Челябинский государственный университет, Челябинск, Россия:

А. В. Толчев, зав. каф. химической технологии и вычислительной химии, докт. хим. наук, профессор, эл. почта: avtolchev@csu.ru
А. П. Тронов, старший преподаватель каф. химической технологии и вычислительной химии, эл. почта: arteq_tron@mail.ru

Методами рентгенографии, электронной сканирующей микроскопии и изотермического и неизотермического термоанализа исследованы строение частиц синтетического гидроксида алюминия с различной дисперсностью, а также состав и структура продуктов их термолиза с целью выявления факторов, способствующих образованию оксогидроксида алюминия -модификации при термическом разложении γ-Al(OH)₃. Объект исследования — синтетический гидроксид алюминия производства Уральского алюминиевого завода (гиббсит), из которого рассевом на ситах получили две фракции образца: крупную — с размером частиц более 200 мкм и мелкую — с размером частиц <20 мкм. Исходные частицы гидроксида алюминия, наблюдаемые с помощью электронной сканирующей микроскопии, характеризуются блочным строением и состоят из более мелких кристаллов, размеры и форма которых различаются в зависимости от дисперсного состава исходных частиц. Электронно-микроскопические и рентгенографические исследования показали, что крупные частицы гидроксида алюминия состоят из дефектных пластинчатых кристалликов, характеризующихся формфактором порядка 30–50. Мелкая фракция γ-Аl(ОН)₃ в основном состоит из образований, включающих единицы, десятки призматических кристалликов, реже из одиночных призматических кристалликов. Экспериментально установлено, что при термолизе γ-Аl(ОН)₃ с размером частиц >200 мкм образуется большее количество оксогидроксида алюминия со структурой бемита (на ~25 %), чем при термолизе мелкой фракции с размером частиц <20 мкм. Показано, что основными отличиями крупной фракции гидроксида алюминия являются дефектность и пластинчатая форма кристалликов, из которых состоят частицы крупнодисперсного γ-Аl(ОН)₃. Сделано предположение, что эти отличия являются причиной возникновения микронапряжений в кристалликах, которые увеличивают реакционную способность гидроксида алюминия и при прочих равных условиях способствуют формированию фазы γ-AlOOH.

1. Никольская М. П., Кузнецова Е. В. Технология получения глинозема из бокситов. — Каменск-Уральский, 2007. — 184 с.
2. Годовиков А. А. Минералогия. 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Недра, 1983. — 647 с.
3. Digne M., Sautet P., Raybaud P., Toulhoat H., Artacho E. Structure and stability of hydroxides: a theoretical study // Journal of Physical Chemistry B. 2002. Vol. 106. P. 5155–5162.
4. Candela L., Perlmutter D. D. Kinetics of boehmite formation by thermal decomposition of gibbsite // Industrial and engineering chemistry research. 1992. Vol. 31, No. 3. P. 694–700.
5. Chen B., Xu X., Chen X., Kong L., Chen D. Transformation behavior of gibbsite to boehmite by steam-assisted synthesis // Journal of Solid State Chemistry. 2018. Vol. 265. P. 237–243.
6. Filho R. W., Rocha G. A., Montes C. R., Vieira-Coelho A. C. Synthesis and characterization of boehmites obtained from gibbsite in presence of different environments // Materials Research. 2016. Vol. 19, No. 3. P. 659–668.
7. Danilevich V. V., Klimov O. V., Nadeina K. A., Gerasimov E. Yu., Cherepanova S. V., Vatutina Yu. V., Noskov A. S. Novel ecofriendly method for preparation of mesoporous alumina from the product of rapid thermal treatment of gibbsite // Superlattices and Microstructures. 2018. Vol. 120. P. 148–160.
8. Sulaiman Y. M., Takip K. M., Sapiee N. A., Zahari A. K. Synthesis of Aluminium Hydroxide and Alumina by Hydrothermal and Solvothermal Methods // Materials Science Forum. 2016. Vol. 840. P. 359–363.
9. Redaoui D., Sahnoune F., Heraiz M., Raghdi A. Mechanism and kinetic parameters of the thermal decomposition of gibbsite Al(OH)₃ by thermogravimetric analysis // Acta physica polonica: A. 2017. Vol. 131, No. 3. P. 562–565.
10. Кузнецов С. И. Характер роста кристаллов гидраргиллита в процессе декомпозиции алюминатных растворов // Цветные металлы. 1956. № 11. С. 59–63.
11. Чистякова А. А., Кавина В. А. Исследование превращений гидроокисей алюминия в щелочно-алюминатных растворах // Цветные металлы. 1963. № 11. С. 46–53.
12. Аракелян О. И., Павлов Ю. И., Цветкова М. В. и др. Влияние микроструктурных особенностей гидроокиси алюминия на качество глинозема и определение ее гранулометрического состава под микроскопом // Производство глинозема. Труды ВАМИ. 1976. № 94. С. 96–101.
13. Волохов Ю. А., Тесля В. Г., Анисимова Г. В. и др. Механизм образования вторичных кристаллов гидроксида алюминия в алюминатных растворах // Цветные металлы. 1989. № 3. С. 63–66.
14. Бричкин В. Н., Сизякова Е. В. Рост и морфология технического гидроксида алюминия // Цветные металлы. 2006. № 9. С. 62–65.
15. Sweegers C., de Coninck H. C., Meekes H. et al. Morphology, evolution and other characteristics of gibbsite crystals grown from pure and impure aqueous sodium aluminate solutions // Journal of Crystal Growth. 2001. Vol. 233, No. 3. P. 567–582.
16. Sawsan J. F., Parkinson G. M. Surface morphology and crystal growth mechanism of gibbsite in industrial Bayer liquors // Hydrometallurgy. 2005. Vol. 78, No. 3. P. 246–255.
17. Sawsan J. F., Parkinson G. M., Reyhani M. M. Direct observation of the growth of gibbsite crystals by atomic force microscopy // Journal of Crystal Growth. 2004. Vol. 260. P. 232–242.
18. Brown N. Crystal growth and nucleation of aluminium trihydroxide from seeded caustic aluminate solutions // Journal of Crystal Growth. 1972. Vol. 12, No. 11. P. 39–45.
19. Sawsan J. F., Parkinson G. M., Reyhani M. M. Atomic force microscopy study of the growth mechanism of gibbsite crystals // Physical Chemistry Chemical Physics. 2004. No. 6. P. 1049–1055.
20. Misra C., White E. T. Crystallisation of Bayer aluminium trihydroxide // Journal of Crystal Growth. 1971. Vol. 8, No. 2. P. 172–178.
21. Толчев А. В., Казанцева Е. Л., Ларин Д. Д. Изучение структуры гиббсита с различной степенью дисперсности // Цветные металлы. 2010. № 1. С. 57–59.
22. Толчев А. В. Фазовые и структурные превращения оксидных соединений алюминия с различной степенью дисперсности // Челябинский физико-математический журнал. 2011. № 39. С. 24–29.

23. Химическая энциклопедия: в 5 т. — М. : Советская энциклопедия, 1983. Т. 1. — 623 с.
24. Калинина А. М. О связи между структурой и характером термических превращений различных соединений окиси алюминия // Химия и технология глинозема. Труды IV Всесоюзного совещ. — Новосибирск : Сиб. отд. изд-ва Наука, 1971. С. 360–369.