الصيغة الكيميائية للألومينا

أكسيد الألومنيوم (الألومينا) هو مركب كيميائي غير عضوي يتكون من الألومنيوم والأكسجين ويوجد بشكل طبيعي في صورة معادن الكوراندوم أو البوكسيت.

الألومينا النقية هي أحد أكاسيد الألومنيوم العديدة والأكثر شيوعاً. ويحدث الإنتاج عن طريق الرشح من مناجم البوكسيت أو المحاليل المحتوية على الصودا الكاوية التي تحتوي على أكسيد الألومنيوم المائي.

الصيغة الكيميائية

Al2O3 هو الصيغة الكيميائية للألومينا. تتحد ذرتان من الألومنيوم مع ذرتين من الأكسجين لتكوين هذا المركب، الذي يوجد عادةً على شكل أكسيد الألومنيوم أو أكسيد الألومنيوم في شكله البلوري. الألومينا هو كاشف كيميائي غير عضوي له العديد من الاستخدامات الصناعية والتجارية التي تذوب بسهولة في كل من الأحماض والقواعد وتظهر على شكل مادة صلبة بيضاء ذات خصائص توصيل حراري ممتازة تجعلها مفيدة في العديد من مجالات الصناعة المختلفة. وتخدم الألومينا كلاً من احتياجات العزل الكهربائي مع كونها مادة توصيل حراري ممتازة تستخدم على نطاق واسع في المواد الخزفية بالإضافة إلى كونها عازل كهربائي في حد ذاتها! وهو مكوّن رئيسي في المواد الخزفية بالإضافة إلى خصائصه المتنوعة التي تجعل استخدامه منتشرًا في مختلف الصناعات - مما يجعل الألومينا كاشفًا كيميائيًا غير عضويًا له العديد من الاستخدامات في مختلف الصناعات على حد سواء!

يمكن استخلاص الألومينا من البوكسيت باستخدام عملية باير وتكريرها لإنتاج مواد عالية النقاء تُستخدم في تطبيقات الإلكترونيات والمواد المتقدمة. كما تعتمد المواد الحرارية التي تبطّن المعدات ذات درجات الحرارة العالية مثل الأفران والأفران على هذه المادة، في حين أن صلابتها تجعلها مادة كاشطة مهمة تستخدم لإنتاج منتجات مثل ورق الصنفرة وعجلات الطحن وأدوات القطع.

تشمل الأشكال الأخرى للألومينا الألومينا المنشطة وألومينا غاما، وكلاهما مجفف لإزالة الماء، مع بلورات سداسية الشكل. عند تسخين هذه الأشكال أثناء التكليس، تتحول هذه الأشكال إلى أشكال متعددة الأشكال؛ حيث تحدد بنيتها البلورية الفريدة ما إذا كانت تعمل أم لا.

ويمكن العثور على الألومينا في العديد من التطبيقات، بدءًا من كونها مادة كاشطة ومرشحًا ودعامة محفزة في بعض العمليات إلى استخدامها كمادة حرارية وعازلة، ومادة مضافة في السيراميك. وعلاوة على ذلك، غالبًا ما يتم دمجها في الطين لتحسين القوة والنفاذية كمادة مضافة، في حين أن الخلط مع جزيئات الزركونيا أو شعيرات كربيد السيليكون يحسن من صلابته.

يمكن العثور على الألومينا في العديد من المنتجات الاستهلاكية، من معجون الأسنان وأسمنت الأسنان إلى المواد الغذائية كمادة كاشطة أو مشتتة، فضلاً عن استخدامها في الإجراءات الطبية مثل غسيل الكلى. وكما هو الحال مع أي شكل من أشكال الغبار الناعم أو المسحوق الناعم للمادة، فإن استنشاقها يشكل ضررًا محتملاً للجهاز التنفسي.

الخصائص الفيزيائية

الألومينا (CaO3) مادة صلبة خاملة ذات خواص فيزيائية ممتازة. وتشمل هذه الخواص قوة إجهادها وإجهادها وشدها تحت الضغط والوزن. وتتميز الألومينا بقوة انضغاطية عالية جدًا مع انخفاض درجة انصهارها مما يسمح بتشكيلها في أشكال مختلفة لاستخدامات مختلفة. وبالإضافة إلى ذلك، لا تقوم الألومينا بتوصيل الكهرباء وتتميز بخصائص مقاومة حرارية ممتازة مما يجعلها مثالية لعزل الأفران أو تطبيقات طلاء شمعات الإشعال.

يمكن العثور على الألومينا بشكل طبيعي إما في صورة الكوراندوم أو البوكسيت واستخراجها باستخدام عملية باير لمزيد من التنقية، والتي تستخرج منها معادن هيدروكسيد الألومنيوم مثل الجيبوكميت والدياسبور والبوهميت والتيتانيا. ويُستخدم البوكسيت كمصدر رئيسي للألومينا النقية المستخدمة صناعياً كمادة كاشطة لورق الصنفرة وكذلك كعازل كهربائي ومادة داعمة للمحفزات في المواد الحفازة في المواد الحفازة للسيراميك الحرارية وأصباغ الطلاء بينما تحتوي أحجار الياقوت والياقوت الياقوت والياقوت الياقوتية ذات الجودة العالية على الحديد والتيتانيوم الذي يعطيها ألواناً فريدة من نوعها من الكميات الضئيلة الموجودة في تركيبها.

وتتميز الألومينا في الطور ألفا بالترابط الأيوني القوي بين الذرات المكونة لها، وهي ذات بنية شبكية ثلاثية برافيس غير منتظمة حيث تملأ كل ذرة ألومنيوم ثلثي الفواصل الثماني الأوجه وثلثها مملوء بأيونات الأكسجين - مما يجعل هذا الشكل أكثر الأشكال استقراراً. وتوجد أشكال بلورية أخرى أيضاً ولكن جميعها تعود إلى طور ألفا عند درجات حرارة مرتفعة لتعود مرة أخرى إلى كونها سيراميك ألومينا مستقر، والتي تمتلك خصائص ميكانيكية فائقة بكثافة تصل إلى 90% مستويات نقاء.

يتميز سيراميك الألومينا بمقاومة عالية للتآكل من الماء والأحماض والقواعد؛ فضلاً عن كونه شديد التحمل ضد التآكل من معظم المواد الكيميائية والمذيبات. وتتفوق مقاومتها للحرارة على معظم سيراميك الأكسيد؛ بل إنها في الواقع تتميز بأعلى قوة من بين جميع أنواع السيراميك الأخرى، كما أنها تتميز بالصلابة وأفضل خصائص العزل الكهربائي، ولا تتأثر بالأجواء الكبريتية، فضلاً عن عدم تأثرها بالصدمات الحرارية.

الاستخدامات

الألومينا (Al2O3) هي مادة حرارية متقدمة تنتمي إلى مجموعة أكسيد السيراميك التقني. تتميز هذه المادة بخصائص ميكانيكية وحرارية وكهربائية وكيميائية قوية، فضلاً عن كونها متينة للغاية وذات درجة انصهار عالية للغاية. ويشكل الشكل البلوري للألومينا من الكوراندوم الأساس للأحجار الكريمة مثل الياقوت والياقوت الأزرق والزمرد التي تأتي ألوانها من عناصر مثل الكروم أو الحديد في تركيبها المعدني؛ كما تُستخدم الألومينا أيضاً كمادة صقل ممتازة نظراً لتصنيفها في الصلابة من المستوى 8.

غالبًا ما يُستخدم السيراميك المُصنَّع هندسيًا المصنوع من الألومينا المترابطة في التطبيقات القاسية التي تتطلب مقاومة تآكل فائقة وثباتًا أعلى في درجات الحرارة وتوصيلًا حراريًا مقارنةً بالسيراميك القياسي. وعلاوة على ذلك، يوفر السيراميك المُصنَّع هندسيًا مقاومة أكبر ضد المواد الكيميائية والتآكل من المعادن الطبيعية مثل الفلسبار والسيليكا، مما يوفر مقاومة أكبر ضد المواد الكيميائية والتآكل من نظيراتها الطبيعية.

البوكسيت، الذي يحتوي على 30-55% Al2O3، هو المصدر الرئيسي للألومينا. ويتم استخراجه من الأرض ومعالجته من خلال عملية باير - إذابته في الصودا الكاوية قبل تصفيته لإزالة الشوائب - وينتج عن ذلك هيدرات الألومينا، والتي يمكن معالجتها كذلك لتكوين أكسيد الألومنيوم اللامائي.

يمكن طحن الألومينا اللامائية إلى أحجام جسيمات خشنة وناعمة لاستخدامها في الحراريات، حيث تملأ أحجام الجسيمات الدقيقة الفراغات بين الجسيمات الأكبر حجماً لتحسين الكثافة وتقليل المسامية. يمكن أيضًا دمج الألومينا مع المواد الخام المعدنية الزركونيا لتشكيل مركبات أدوات القطع؛ وعند خلطها مع المغنيسيا فإنها تنتج ألومينا شفافة تستخدم في مصابيح الشوارع ببخار الصوديوم.

يمكن العثور على الألومينا أيضًا في المزدوجات الحرارية التي تُستخدم لقياس درجات الحرارة القصوى عبر تأثير سيبيك. وتتكون المزدوجة الحرارية من سلكين معدنيين متصلين ببعضهما البعض ومعرضين لدرجة حرارة قصوى بينما يظل أحد السلكين محميًا بغلاف من الألومينا؛ وهذا يمنع تطور جهد كهربائي من شأنه أن يتداخل مع قراءة إشارات المزدوجة الحرارية. وتشمل الاستخدامات الأخرى للألومينا تصنيع الحراريات والمواد الكاشطة وعمليات التلميع وكذلك تصنيع الزيوليت وطلاءات التيتانيوم المستخدمة في طلاء الأصباغ الصبغية.

السلامة

يمكن العثور على الألومينا في العديد من التطبيقات، بدءًا من المواد الكاشطة والسيراميك، مرورًا بمركبات التلميع وأدوات التلميع ومركبات التلميع ومنتجات التلميع وآلات التلميع ومركبات التلميع والمواد المقاومة للحرارة. وتلعب الألومينا أيضاً دوراً أساسياً في الطلاءات المعدنية المقاومة للتآكل كطلاء على الركائز المعدنية وكذلك الأجهزة الإلكترونية مثل الترانزستورات أحادية الإلكترون وأجهزة التداخل الكمي فائقة التوصيل حيث تستخدم كطبقة عازلة بين طبقات السيليكون على ركائز الياقوت للترانزستورات أحادية الإلكترون كطبقة عازلة بين طبقات السيليكون المستخدمة على ركائز الياقوت التي تحتوي على السيليكون على ركائز الياقوت لتعزيز مقاومة التآكل بينما تعمل كعازل في الأجهزة الإلكترونية باستخدام المكونات الإلكترونية المجمعة على ركائز الياقوت وأجهزة التداخل الكمي فائقة التوصيل.

ولإنتاج الألومينا، يتم دمج البوكسيت المسحوق والمغسول مع الصودا الكاوية لتكوين ملاط ثم تسخينه إلى حوالي 530 درجة مئوية لتكوين محلول هيدروكسيد الألومنيوم، الذي يتم ضخه بعد ذلك في خزانات المرسب قبل بدء التفاعلات التي تسمح بنمو بلورات أكسيد الألومنيوم الصلبة وإزالتها في النهاية من المحلول عندما يصل سمكها إلى المستوى المناسب.

يجب على العمال الذين يتعاملون مع الألومينا استخدام معدات الوقاية الشخصية المناسبة، بما في ذلك النظارات والقفازات، وذلك لتجنب الحوادث أو الإصابات الناجمة عن التعامل معها بشكل غير صحيح. كما يجب عليهم معرفة أماكن وجود مرافق الطوارئ مثل محطات غسل العينين وحمامات السلامة وكذلك إجراءات التعامل مع الانسكابات أو الحرائق.

يجب أن يحافظ عمال الألومينا النشطين على بيئة عمل نظيفة وجافة ويجب أن يتجنبوا استنشاق جزيئات الغبار التي يمكن أن تسبب تهيج الرئة ومشاكل صحية أخرى، بما في ذلك التهاب الشعب الهوائية. ويشكل استنشاق الألومينا خطرًا خاصًا حيث يمكن أن يدخل من خلال مجاري الأنف والحنجرة ومن المحتمل أن يؤدي إلى التهاب القصبات الهوائية الصناعي المزمن والتليف الرئوي بمرور الوقت.

قد يتسبب التعرض للألومينا في الهواء في تهيج الجلد والتهاب الجلد. ولذلك، يجب على من يتعرضون لها غسل أيديهم فورًا بعد التعامل معها ويجب على من يتعاملون مع هذه المادة ارتداء جهاز تنفس لضمان السلامة من استنشاق جزيئاتها.

يجب تخزين الألومينا المنشطة في حاويات محكمة الغلق خالية من الرطوبة وبعيدة عن مصادر الهواء مثل المراوح وفتحات التهوية، وبعيداً عن المناطق التي يرتادها العمال الذين يستخدمون مواد كيميائية ذات خواص مشابهة مثل الأحماض والقلويات؛ ولا يجب الاحتفاظ بها بالقرب من هذه المواد، لأن ذلك قد يؤدي إلى امتصاصها وإنتاج غازات خطيرة.