水合氧化铝

水合氧化铝，又称三氢氧化铝或简称 ATH，是一种白色粉末，添加到橡胶和地毯等聚合物中可用作阻燃剂和烟雾抑制剂。它通常被用作一种成分。

根据制备方法的不同，沸石和吉贝石的热分解会产生片状或纤维状的水合氧化铝，然后可通过水热处理将其转化为贝叶石或 g-Al2O3 材料。

1.阻燃

刚玉（a-Al2O3）是氧化铝的天然多晶体，坚硬且无化学惰性，具有 5m2/g-1 的超高比表面积，是制造磨料的主要原材料。另一方面，G 型铝比刚玉更具活性，可用作催化剂载体；它们可通过热处理辉绿岩或沸石而制成，具有不同的 BET（N2）表面积。

商业铝通过拜耳工艺从辉绿岩中生产出来，该工艺包括浸出，然后对纯化的辉绿岩进行种子沉淀。这就产生了一系列小球状晶体以及由片状和棱柱状晶体组成的较大颗粒聚集体。

这些铝具有四种 Al（OH）3 多晶型，它们都具有平面假六边形片状结构，并共享一种类似的晶体结构，即两排共边八面体由一排连接它们的五个桥接羟基连接在一起（图 3.1）。它们的显著特点是层间和层内氢键的堆积顺序和几何形状，以及相对于四面体和八面体之间共享的非尖晶石位点的不同占有率（图 3.1）。

在可控水蒸气压力下加热可将 g-Al(OH)3转化为更稳定的 a-Al(OH)3，从而更容易吸附和重组表面结构。较低的温度和较高的水蒸气压力可释放氧化铝表面的结合水分子，使其表面的自由羟基暴露出来，从而促进气体吸附和结构重组，从而促进这种转化。

众所周知，氧化铝水合物具有吸附气体的能力，同时还可用作阻燃剂，其在空气中的表现取决于被吸附气体的性质和形状。

一般来说，表面积较大的铝往往比表面积较小的铝具有更好的阻燃性能。这些差异可能与铝的表面积增大使更多氧气进入其孔隙有关；铝的水合作用取决于生产过程中的温度和湿度条件，这反过来又会影响铝的结构和性能。

2.禁烟剂

氧化铝的防烟特性与其吸附挥发性气体的能力密切相关，这使得氧化铝成为硫化氢（H2S）等各种气体的极佳干燥剂和回收剂。此外，对这种材料进行事先热处理已被证明在这些应用中非常有效，可在高温下吸收和保留大量 H2S；吸收量随温度升高而增加。

氧化铝对 H2S 的吸附取决于其结构；无序结构的活性往往低于有序结构。目前已开发出许多工艺来生产高度有序的水合氧化铝，用于防烟雾应用；通常是通过对某种形式的氢氧化物、氧化物-氢氧化物或水合氧化铝凝胶材料进行热处理。此外，其吸附特性在很大程度上取决于加热的方式和温度，温度低于 600 摄氏度时效果最佳。

值得注意的是，暴露在水蒸气中的氧化铝会迅速且不可逆转地失去其 BET 表面积（Sing，1973 年）。将微孔水合氧化铝凝胶浸泡在液态水中会形成无孔的贝叶石，同时比表面积也会迅速下降（Sing，1973 年）。

吉布斯特是一种多孔性很强的 Al2O3，可以通过拜耳工艺进行商业化生产，具体方法是在热的苛性铝酸盐溶液中添加浸出种子。吉布斯特一般呈现板状和棱柱状晶体结构；然而，由于碱金属阳离子浓度较小，无法用稀盐酸溶液洗去，因此很难从这种工业流程中获得纯净的吉布斯特。

目前已开发出多种无需使用大量碱金属就能生产高比表面积铝的方法，其中最典型的是 "溶胶-凝胶 "技术，该技术利用碱氧化铝的水解作用形成凝胶，凝胶在热干燥前老化，然后通过水热转化产生具有不同粒度分布的粉末 a-Al2O3。

3.不透明度增强器

作为一种填料，水合氧化铝可通过气泡扩散到玻璃表面吸收光线来提高釉料的不透明度。此外，这种填料还能促进细小分散的气泡凝聚，从而穿透釉料熔体，有助于提高釉料的细腻度。

水合氧化铝还可作为阻隔增强剂用于聚合物复合材料中。当与非极性聚合物混合时，其颗粒可以均匀地分散在整个聚合物中，不会形成聚集体，从而有助于防止受到冲击时产生任何侵蚀。

水合氧化铝（Al2O3）是一种具有高比表面积和高孔隙率的氧化铝，具有碱性和酸性等两性特性。水合氧化铝粉末是通过氧化铝与盐酸和水反应生成的，通常以白色细粉的形式供应，适用于陶瓷、耐火材料和工业材料等应用领域。

由于存在羟基和配位水分子，水合氧化铝具有复杂的表面结构。然而，当暴露在空气中时，羟基会被暴露移除，使高能 Al3 + 位点暴露在其表面；然而，在随后的水合过程中，这些位点会以极快的速度被高能阳离子取代，从而缩短了用这种材料制造的浇注料的浇注时间。

粘土体和釉料通常需要这种材料，因为它的熔化温度比煅烧氧化铝高得多，但只需添加少量，因为添加过多会降低泥浆的流动性，增加粘度。此外，这种添加剂还能提高不透明度，在为某些粉红色釉料着色时还能增加颜色强度。

表面活性剂可以减少氧化铝水合物表面的水分含量，并利用其高比表面积的优势，帮助提高水合氧化铝生产的不透明性。

4.填料

吉贝岩（g-Al2O3）与无孔的玻镁铁矿形成鲜明对比，后者由坚硬的硬质晶体组成，结构不灵活。相反，吉贝岩的板状结构以小晶体为特征，这些小晶体形成假六边形片状结构，在这些片状结构上，板块和棱柱组合成假六边形片状板块和棱柱，其假六边形片状结构类似于工业生产氧化铝的原材料--假六边形电镀结构。

在 220 至 600 摄氏度的温度范围内，水合氧化铝中的离子键开始断裂，并释放出有助于其固有阻燃特性的水分子。

水合氧化铝经过水化和煅烧可生成两性三氢氧化铝，这种氧化铝在酸和碱中都很容易溶解，因此水合氧化铝是一种用途极为广泛的填充材料。

与蛭石或其他较粗的填料相比，水合氧化铝的粉状或颗粒状质地使陶艺家更容易使用，一些陶艺家更喜欢使用水合氧化铝，而不是蛭石或其他填料（如蛭石）。水合氧化铝是许多银泥窑填料配方中不可或缺的成分，因为它有助于防止粘土在烧制过程中粘在架子上--只需在烧制前在架子上轻轻撒上一些水合氧化铝，就能消除表面张力，使其在表面张力减弱时收缩，从而允许自由移动--在一些窑炉中，水合氧化铝还能起到隔绝周围环境热量传递的作用，减少烧制过程中的热量传递。