Tlenek glinu, powszechnie znany jako tlenek glinu (Al2O3), jest obojętnym, bezwonnym, białym amorficznym materiałem często stosowanym w ceramice przemysłowej. Ze względu na swoje wyjątkowe właściwości, tlenek glinu przyczynił się do znacznej liczby zastosowań przedłużających życie i poprawiających funkcjonowanie społeczeństwa. Jest on szeroko stosowany w medycynie i nowoczesnych działaniach wojennych.
Tlenek glinu jest termicznie niestabilnym i nierozpuszczalnym związkiem, który występuje naturalnie w różnych minerałach, takich jak korund, krystaliczna odmiana tlenku, oraz boksyt, który jest uważany za główną rudę glinu.
Tutaj dowiesz się o:
- Jakie są główne właściwości tlenku glinu
- Jak produkuje się tlenek glinu
- Jakie są główne obszary zastosowań, w których wykorzystuje się tlenek glinu
Właściwości tlenku glinu
Dzięki swoim doskonałym mechanicznym, Dzięki doskonałym właściwościom mechanicznym, chemicznym i termicznym, tlenek glinu wyróżnia się spośród wielu porównywalnych materiałów, zapewniając równe lub lepsze rozwiązania w zakresie niskokosztowej produkcji i wytwarzania.
Jego wydajność opiera się na następujących właściwościach , , :
|
Właściwość |
Wartość |
|
Punkt topnienia |
2,072 °C (3,762 °F; 2,345 K) |
|
Punkt wrzenia |
2,977 °C (5,391 °F; 3,250 K) |
|
Twardość |
15 – 19 GPa (9 w skali Mohsa) |
|
Oporność elektryczna |
1012 – 1013 Ωm |
|
Wytrzymałość mechaniczna |
300 – 630 MPa |
|
Wytrzymałość na ściskanie |
2,000 – 4.000 MPa |
|
Przewodność cieplna |
20 – 30 W/mK |
|
Masa cząsteczkowa |
101.96 g/mol |
|
Gęstość |
3.95 g/cm3 |
|
Wygląd |
Ciało stałe |
Jak powstaje tlenek glinu?
Tlenek glinu jest często produkowany w procesie Bayera, który polega na rafinacji boksytu w celu wytworzenia tlenku glinu. Następujące odwracalne równanie chemiczne opisuje podstawy procesu Bayera:
Proces ten rozpoczyna się od suszenia pokruszonego i umytego boksytu, zwykle zawierającego 30-55% Al2O3 . Boksyt rozpuszcza się w sodzie kaustycznej, tworząc zawiesinę, podgrzewaną do temperatury około 230-520 °F (110-270 °C). Mieszanina ta jest następnie filtrowana w celu usunięcia pozostałości zwanych zanieczyszczeniami „czerwonego błota”.
Przefiltrowany roztwór tlenku glinu (wodorotlenku glinu) jest następnie przenoszony lub pompowany do zbiorników osadnika, gdzie ulega schłodzeniu i zaczyna się wysiewać. Nasiona te stymulują proces strącania, pozwalając na tworzenie się stałych kryształów wodorotlenku glinu. Cały wodorotlenek glinu, który osiada na dnie zbiornika jest usuwany.
Pozostała soda kaustyczna jest wypłukiwana z wodorotlenku glinu, który przechodzi różne poziomy filtrowania. Na koniec jest ona podgrzewana w celu całkowitego usunięcia nadmiaru wody. Po przejściu przez etap chłodzenia powstaje drobny biały proszek .
Proces Bayera podsumowano na rycinie 1, pokazując wszystkie etapy i to, co dzieje się podczas każdego z nich.
Rycina 1: Proces Bayera w jego nowoczesnej formie (2017), ponieważ etapy usuwania krzemionki i szczawianu są dodawane do oryginalnego procesu Bayera z 1892 r. Reprodukowane z rysunku 3.1 (str. 51) w ref. 1.
Zastosowanie tlenku glinu
Większość produkowanego tlenku glinu jest wykorzystywana do tworzenia metalu aluminiowego. Tlen zazwyczaj katalizuje korozję w reakcji z metalem aluminium. Jednakże, gdy jest połączony z tlenem w celu utworzenia tlenku glinu, tworzy się powłoka ochronna, która zapobiega dalszemu utlenianiu. To dodaje wytrzymałości i sprawia, że materiał jest mniej podatny na zniszczenie .
Przemysły, które wykorzystują tlenek glinu obejmują:
Przemysł medyczny
Dzięki twardości tlenku glinu, obojętności biologicznej i właściwościom chemicznym, jest on preferowanym materiałem na łożyska w protezach biodrowych, jako protezy, implanty bioniczne, substytuty protetyczne oczu, wzmocnienia tkanek, korony dentystyczne, łączniki, mosty i inne implanty dentystyczne. Jest również używany w sprzęcie i narzędziach laboratoryjnych, takich jak tygle, piece i inne naczynia laboratoryjne.
Wyposażenie wojskowe i ochronne
Wytrzymałość i lekkość tlenku glinu przyczyniają się do wzmocnienia pancerzy, takich jak napierśniki, a także pancerzy pojazdów i samolotów, które są jego największym rynkiem. Tlenek glinu jest również używany w syntetyczno-szafirowych kuloodpornych oknach i balistyce.
Przemysł elektryczny i elektroniczny
Wysokie temperatury topnienia i wrzenia, oprócz doskonałych właściwości termoodpornych, czynią tlenek glinu pożądanym w produkcji wysokotemperaturowych izolacji pieców i izolatorów elektrycznych. Folie korundowe są również istotnym elementem w przemyśle mikroprocesorowym. Niektóre z jego innych zastosowań obejmują izolatory świec zapłonowych, podłoża mikroelektryczne i izolujące radiatory.
Przemysł szlachetny
Tlenek glinu jest cennym elementem w tworzeniu rubinów i szafirów. Jego krystaliczna forma, korund, jest pierwiastkiem bazowym dla tych cennych klejnotów. Rubiny zawdzięczają swój głęboki czerwony kolor zanieczyszczeniom chromu, podczas gdy szafiry uzyskują swoje różne kolory dzięki śladom żelaza i tytanu.
Zastosowania przemysłowe
Ponieważ tlenek glinu jest chemicznie obojętny, jest on wykorzystywany jako wypełniacz w tworzywach sztucznych, cegłach i innych ciężkich wyrobach glinianych, takich jak piece. Ze względu na swoją ekstremalną wytrzymałość i twardość, jest często używany jako materiał ścierny do papieru ściernego. Jest również ekonomicznym substytutem diamentów przemysłowych.
Tlenki glinu są używane również do produkcji elementów rurociągów, takich jak kolanka, trójniki, rury proste, hydrocyklony, reduktory, dysze i zawory. Inne zastosowania obejmują produkcję różnych narzędzi do obróbki skrawaniem, narzędzi skrawających, osłon termopar, wirników pomp odpornych na zużycie i płyt przegrody .
.