FEECO Innovation Center og Satisfactory Alumina

På FEECO Innovation Center evalueres testpartier af aluminiumoxid for at fastslå dets egnethed til specifikke anvendelser. Hvis det er muligt, forarbejdes materialet til et keramisk materiale, der opfylder specifikationerne for anvendelsen.

Aluminiumoxid kan gøre glasurer mere matte ved meget lave niveauer (mindre end 5%) ved at mindske krympningen på grund af kaolinindholdet og stabilisere glasursmelten.

Modstandsdygtighed over for slid

Cementmaterialers syrebestandighed afhænger af deres type og koncentration af sure medier samt den testmetode, der anvendes til at vurdere den.

Den seneste udvikling har været vidne til dramatiske fremskridt i den reologiske opførsel, hærdningsegenskaberne og de strukturelle egenskaber ved aluminiumoxidbaserede bindemidler. Dette kan tilskrives fremskridt i forståelsen af deres kemiske og fysiske dannelsesprocesser samt nye typer kulstoffattige aktivatorer med lavere miljømæssige fodaftryk end traditionelle fenoliske betonbindere.

Syrebestandighed er en kritisk egenskab ved AAB'er. Man skal dog huske, at syreresistens alene ikke afgør dens ydeevne; andre faktorer, herunder type og koncentration af anvendte syrer samt overfladetilstand af aggregater og selve aluminiumoxidet, påvirker alle ydeevnen.

Bauxitminer og -raffinaderier ligger ofte i tropiske klimaer, hvor parasitter, infektionssygdomme (f.eks. malaria og tuberkulose) og farlige/giftige dyr udgør en potentiel sygdomstrussel. Sikkerhedsproblemer på arbejdspladsen på disse steder omfatter støj, vibrationer, ergonomiske traumer og stænk af kaustisk soda på huden eller i øjnene samt støjovervågning for at vurdere respiratoriske, dermatologiske og kardiovaskulære sundhedsproblemer.

Bauxitmalm indeholder spor af uran (238U), thorium (232Th) og kalium (40K), som alle næsten udelukkende overføres til den faste reststrøm under raffinering (Bayer-processens materialer før udfældning, mudderrester, sandrester og aluminiumoxid). Positions- og personovervågning på Pinjarra-raffinaderiet i Vestaustralien har vist, at strålingsdoser i forbindelse med håndtering af disse restprodukter ligger under grænseværdierne for baggrundsstråling og derfor ikke burde udgøre en alt for stor eksponeringsrisiko for det personale, der håndterer dem.

Modstandsdygtighed over for syre

Aluminiumoxidindustrien anvender kemisk behandling for at opnå ren aluminiumhydroxid til smeltning. Bauxit er det vigtigste råmateriale og indeholder urenheder, som kan fjernes gennem fysisk forædling, men det giver ikke altid den ønskede kvalitet af aluminiumoxid, og det kræver yderligere kemikalier, når raffinaderierne forbedrer egenskaberne; slutprodukterne bruges til industrielle formål som ildfaste materialer og keramik. Aluminiumoxid har en høj densitet med en ikke-porøs overflade, der modstår væskeindtrængning og gasindtrængning udefra, hvilket gør det til en perfekt kandidat til brug som det vigtigste råmateriale til fremstilling af denne industri.

Densiteten af aluminiumoxid hænger direkte sammen med porøsiteten, som bestemmes af de tilstedeværende oxygenioner. Aluminiumoxid med færre oxygenioner har større densitet. Aluminiumoxid udviser også god syrebestandighed på grund af dets reaktion med hydroxidioner; på grund af denne egenskab fungerer det som hovedkomponent i blæsematerialer og ildfaste sten, ligesom det er afgørende for at skabe keramik af medicinsk kvalitet.

For at øge aluminas syrebestandighed kan det behandles med forskellige syrer for at ændre overfladen. Disse behandlinger ændrer både morfologi og kemisk sammensætning af keramiske partikler; for nylig blev prøver af medicinsk aluminiumoxid og zirkoniumoxid ætset med tre kombinationer af syrer i en undersøgelse; scanning-elektronmikroskopi observerede deres udseende, mens EDS-kortlægning gav indsigt i deres kemiske sammensætning.

Syreætsning kan være en farlig operation, så der skal tages alle forholdsregler for at beskytte medarbejderne mod at blive udsat for farlige kemikalier. Disse foranstaltninger omfatter brug af beskyttelsestøj og beskyttelsesbriller. Der udføres ikke rutinemæssige kviksølvtest på aluminiumsraffinaderier, fordi kviksølvniveauerne ligger langt under ACGIH's grænseværdi for erhvervsmæssig eksponering på 20 mg/g kreatinin i arbejdernes urinprøver.

Tæthed

Keramiske materialer af aluminiumoxid er meget velegnede til ekstreme servicemiljøer på grund af deres modstandsdygtighed over for slid, korrosion, varme og erosion. Teknisk aluminiumoxidkeramik er også fremragende varmeisolatorer med elektriske egenskaber, der giver høje dielektriske værdier (til konvertering af jævnstrømsfrekvenser til GHz-frekvenser). Desuden har alumina-keramik selvsmørende egenskaber og dimensionsstabilitet, hvilket gør dem til fremragende valg i miljøer med høj belastning.

Finkornet aluminiumoxid (Al2O3) har en fremragende formbarhed, der gør det velegnet til sprøjtestøbning, tørpresning, isostatisk presning, varmpresning, glidestøbning og glidestøbning. Fås med renhedsniveauer fra 94%, der egner sig til metallisering, til 99,8% til højtemperaturanvendelser, og det giver alsidighed, når man skaber produkter af alle slags.

Hærdede zirkonia-aluminiumoxidforbindelser er meget effektive keramiske materialer til ekstreme miljøer, herunder temperaturbestandighed, slidstyrke, slidstyrke og kemisk inerti. De bruges til fremstilling af pumpeforinger, ventilkomponenter, muffer, stempler, propper osv., og deres høje brudstyrke gør aluminiumoxidkeramik til et fremragende valg til præcisionsbearbejdningsprocesser.

Aluminiumoxid i blok- og pulverform kan bearbejdes ved hjælp af traditionelle grøn- og kiksbearbejdningsmetoder, mens den fulde fortætning kræver sintringsprocessen, som resulterer i betydelig krympning, der kræver diamantværktøjer til præcisionsbearbejdning. Aluminiumoxid bruges ofte som et økonomisk alternativ til stål i slibe- og skæreoperationer på grund af dets lave friktionskoefficient og holdbarhed; dette sænker driftsomkostningerne betydeligt.

Aluminiumoxid kan slukkes af mange væsker, herunder vand, alkoholer, syrer og glycerin - hvor sidstnævnte har de højeste koge- og nedbrydningspunkter af alle. Rent aluminiums lave opløselighed bidrager også til dets modstandsdygtighed over for kemisk korrosion, da det kan modstå stærke syrer og baser, men ikke vand.

Varmebestandighed

Aluminiumoxid med høj hårdhed er en kritisk egenskab i fremstillingsprocesserne, da dens styrke gør dem relativt energieffektive. Aluminiumoxidets hårdhed skyldes stærke bindinger mellem de tætpakkede krystallinske strukturer, som giver styrke og samtidig modstår brud. Det gør det til et af verdens hårdeste materialer; henholdsvis tre gange hårdere end rustfrit stål og fire gange så hårdt som siliciumcarbid.

Aluminiumsproducenter står i dag over for en af deres største udfordringer med at udvikle inerte anoder til industrielle aluminiumsreduktionsceller. Kobberanoder blev oprindeligt betragtet som egnede alternativer, men deres hurtige opløsning i elektrolyt kompromitterede frisk produceret aluminium og forurenede det hurtigt yderligere - kulstofanoder er fortsat de eneste levedygtige og praktiske løsninger, der er tilgængelige for dem.

En yderligere udfordring for aluminiumsproduktionen er at reducere energiforbruget. På nuværende tidspunkt bruger aluminiumsindustrien 13-11 kWh/kg Al i produktionen - det dobbelte af, hvad der burde være nødvendigt. Dette skyldes hovedsageligt kulfyrede kraftværker, der leverer det meste af denne energi. Et reduceret energiforbrug vil have positive miljø- og effektivitetsfordele, som vil bidrage til øget effektivitet i aluminiumsproduktionen.

Aluminiumoxid spiller en vigtig rolle i forbindelse med indfangning af hydrogenfluoridgas, der produceres i anodeceller. Aluminiumoxidpulver absorberer denne gas og fanger samtidig fluoridkondensater, såsom natriumtetrafluoraluminatpartikler (NaAlF4), som derefter vender tilbage til røgbehandlingsanlæg, før de vender tilbage til produktionscellerne til smeltning. Reduktion af HF-gasemissioner bidrager væsentligt til sikkerheden på både aluminiumsraffinaderier og i miner.

Hårdhed

Aluminiumoxidets høje hårdhed, overlegne styrke og modstandsdygtighed over for slag og slid gør det til et ideelt materiale til fremstilling af industriprodukter og maskiner. Desuden hjælper dets varmetætte egenskaber med at modstå høje temperaturer, der ofte findes i den ildfaste industri - hvor det bruges i processer som petrokemisk forarbejdning, affaldsforbrænding, cementproduktion og jern- og stålfremstilling.

Med en Mohs-hårdhed på 9 overgås aluminiumoxid kun af diamant, når det gælder hårdhed. Det kan modstå slid fra stålkugler samt slag fra håndvåben og mellemkalibrede kanoner, og dets hårdhed og holdbarhed gør det også velegnet som beskyttende pansermateriale.

Aluminiumoxid skiller sig ud fra andre materialer med sin hårdhed, kemiske inerti og modstandsdygtighed over for syreangreb ved at være modstandsdygtig over for orthophosphorsyre og flussyre samt mange andre. Desuden gør dets elektrisk isolerende egenskaber og renhed - op til 99% - det velegnet til elektroniske substrater og isolatorer.

ZTA (zirconia toughened alumina) er en legering, der er skabt ved at blande yttria-stabiliseret zirconia (YSZ) i en aluminiumoxidmatrix for at optimere dette materiales slidegenskaber. Ved at øge bøjningsstyrken, brudstyrken, slidstyrken og ældningsbestandigheden gør YSZ ZTA mindre tilbøjelig til at ældes over tid.

ZTA-keramiks slidstyrke er direkte forbundet med deres kornstruktur og partikelfordeling; for at opnå optimal ydeevne skal den bestå af finere korn med tætte strukturer, der fordeler partikelstørrelserne jævnt. Bøjningskapaciteten afhænger også i høj grad af kornstrukturen; tempereringen spiller en vigtig rolle, når bøjningsevnen skal optimeres, da den bestemmer bindingsstyrken mellem de enkelte korn.