Alumina, almindeligvis kendt som aluminiumoxid (Al2O3), er et inert, lugtløst, hvidt, amorft materiale, der ofte anvendes i industriel keramik. På grund af sine fremragende egenskaber har aluminiumoxid bidraget til et betydeligt antal livsforlængende og samfundsforbedrende anvendelser. Det anvendes i vid udstrækning på det medicinske område og i moderne krigsførelse .
Aluminiumoxid er en termisk ustabil og uopløselig forbindelse, der forekommer naturligt i forskellige mineraler såsom korund, en krystallinsk variant af oxiden, og bauxit, der betragtes som den vigtigste aluminiummalm .
Her vil du lære om:
- Hvad de vigtigste egenskaber ved aluminiumoxid er
- Hvordan aluminiumoxid produceres
- Hvad de vigtigste anvendelsesområder, der anvender aluminiumoxid, er
Egenskaber ved aluminiumoxid
På grund af dets fremragende mekaniske, kemiske og termiske egenskaber skiller aluminiumoxid sig ud fra mange sammenlignelige materialer ved at levere lige så gode eller bedre løsninger til lavprisproduktion og -fremstilling.
Dets ydeevne er afhængig af følgende egenskaber , , :
|
Egenskaber |
Værdi |
|
Smeltepunkt |
2.072 °C (3.762 °F; 2.345 K) |
|
Skogningspunkt |
2.977 °C (5.391 °F; 3,250 K) |
|
Hårdhed |
15 – 19 GPa (9 på Mohsskalaen) |
|
Elektisk resistivitet |
1012 – 1013 Ωm |
|
Mekanisk styrke |
300 – 630 MPa |
|
Kompressionsstyrke |
2,000 – 4.000 MPa |
|
Thermisk ledningsevne |
20 – 30 W/mK |
|
Molekylær masse |
101.96 g/mol |
|
Densitet |
3.95 g/cm3 |
|
Udseende |
Solid |
Hvordan fremstilles aluminiumoxid?
Aluminiumoxid fremstilles ofte ved Bayer-processen, hvilket betyder raffinering af bauxit for at fremstille aluminiumoxid. Følgende reversible kemiske ligning beskriver grundene til Bayer-processen:
Denne proces starter med at tørre knust og vasket bauxit, der normalt indeholder 30-55% Al2O3 . Bauxitten opløses i kaustisk soda for at danne en opslæmning, der opvarmes til temperaturer på ca. 230-520 °F (110-270 °C). Denne blanding filtreres derefter for at fjerne den rest, der kaldes “rødt mudder”, urenheder.
Den filtrerede aluminiumoxidopløsning (aluminiumhydroxid) overføres eller pumpes derefter over i udfældningstanke, hvor den afkøles og begynder at frøetablere. Disse frø stimulerer en udfældningsproces, der gør det muligt at danne faste aluminiumhydroxidkrystaller. Alt det aluminiumhydroxid, der sætter sig i bunden af tanken, fjernes.
Den resterende kaustisk soda vaskes væk fra aluminiumhydroxid, som gennemgår forskellige niveauer af filtrering. Endelig opvarmes det for at fjerne det overskydende vand fuldstændigt. Efter at have passeret gennem et afkølingstrin fremstilles det fine hvide pulver.
Bayer-processen er opsummeret i figur 1, der viser alle trinene, og hvad der sker under hvert trin.
Figur 1: Bayer-processen i sin moderne form (2017), da fjernelsestrinene for silica og oxalat er tilføjet til den oprindelige Bayer-proces fra 1892. Gengivet fra figur 3.1 (s.51) i ref. 1.
Anvendelser af aluminiumoxid
Det meste af det producerede aluminiumoxid anvendes til at danne aluminiummetal. Oxygen katalyserer typisk korrosion i en reaktion med aluminiummetallet. Når det bindes med ilt for at danne aluminiumoxid, dannes der imidlertid et beskyttende lag, som forhindrer yderligere oxidation. Dette øger styrken og gør materialet mindre sårbart over for forringelse.
Industrier, der anvender aluminiumoxid, omfatter:
Medicinsk industri
På grund af aluminiumoxidets hårdhed, bio-intethed og kemiske egenskaber er det et foretrukket materiale til lejer i hofteproteser, som proteser, bioniske implantater, proteser til øjenproteser, vævsforstærkninger, tandkroner, abutments, broer og andre tandimplantater. Det anvendes også i laboratorieudstyr og -værktøj som digler, ovne og andet laboratorieudstyr.
Militært udstyr og beskyttelsesudstyr
Aluminiumoxids styrke og lette egenskaber bidrager til at forbedre kropsrustninger, som brystplader, samt panser til køretøjer og fly, som er dets største marked. Aluminiumoxid anvendes også i skudsikre vinduer af syntetisk safir og i ballistik.
Elektrisk og elektronisk industri
Dets høje smelte- og kogepunkt samt dets fremragende termiske modstandsdygtighed gør aluminiumoxid ønskeligt ved fremstilling af isolering af ovne ved høje temperaturer og elektriske isolatorer. Aluminiumoxidfilm er også vigtige komponenter i mikrochipindustrien. Nogle af de andre anvendelser er bl.a. isolatorer til tændrør, mikroelektriske substrater og isolerende køleplader .
Edelstensindustrien
Aluminoxid er et værdifuldt element i dannelsen af rubiner og safirer. Dets krystallinske form, korund, er grundstoffet for disse ædelstene. Rubiner skylder deres dybrøde farve til kromforureninger, mens safirer får deres varierende farver fra spor af jern og titan.
Industrielle anvendelser
Da aluminiumoxid er kemisk inert, anvendes det som fyldstof i plast, mursten og andre tunge lervarer, f.eks. ovne. På grund af sin ekstreme styrke og hårdhed anvendes det ofte som slibemiddel til sandpapir. Det er også en økonomisk erstatning for industrielle diamanter .
Aluminiumoxider anvendes også til fremstilling af rørkomponenter som f.eks. bøjninger, T-stykker, lige rør, hydrocykloner, reduktionsanordninger, dyser og ventiler. Andre anvendelser omfatter fremstilling af forskellige bearbejdningsværktøjer, skæreværktøjer, termokoblingskapper, slidstærke pumpehjul og baffleplader.
