Oxid de aluminiu (alumină)

Oxidul de aluminiu, cunoscut în mod obișnuit sub denumirea de alfa-alumină, este unul dintre principalele materiale utilizate în producția de ceramică tehnică. Este dur, rezistent la uzură și oferă protecție împotriva acizilor puternici.

Corundul are un punct de topire extrem de ridicat și este inodor; se găsește în natură sub formă de corund (roșu), rubin (roz) sau safir (albastru). Structura sa cristalină este formată din ioni de oxigen dispuși hexagonal, doar două treimi din interstițiile sale fiind ocupate de cationi de aluminiu.

Culoare

Oxidul de aluminiu (Al₂O₃) este un solid alb, inert, insolubil în apă și un compus amfoter; ceea ce înseamnă că reacționează atât cu acizii, cât și cu bazele. Oxidul de aluminiu are diverse aplicații: producerea aluminiului metalic, utilizarea ca abraziv în fabricarea ceramicii și a materialelor refractare, utilizarea ca izolator electric, suport pentru catalizatori sau izolator electric în laboratoare și ca mediu pentru analiza cromatografică în laboratoarele de chimie; poate fi chiar amestecat cu silice pentru a forma hidrat de alumină sau alumină calcinată – ambele utilizate pe scară largă în producția de ceramică și materiale refractare, precum și în aplicații chimice industriale.

Corundul, sau oxidul de aluminiu, este o formă cristalină foarte cunoscută, care se găsește atât sub formă de pietre prețioase roșii (rubin), cât și albastre (safir). Corundul se găsește în natură sub formă de bauxită sau de minerale de hidrat de alumină, conținând impurități precum gibbsitul, boehmitul și diaspora; de asemenea, servește drept materie primă pentru producția de aluminiu metalic, fiind totodată exploatat ca pietre prețioase cu diverse niveluri de dopare, care dau naștere la rubine și safire de diverse culori, în funcție de nivelurile de dopare din straturile cristaline, în planuri paralele care conțin straturi de oxigen dispuse hexagonal cel mai strâns, doar două treimi dintre acestea conținând ioni de aluminiu care ocupă aceste interstiții, iar interstițiile octaedrice fiind umplute cu ioni de aluminiu; astfel de structuri fac ca corindonul să fie potrivit atât ca materie primă principală pentru producția de aluminiu metalic, cât și pentru producția de pietre prețioase extrase din bauxită, bauxită exploatată ca materie primă principală, precum și ca pietre prețioase extrase pentru producția de pietre prețioase. Bauxita se prezintă atât ca materie primă pentru producție, cât și ca sursă de pietre prețioase extrase, deoarece din matricea acestor minerale, care conțin incluziuni de gibbsit, boehmit și diaspor, pot apărea pietre prețioase datorită structurii lor cristaline de ioni de oxigen dispuși hexagonalîn straturi paralele, cu doar două treimi din interstițiile octaedrice umplute în structura cristalină cu două treimi de octaedri, în timp ce producția de minerale și de pietre prețioase extrase din acestea se realizează deoarece aceste materiale sunt extrase așa cum sunt, conținând impurități, pe când bauxita poate fi, de asemenea, exploatată pentru producția de pietre prețioase, doar două-treimi fiind extrase datorită extragerii diasporei, în timp ce corindonul este, de asemenea, extras și apare în mod natural, fără a fi prezent în straturile sale paralele cu două- treimi din interstițiile octaedrice fiind umplute în straturi paralele cu ioni de aluminiu care sunt reținuți în interiorul straturilor, formând o mineralizare separată în natură, unde producția de cupru metalic, care are loc în cadrul producției de aluminiu metalic, poate fi, de asemenea, utilizată ca materie primară principală, din care doar două treimi- treimi fiind extrase pentru producția de aluminiu metalic ca materii prime utilizate ca materiale miniere datorită ocupării.

Oxidul de aluminiu, atunci când este măcinat sub formă de pulbere fină, capătă de obicei o culoare albă; nuanța sa poate depinde însă de dimensiunea particulelor; particulele mai mici difuzează lumina conform metodei Rayleigh, care produce rezultate izotrope, în timp ce cele mai mari o difuzează conform regimului Mie, care produce rezultate anizotrope. Prin urmare, este esențial să se obțină o estimare a dimensiunii medii a particulelor din pulberea dumneavoastră.

Toxicitatea acută redusă și cea cronică ușoară a aluminei o fac un material ideal pentru aplicații medicale, inclusiv cimenturi osoase și plombe dentare. În plus, durabilitatea și duritatea sa o fac potrivită pentru fabricarea geamurilor antiglonț, a vestelor antiglonț și a scuturilor pentru vehicule sau aeronave; greutatea sa redusă reprezintă, de asemenea, un avantaj în acest proces, la fel ca și proprietățile sale ignifuge, care permit realizarea unor pereți mai subțiri la materialele de protecție fabricate cu ajutorul acesteia. În combinație cu alte materiale, alumina creează materiale compozite ușoare care depășesc performanțele oțelului.

Puritate

Alumina se găsește în diferite grade de puritate, care sunt indicate de culoarea sa: alumina cu un grad de puritate mai ridicat va avea o culoare albă, în timp ce varietățile cu un grad de puritate mai scăzut pot avea o culoare maro. Pentru a răspunde nevoilor diferitelor aplicații, este esențial să se aleagă un grad de puritate adecvat; cu cât alumina este mai pură, cu atât performanțele sale sunt mai bune.

Alumina de înaltă puritate utilizată în materialele refractare este produsă, de obicei, prin procedeul Bayer, pornind de la bauxită brută. Bauxita este măcinată până se obține o pulbere fină și apoi este supusă unei calcinații suplimentare, înainte de a se trece la rafinare, pentru a se atinge nivelurile de puritate necesare.

Corundul, forma cristalină a aluminei, este utilizat în mod obișnuit în pietrele prețioase precum rubinele și safirele pentru a le conferi culoarea prin dopare cu alte metale – un proces eficient care dă naștere unor bijuterii frumoase realizate din corund! Alumina, ca materie primă, permite crearea unor bijuterii frumoase prin alte tehnici de prelucrare, care au ca rezultat bijuterii de o frumusețe deosebită.

Alumina pură prezintă o conductivitate termică excelentă și este rezistentă atât la temperaturi ridicate, cât și la acizi puternici, ceea ce o face potrivită pentru procesele petrochimice industriale care implică contactul dintre agenți oxidanți și agenți reducători. De asemenea, caracterul său nereactiv o face potrivită pentru utilizare.

Datorită proprietăților sale excelente, alumina își găsește numeroase aplicații în domeniul medical, cum ar fi implanturile bionice și protezele osoase, precum și în echipamentele de protecție, cum ar fi geamurile antiglonț din safir sintetic și vestele antiglonț. În plus, aceasta servește drept materie primă pentru fabricarea ceramicii din alumină, care are numeroase utilizări comerciale.

Alumina este utilizată pe scară largă ca material abraziv și ca principal component al hârtiei abrazive. În plus, este folosită în sinteza chimică, de exemplu la producerea aluminiului metalic, precum și ca catalizator în prepararea pilelor de combustie. Pudra sau fumul de alumină pot provoca iritații ale gâtului și plămânilor în cazul inhalării; totuși, testele cu alumină marcată radioactiv arată că aceasta se elimină rapid din plămânii șobolanilor și hamsterilor după expunere; ceea ce sugerează că celulele lor pulmonare se protejează împotriva expunerii pe termen lung prin sechestrarea acesteia în interiorul lor, pentru a se proteja împotriva-termen la substanțe neiritante, precum substanțele neiritante, prin sechestrarea acesteia în interiorul celulelor lor pentru o perioadă suficient de lungă încât să se acumuleze în interiorul lor, în scopul stocării în celule, pentru a se proteja împotriva iritației prin sechestrarea acesteia în interiorul celulelor lor pentru o perioadă suficient de lungă încât să le protejeze împotriva perioadelor lungi de expunere.

Duritate

Alumina este un material dur și rezistent, care nu se zgârie și nu se taie ușor. Fiind unul dintre ingredientele principale ale hârtiei abrazive, alături de siliciu, alumina este utilizată de mult timp pentru lustruirea CD-urilor și DVD-urilor, precum și pentru fabricarea carcaselor acestora. De asemenea, alumina face parte din aloxitul, un mineral abraziv sub formă de pulbere, care se regăsește pe vârfurile tacurilor de biliard.

Corundul, o formă cristalină naturală a oxidului de aluminiu cu o duritate de 9 pe scara Mohs, este utilizat ca material pentru pietre prețioase, în special pentru rubine și safire, deoarece impuritățile sale în cantități infime le conferă nuanța caracteristică. În plus, corundul reprezintă o materie primă esențială în fabricarea produselor din aluminiu metalic.

Alumina topită este utilizată pe scară largă în industria ceramică, a materialelor refractare și în producția de pigmenți, fiind folosită ca suport pentru catalizatori și ca pigment. În plus, acționează ca agent ignifug și de reducere a fumului; are un punct de topire ridicat și este rezistentă la atacul acid.

Amestecarea acestuia cu alte materiale abrazive dă naștere unui material extrem de dur, cu o rezistență excelentă la uzură, iar densitatea sa ridicată și modulul de elasticitate îi conferă o rezistență bună, rigiditate și, de asemenea, rezistență la coroziune.

PVC-ul asigură o izolație electrică puternică, având un coeficient redus de frecare și proprietăți de rezistență la șocuri termice.

Oxidul de aluminiu este responsabil pentru rezistența aluminiului metalic la coroziunea atmosferică. Pe orice suprafață expusă se formează rapid un strat de alumină, care acționează ca un scut de protecție pentru miezul metalic de dedesubt. Anodizarea poate spori și mai mult grosimea și proprietățile acestui strat.

S-a constatat că oxidarea electrolitică cu plasmă produce acoperiri dense de Al₂O₃ nanocristalin cu o duritate de până la 22 GPa. Alumina amorfă obținută prin această metodă este mai groasă și mai stabilă decât cea obținută prin metodele tradiționale, deoarece rezistă mai eficient la atacul acid decât cea obținută prin alte mijloace; duritatea sa poate fi chiar modificată prin aplicarea unei tensiuni de polarizare pulsată. Oxidarea electrolitică cu plasmă funcționează, de asemenea, excelent pentru crearea de acoperiri dense de Al₂O₃ destinate utilizării în interiorul centralelor electrice pe cărbune atunci când sunt aplicate prin tehnici convenționale; producerea de acoperiri mai groase, cu o duritate de până la 22 GPa, poate genera o grosime mai mare pentru utilizarea în interiorul conductelor de combustibil și al conductelor de gaze de ardere pentru instalațiile de producție care utilizează alte tehnici decât doar cele tradiționale! Această metodă generează straturi mult mai groase decât tehnicile convenționale; creând straturi mai groase decât cele obținute prin tehnici convenționale; mai stabile decât omoloagele lor și rezistente la atacul acid; ceea ce face ca plăcile realizate din acest material să fie potrivite pentru montarea în interiorul conductelor de combustibil și de gaze de ardere din centralele electrice pe cărbune, prin producerea de plăci din acest material destinate instalării în conductele de combustibil pulverizat din centralele electrice pe cărbune, de unde provine această sursă. Acest material ar putea fi apoi utilizat pentru producerea de plăci montate în interiorul centralelor electrice pe cărbune, precum și în centralele electrice pe cărbune care necesită astfel de plăci; plăcile realizate prin această metodă sunt disponibile de la aceste surse. Această substanță ar putea fi apoi utilizată pe conductele de gaze de ardere realizate prin metode convenționale, fiind mai puțin susceptibilă la atacurile acide și oferind o rezistență mai fiabilă la aceste atacuri. Acest material rezistă la atacurile acide mai bine decât conductele generate de aceste centrale electrice pe bază de cărbune, care utilizează combustibil pulverizat în conductele de gaze de ardere din centralele electrice pe cărbune, utilizate în cadrul centralelor electrice pe cărbune, în timp ce se produc plăci folosind această metodă de generare a centralelor electrice pe cărbune și a conductelor de gaze de ardere, precum și a conductelor de combustibil pulverizat/gaze de ardere ale centralelor electrice pe cărbune, montate pentru cărbune.

Punctul de topire

Oxidul de aluminiu (alumina), cunoscut mai ales sub denumirea de bauxită, are un punct de topire extrem de ridicat, ceea ce îl face un material atractiv pentru aplicații industriale. Datorită capacității sale de a rezista la temperaturi extrem de ridicate, oxidul de aluminiu (alumina) este utilizat frecvent în numeroase aplicații industriale, inclusiv în liniile de producție de ceramică și abrazivi; în plus, acesta servește ca strat de protecție pe suprafețele susceptibile de a intra în contact cu astfel de temperaturi, cum ar fi implanturile biomedicale și echipamentele de laborator.

Alumina naturală se obține prin topirea bauxitei sau a corundului într-un cuptor cu arc electric. Rezultatul acestui proces de topire este o alumină cu cristale grosiere, care conține diferite niveluri de impurități de oxid de titan și oxid de fier – aceste impurități conferă aluminei proprietățile sale refractare unice, făcând-o un material excelent pentru căptușirea cuptoarelor și a furnalelor din industriile care funcționează la temperaturi ridicate.

Oxidul de aluminiu (alumina) este insolubil în apă și are un punct de topire extrem de ridicat, dar nu reacționează ușor cu majoritatea materialelor; cu toate acestea, reacționează puternic cu oxidul de etilenă și reacționează exoterm cu compușii halogenați, generând vapori de clorură de hidrogen și fosgen, care pot fi toxici în cazul expunerii la oxidanți puternici și la produse din cauciuc clorurat care conțin atomi de clor. Prin urmare, trebuie ținut la distanță de substanțele care ar putea reacționa cu acesta, cum ar fi oxidanții puternici și produsele din cauciuc clorurat, care ar putea produce vapori toxici de clorură de hidrogen și emisii toxice de clorură de hidrogen provenite din compuși chimici halogenați care conțin atomi de clor.

Prin procesul de mărunțire, cristalele de alumină sunt reduse la dimensiuni mai mici ale granulelor, creând fațete de fractură cu margini ascuțite în formă de piramidă, care pot fi utilizate ca unelte de tăiere sau de șlefuire. Abrazivii din alumină se regăsesc frecvent în discurile de șlefuire și în hârtia abrazivă.

Alumina este relativ netoxică și neiritantă în cazul inhalării; cu toate acestea, în cazul contactului direct cu pielea, poate provoca o reacție alergică. Studiile cu substanțe radiomarcate privind inhalarea aluminei au demonstrat eliminarea lentă a acesteia din țesutul pulmonar prin mecanismele naturale ale organismului.

Punctul de fierbere scăzut al aluminei o face un material atractiv pentru anumite aplicații, întrucât nu se topește ușor în aer sau la temperaturi extreme. În plus, aceasta constituie un material ideal pentru acoperirea particulelor de litiu utilizate ca electrozi pozitivi în bateriile cu ioni de litiu, contribuind la menținerea formei acestora și la îmbunătățirea eficienței energetice.