Нахождение в природе и физические свойства

Белое (в аморфном виде) или бесцветное кристаллическое вещество, существующая в четырёх модификациях, среди которых устойчивы^[1]:

· α-AlPO₄ — с гексагональной решёткой (пространственная группа P3₁21), устойчив до 580 °C;

Плотность: 2,64 г/см³, удельная теплоёмкость: 93,2 Дж/(моль·К), стандартная энтальпия образования: −1733 кДж/моль, стандартная энергия Гиббса: −1617 кДж/моль, стандартная энтропия: 90,8 Дж/(моль·K).

· β-AlPO₄ — с гексагональной (580—1047 °C) или кубической (выше 1047 °C) решёткой.

Соединение плохо растворимо в воде (ПР 9,83·10⁻¹⁰) и спирте, хорошо растворимо в соляной и азотной кислоте^[2]. Хуже всего соль растворима в воде при pH 4,07—6,93^[3].

При осаждении их водных растворов выпадает в виде аморфного осадка общей формулой AlPO₄•xH₂O. Известны кристаллогидраты, где x=2; 3,5. Безводную соль можно получить при нагревании фосфата выше 1300 °C.

Известны основные и кислые соли фосфата алюминия: Al₂(PO₄)(OH)₃, Al(H₂PO₄)₃, AlH₃(PO₄)₂ и др.

В природе фосфат алюминия входит в состав следующих многочисленных минералов (список не является исчерпывающим):

· альдерманит: Mg₅Al₁₂(PO₄)₈(OH)₂₂ • 32H₂O

· амблигонит: (Li,Na)AlPO₄(F,OH)

· ахейлит: (Fe²⁺,Zn)Al₆(PO₄)₄(OH)₈ • 4H₂O

· аугелит: Al₂(PO₄)(OH)₃

· берлинит: AlPO₄ • xH₂O

· бразилианит: NaAl₃(PO₄)₂(OH)₄

· вантасселит: Al₄(PO₄)₃(OH)₃ • 9H₂O

· варисцит: AlPO₄ • 2H₂O

· воксит: Fe²⁺Al₂(PO4)₂(OH)₂ • 6H₂O

· лазулит: (Mg,Fe²⁺)Al₂(OH,PO₄)₂

· скорцалит: ((Mg,Fe²⁺)Al₂(OH,PO₄)₂)

· таранакит: (K,Na)₃(Al,Fe³⁺)₅(PO₄)₂([HPO₄)₆ • 18H₂O

· цириловит: NaFe³⁺₃(PO₄)₂(OH)₄ • 2(H₂O)

· чилдренит: (Fe,Mn)AlPO₄(OH)₂ • H₂O

· эосфорит: MnAlPO₄)(OH)₂ • H₂O

Фосфаты и фосфатные смеси.

Фосфатные связующие являются металлофосфатными композициями, в состав которых входит ортофосфорная кислота и оксиды или порошки Ме(Fe,Mg,Alи др.). При взаимодействии оксидов Ме и ортофосфорной кислоты образуются кристаллогидраты, обладающие связующими свойствами.

FeO+2H₃PO₄+H₂0=Fe(H₂PO₄)₂·2H₂O

Фосфатные связующие характеризуются мольным или массовым соотношением P₂O₅/Me_nO_mилиMe₂O_n/P₂O₅. В сочетании с показателем общей концентрации растворенных веществ, фосфатные связующие используютдля ХТС и ГТС(смеси теплового отверждения).

1. ХТС на основе фосфатных связующих– гетерогенная система из 2-х и более компонентов, где оксид или гидроксид имеют основные свойства, а кислота или ее свойства имеют кислотную зарактеристику..

2. фосфатные связующие теплового тверждения– водный раствор кислого ортофосфата + ортофосфорная кислота и оксиды(гидроксиды) Ме нейтральными и кислыми свойствами. В любом случае продуктами кислотно-основного взаимодействия являются перемещенные ортофосфаты и их гидраты, которые образуют неорганический полимер с собственной прочностью и адгезией к наполнителю.

В промышленности для фосфатных ХТС используют оксиды FeиMg, источник оксидаFe– прокатная и кузнечная железная окалина и пыль металлургических печей, а так же молотой железо-рудный концентрат, пыль от отдирки отливок из черных сплавов.

Материалы на основе Mg-MgO представлены Ме магнезитом, магнезито-хромитом, хромомагнезитом. Источником может быть бой хромомагнезитовых кирпичей от ремонта футеровки печей. Наименование связующих отражает состав соли ортофосфорной кислоты (Feфосфат, железоалюмосфат, алюмо-хром-фосфат, алюмо-хром-бор-фосфат и т.д.)

Композиции на основе AlиCr твердеют при нагревании, образуют полимерные структуры, а после прокаливания, образуют структуру фосфатов.

Алюмофосфатные связующие твердеют при 350...400°С. Если же к ним добавить один из металлов (Ме — Fе, Сr, Мn, Мg, Са), то обра зуются соединения типа Ме_nО_m·Al₂О₃·Р₂О₅, которые твердеют прр комнатной температуре.

Алюмо-фосфатные связующие применяются для противопригарных красок, магниево-фосфатные для стержней и форм. Металлофосфатные связующие композиции применяют для получения холоднотвердеющих смесей, изготовления стержней, упрочняемых тепловой сушкой, и в нагреваемой оснастке.

Формовочные смеси с металлофосфатными связующими обладают высокой упрочняющей способностью, термостойкостью, хорошей выживаемостью, нетоксичностью, высокой долговечностью.

Однако широкого распространения фосфатные связующие не получили, так как, возможно, период их разработки (1970— 1990-е гг.) совпал с появлением весьма совершенных органических связующих.

Свойства металлофосфатов.

- достаточная прочность(относительно высокая)

- ограниченная термостойкость

- отсутствие токсичности и газовыделения

- относительно быстрый процесс образования прочности

- высокая долговечность

- возможная осыпаемость

- конкуренция – органические связующие