L’allumina, comunemente conosciuta come ossido di alluminio (Al2O3), è un materiale amorfo inerte, inodore e bianco, spesso usato nella ceramica industriale. Grazie alle sue eccezionali proprietà, l’allumina ha contribuito a un numero significativo di applicazioni che prolungano la vita e migliorano la società. È ampiamente utilizzato in campo medico e nella guerra moderna.
L’ossido di alluminio è un composto termicamente instabile e insolubile che si presenta naturalmente in vari minerali come il corindone, una variante cristallina dell’ossido, e la bauxite, che è considerata il principale minerale di alluminio.
Qui, imparerai a conoscere:
- Quali sono le principali proprietà dell’ossido di alluminio
- Come viene prodotto l’ossido di alluminio
- Quali sono le principali aree di applicazione che utilizzano l’ossido di alluminio
Proprietà dell’ossido di alluminio
Grazie alle sue eccellenti qualità meccaniche, chimiche e termiche, l’allumina è un materiale molto versatile, chimiche e termiche, l’allumina si distingue da molti materiali comparabili offrendo soluzioni uguali o migliori per la produzione e la fabbricazione a basso costo.
Le sue prestazioni si basano sulle seguenti proprietà , , :
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Proprietà |
Valore |
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Punto di fusione |
2.072 °C (3.762 °F; 2,345 K) |
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Punto di ebollizione |
2,977 °C (5,391 °F; 3,250 K) |
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Durezza |
15 – 19 GPa (9 sulla scala Mohs) |
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Resistenza elettrica |
1012 – 1013 Ωm |
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Resistenza meccanica |
300 – 630 MPa |
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Resistenza alla compressione |
2,000 – 4.000 MPa |
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Conducibilità termica |
20 – 30 W/mK |
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Massa molecolare |
101.96 g/mol |
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Densità |
3.95 g/cm3 |
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Apparenza |
Solido |
Come si produce l’ossido di alluminio?
L’ossido di alluminio è spesso prodotto dal processo Bayer, che significa raffinare la bauxite per produrre allumina. La seguente equazione chimica reversibile descrive i motivi del processo Bayer:
Questo processo inizia con l’essiccazione della bauxite schiacciata e lavata, solitamente contenente il 30-55% di Al2O3 . La bauxite viene sciolta in soda caustica per formare uno slurry, riscaldato a temperature di circa 230-520 °F (110-270 °C). Questa miscela viene poi filtrata per rimuovere il residuo chiamato impurità “fango rosso”.
La soluzione di allumina filtrata (idrossido di alluminio) viene poi trasferita o pompata in vasche di precipitazione dove si raffredda e inizia a seminare. Questi semi stimolano un processo di precipitazione che permette la formazione di cristalli solidi di idrossido di alluminio. Tutto l’idrossido di alluminio che si deposita sul fondo del serbatoio viene rimosso.
La soda caustica rimanente viene lavata via dall’idrossido di alluminio, che viene sottoposto a vari livelli di filtraggio. Infine, viene riscaldato per eliminare completamente l’acqua in eccesso. Dopo aver attraversato una fase di raffreddamento, viene prodotta la polvere bianca fine.
Il processo Bayer è riassunto nella Figura 1, che mostra tutte le fasi e ciò che accade durante ogni fase.
Figura 1: Il processo Bayer nella sua forma moderna (2017), poiché le fasi di rimozione della silice e dell’ossalato sono aggiunte al processo Bayer originale del 1892. Riprodotto dalla figura 3.1 (p.51) di rif. 1.
Applicazioni dell’ossido di alluminio
La maggior parte dell’ossido di alluminio prodotto è usato per formare alluminio metallico. L’ossigeno catalizza tipicamente la corrosione in reazione con l’alluminio metallico. Tuttavia, quando si lega con l’ossigeno per formare l’ossido di alluminio, si forma un rivestimento protettivo che impedisce un’ulteriore ossidazione. Questo aggiunge forza e rende il materiale meno vulnerabile al deterioramento.
Le industrie che usano l’ossido di alluminio includono:
Industria medica
Grazie alla durezza, alla bioinerzia e alle proprietà chimiche dell’ossido di alluminio, è un materiale preferito per i cuscinetti nelle protesi dell’anca, come protesi, impianti bionici, protesi oculari, rinforzi dei tessuti, corone dentarie, abutment, ponti e altri impianti dentali. È anche usato in attrezzature e strumenti di laboratorio come crogioli, forni e altri utensili da laboratorio.
Apparecchiature militari e protettive
La forza e la leggerezza dell’ossido di alluminio contribuiscono a migliorare le armature del corpo, come i pettorali, così come le armature di veicoli e aerei, che sono il suo più grande mercato. L’ossido di alluminio è anche usato nelle finestre antiproiettile in zaffiro sintetico e nella balistica.
Industria elettrica ed elettronica
I suoi alti punti di fusione e di ebollizione, oltre alle sue eccellenti proprietà termoresistenti, rendono l’ossido di alluminio desiderabile nella fabbricazione di isolanti per forni ad alta temperatura e isolanti elettrici. I film di allumina sono anche componenti vitali nell’industria dei microchip. Alcuni dei suoi altri usi includono isolanti per candele, substrati microelettrici e dissipatori isolanti.
Industria dei diamanti
L’ossido di alluminio è un elemento prezioso nella formazione di rubini e zaffiri. La sua forma cristallina, il corindone, è l’elemento base di queste gemme preziose. I rubini devono il loro colore rosso profondo alle impurità del cromo, mentre gli zaffiri ottengono i loro colori variegati da tracce di ferro e titanio.
Applicazioni industriali
Poiché l’allumina è chimicamente inerte, viene utilizzata come riempitivo nella plastica, nei mattoni e in altri oggetti di argilla pesante, come le fornaci. A causa della sua estrema forza e durezza, è spesso usata come abrasivo per la carta vetrata. È anche un sostituto economico dei diamanti industriali.
Gli ossidi di alluminio sono usati anche per la produzione di componenti di tubature come gomiti, tee, tubi dritti, idro cicloni, riduttori, ugelli e valvole. Altre applicazioni includono la produzione di vari strumenti di lavorazione, utensili da taglio, guaine per termocoppie, giranti di pompe resistenti all’usura e piastre deflettrici.