Aluminiumoksid, også kjent som alumina, er en kjemisk forbindelse med formelen Al2O3

Aluminiumoksid (ofte kalt "alumina") er en aluminiumforbindelse med formelen Al2O3. Det er en av flere ildfaste aluminiumoksidforbindelser. Naturlig forekommende som polymorfe korundkrystaller som gir rubiner og safirer av edelstenskvalitet.

Bauksitt er den viktigste kilden til alumina. Dette harde, inerte materialet finnes i industriell keramikk og brukes også som slipemiddel. Ved å reagere med syrer og baser dannes en aluminatløsning.

Hva er alumina?

Aluminiumoksid (Al2O3) er en kjemisk forbindelse med formelen Al2O3. Dette hvite eller nesten fargeløse krystallinske stoffet forekommer naturlig som edelstener av korundkvalitet (rød for rubiner og blå for safirer) samt i topas, ametyst og kvartsmineraler. Aluminiumoksid kan også produseres industrielt ved å bryte bauksitt - en sedimentær bergart som er rik på aluminiummineraler - og deretter bruke den utvunnede aluminaen (eller alun) til fremstilling av aluminiummetall og andre anvendelser.

Ren aluminiumoksid har mange bruksområder, fra bruk som slipemiddel og ildfast materiale på grunn av det høye smeltepunktet og den gode elektriske ledningsevnen, til å fungere som en atmosfærisk barriere og beskytte metallisk aluminium mot forvitring ved at det reagerer med atmosfærisk oksygen og danner et beskyttende passiviseringslag av ren aluminiumoksid over overflaten.

Aluminiumoksid er en populær ingrediens i keramikk på grunn av sin utmerkede varmeledningsevne og lave utvidelseskoeffisient. I tillegg gjør aluminiumoksidets svært porøse sammensetning det mulig å gjøre det enda mer porøst ved å tilsette zirkoniumoksid eller silisiumkarbid - noe som gjør aluminiumoksid til et attraktivt valg for bruk i ovnsforinger, som for eksempel ovnsforinger.

Aluminas viktigste rolle er å produsere aluminium, et viktig metall i overgangen til en grønn økonomi. I tillegg til aluminiumproduksjon er alumina også mye brukt som ingrediens i keramikkproduksjon og katalysatorstøttesystemer.

På grunn av det lave smeltepunktet og den utmerkede elektriske ledningsevnen er aluminiumoksid mye brukt som isolasjonsmateriale. Egenskapene gjør det dessuten verdifullt for bruk ved svært høye temperaturer i moderne høyteknologiske ovner.

Aluminiumoksid kan også brukes til andre industrielle formål, blant annet som slipemateriale på grunn av sin hardhet og styrke. Den økte styrken gjør det dessuten nyttig i glassproduksjon for å øke styrken samtidig som det forhindrer sprekkdannelser; dessuten fungerer det som hovedkomponent i sandpapir og er en rimelig erstatning for industridiamanter; på grunn av den gode slitestyrken brukes det til og med som slipe- og skjæreverktøy.

Hva er den kjemiske formelen for alumina?

Al2O3 er den kjemiske formelen for alumina. Dette amfotere stoffet kombinerer to oksygenatomer i en tetraedrisk struktur som gjør det motstandsdyktig mot både syre og baser, noe som gjør alumina egnet for mange industrielle og kommersielle bruksområder.

Konstruert keramikk, eller avansert eller teknisk keramikk, bruker aluminiumoksid som en av sine viktigste ingredienser. En slik alumina-zirkoniumoksid-kompositt har utmerket slagfasthet og seighet ved høye temperaturer - den er fremstilt ved å blande like proporsjoner av begge ingrediensene, mellom 10%-40% av hver; denne blandingen blir deretter raskt slukket på tynne plater for å opprettholde den tetragonale fasestrukturen.

Alumina kan produseres fra ulike kilder, men det meste av aluminaen utvinnes fra en malm som kalles bauksitt gjennom Bayer-prosessen. Dette innebærer at malmen løses opp i en løsning av natriumhydroksid ved svært høye temperaturer for å sikre at all aluminaen løses fullstendig opp.

Aluminiumoksid transporteres til aluminiumsverk for elektrolyse til aluminiummetall, og gjenværende aluminiumoksid kalles "kalsinert" aluminiumoksid og brukes til å lage ulike typer keramikk og ildfaste materialer - tennpluggisolatorer, integrerte kretspakker, beinimplantater og tennpluggisolatorer er bare noen eksempler. Sandpapir og slipeskiver laget av dette materialet spiller også en viktig rolle, sammen med ildfaste foringer i industriovner som er laget av dette stoffet. I militæret brukes aluminiumoksid også til pansring som tåler støt fra .50-kaliberkuler.

Aluminiumoksid kan også brukes til å produsere slipemidler. En vanlig form produseres ved å blande det med silisiumkarbid eller zirkoniumoksid for å øke hardheten og motstanden mot slitasje. Denne blandingen av aluminiumoksid og zirkoniumoksid har utmerkede egenskaper for bruk i tøffe miljøer, inkludert de som finnes under maskinering; den tetragonale strukturen tåler støt og vibrasjoner som ville deformere tradisjonelle slipemidler.

Hva er strukturen til alumina?

Aluminiumoksid er et av de hardeste keramiske materialene som finnes, og det er kjent for sin eksepsjonelle slitestyrke, termiske stabilitet og kjemiske inertitet. Alumina har lenge vært brukt som basis for katalysatorer for autotermisk reformering, og det er også mye brukt i applikasjoner som krever høye temperaturer med minimal friksjon, for eksempel glidelager og tetningsringer.

Struktur. Alumina kan beskrives som et forvrengt, tettpakket heksagonalt gitter bestående av oksygenanioner arrangert som sekssidige oktaeder med aluminiumkationer bundet til oksygenanionene på 2/3 av sidene, og Al3+-ioner som frastøter hverandre og etterlater mange tomme oktaeder, noe som bidrar til den høye kinetiske energien og varmeledningsevnen.

Produksjonen av aluminiummetall begynner med utvinning av alumina fra bauksitt, som finnes i matjord fra tropisk laterittjord. Utvinning og raffinering skjer vanligvis ved hjelp av Bayer-prosessen, som innebærer at aluminaen løses opp i kaustisk soda ved 150-250 °C og 20 atm trykk, og deretter filtreres for å produsere rødt slam som senere males til pulverform for produksjon av aluminiummetall.

Malet aluminiumoksid raffineres og males videre til krystaller i mikrometerstørrelse før det kalsineres for å produsere rent aluminiumoksid som råmateriale for produksjon av aluminiummetall og teknisk keramikk.

Alumina har mange bruksområder i industrien, fra sliping og polering av metaller til produksjon av ildfast leire og teknisk keramikk. På grunn av sin slitestyrke og holdbarhet har aluminiumoksidkeramikk blitt en viktig del av ovnsforinger, ovnforinger, fiberisolasjonskomponenter og isolasjonsprodukter som brukes i kraftproduksjons- og overføringsutstyr, på grunn av sitt lave dielektriske tap og sin høye temperaturytelse.

Aluminiumoksid kan også brukes i glassproduksjon, der gjennomsiktig aluminiumoksidkeramikk brukes som gassbeholdere i høytrykks natriumdamplamper, samtidig som det er mye brukt i infrarøde deteksjonsvinduer.

Hvilke egenskaper har aluminiumoksid?

Aluminiumoksid (alumina) er en ekstremt nyttig teknisk keramikk på grunn av sine mange fordelaktige egenskaper, noe som gjør den til en av de mest brukte tekniske keramikkene. Aluminiumoksid har eksepsjonell mekanisk styrke, hardhet og slitestyrke. I tillegg er det kjemisk inert og forhindrer korrosjon i de fleste miljøer, samtidig som det finnes i ulike kvaliteter som passer til ulike bruksområder.

Høyrene former for aluminiumoksid brukes til en rekke høyteknologiske bruksområder, blant annet laserkomponenter, elektrooptiske enheter, instrumenter for strømningsmåling og sensorer. I tillegg brukes de til røntgenutstyr og applikasjoner der renhet og dimensjonsstabilitet er avgjørende, samt andre bruksområder der renhet og dimensjonsstabilitet er avgjørende. Andre typer aluminiumoksid kan også brukes industrielt, for eksempel til slipeskiver eller sandpapir.

På grunn av den sekskantede plasseringen av oksygenatomene har aluminiumoksid en bemerkelsesverdig elektrisk og termisk ledningsevne, noe som gjør det til et utmerket materiale for elektrisk isolasjon og oppvarming. Alumina brukes ofte i keramiske kondensatorer, tennplugger og integrerte kretspakker, samt til produksjon av ildfaste foringer til industriovner.

Aluminiumoksid skiller seg ut som et ekstremt slitesterkt materiale på grunn av sin evne til å motstå høye temperaturer. Mens metaller ofte svekkes ved høye temperaturer, forblir aluminiumoksid sterkt på grunn av sin lave varmeutvidelseskoeffisient - noe som betyr at atomene beveger seg sakte når de varmes opp.

På grunn av denne egenskapen er aluminiumoksid svært motstandsdyktig mot korrosjon i ulike miljøer, inkludert syrer, baser og saltløsninger ved høye temperaturer. Dette gjør aluminiumoksid til et ideelt materialvalg for bruksområder der det kan forekomme kjemikalier.

Det meste av aluminaen utvinnes fra bauksitt, en sedimentær bergart som inneholder store mengder aluminium. Bauksitt utvinnes i dagbrudd over hele verden, før den behandles gjennom Bayer-prosessen (først utviklet for slipemiddelindustrien på begynnelsen av 1900-tallet) for å skille ut aluminium fra mineralformene. Deretter produseres aktiverte, smelteverks- og kalsinerte kvaliteter som brukes i ulike industrielle prosesser, blant annet galvanisering av overflater, avgrading og avskalling, støping og sliping av mineraler og glasskrystaller.