Aluminiumoxid Tonerde

Aluminiumoxid (Tonerde) bildet das Kernmaterial für viele Industriekeramiken. Es hat harte, spröde Eigenschaften, einen hohen Schmelzpunkt, eine niedrige elektrische Leitfähigkeit und außergewöhnliche thermische Stabilität.

Korund besteht hauptsächlich aus stabilen rhomboedrischen Kristallformen von Aluminiumoxid (a-Al2O3), das eine stabile kristalline Form hat, die Korund-Aluminiumoxid genannt wird, mit Spuren von Chrom, das seinen charakteristischen roten Farbton liefert, während Eisen und Titan blaue Saphirtöne für blaue Saphir-Edelsteinqualitäten wie Rubine beisteuern.

Metalle

Aluminiumoxid ist ein wesentlicher Werkstoff in der Metallherstellung und wird zur Herstellung von Aluminium-Metall-Legierungen verwendet. Aufgrund seines hohen Schmelzpunkts und seiner ausgezeichneten Wärmebeständigkeit wird es häufig für Öfen, Keramik und Ofenauskleidungen verwendet. Aluminiumoxid spielt aufgrund seiner Festigkeit, seines geringen Gewichts und seiner ballistischen Eigenschaften auch eine wichtige Rolle bei der Herstellung von zivilen und militärischen Panzern.

Aluminiumoxid (Tonerde) wird durch die Raffination von Bauxiterz in einer Tonerderaffinerie hergestellt. Dieser Prozess findet in der Regel in großen rechteckigen Gebäuden statt, die sich über eine Länge von schätzungsweise einem Kilometer erstrecken und Hunderte von Reduktionszellen enthalten, die über große Kabel mit dem Stromnetz verbunden sind und bei deren Kombination Korund oder Aluminiumoxid als Endprodukt entsteht.

Korund ist die am weitesten verbreitete Form von Aluminiumoxid und steht in Bezug auf die Härte an zweiter Stelle nach dem Diamanten. Zu den edelsteinähnlichen Formen von Korund gehören Rubine und Saphire, die ihre satten Farben Spuren von Verunreinigungen wie Chrom-, Eisen- und Titanatomen verdanken. Korund dient als Hauptbestandteil von Schneidewerkzeugen und zahlreichen Schleifmitteln, die auf seinen Oberflächen verwendet werden; es gibt aber auch noch andere Anwendungen für Korund.

In Raffinerien wird Aluminiumoxid als Basis für industrielle feuerfeste Materialien verwendet, die in komplexen thermochemischen und thermomechanischen Prozessen zum Einsatz kommen, z. B. bei der autothermen Reformierung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Synthesegas (Synthesebrennstoff). Hochreine Aluminiumoxidkeramiken bieten eine hervorragende chemische Inertheit, die für die erfolgreiche Durchführung solcher Anwendungen erforderlich ist.

Tonerde wird häufig als Katalysator in Raffinerien eingesetzt, um die dort stattfindenden Reaktionen zu erleichtern, u. a. bei der Herstellung von elementarem Schwefel nach dem Claus-Verfahren oder bei der Umwandlung von Alkoholen in Alkene.

Tonerde wird häufig Zement- und Betonprodukten zugesetzt, um ihre Zugfestigkeit, Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit sowie ihre Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse zu erhöhen. Tonerde kann auch Klebstoffen und Dichtungsmitteln zugesetzt werden, um die Haftfestigkeit, Elastizität und Chemikalienbeständigkeit zu erhöhen; außerdem wird sie häufig bei der Herstellung von Zahnimplantaten und Prothesen verwendet.

Korund

Aluminiumoxid (auch bekannt unter seiner chemischen Formel Al2O3) ist eine universell einsetzbare Verbindung mit zahlreichen Anwendungen. Es dient als wichtiger Rohstoff für die Herstellung von metallischem Aluminium und Industriekeramik; außerdem kann es auch in der Natur in Form von Edelsteinen wie Rubinen und Saphiren vorkommen.

Korund ist ein Aluminiumoxid mit einer komplizierten hexagonalen, dicht gepackten Struktur und reichlich Sauerstoffionen, von denen zwei Drittel die verfügbaren oktaedrischen Zwischenräume ausfüllen, während der verbleibende Raum von Al3+-Ionen für die Bindung mit anderen Atomen ausgefüllt wird, um eine neutrale Struktur ohne ladungsausgleichende Kationen zu bilden, die für seine Stabilisierung erforderlich sind.

Natürlicher Korund kommt in magmatischen, metamorphen und sedimentären Gesteinen vor. Seine wichtigste Quelle ist Bauxit, aus dem hochreine Aluminiumoxidpulver (>99,9% Al2O3) gewonnen werden; aus diesem Ausgangsmaterial kann Korund nach dem Bayer-Verfahren gewonnen werden; größere Vorkommen gibt es in Australien, Brasilien, Indien und Myanmar (Birma).

Reiner Korund wird auch häufig als Schleifmittel in der Industrie und darüber hinaus verwendet, insbesondere als Teil von Herstellungsverfahren für hochreines Aluminiumoxid. Aufgrund seiner harten und haltbaren Oberfläche enthält reiner Korund oft geringe Mengen an Kohlenstoff, Siliziumdioxid und Manganoxid für zusätzliche Verschleißfestigkeit.

Korund kann auch als Katalysator verwendet werden. Durch die Absorption von Wasser und anderen polaren Molekülen kann er in der Adsorptionschromatographie eingesetzt werden; außerdem kann er aufgrund seiner katalytischen Eigenschaften Schwefel aus Schwefelwasserstoff entfernen, Alkohole dehydrieren und Olefine isomerisieren.

Die Kristallstruktur von Korund kann aufgrund von Verunreinigungen in seiner Zusammensetzung erheblich variieren, einschließlich elementarer Substituenten, die zu unterschiedlichen Farben beitragen. Rubine und Saphire verdanken ihre Farbe den Spuren von Fe2+- bzw. Chrom-Ionen, die sie enthalten.

Korund ist ein extrem widerstandsfähiges Material, das je nach Anwendung in verschiedenen Formen und Größen hergestellt werden kann. Es wird für abrasive Produkte sowie für Anwendungen, die eine hohe Temperaturbeständigkeit und gute elektrische Isolationseigenschaften erfordern, bearbeitet. Durch Verbindungs- und Umformtechniken kann auch feinkörniges Aluminiumoxidmaterial mit hervorragenden Verschleißfestigkeitseigenschaften hergestellt werden, das eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweist.

Flammenhemmende Mittel

Aluminiumoxid ist in zahlreichen Anwendungen als Flammschutzmittel zu finden und wird auch häufig als Isolator auf Leiterplatten (PCBs) für elektronische Geräte eingesetzt. Die Fähigkeit von Aluminiumoxid, elektrische Stromflüsse zwischen Komponenten zu blockieren, sorgt für Sicherheit und Isolierung elektrischer Systeme, während seine isolierenden Eigenschaften das Risiko von Kurzschlüssen und Produktschäden verringern.

Seine flammhemmenden Eigenschaften beruhen auf seiner Fähigkeit, Wärme langsam zu absorbieren und abzugeben, so dass die Produkte nicht entflammbar werden. Seine Verwendung als Ersatz für organische und halogenierte Flammschutzmittel wird aufgrund ihrer negativen Umweltauswirkungen allmählich eingestellt.

Aluminiumtrihydroxid, besser bekannt als ATH, ist ein effizientes Aluminiumhydroxid-Flammschutzmittel, das heute weit verbreitet ist. Es bietet eine wirksame Alternative zu halogenierten Chemikalien, die beim Abbau giftige Dämpfe freisetzen und bei ihrer Zersetzung Umweltprobleme verursachen. Metallhydroxidverbindungen sind ungiftig und zerfallen beim Erhitzen in Wasser und inerte Oxide; außerdem sind sie umweltfreundlicher als bromorganische Verbindungen wie polybromierte Biphenylether (PBDE). Diese haben sich in den letzten Jahren zum Hauptbestandteil der feuerhemmenden Chemikalien entwickelt.

Aluminiumoxid-Aluminiumoxid wird während seiner Herstellung zahlreichen Behandlungen unterzogen, um seine flammhemmenden Eigenschaften zu verbessern. Silane werden auf die Oberfläche aufgebracht, um grobe Partikel auszusieben und eine gleichmäßige Partikelgrößenverteilung zu gewährleisten; dies trägt zu einer besseren Dispersion mit verschiedenen Materialien bei und kann bei Dispersionsprozessen hilfreich sein. Schließlich wird durch eine Thermoschockbehandlung die Flammwidrigkeit weiter erhöht.

Zusätzlich zu den flammhemmenden Eigenschaften weist ATH eine hervorragende Oxidationsstabilität auf, die die Lebensdauer von Polymeren und anderen Produkten, die damit in Kontakt kommen, verlängern kann. Darüber hinaus tragen seine Migrationsbeständigkeit bei mäßiger Hitze- oder Feuchtigkeitsalterung und seine große Oberfläche zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften bei, wenn es in Polymere gemischt wird.

Kunststoffe

Aluminiumoxid ist ein inertes Material, das zur Herstellung von Glas oder zur Beschichtung von Metallen verwendet wird, um diese vor Hitze zu isolieren, und das auch geschmolzen und in Formen gegossen werden kann. Aluminiumoxid kann auch als thermischer Isolator in Öfen und Zündkerzen dienen, da sein hoher Schmelzpunkt, sein niedriges spezifisches Gewicht und seine feuerfesten Eigenschaften die Herstellung von Keramik ermöglichen.

Hart und bioinert, ist Keramik das Material der Wahl für Lager in Hüftprothesen, Zahnimplantaten und Gewebeverstärkungen. Außerdem findet sich Keramik in medizinischen Geräten wie künstlichen Knien und Stents sowie in Laborgeräten wie Tiegelöfen und anderen Werkzeugen.

Korund ist ein Aluminiumoxid, das in Rubinen und Saphiren von Edelsteinqualität mit tiefen Farben vorkommt, beispielsweise in Rubinen und Saphiren aus Brasilien und Sri Lanka. Ihre Farben stammen jedoch nicht von reinem Aluminiumoxid, sondern enthalten Spuren von Verunreinigungen wie Eisen oder Titan, die ihnen ihre charakteristischen Farbtöne verleihen. Aufgrund seiner Härte kann es auch zu Schleifmitteln für Schneidewerkzeuge verarbeitet werden.

Sobald sich Tonerde in Wasser auflöst, bilden sich Hydroxylgruppen, die mit Proteinen interagieren und die Benetzbarkeit im Vergleich zu verschiedenen metallischen Legierungen erhöhen und Tonerde zu einem idealen Kandidaten für Korrosionsschutzbeschichtungen machen. Tonerde wird auch häufig als Tonbeimischung in Brennöfen verwendet, um harte Glasuren für keramische Dekorationen und Eloxalbehandlungen von Aluminiumteilen herzustellen.

Aluminiumoxid wird bei der Herstellung von Schleifmitteln, Keramiken und einigen Kunststoffen verwendet. Außerdem kann es geschmolzen und in Form gebracht werden, um als Ofenisolierung, Metallguss oder Ummantelung für Thermoelemente (Temperaturmessgeräte) verwendet zu werden. Diese Instrumente funktionieren nach dem Seebeck-Effekt: Zwei Metalldrähte mit unterschiedlichen Temperaturen werden an einem Ende mit Lötstellen verbunden, bevor ihre anderen Enden an einem Stück Keramik oder Feuerfestmaterial befestigt werden, das den Wärmeverlust des kälteren Metalls am heißeren Ende verhindert und so eine elektrische Potenzialdifferenz erzeugt, die mit einem elektronischen Gerät gemessen werden kann.