أكسيد الألومنيوم الألومينا

يشكل أكسيد الألومنيوم (الألومينا) المادة الأساسية للعديد من السيراميك الصناعي. ويتميز بخصائص صلبة وهشة مع درجة انصهار عالية وموصلية كهربائية منخفضة وخصائص ثبات حراري استثنائية.

يتكون الكوراندوم في المقام الأول من أشكال بلورية معينية مستقرة من الألومينا (a-Al2O3) التي لها شكل بلوري مستقر يسمى الكوراندوم-الألومينا مع كميات ضئيلة من الكروم الذي يعطي لونه الأحمر المميز بينما يساهم الحديد والتيتانيوم في إعطاء درجات اللون الأزرق لأصناف الياقوت الأزرق ذات الجودة العالية مثل الياقوت الأزرق.

المعادن

تعتبر ألومينا أكسيد الألومنيوم مادة أساسية في إنتاج المعادن وتستخدم لإنتاج سبائك الألومنيوم المعدنية. ونظراً لنقطة انصهاره العالية وخصائصه الممتازة في المقاومة الحرارية، غالباً ما تستخدمه الأفران والسيراميك وبطانات الأفران. وتلعب ألومينا أكسيد الألومنيوم أيضاً دوراً أساسياً في إنتاج الدروع المدنية والعسكرية نظراً لقوتها وخصائصها خفيفة الوزن وخصائصها الباليستية.

يتم إنتاج أكسيد الألومنيوم (الألومينا) من خلال تكرير خام البوكسيت في مصفاة الألومينا. وتتم هذه العملية عادةً في مبانٍ كبيرة مستطيلة الشكل يمتد طولها إلى ما يقدر بكيلومتر واحد وتحتوي على مئات خلايا الاختزال المتصلة بالطاقة عبر كابلات كبيرة؛ وعند تجميعها معًا تنتج الكوراندوم أو أكسيد الألومنيوم كمنتج نهائي.

الكوراندوم هو أكثر أشكال أكسيد الألومنيوم انتشاراً ويأتي في المرتبة الثانية بعد الماس من حيث الصلابة. وتشمل أشكال الكوراندوم ذات جودة الأحجار الكريمة الياقوت والياقوت الأزرق التي تدين بألوانها الغنية إلى الشوائب النزرة مثل ذرات الكروم والحديد والتيتانيوم. يُستخدم الكوراندوم كعنصر رئيسي في أدوات القطع بالإضافة إلى العديد من المواد الكاشطة المستخدمة على أسطحه، كما توجد تطبيقات أخرى للكوراندوم.

تستخدم مصافي التكرير ألومينا أكسيد الألومنيوم كأساس للحراريات الصناعية المستخدمة في العمليات الكيميائية الحرارية والميكانيكية الحرارية المعقدة، مثل الإصلاح الحراري الذاتي لتحويل الهيدروكربون إلى غاز تخليقي (وقود تخليقي). ويوفر سيراميك الألومينا عالي النقاء خمولاً كيميائياً فائقاً مطلوباً للأداء الناجح لمثل هذه التطبيقات.

غالبًا ما تُستخدم الألومينا كمحفز في المصافي لتسهيل التفاعلات التي تحدث هناك، بما في ذلك تلك المتعلقة بإنتاج عنصر الكبريت عن طريق عملية كلاوس أو للكحوليات التي يتم تحويلها إلى ألكينات.

غالبًا ما تضاف الألومينا إلى منتجات الأسمنت والخرسانة لزيادة قوة شدها ومتانتها ومقاومتها للتآكل وكذلك مقاومتها للعوامل البيئية. كما يمكن إضافة الألومينا إلى المواد اللاصقة ومانعات التسرب من أجل زيادة قوة الترابط والمرونة والمقاومة ضد المواد الكيميائية؛ بالإضافة إلى ذلك تستخدم الألومينا على نطاق واسع في تصنيع غرسات الأسنان والأجهزة التعويضية.

اكسيد الالمونيوم

أكسيد الألومنيوم (المعروف أيضًا بصيغته الكيميائية Al2O3) هو مركب متعدد الأغراض له العديد من التطبيقات. وهو يُستخدم كمادة خام رئيسية في إنتاج الألومنيوم المعدني وكذلك السيراميك الصناعي؛ بالإضافة إلى أنه يمكن أن يوجد بشكل طبيعي في الأحجار الكريمة مثل الياقوت والياقوت الأزرق.

الكوراندوم هو أكسيد الألومنيوم ذو بنية معقدة سداسية متقاربة الأشكال ومتلاصقة الأجزاء وأيونات أكسجين وفيرة؛ حيث يملأ ثلثا هذه الأيونات الفراغات البينية الثماني الأوجه المتاحة، بينما تملأ الفراغات المتبقية أيونات Al3+ للارتباط مع الذرات الأخرى لتشكيل بنية متعادلة بدون كاتيونات موازنة الشحنة اللازمة لتثبيته.

يمكن العثور على الأكسيدوم الطبيعي في الصخور النارية والمتحولة والرسوبية. ومصدره الأساسي هو البوكسيت الذي ينتج مساحيق ألومينا عالية النقاء (>99.9% Al2O3)؛ ويمكن استخلاص الأكسيدوم باستخدام عملية باير من هذه المادة المصدرية؛ وتوجد رواسب رئيسية في أستراليا والبرازيل والهند وميانمار (بورما).

كما يستخدم الأكسيد الياقوت النقي على نطاق واسع كمادة كاشطة في البيئات الصناعية وخارجها، وخاصة كجزء من عمليات تصنيع الألومينا عالية النقاء. ونظرًا لصلابة سطحه ومتانته، غالبًا ما يشتمل الكوراندوم النقي على كميات صغيرة من الكربون وثاني أكسيد السيليكون وأكسيد المنجنيز لمقاومة التآكل الإضافية.

يمكن أيضًا استخدام الكوراندوم كمحفز. ويسمح امتصاص الماء والجزيئات القطبية الأخرى باستخدامه في كروماتوغرافيا الامتزاز؛ وبالإضافة إلى ذلك، فإن خصائصه الحفازة تمكنه من إزالة الكبريت من كبريتيد الهيدروجين وتجفيف الكحوليات وإيزومرة الأوليفينات.

يمكن أن تختلف الهياكل البلورية للكوراندوم اختلافًا كبيرًا بسبب الشوائب الموجودة في تركيبته، بما في ذلك العناصر البديلة التي تساهم في ألوان مختلفة. وتدين الياقوت والياقوت الأزرق بألوانها إلى كميات ضئيلة من أيونات Fe2+ وأيونات الكروم الموجودة داخلها، على التوالي.

الكوراندوم مادة مرنة للغاية يمكن تصنيعها بأشكال وأحجام مختلفة حسب الاستخدام. يتم تصنيعها للمنتجات الكاشطة وكذلك التطبيقات التي تتطلب مقاومة درجات الحرارة العالية وخصائص عزل كهربائي جيدة. كما يمكن من خلال تقنيات الربط والتشكيل إنتاج مادة ألومينا دقيقة الحبيبات ذات خصائص مقاومة تآكل فائقة تتمتع بخصائص مقاومة ممتازة للتآكل.

مثبطات اللهب

يمكن العثور على أكسيد الألومنيوم في العديد من التطبيقات كمثبط للهب وغالبًا ما يستخدم أيضًا كعازل على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) المستخدمة في المعدات الإلكترونية. وتوفر قدرة أكسيد الألومنيوم على منع تدفق التيار الكهربائي بين المكونات السلامة وعزل الأنظمة الكهربائية، بينما تقلل خصائصه العازلة من مخاطر حدوث ماس كهربائي ومخاطر تلف المنتج.

تنبع خصائص مثبطات اللهب من قدرتها على امتصاص الحرارة وإطلاقها ببطء، مما يساعد المنتجات على تجنب أن تصبح قابلة للاشتعال. ويجري التخلص التدريجي من استخدامه كبديل لمثبطات اللهب العضوية والمهلجنة بسبب تأثيرها السلبي على البيئة.

ثلاثي هيدروكسيد الألومنيوم، الذي يشار إليه عادةً باسم ATH، هو مثبط فعال للهب من هيدروكسيد الألومنيوم يستخدم على نطاق واسع اليوم. وهو يوفر بديلاً فعالاً للمواد الكيميائية المهلجنة التي تنبعث منها أبخرة سامة عند تكسيرها، فضلاً عن المشاكل البيئية التي تسببها عند التحلل. إن مركبات هيدروكسيدات الفلزات غير سامة وتتحلل إلى ماء وأكاسيد خاملة عند تسخينها؛ وعلاوة على ذلك فهي أكثر صداقة للبيئة من مركبات البروم العضوية مثل الإيثرات ثنائية الفينيل متعددة البروم (PBDE). وقد أصبحت هذه المركبات الدعامة الأساسية للمواد الكيميائية المثبطة للحرائق على مدى السنوات العديدة الماضية.

تخضع ألومينا أكسيد الألومنيوم للعديد من المعالجات أثناء إنتاجها لتعزيز قدراتها المثبطة للهب. يتم تطبيق السيلانات على سطحه لغربلة الجسيمات الخشنة وضمان توزيع حجم الجسيمات بشكل موحد؛ وهذا يساعد على تحسين التشتت مع مختلف المواد ويمكن أن يساعد في عمليات التشتت. وأخيراً، تزيد المعالجة بالصدمات الحرارية من قدرات مثبطات اللهب.

وبالإضافة إلى خصائص مثبطات اللهب، تُظهر مادة ATH ثباتًا تأكسديًا متميزًا يمكن أن يطيل عمر البوليمرات والمنتجات الأخرى التي تتلامس معها. وعلاوةً على ذلك، تساعد مقاومته للهجرة في ظروف التقادم المعتدلة الحرارة أو الرطوبة ومساحة السطح العالية على تحسين الخواص الميكانيكية عند خلطه في البوليمرات.

بلاستيك

والألومينا مادة خاملة تستخدم في صناعة الزجاج أو طلاء المعادن لعزلها عن الحرارة، كما يمكن صهرها وصبها في أشكال. ويمكن استخدام أكسيد الألومنيوم أيضاً كعازل حراري في الأفران وشمعات الإشعال، حيث أن درجة انصهاره العالية وثقله النوعي المنخفض وخصائصه الحرارية الحرارية تتيح إنتاج السيراميك.

يُعد السيراميك الصلب والخامل بيولوجيًا المادة المفضلة للمحامل في استبدال مفصل الورك وزراعة الأسنان وتقوية الأنسجة. وعلاوة على ذلك، يوجد السيراميك في الأجهزة الطبية مثل الركب الاصطناعية والدعامات وكذلك معدات المختبرات مثل أفران البوتقات وغيرها من الأدوات.

الكوراندوم هو شكل من أشكال أكسيد الألومنيوم والألومينا الموجود في الياقوت والياقوت الأزرق ذي الجودة العالية والألوان العميقة، مثل الياقوت والياقوت الأزرق من البرازيل وسريلانكا. ومع ذلك، لا تأتي ألوانها من أكسيد الألمنيوم النقي بل تحتوي بدلاً من ذلك على شوائب ضئيلة مثل الحديد أو التيتانيوم التي تعطي ألوانها ألوانها المميزة. ونظراً لصلابته يمكن تشكيله أيضاً في مواد كاشطة لأدوات القطع.

وبمجرد أن تذوب الألومينا في الماء، تتشكل مجموعات الهيدروكسيل التي تتفاعل مع البروتينات لزيادة قابليتها للبلل مقارنةً بالسبائك المعدنية المختلفة وتجعل الألومينا مرشحاً مثالياً كمادة طلاء واقية من التآكل. كما تُستخدم الألومينا في كثير من الأحيان كخليط طيني في الأفران من أجل إنتاج طلاءات زجاجية صلبة لاستخدامها كزخرفة خزفية ومعالجات بأكسيد الألومنيوم على مكونات الألومنيوم.

يُستخدم أكسيد الألومنيوم في إنتاج المواد الكاشطة والسيراميك وبعض المواد البلاستيكية. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن صهره وتشكيله لاستخدامه كعازل للأفران أو مصبوبات معدنية أو أغلفة للمزدوجات الحرارية (أدوات قياس درجة الحرارة). تعمل هذه الأدوات من خلال استخدام تأثير سيبيك: يتم ربط سلكين معدنيين بدرجات حرارة مختلفة في أحد طرفيهما بوصلات ملحومة قبل أن يتم توصيل طرفيهما الآخرين بقطعة من السيراميك أو الحراريات التي تمنع فقدان الحرارة من المعدن الأكثر برودة في الطرف الأكثر سخونة وبالتالي خلق فرق جهد كهربائي يمكن قياسه إلكترونياً باستخدام جهاز إلكتروني.