Az alumínium-oxid, közismert nevén alumínium-oxid (Al2O3) egy inert, szagtalan, fehér, amorf anyag, amelyet gyakran használnak az ipari kerámiában. Kiemelkedő tulajdonságainak köszönhetően az alumínium-oxid jelentős számú életmeghosszabbító és társadalomfejlesztő alkalmazáshoz járult hozzá. Széles körben használják az orvostudományban és a modern hadviselésben.
Az alumínium-oxid termikusan instabil és oldhatatlan vegyület, amely a természetben különböző ásványokban fordul elő, például a korundban, az oxid kristályos változatában és a bauxitban, amelyet a fő alumíniumércnek tartanak .
Itt megtudhatja a következőket:
- Melyek az alumínium-oxid fő tulajdonságai
- Hogyan állítják elő az alumínium-oxidot
- Melyek az alumínium-oxidot hasznosító fő alkalmazási területek
Az alumínium-oxid tulajdonságai
A kiváló mechanikai , kémiai és termikus tulajdonságainak köszönhetően az alumínium-oxid kiemelkedik számos hasonló anyag közül, mivel azonos vagy jobb megoldásokat kínál az alacsony költségű termelés és gyártás számára.
Teljesítménye a következő tulajdonságokon alapul , , , :
|
tulajdonság |
érték |
|
olvadáspont |
2,072 °C (3,762 °F; 2,345 K) |
|
Főpont |
2,977 °C (5,391 °F; 3,250 K) |
|
Keménység |
15 – 19 GPa (9 a Mohs-skálán) |
|
elektromos ellenállás |
1012 – 1013 Ωm |
|
Mechanikai szilárdság |
300 – 630 MPa |
|
Nyomószilárdság |
2,000 – 4.000 MPa |
|
Hővezető képesség |
20 – 30 W/mK |
|
Molekuláris tömeg |
101.96 g/mol |
|
Sűrűség |
3.95 g/cm3 |
|
megjelenés |
szilárd |
Hogyan készül az alumínium-oxid?
Az alumínium-oxidot gyakran a Bayer-eljárással állítják elő, ami a bauxit finomítását jelenti timföld előállítására. A Bayer-eljárás alapjait a következő reverzibilis kémiai egyenlet írja le:
A folyamat a zúzott és mosott bauxit szárításával kezdődik, amely általában 30-55% Al2O3-t tartalmaz. A bauxitot nátronlúgban feloldják, hogy iszapot képezzenek, amelyet körülbelül 230-520 °F (110-270 °C) hőmérsékletre hevítenek. Ezt a keveréket ezután megszűrik, hogy eltávolítsák a “vörösiszap”-nak nevezett maradék szennyeződéseket.
A szűrt timföldes oldatot (alumínium-hidroxid) ezután csapadékleválasztó tartályokba vezetik vagy szivattyúzzák, ahol lehűl és elkezd csírázni. Ezek a magok serkentik a kicsapási folyamatot, amely lehetővé teszi a szilárd alumínium-hidroxid kristályok kialakulását. A tartály aljára ülepedő összes alumínium-hidroxidot eltávolítják.
A maradék nátronlúgot kimossák az alumínium-hidroxidból, amely különböző szintű szűrésen megy keresztül. Végül felmelegítik, hogy a felesleges vizet teljesen eltávolítsák. Miután áthalad egy hűtési szakaszon, a finom fehér por keletkezik .
A Bayer-folyamatot az 1. ábra foglalja össze, bemutatva az összes szakaszt és azt, hogy mi történik az egyes szakaszok során.
1. ábra: A Bayer-folyamat modern formájában (2017), mivel az eredeti, 1892-es Bayer-folyamathoz hozzáadták a szilícium-dioxid és az oxalát eltávolításának lépéseit. A hivatkozás 3.1. ábrájából (51. o.) reprodukálva. 1.
Az alumínium-oxid alkalmazásai
A legtöbb előállított alumínium-oxidot alumíniumfém előállítására használják fel. Az oxigén jellemzően katalizálja a korróziót az alumínium fémmel való reakcióban. Amikor azonban az oxigénnel összekapcsolódva alumínium-oxidot képez, védőréteg képződik, amely megakadályozza a további oxidációt. Ez növeli a szilárdságot és kevésbé teszi az anyagot sérülékennyé.
Az alumínium-oxidot használó iparágak közé tartoznak:
Az orvosi ipar
Az alumínium-oxid keménysége, biológiai inertitása és kémiai tulajdonságai miatt kedvelt anyag a csípőprotézisek csapágyaihoz, mint protézisek, bionikus implantátumok, szemprotézisek, szövetmegerősítések, fogkoronák, felépítmények, hidak és egyéb fogászati implantátumok. Laboratóriumi berendezésekben és eszközökben, például tégelyekben, kemencékben és más laboratóriumi eszközökben is használják .
Katonai és védőfelszerelések
Az alumínium-oxid szilárdsága és könnyű tulajdonságai hozzájárulnak a testpáncélok, például a mellvédek, valamint a jármű- és repülőgép-páncélok erősítéséhez, ami a legnagyobb piaca. Az alumínium-oxidot szintetikus zafír golyóálló ablakokban és ballisztikai eszközökben is használják .
Elektromos és elektronikai ipar
A magas olvadás- és forráspontja, valamint kiváló hőállósági tulajdonságai kívánatossá teszik az alumínium-oxidot a magas hőmérsékletű kemence-szigetelések és elektromos szigetelők gyártásában. A timföldfóliák a mikrochip-iparban is létfontosságú alkotóelemek. Egyéb felhasználási területei közé tartoznak a gyújtógyertyaszigetelők, mikroelektromos hordozók és szigetelő hűtőbordák .
Gémipar
Az alumínium-oxid értékes elem a rubinok és zafírok kialakításában. Kristályos formája, a korund az alapeleme ezeknek a drágaköveknek. A rubinok mélyvörös színüket a króm szennyeződéseknek köszönhetik, míg a zafírok változatos színüket vas és titán nyomainak köszönhetik.
Ipari alkalmazások
Mivel a timföld kémiailag inert, ezért töltőanyagként használják műanyagokban, téglákban és más nehéz agyagárukban, például kemencékben. Rendkívüli szilárdsága és keménysége miatt gyakran használják csiszolópapír csiszolóanyagként. Az ipari gyémánt gazdaságos helyettesítője is.
Az alumínium-oxidokat csővezeték-alkatrészek, például könyökcsövek, téglák, egyenes csövek, hidrociklonok, reduktorok, fúvókák és szelepek gyártására is használják. Egyéb alkalmazások közé tartoznak a különböző megmunkáló szerszámok, vágószerszámok, termoelemhüvelyek, kopásálló szivattyújárók és terelőlemezek gyártása .
