Alumina, cunoscută în mod obișnuit sub denumirea de oxid de aluminiu (Al2O3), este un material amorf alb, inert, inodor și inodor, utilizat adesea în ceramica industrială. Datorită proprietăților sale remarcabile, alumina a contribuit la un număr semnificativ de aplicații de prelungire a vieții și de îmbunătățire a societății. Este utilizat pe scară largă în domeniul medical și în războiul modern .
Oxidul de aluminiu este un compus insolubil și instabil din punct de vedere termic, care apare în mod natural în diverse minerale, cum ar fi corindonul, o variantă cristalină a oxidului, și bauxita, care este considerată ca fiind principalul său minereu de aluminiu .
Aici veți afla despre:
- Care sunt principalele proprietăți ale oxidului de aluminiu
- Cum se produce oxidul de aluminiu
- Care sunt principalele domenii de aplicare care utilizează oxidul de aluminiu
Proprietățile oxidului de aluminiu
Datorită excelenței sale mecanice, chimice și termice, oxidul de aluminiu se distinge de multe materiale comparabile, oferind soluții egale sau mai bune pentru producția și fabricarea cu costuri reduse.
Performanțele sale se bazează pe următoarele proprietăți , , , :
|
Proprietate |
Valoare |
|
Punctul de topire |
2,072 °C (3,762 °F; 2.345 K) |
|
Punctul de fierbere |
2.977 °C (5.391 °F; 3,250 K) |
|
Duritate |
15 – 19 GPa (9 pe scara Mohs) |
|
Rezistivitate electrică |
1012 – 1013 Ωm |
|
Rezistența mecanică |
300 – 630 MPa |
|
Rezistența la compresiune |
2,000 – 4.000 MPa |
|
Conductivitatea termică |
20 – 30 W/mK |
|
Masa moleculară |
101.96 g/mol |
|
Densitate |
3.95 g/cm3 |
|
Aparență |
Solid |
Cum se produce oxidul de aluminiu?
Oxidul de aluminiu este adesea produs prin procedeul Bayer, ceea ce înseamnă rafinarea bauxitei pentru a produce alumină. Următoarea ecuație chimică reversibilă descrie motivele procesului Bayer:
Acest proces începe prin uscarea bauxitei zdrobite și spălate, care conține de obicei 30-55% Al2O3 . Bauxita este dizolvată în sodă caustică pentru a forma o suspensie, încălzită la temperaturi de aproximativ 110-270 °C (230-520 °F). Acest amestec este apoi filtrat pentru a îndepărta reziduul numit impurități de „noroi roșu”.
Soluția filtrată de alumină (hidroxid de aluminiu) este apoi transferată sau pompată în rezervoare de precipitare unde se răcește și începe să se însămânțeze. Aceste semințe stimulează un proces de precipitare care permite formarea de cristale solide de hidroxid de aluminiu. Tot hidroxidul de aluminiu care se depune pe fundul rezervorului este eliminat.
Sodă caustică rămasă este spălată de hidroxidul de aluminiu, care trece prin diferite niveluri de filtrare. În cele din urmă, se încălzește pentru a elimina complet excesul de apă. După ce trece printr-o etapă de răcire, se produce pulberea albă fină .
Procesul Bayer este rezumat în figura 1, arătând toate etapele și ceea ce se întâmplă în timpul fiecărei etape.
Figura 1: Procesul Bayer în forma sa modernă (2017), deoarece etapele de eliminare a siliciului și a oxalatului sunt adăugate la procesul Bayer original din 1892. Reproducere din figura 3.1 (p.51) din ref. 1.
Aplicații ale oxidului de aluminiu
Cei mai mulți dintre oxizii de aluminiu produși sunt utilizați pentru a forma aluminiu metalic. Oxigenul catalizează de obicei coroziunea în reacție cu aluminiul metalic. Cu toate acestea, atunci când se leagă cu oxigenul pentru a forma oxid de aluminiu, se formează un strat protector care împiedică continuarea oxidării. Acest lucru adaugă rezistență și face ca materialul să fie mai puțin vulnerabil la deteriorare .
Industriile care utilizează oxidul de aluminiu includ:
Industria medicală
Datorită durității oxidului de aluminiu, bioinertenței și proprietăților chimice, acesta este un material preferat pentru rulmenții din protezele de șold, ca proteze, implanturi bionice, înlocuitori de ochi protetici, consolidări de țesuturi, coroane dentare, piloni, punți și alte implanturi dentare. Este, de asemenea, utilizat în echipamente și instrumente de laborator, cum ar fi creuzete, cuptoare și alte instrumente de laborator .
Echipamente militare și de protecție
Rezistența și calitățile ușoare ale oxidului de aluminiu contribuie la îmbunătățirea armurilor corporale, cum ar fi plăcile de piept, precum și a armurilor pentru vehicule și aeronave, care reprezintă cea mai mare piață a sa. Oxidul de aluminiu este, de asemenea, utilizat în geamurile antiglonț din safir sintetic și în balistică .
Industria electrică și electronică
Punctul său ridicat de topire și de fierbere, în plus față de proprietățile sale excelente de rezistență termică, fac ca oxidul de aluminiu să fie dorit la fabricarea izolațiilor pentru cuptoare de înaltă temperatură și a izolatorilor electrici. Peliculele de alumină sunt, de asemenea, componente vitale în industria microcipurilor. Printre alte utilizări ale sale se numără izolatori pentru bujii, substraturi microelectrice și radiatoare izolatoare .
Industria gemelor
Oxidul de aluminiu este un element valoros în formarea rubinelor și safirelor. Forma sa cristalină, corindonul, este elementul de bază pentru aceste pietre prețioase. Rubinele își datorează culoarea roșie intensă impurităților de crom, în timp ce safirele își obțin culorile lor variante de la urme de fier și titan .
Aplicații industriale
Din moment ce alumina este inertă din punct de vedere chimic, este utilizată ca material de umplutură în materiale plastice, cărămizi și alte obiecte grele din lut, cum ar fi cuptoarele. Datorită rezistenței și durității sale extreme, este adesea utilizată ca abraziv pentru șmirghel. Este, de asemenea, un substitut economic pentru diamantele industriale .
Oxizii de aluminiu sunt utilizați, de asemenea, pentru producția de componente de conducte, cum ar fi coturi, teuri, țevi drepte, hidrocicloane, reductoare, duze și supape. Alte aplicații includ producția de diverse unelte de prelucrare, scule de tăiere, teci de termocupluri, rotoare de pompe rezistente la uzură și plăci deflectoare .
.