La alúmina, comúnmente conocida como óxido de aluminio (Al2O3), es un material inerte, inodoro y blanco amorfo que se utiliza a menudo en la cerámica industrial. Gracias a sus extraordinarias propiedades, la alúmina ha contribuido a un importante número de aplicaciones que prolongan la vida y mejoran la sociedad. Se utiliza ampliamente en el ámbito médico y en la guerra moderna .
El óxido de aluminio es un compuesto térmicamente inestable e insoluble que se encuentra de forma natural en diversos minerales como el corindón, una variante cristalina del óxido, y la bauxita, considerada como su principal mineral de aluminio .
Aquí aprenderás sobre:
- Cuáles son las principales propiedades del óxido de aluminio
- Cómo se produce el óxido de aluminio
- Cuáles son las principales áreas de aplicación que utilizan el óxido de aluminio
Propiedades del óxido de aluminio
Debido a sus excelentes cualidades mecánicas, químicas y térmicas, la alúmina se distingue de muchos materiales comparables por ofrecer soluciones iguales o mejores para la producción y fabricación de bajo coste.
Su rendimiento se basa en las siguientes propiedades , , :
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Propiedad |
Valor |
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Punto de fusión |
2.072 °C (3.762 °F; 2.345 K) |
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Punto de ebullición |
2.977 °C (5.391 °F; 3,250 K) |
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Dureza |
15 – 19 GPa (9 en la escala de Mohs) |
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Resistencia eléctrica |
1012 – 1013 Ωm |
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Resistencia mecánica |
300 – 630 MPa |
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Resistencia a la compresión |
2,000 – 4,000 MPa |
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Conductividad térmica |
20 – 30 W/mK |
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Masa molecular |
101.96 g/mol |
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Densidad |
3.95 g/cm3 |
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Aspecto |
Sólido |
¿Cómo se produce el óxido de aluminio?
El óxido de aluminio suele producirse mediante el proceso Bayer, que consiste en refinar la bauxita para producir alúmina. La siguiente ecuación química reversible describe los fundamentos del proceso Bayer:
Este proceso comienza secando la bauxita triturada y lavada, que suele contener un 30-55% de Al2O3 . La bauxita se disuelve en sosa cáustica para formar una pasta, que se calienta a temperaturas de unos 230-520 °F (110-270 °C). Esta mezcla se filtra a continuación para eliminar el residuo denominado impurezas del «lodo rojo».
La solución de alúmina filtrada (hidróxido de aluminio) se transfiere o se bombea a tanques precipitadores donde se enfría y comienza a sembrar. Estas semillas estimulan un proceso de precipitación que permite la formación de cristales sólidos de hidróxido de aluminio. Todo el hidróxido de aluminio que se deposita en el fondo del tanque se elimina.
La sosa cáustica restante se lava para eliminar el hidróxido de aluminio, que se somete a varios niveles de filtrado. Finalmente, se calienta para eliminar completamente el exceso de agua. Después de pasar por una etapa de enfriamiento, se produce el fino polvo blanco.
El proceso Bayer se resume en la Figura 1, que muestra todas las etapas y lo que ocurre durante cada una de ellas.
Figura 1: Proceso Bayer en su forma moderna (2017), ya que las etapas de eliminación de sílice y oxalato se añaden al proceso Bayer original de 1892. Reproducido de la figura 3.1 (p.51) de la ref. 1.
Aplicaciones del óxido de aluminio
La mayor parte del óxido de aluminio producido se utiliza para formar aluminio metal. El oxígeno suele catalizar la corrosión en reacción con el aluminio metálico. Sin embargo, cuando se une con el oxígeno para formar el óxido de aluminio, se forma una capa protectora que impide una mayor oxidación. Esto añade resistencia y hace que el material sea menos vulnerable al deterioro.
Las industrias que utilizan el óxido de aluminio son:
Industria médica
Debido a la dureza del óxido de aluminio, su bioinercia y sus propiedades químicas, es el material preferido para los cojinetes de las prótesis de cadera, como prótesis, implantes biónicos, sustitutos de prótesis oculares, refuerzos de tejidos, coronas dentales, pilares, puentes y otros implantes dentales. También se utiliza en equipos y herramientas de laboratorio, como crisoles, hornos y otros utensilios de laboratorio.
Equipos militares y de protección
La resistencia y ligereza del óxido de aluminio contribuyen a mejorar los blindajes corporales, como las corazas, así como el blindaje de vehículos y aviones, que es su mayor mercado. El óxido de aluminio también se utiliza en ventanas antibalas de zafiro sintético y en balística.
Industria eléctrica y electrónica
Sus elevados puntos de fusión y ebullición, además de sus excelentes propiedades de resistencia térmica, hacen que el óxido de aluminio sea deseable en la fabricación de aislamientos para hornos de alta temperatura y aislantes eléctricos. Las películas de alúmina también son componentes vitales en la industria de los microchips. Algunos de sus otros usos son los aislantes de bujías, los sustratos microeléctricos y los disipadores térmicos aislantes .
Industria de las piedras preciosas
El óxido de aluminio es un elemento valioso en la formación de rubíes y zafiros. Su forma cristalina, el corindón, es el elemento base de estas gemas preciosas. Los rubíes deben su color rojo intenso a las impurezas de cromo, mientras que los zafiros obtienen sus colores variados de las trazas de hierro y titanio.
Aplicaciones industriales
Como la alúmina es químicamente inerte, se utiliza como relleno en plásticos, ladrillos y otros materiales de arcilla pesada, como los hornos. Debido a su extrema resistencia y dureza, se utiliza a menudo como abrasivo para el papel de lija. También es un sustituto económico de los diamantes industriales .
Los óxidos de aluminio se utilizan, además, para la producción de componentes de tuberías como codos, tes, tubos rectos, hidrociclones, reductores, boquillas y válvulas. Otras aplicaciones incluyen la producción de diversas herramientas de mecanizado, herramientas de corte, vainas de termopares, impulsores de bombas resistentes al desgaste y placas deflectoras.
