アルミナは、一般に酸化アルミニウム（Al2O3）として知られ、不活性で無臭の白色の非晶質材料で、工業用セラミックによく使用されます。 アルミナはその優れた特性から、延命や社会貢献のために多くの用途に貢献しています。 医療分野や近代戦争にも広く利用されている。
酸化アルミニウムは熱的に不安定で不溶性の化合物であり、酸化アルミニウムの結晶体の一種であるコランダムや、主要なアルミニウム鉱石と考えられているボーキサイトなど、さまざまな鉱物中に自然に存在する。
ここでは、について学びます。
- 酸化アルミニウムの主な特性は何か
- 酸化アルミニウムはどのように作られるか
- 酸化アルミニウムを利用する主な応用分野は何か
酸化アルミニウムの特性
優れた機械特性、耐熱性、耐薬品性、耐薬品性、耐薬品性のために、酸化アルミニウムを使用することができる分野
酸化アルミニウムは、その優れた機械特性により、多くの分野で利用されています。 アルミナは、多くの類似材料と比較して、低コストの生産と製造のための同等以上のソリューションを提供し、際立っています。
その性能は、以下の特性に依存しています。
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Property |
Value |
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Melting point |
2,072 ℃ (3,762 °F.)。 2,345 K） |
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沸点 |
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硬度 |
15 – 19 GPa（モース硬度9） |
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電気抵抗 |
1012 – 1013 Ωm |
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機械的強度 |
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圧縮強度 |
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熱伝導率 |
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分子質量 |
1,900 MPa96 g/mol |
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密度 |
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外観 |
酸化アルミニウムはどのように作られるのでしょうか？
酸化アルミニウムは多くの場合、ボーキサイトを精製してアルミナを作るバイエル法で生産されます。 次の可逆化学式は、バイエル法の根拠を説明しています：
このプロセスは、通常30～55％のAl2O3を含むボーキサイトを粉砕・洗浄し、乾燥することから始まります。 ボーキサイトは苛性ソーダに溶解してスラリーを形成し、約230～520°F（110～270℃）の温度に加熱される。 この混合物を濾過して、「赤泥」と呼ばれる不純物を除去します。
ろ過されたアルミナ溶液（水酸化アルミニウム）は、次に沈殿槽に移送またはポンプで送られ、そこで冷却され、種子を形成し始める。 この種が沈殿を促し、固体の水酸化アルミニウムの結晶を形成させる。 タンクの底に沈殿した水酸化アルミニウムはすべて取り除かれます。
残った苛性ソーダは水酸化アルミニウムから洗い流され、さまざまなレベルのろ過が行われる。 最後に、加熱して余分な水分を完全に除去する。 冷却段階を経て、細かい白い粉が作られます。
バイエルプロセスを図1にまとめ、すべての段階と各段階で起こることを示しました。
図1：1892年のオリジナルのバイエルプロセスに、シリカとシュウ酸の除去段階を追加し、現代の形（2017）とした場合のバイエルプロセスです。 文献の図3.1（p.51）より転載。 1.
酸化アルミニウムの用途
生成された酸化アルミニウムのほとんどは、アルミニウム金属を形成するために使用される。 酸素は通常、金属アルミニウムとの反応により腐食を触媒します。 しかし、酸素と結合して酸化アルミニウムを形成すると、保護膜が形成され、さらなる酸化を防ぐことができます。
酸化アルミニウムを使用している産業は以下のとおりです。
医療産業
酸化アルミニウムの硬度、生体への適応性、化学特性により、人工股関節のベアリング、バイオニックインプラント、義眼、組織強化、歯冠、支台、ブリッジ、その他の歯科インプラントに好ましい材料となっています。 また、るつぼや炉などの実験器具やツールにも使用されています。
軍事・防護装置
酸化アルミニウムの強度と軽量性は、胸当てなどの身体装甲や、最大の市場である車両や航空機の装甲の強化に寄与しています。 酸化アルミニウムはまた、合成サファイアの防弾窓や弾道に使用されています。
電気・電子産業
酸化アルミニウムの高い融点と沸点、および優れた熱抵抗特性は、高温炉絶縁や電気絶縁体の製造に好ましいものにしています。 また、アルミナ膜は、マイクロチップ産業において重要な部品です。 その他、スパークプラグ用絶縁体、マイクロエレクトロニクス用基板、ヒートシンク用絶縁体などにも使用されています。
宝石産業
酸化アルミニウムは、ルビーやサファイアの形成に貴重な要素です。 その結晶体であるコランダムは、これらの貴重な宝石のベースとなる元素である。 ルビーの深い赤色はクロムの不純物によるもので、サファイアは鉄とチタンの痕跡からさまざまな色を得ています。
工業用途
アルミナは化学的に不活性なので、プラスチック、レンガ、窯のような重い粘土製品の充填剤として利用されます。 非常に強度が高く硬いため、サンドペーパーの研磨剤としてもよく使われます。 また、工業用ダイヤモンドの経済的な代替品としても使用されています。
酸化アルミニウムは、エルボ、ティー、ストレートパイプ、ハイドロサイクロン、レデューサー、ノズル、バルブなどの配管部品の製造にも使用されています。 その他の用途としては、各種加工工具、切削工具、熱電対シース、耐摩耗性ポンプインペラ、バッフルプレートなどの生産に使用されています。