jo džiovinimo pajėgumas yra ne mažesnis nei fosforo pentoksido, jis gali būti regeneruojamas ir pakartotinai naudojamas pakaitinus 6-8h žemesnėje nei 175 laipsnių temperatūroje.
Šiuo metu pasaulyje Bayer metodu gaminamas aliuminio oksidas sudaro daugiau nei 90 procentų visos produkcijos. Didžioji dalis aliuminio oksido naudojama metaliniam aliuminiui gaminti, o kitiems tikslams - mažiau nei 10 procentų. Natūraliai susidarantis aliuminio oksido kristalas vadinamas korundu, kuris dėl skirtingų priemaišų dažnai būna skirtingų spalvų. Korundas paprastai yra mėlynas arba gelsvai pilkas, su stiklo arba deimantų blizgesiu, tankis 3.2-3.9 g/cm3, kietumas 8,8, antras po deimantų ir silicio karbido ir gali atlaikyti aukštą temperatūrą. Korundo smėlis, kuriame yra geležies oksidų, vadinamas švitriniu, tamsiai pilku ir tamsiai juodu, dažnai naudojamas kaip abrazyvinės medžiagos, naudojamas įvairiems abrazyviniams popieriams, šlifavimo diskams gaminti, šlifavimo akmenys, taip pat naudojami optiniams instrumentams ir tam tikriems metalo gaminiams apdoroti.
Todėl, kad natūralaus korundo produkcijos trūksta, pramonė dažnai sukepina gryno tipo aliuminio oksido miltelius aukštos temperatūros elektrinėje krosnyje, kad gautų dirbtinį korundą, dar vadinamą lydytu korundu. Jis gali atlaikyti aukštesnę nei 1800 laipsnių temperatūrą ir yra žaliava pažangių specialių ugniai atsparių medžiagų gamybai. Jis pasižymi dideliu mechaniniu stiprumu aukštoje temperatūroje, geru atsparumu šiluminiam smūgiui, stipriam atsparumui erozijai ir mažu šiluminio plėtimosi koeficientu. Dirbtinis korundas taip pat naudojamas tiksliųjų instrumentų guoliams ir vielos tempimo štampams gaminti. Aukštos kokybės korundas, sumaišytas su nedideliu kiekiu įvairių oksidų priemaišų, yra rubinas ir safyras; rubinas - raudonas korundas, safyras - mėlynas korundas.
Rubinas yra natūraliai pagamintas skaidrus raudonas korundas; spalvos kintamumas priklauso chromo oksido kiekių. Rubinas turi kietumą 9, tankį 4 g/cm3 ir deimanto blizgesį. Natūralūs rubinai yra retas ir vertinamas pusė karštų brangakmenių. Rubinų kilmės šaltinis - šiaurės rytinė Mandelos dalis, Mianmaras, taip pat Tailandas, Šri Lanka ir Kambodža. Dideli rubino telkiniai buvo aptikti Ngangoje, Kenijoje, ir kitose vietose. Dirbtinis rubinas gali būti gaminamas monokristalu, naudojamam lazerinėms medžiagoms.
Aukštos kokybės aliuminio oksidas dažnai naudojamas kaip pagrindas keramikoje, ugniai atspariose medžiagose ir elektros izoliacijoje. Pagrindinis boksito komponentas yra Al2O3; korundas netirpsta vandenyje ir rūgštyje, yra amfoterinis oksidas. γ-Al2O3 turi kubinį sandarumo kristalą ir tirpsta rūgštyje bei šarme, o α-Al2O3 - tikriausiai atsparus visoms tirpoms. Alyvesnio plitimo metu γ-Al2O3 pasižymi dideliu adsorbuojančiu aktyvumu; α-Al2O3 - stori kristalai, kurie naudojami mechaniniams įrankiams ir optiniams įrankiams, bei kaip keramika. Todėl aliuminio oksido formos ir jo polimorfai lemia įvairius pramoninius taikymo scenarijus.
| Medžiaga | Savybės | Panaudojimas |
|---|---|---|
| Al2O3 (α-Al2O3) | labai kietas, netirpsta, aukšta temperatūra | abrasyva, ugniai atsparios plytos, keramikos įrankiai |
| γ-Al2O3 | amfoterinis oksidas, aukšta adsorbcija | katalizatoriai, adsorbentai, chromatografija |
Aliuminio hidroksidas (Al(OH)3) yra balta, kieta medžiaga, netirpstanti vandenyje. Jis susidaro reaguojant aliuminio druskoms su šarmais. Tačiau aliuminio hidroksidas, kaip ir aliuminio oksidas, pasižymi amfoterinėmis savybėmis ir tirpsta tiek rūgščiuose, tiek šarminiuose tirpaluose. Reaguodamas su šarmais, aliuminio hidroksidas sudaro tirpius vandenyje aliuminatus. Aliuminis yra vienas dažniausiai sutinkamų elementų Žemės plutoje; laisvas metalas natūralioje gamtoje nerandamas dėl jo didelio aktyvumo.
Reakcija tarp aliuminio sulfato ir kalio silikato gali vykti vandens tirpale. Boksitas arba aliuminio hidroksidas tirpstant sieros rūgštyje formuoja aliuminio sulfato tirpalą, o toliau iš jo hidratuojantys Al(OH)3 nuosėdos gali būti filtruojamos ir džiovintos. Tai pagrindas kai kuriems aliumosilikato junginių gavimo būdams, pavyzdžiui, molekulinių sietų ar permutitų gamybai. 2Al2(SO4)3(aq) + 3K2SiO3(aq) + 3H2O(l) → 2Al2O3·xSiO2·nH2O(s)↓ + 3K2SO4(aq).
Aliuminio junginiai plačiai naudojami pramonėje: duraliuminis ir siluminas - lengvi, tvirti ir atsparūs korozijai; aliuminio oksidas - abrazyvai, ugniai atsparios medžiagos ir keramika. Aliuminio oksido gamyba Bayer metodu sudaro daugumą produkcijos, po to Hall-Héroult procesu išgaunamas metalinis aliuminis. Chromo ir kitų priemaišų kiekiai lemia rubino ir safyro spalvas bei savybes. Dirbtinis korundas vadinamas lydytu korundu; jis atlaiko aukštą temperatūrą ir naudojamas kaip žaliava pažangesniems ugniai atspariems komponentams.