Aluminiumoxid (alumina) er en uorganisk kemisk forbindelse bestående af aluminium og ilt, der forekommer naturligt som korund- eller bauxitmineraler.
Ren aluminiumoxid er en af flere aluminiumoxider og den mest almindeligt forekommende. Produktionen sker via udvaskning fra bauxitminer eller kaustisk sodaholdige opløsninger, der indeholder hydratiseret aluminiumoxid.
Kemisk formel
Al2O3 er den kemiske formel for aluminiumoxid. To aluminiumatomer kombineres med to oxygenatomer for at danne denne forbindelse, der almindeligvis findes som korund eller a-aluminiumoxid i sin krystalform. Aluminiumoxid er et uorganisk kemisk reagens med mange industrielle og kommercielle anvendelser, der let opløses i både syrer og baser og fremstår som et hvidt fast stof med fremragende varmeledningsegenskaber, der gør det nyttigt inden for mange forskellige områder af industrien. Aluminiumoxid tjener både elektriske isoleringsbehov og er samtidig et fremragende varmeledende materiale, der bruges i vid udstrækning i keramiske materialer, og som selv er en elektrisk isolator! Det er en vigtig komponent i keramiske materialer og har forskellige egenskaber, som gør det udbredt i alle brancher - hvilket gør aluminiumoxid til et uorganisk kemisk reagens med mange anvendelsesmuligheder på tværs af brancher!
Aluminiumoxid kan udvindes af bauxit ved hjælp af Bayer-processen og raffineres til et meget rent materiale, der bruges i elektronik og avancerede materialer. Ildfaste materialer, der beklæder højtemperaturudstyr som ovne, er også afhængige af dette materiale, mens dets hårdhed gør det til et vigtigt slibemiddel, der bruges til at fremstille produkter som sandpapir, slibeskiver og skæreværktøjer.
Andre former for aluminiumoxid omfatter aktiveret og gamma-aluminiumoxid, begge dehydreret for at fjerne vand, med sekskantede krystaller. Når disse former opvarmes under kalcinering, omdannes de til forskellige polymorfe former; deres unikke krystalstrukturer afgør, om de fungerer eller ej.
Aluminiumoxid har mange anvendelsesmuligheder, lige fra at være slibemiddel, filter og katalysatorstøtte i nogle processer til at fungere som ildfast materiale, isolator og tilsætningsstof i keramik. Desuden indgår det ofte i ler for at forbedre styrke og permeabilitet som tilsætningsstof, mens blanding med zirkoniumoxidpartikler eller siliciumcarbid whiskers forbedrer dets sejhed.
Aluminiumoxid findes i mange forbrugerprodukter, fra tandpasta og tandcement til fødevarer som slibemiddel eller dispergeringsmiddel, og det bruges også i medicinske procedurer som f.eks. hæmodialyse. Som med ethvert fint støv eller pulveriseret form af stoffet udgør indånding potentiel skade på åndedrætssystemet.
Fysiske egenskaber
Aluminiumoxid (CaO3) er et hårdt, inert materiale med fremragende fysiske egenskaber. Det gælder bl.a. dets spændings-, stræk- og trækstyrke under tryk og vægt. Aluminiumoxid har en meget høj trykstyrke, samtidig med at det har et lavt smeltepunkt, så det kan formes i forskellige former til forskellige formål. Derudover leder aluminiumoxid ikke elektricitet og har fremragende termiske modstandsegenskaber, hvilket gør det perfekt til ovnisolering eller belægning af tændrør.
Aluminiumoxid findes naturligt som enten korund eller bauxit og udvindes ved hjælp af Bayer-processen til yderligere raffinering, som udvinder aluminiumhydroxidmineralerne gibbsit, diaspore, boehmit og titania fra det. Bauxit er hovedkilden til ren aluminiumoxid, der bruges industrielt som slibemiddel til sandpapir samt som elektrisk isolator, katalysatorstøttemateriale i ildfaste materialer, keramik, katalysatorer, maling og pigmenter, mens safirer og rubiner af korund i ædelstenskvalitet ofte indeholder jern og titanium, som giver dem deres unikke nuancer på grund af de små mængder, der findes i deres sammensætning.
Alfa-fase-aluminiumoxid, der har stærke ionbindinger mellem sine bestanddele, har en uregelmæssig trigonal Bravais-gitterstruktur, hvor hvert aluminiumatom udfylder to tredjedele af et oktaedrisk mellemrum, og en tredjedel udfyldes af oxygenioner - hvilket gør denne form til den mest stabile form. Der findes også andre krystalformer, men alle vender tilbage til alfa-fasen ved forhøjede temperaturer og bliver igen til stabil aluminiumoxidkeramik, som har overlegne mekaniske egenskaber med tætheder på op til 90% renhedsniveauer.
Aluminiumoxidkeramik er meget modstandsdygtig over for korrosion fra vand, syrer og baser, og den er også meget holdbar over for slid fra de fleste kemikalier og opløsningsmidler. Deres ildfasthed overgår de fleste oxidkeramikker; faktisk har de den højeste styrke blandt dem alle, stivhed, de bedste dielektriske egenskaber, er upåvirkede af svovlholdige atmosfærer og er upåvirkede af termiske chok.
Anvendelser
Aluminiumoxid (Al2O3) er et avanceret ildfast materiale, der hører til oxidgruppen af teknisk keramik. Det har stærke mekaniske, termiske, elektriske og kemiske egenskaber og er meget holdbart med et ekstremt højt smeltepunkt. Korund-krystalformen af aluminiumoxid danner grundlag for ædelstene som rubiner, safirer og smaragder, hvis farver kommer fra elementer som krom eller jern i dets mineralsammensætning; aluminiumoxid fungerer også som et fremragende poleringsmateriale på grund af dets hårdhedsgrad på niveau 8.
Teknisk keramik fremstillet af bundet aluminiumoxid bruges ofte i barske anvendelser, der kræver overlegen slidstyrke, højere temperaturstabilitet og varmeledningsevne sammenlignet med standardkeramik. Desuden giver teknisk keramik større modstandsdygtighed over for kemikalier og slid end naturlige mineraler som feldspat og silica, hvilket giver mere modstandsdygtighed over for kemikalier og slid end deres naturlige modstykker.
Bauxit, som indeholder 30-55% Al2O3, er den vigtigste kilde til aluminiumoxid. Det udvindes af jorden og forarbejdes gennem Bayer-processen, hvor det opløses i kaustisk soda, inden det filtreres for at fjerne urenheder, hvilket giver aluminiumoxidhydrat, som kan forarbejdes yderligere til vandfri aluminiumoxid.
Vandfri aluminiumoxid kan males til både grove og fine partikelstørrelser til brug i ildfaste materialer, hvor fine partikelstørrelser udfylder hulrum mellem større partikler for at forbedre tætheden og reducere porøsiteten. Aluminiumoxid kan også kombineres med zirkoniumoxid-mineralråmaterialer for at danne kompositter til skæreværktøjer; når det blandes med magnesia, skaber det gennemsigtig aluminiumoxid, der bruges i gadelamper med natriumdamp.
Aluminiumoxid findes også i termoelementer, der bruges til at måle ekstreme temperaturer via Seebeck-effekten. Et termoelement består af to metaltråde, der er sat sammen og udsat for ekstreme temperaturer, mens den ene tråd er beskyttet af en kappe af aluminiumoxid; det forhindrer, at der udvikles et elektrisk potentiale, som ville forstyrre aflæsningen af termoelementets signaler. Andre anvendelser for aluminiumoxid omfatter fremstilling af ildfaste materialer og slibemidler og poleringsprocesser samt fremstilling af zeolitter og titaniumbelægninger, der bruges til at belægge pigmenter.
Sikkerhed
Aluminiumoxid findes i talrige anvendelser, fra slibemidler og keramik til poleringsmidler, poleringsværktøjer og poleringsmidler og poleringsprodukter, poleringsmaskiner, poleringsmidler og ildfaste materialer. Aluminiumoxid spiller også en vigtig rolle i korrosionsbestandige metalbelægninger som belægning på metalsubstrater samt elektroniske enheder som f.eks. enkeltelektroniske transistorer og superledende kvanteinterferensanordninger, hvor et isolerende lag mellem silicium på safirsubstrater til enkeltelektroniske transistorer som et isolerende lag mellem lag af silicium, der bruges på safirsubstrater, der indeholder silicium på safirsubstrater for at forbedre korrosionsbestandigheden, mens det fungerer som en isolator i elektroniske enheder, der bruger elektroniske komponenter samlet på safirsubstrater og superledende kvanteinterferensanordninger.
For at producere aluminiumoxid kombineres knust og vasket bauxit med kaustisk soda for at danne en opslæmning og opvarmes derefter til ca. 530 grader for at danne en aluminiumhydroxidopløsning, som derefter pumpes ind i udfældningstanke, før der igangsættes reaktioner, som gør det muligt for faste krystaller af aluminiumoxid at vokse og til sidst blive fjernet fra opløsningen, når dens tykkelse når et passende niveau.
Arbejdere, der håndterer aluminiumoxid, skal bruge passende personlige værnemidler, herunder briller og handsker, for at undgå ulykker eller skader forårsaget af forkert håndtering. De skal også vide, hvor nødfaciliteter som øjenskyllestationer og sikkerhedsbrusere findes, samt hvilke procedurer der skal følges ved spild eller brand.
Aktive aluminaarbejdere bør opretholde et rent og tørt arbejdsmiljø og undgå at indånde støvpartikler, der kan forårsage lungeirritation og andre helbredsproblemer, herunder bronkitis. Indånding af aluminiumoxid udgør en særlig risiko, da det kan trænge ind gennem næse- og svælgkanaler og potentielt føre til kronisk industriel bronkitis og lungefibrose over tid.
Luftbåren eksponering for aluminiumoxid kan forårsage hudirritation og dermatitis. Derfor bør de, der udsættes for det, vaske hænder straks efter håndtering, og de, der arbejder med dette materiale, bør bære åndedrætsværn for at undgå at indånde partiklerne.
Aktivt aluminiumoxid skal opbevares i forseglede beholdere, der er fri for fugt, væk fra luftkilder som ventilatorer og udluftninger og væk fra områder, hvor arbejdere bruger kemikalier med lignende egenskaber som syrer og baser; det bør ikke opbevares i nærheden af sådanne materialer, da det kan resultere i, at det absorberer dem og producerer farlige gasser.