Aluminiumoxid Aluminiumoxid

Aluminiumoxid, også kaldet alfa-aluminiumoxid, er et af de vigtigste materialer, der anvendes til fremstilling af teknisk keramik. Det er hårdt, slidstærkt og yder beskyttelse mod stærke syrer.

Korund har et ekstremt højt smeltepunkt og er lugtfri; den forekommer naturligt som korund (rød), rubin (lyserød) eller safir (blå). Dens krystalstruktur består af sekskantet pakkede iltioner, hvor kun to tredjedele af mellemrummene er udfyldt af aluminiumkationer.

Farve

Aluminiumoxid (Al₂O₃) er et hvidt, inaktivt fast stof, der er uopløseligt i vand og en amfotær forbindelse; det vil sige, at det reagerer med både syrer og baser. Aluminiumoxid har forskellige anvendelsesområder: fremstilling af metallisk aluminium, anvendelse som slibemiddel i keramik- og ildfast materialeindustrien, anvendelse som elektrisk isolator, katalysatorbærer eller elektrisk isolator i laboratorier samt som medium til kromatografisk analyse i kemilaboratorier; det kan endda blandes med silica for at danne aluminiumoxidhydrat eller kalcineret aluminiumoxid – begge anvendt i vid udstrækning inden for keramik, fremstilling af ildfaste materialer samt i industrielle kemiske anvendelser.

Korund, eller aluminiumoxid, er en udbredt krystallinsk form, der forekommer som både røde (rubin) og blå (safir) ædelstene. Korund forekommer naturligt som bauxit eller aluminiumhydroxidmineraler med urenheder såsom gibbsit, bøhmit og diaspore; det fungerer også som råmateriale til produktion af aluminiummetal og udvindes desuden som ædelstene med forskellige doteringsniveauer, hvilket resulterer i rubiner og safirer i forskellige farver afhængigt af doteringsniveauerne inden for krystallag, der ligger parallelt med planer indeholdende sekskantet tættest-pakkede iltlag, hvor kun to tredjedele indeholder aluminiumioner, der indtager disse mellemrum, mens de oktaedriske mellemrum er fyldt med aluminiumioner; sådanne strukturer gør korund velegnet som primært råmateriale til produktion af aluminium samt til produktion af udvundne ædelstene fra bauxit, der udvindes til bauxit, der udvindes til minedrift, da det er det primære råmateriale, råmateriale som udvundet ædelsten, udvundet ædelsten til minedrift, ædelstensproduktion samt ædelstensproduktion. Bauxit forekommer både som primært råmateriale til produktion og til udvinding af ædelsten, idet der inden for disse mineralers matricer, der indeholder indeslutninger af gibbsit, boehmit og diaspore, kan forekomme ædelsten, der produceres på grund af deres krystalstruktur med sekskantet tættest-pakkede iltioner i lag, der er parallelle, hvor kun to tredjedele af oktaederhulrummene er udfyldt i krystalstrukturen med to tredjedele oktaeder, mens produktion af mineraler og ædelsten fra dem udvindes, da disse materialer udvindes, fordi de indeholder urenheder, hvorimod bauxit også kan udvindes til ædelsten med kun totredjedele udvindes på grund af, at diaspore udvindes, og at diaspore, mens korund udvindes og også forekommer naturligt, uden at være til stede i lagene, der er parallelle med to-tredjedele af de oktaedriske mellemrum udfyldes i lag parallelt med oktaedrene med aluminiumioner, der holdes inden for hinanden, idet lagene fyldes ud i sin egen separate mineralisering i naturen, hvor kobbermetalproduktion, der forekommer inden for en aluminiummetalproduktion, også kan anvendes som primære råmaterialer, der produceres herfra, hvoraf to tredjedele kun udgør to- tredjedele udvindes til produktion af aluminiumsmetal som råmaterialer, der anvendes som minedriftmaterialer på grund af deres tilstedeværelse.

Aluminiumoxid får normalt en hvid farve, når det knuses til fint pulver; farvenuancen kan dog afhænge af partikelstørrelsen; mindre partikler spreder lyset i henhold til Rayleigh-modellen, hvilket giver isotrope resultater, mens større partikler spreder det i henhold til Mie-modellen, hvilket giver anisotrope resultater. Derfor er det afgørende at få et skøn over den gennemsnitlige partikelstørrelse i dit pulver.

Aluminiumoxids lave akutte og ringe kroniske toksicitet gør det til et ideelt materiale til medicinske anvendelser, herunder knoglecement og tandfyldninger. Desuden gør dets holdbarhed og hårdhed det velegnet til fremstilling af skudsikre ruder, skudsikre veste samt beskyttelsesplader til køretøjer og fly; dets lette vægt er også en fordel i denne sammenhæng, ligesom dets flammehæmmende egenskaber, der gør det muligt at fremstille beskyttelsesmaterialer med tyndere vægge. I kombination med andre materialer skaber aluminiumoxid lette kompositmaterialer, der overgår stålets egenskaber.

Renhed

Aluminiumoxid findes i forskellige renhedsgrader, som afspejles i stoffets farve: aluminiumoxid med høj renhed fremstår hvidt, mens varianter med lavere renhed kan fremstå brune. For at imødekomme forskellige anvendelsesbehov er det afgørende, at der vælges den optimale renhedsgrad; jo renere aluminiumoxidet er, desto bedre er dets ydeevne.

Aluminiumoxid af høj renhed, der anvendes i ildfaste materialer, fremstilles typisk ved hjælp af Bayer-processen ud fra rå bauxit. Bauxit formales til fint pulver og gennemgår derefter en yderligere kalcinering, inden der foretages en yderligere forædling for at opnå de krævede renhedsniveauer.

Korund, den krystallinske form af aluminiumoxid, anvendes ofte i ædelstene som rubiner og safirer for at give dem deres farve ved hjælp af dotering med andre metaller – en effektiv proces, der skaber smukke smykker fremstillet af korund! Aluminiumoxid som råmateriale gør det muligt at fremstille smukke smykker ved hjælp af andre forarbejdningsteknikker, der resulterer i udsøgte smykker.

Rent aluminiumoxid har en fremragende varmeledningsevne og er modstandsdygtigt over for både høje temperaturer og stærke syrer, hvilket gør det velegnet til industrielle petrokemiske processer, hvor der forekommer kontakt mellem oxidationsmidler og reduktionsmidler. Dets manglende reaktivitet gør det ligeledes velegnet til anvendelse.

Takket være sine fremragende egenskaber finder aluminiumoxid anvendelse i mange medicinske sammenhænge, såsom bioniske implantater og knogleproteser, samt i beskyttelsesudstyr som f.eks. skudsikre ruder af syntetisk safir og skudsikre veste. Desuden fungerer det som råmateriale til fremstilling af aluminiumoxidkeramik, der har talrige kommercielle anvendelsesmuligheder.

Aluminiumoxid anvendes i vid udstrækning som slibemateriale og som hovedbestanddel i sandpapir. Derudover anvendes det i kemisk syntese, f.eks. til fremstilling af metallisk aluminium, samt som katalysator ved fremstilling af brændselsceller. Aluminiumoxidpulver eller -røg kan forårsage irritation af hals og lunger ved indånding; forsøg med radioaktivt mærket aluminiumoxid viser imidlertid, at det hurtigt forsvinder fra rotternes og hamsternes lunger efter eksponering; hvilket tyder på, at deres lungeceller beskytter sig mod langvarig eksponering ved at indkapsle det i deres celler for at beskytte sig mod langvarig-varig indånding af ikke-irriterende stoffer ved at indkapsle det i deres celler længe nok til, at det akkumuleres i dem med henblik på opbevaring i cellerne for at beskytte sig mod irritation ved at indkapsle det i deres celler længe nok til at beskytte dem mod langvarig eksponering.

Hårdhed

Aluminiumoxid er et hårdt og holdbart materiale, der er modstandsdygtigt over for ridser og skæringer. Som en af hovedingredienserne i sandpapir sammen med siliciumdioxid har aluminiumoxid længe været anvendt til polering af cd’er og dvd’er samt til fremstilling af cd- og dvd-æsker. Aluminiumoxid indgår også i det pulverformige, slibende mineral aloxit, som findes på spidserne af billardkøer.

Korund, en naturligt krystallinsk form af aluminiumoxid med en hårdhed på 9 på Mohs-skalaen, anvendes som ædelsten, især rubiner og safirer, fordi de små urenheder i mineralet giver stenene deres farve. Desuden er korund et vigtigt råmateriale i fremstillingen af produkter af aluminium.

Smeltet aluminiumoxid anvendes i vid udstrækning inden for keramik, ildfaste materialer og pigmentproduktion til katalysatorbærere og pigmenter. Derudover fungerer det som brandhæmmende middel og røgdæmpende middel; det har et højt smeltepunkt og er modstandsdygtigt over for syreangreb.

Når det blandes med andre slibemidler, fremkommer der et ekstremt holdbart materiale med fremragende slidstyrke, og dets høje massefylde og elasticitetsmodul sikrer god styrke, stivhed samt korrosionsbestandighed.

PVC har stærke elektriske isoleringsegenskaber, en lav friktionskoefficient og modstandsdygtighed over for termiske stød.

Aluminiumoxid er årsagen til, at metallisk aluminium er modstandsdygtigt over for atmosfærisk korrosion. Der dannes hurtigt et lag af aluminiumoxid på enhver udsat overflade, som fungerer som et beskyttende skjold for metalkernen nedenunder. Anodisering kan øge dette lags tykkelse og forbedre dets egenskaber yderligere.

Det er konstateret, at plasmaelektrolytisk oxidation frembringer tætte nanokrystallinske Al₂O₃-belægninger med en hårdhed på op til 22 GPa. Amorf aluminiumoxid fremstillet ved denne metode er tykkere og mere stabilt end det, der kan opnås ved traditionelle metoder, da det modstår syreangreb mere effektivt end det, der fremstilles på andre måder; dets hårdhed kan endda ændres ved anvendelse af pulserende forspænding. Plasmaelektrolytisk oxidation fungerer også fremragende til fremstilling af tætte Al₂O₃-belægninger til brug i kulfyrede kraftværker, når de påføres ved hjælp af konventionelle teknikker; fremstilling af tykkere belægninger med en hårdhed på op til 22 GPa kan skabe større tykkelse til brug i brændstof- og røggasledninger til produktionsanlæg, der anvender andre teknikker end udelukkende traditionelle teknikker! Denne metode giver en betydeligt større tykkelse end konventionelle teknikker; der opnås en tykkere belægning end ved konventionelle teknikker; mere stabile end deres modstykker og modstandsdygtige over for syreangreb; hvilket gør fliser fremstillet af dette materiale egnede til montering i brændstof- og røggasledninger i kulfyrede kraftværker ved at fremstille fliser af dette materiale til installation i pulveriserede brændstofledninger i kulfyrede kraftværker, hvorfra denne kilde stammer. Dette materiale kan derefter anvendes til fremstilling af fliser, der monteres i røggasledninger i kulfyrede kraftværker, hvor der anvendes kul, samt i kulfyrede kraftværker, der har behov for sådanne fliser til montering i røggasledninger i kulfyrede kraftværker; røggasfliser fremstillet ved denne metode er tilgængelige herfra. Dette stof kan derefter anvendes på røggasledninger, der er fremstillet ved konventionelle metoder, hvilket er mindre besværligt, og røggasrørledninger, der modstår syreangreb mere pålideligt. Dette materiale modstår syreangreb bedre end røggasledninger fra disse kulfyrede kraftværker, der anvender pulveriseret brændsel, i røggasledninger anvendt i kulkraftværker, mens der fremstilles fliser ved hjælp af denne metode til kulfyrede kraftværker og røggasledninger samt røggasledninger til pulveriseret brændsel i kulkraftværker, der er fastgjort til kul.

Smeltepunkt

Aluminiumoxid (alumina), mere almindeligt kendt som bauxit, har et ekstremt højt smeltepunkt, hvilket gør det til et attraktivt materiale til fremstillingsformål. På grund af dets evne til at modstå ekstremt høje temperaturer anvendes aluminiumoxid (alumina) ofte i mange industrielle anvendelser, herunder produktionslinjer til keramik og slibemidler; derudover fungerer det som en beskyttende belægning på overflader, der kan komme i kontakt med sådanne temperaturer, såsom biomedicinske implantater og laboratorieudstyr.

Naturligt aluminiumoxid fremstilles ved smeltning af bauxit eller korund i en lysbueovn. Resultatet af denne smeltningsproces er grovkrystallinsk aluminiumoxid med forskellige niveauer af urenheder i form af titanoxid og jernoxid – disse urenheder giver aluminiumoxidet dets unikke ildfaste egenskaber, hvilket gør det til et fremragende materiale til foring af ovne og brændekamre i højtemperaturindustrier.

Aluminiumoxid (alumina) er uopløseligt i vand og har et ekstremt højt smeltepunkt, men reagerer ikke let med de fleste materialer; det reagerer dog kraftigt med ethylenoxid og reagerer eksotermt med halogenforbindelser, hvorved der dannes hydrogenchlorid- og fosgendampe, som kan være giftige, hvis de udsættes for stærke oxidationsmidler og klorerede gummiprodukter, der indeholder kloratomer. Derfor skal det holdes væk fra stoffer, der kan reagere med det, såsom stærke oxidationsmidler og klorerede gummiprodukter, som kan danne giftige klorhydrogendampe og giftige klorhydrogenemissioner fra kemiske halogenforbindelser, der indeholder kloratomer.

Ved formaling nedbrydes aluminiumoxidkrystallerne til mindre kornstørrelser, hvilket skaber brudflader med skarpe, pyramideformede kanter, der kan anvendes som skære- eller slibeværktøjer. Slibemidler af aluminiumoxid findes ofte i slibeskiver og sandpapir.

Aluminiumoxid er relativt ugiftigt og ikke-irriterende ved indånding; ved direkte hudkontakt kan det dog forårsage en allergisk reaktion. Undersøgelser med radioaktivt mærket aluminiumoxid har vist, at stoffet udskilles langsomt fra lungevævet via kroppens naturlige mekanismer.

Aluminiumoxids lave kogepunkt gør det til et attraktivt materiale til visse anvendelser, da det ikke smelter let i luft eller ved ekstreme temperaturer. Desuden er det et ideelt materiale til belægning af lithiumpartikler, der anvendes som positive elektroder i lithium-ion-batterier, for at hjælpe med at bevare deres form og forbedre energieffektiviteten.