Alumina, allmänt känd som aluminiumoxid (Al2O3), är ett inert, luktfritt, vitt amorft material som ofta används i industriell keramik. På grund av sina enastående egenskaper har aluminiumoxid bidragit till ett stort antal livsförlängande och samhällsförbättrande tillämpningar. Det används i stor utsträckning inom medicin och modern krigsföring .
Aluminiumoxid är en termiskt instabil och olöslig förening som förekommer naturligt i olika mineraler, t.ex. korund, en kristallin variant av oxiden, och bauxit, som anses vara den viktigaste aluminiummalmen .
Här får du lära dig mer om:
- Vad de viktigaste egenskaperna hos aluminiumoxid är
- Hur aluminiumoxid produceras
- Vad de viktigaste användningsområdena som använder aluminiumoxid är
Egenskaper hos aluminiumoxid
På grund av dess utmärkta mekaniska, kemiska och termiska egenskaper skiljer sig aluminiumoxid från många jämförbara material genom att leverera likvärdiga eller bättre lösningar för lågkostnadsproduktion och tillverkning.
Dess prestanda beror på följande egenskaper , , :
|
Egenskaper |
Värde |
|
Smältpunkt |
2,072 °C (3,762 °F; 2 345 K) |
|
Skokpunkt |
2 977 °C (5 391 °F; 3,250 K) |
|
Hårdhet |
15 – 19 GPa (9 på Mohsskalan) |
|
Elektisk resistivitet |
1012 – 1013 Ωm |
|
Mekanisk hållfasthet |
300 – 630 MPa |
|
Dryckhållfasthet |
2,000 – 4 000 MPa |
|
Thermisk konduktivitet |
20 – 30 W/mK |
|
Molekylär massa |
101.96 g/mol |
|
Densitet |
3.95 g/cm3 |
|
Utseende |
Fasta ämnen |
Hur framställs aluminiumoxid?
Aluminiumoxid framställs ofta genom Bayer-processen, vilket innebär att man raffinerar bauxit för att framställa aluminiumoxid. Följande reversibla kemiska ekvation beskriver grunderna för Bayerprocessen:
Processen börjar med att man torkar krossad och tvättad bauxit, som vanligtvis innehåller 30-55 % Al2O3 . Bauxiten löses upp i kaustiksoda för att bilda en uppslamning, som upphettas till temperaturer på cirka 230-520 °F (110-270 °C). Denna blandning filtreras sedan för att avlägsna den rest som kallas ”rödslam”.
Den filtrerade aluminiumoxidlösningen (aluminiumhydroxid) överförs eller pumpas sedan till utfällningstankar där den svalnar och börjar fröa. Dessa frön stimulerar en utfällningsprocess som gör att fasta aluminiumhydroxidkristaller bildas. All aluminiumhydroxid som sedimenterar på botten av tanken avlägsnas.
Den kvarvarande kaustiksodan tvättas bort från aluminiumhydroxiden, som genomgår olika nivåer av filtrering. Slutligen värms det upp för att fullständigt avlägsna överflödigt vatten. Efter att ha passerat genom ett kylsteg produceras det fina vita pulvret.
Bayer-processen sammanfattas i figur 1, som visar alla steg och vad som händer under varje steg.
Figur 1: Bayer-processen i sin moderna form (2017), eftersom avlägsnandestegen kiseldioxid och oxalat har lagts till i den ursprungliga Bayer-processen från 1892. Reproducerad från figur 3.1 (s. 51) i ref. 1.
Användningar av aluminiumoxid
Det mesta av den producerade aluminiumoxiden används för att bilda aluminiummetall. Syre katalyserar vanligtvis korrosion i en reaktion med aluminiummetallen. När den binds till syre för att bilda aluminiumoxid bildas dock en skyddande beläggning som förhindrar ytterligare oxidation. Detta ger ökad styrka och gör materialet mindre sårbart för försämring.
Industrier som använder aluminiumoxid är bland annat:
Medicinsk industri
På grund av aluminiumoxidens hårdhet, biotålighet och kemiska egenskaper är det ett föredraget material för lager i höftproteser, som proteser, bioniska implantat, proteser för ögonproteser, vävnadsförstärkningar, tandkronor, abutmenter, broar och andra tandimplantat. Det används också i laboratorieutrustning och verktyg som deglar, ugnar och andra laboratorieartiklar.
Militär- och skyddsutrustning
Aluminiumoxidens styrka och lätta egenskaper bidrar till att förbättra kroppspansar, som bröstplattor, samt fordons- och flygplanspansar, vilket är dess största marknad. Aluminiumoxid används också i skottsäkra fönster av syntetisk safir och i ballistik .
Elektrisk och elektronisk industri
Dess höga smält- och kokpunkter, förutom dess utmärkta termiska resistiva egenskaper, gör aluminiumoxid önskvärd vid tillverkning av isolering av högtemperaturugnar och elektriska isolatorer. Aluminiumoxidfilmer är också viktiga komponenter i mikrochipindustrin. Några av dess andra användningsområden är tändstiftsisolatorer, mikroelektriska substrat och isolerande kylflänsar.
Gemnadsindustrin
Aluminiumoxid är ett värdefullt element vid bildandet av rubiner och safirer. Dess kristallina form, korund, är grundämnet för dessa dyrbara ädelstenar. Rubiner har sin djupröda färg att tacka för kromföroreningar medan safirer får sina varierande färger från spår av järn och titan.
Industriella tillämpningar
Då aluminiumoxid är kemiskt inert används det som fyllmedel i plast, tegelstenar och andra tunga lergods, som t.ex. ugnar. På grund av sin extrema styrka och hårdhet används den ofta som slipmedel för sandpapper. Det är också ett ekonomiskt substitut för industridiamanter.
Aluminiumoxider används också för tillverkning av rörkomponenter som armbågar, tees, raka rör, hydrocykloner, reducerare, munstycken och ventiler. Andra användningsområden är tillverkning av olika bearbetningsverktyg, skärverktyg, termokopplingshöljen, slitstarka pumphjul och baffelplattor .
.