Οξείδιο του αλουμινίου Αλουμίνα

Το οξείδιο του αλουμινίου (αλουμίνα) αποτελεί το βασικό υλικό για πολλά βιομηχανικά κεραμικά. Έχει σκληρές, εύθραυστες ιδιότητες με υψηλό σημείο τήξης, χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και εξαιρετικές ιδιότητες θερμικής σταθερότητας.

Το κορούνδιο αποτελείται κυρίως από σταθερές ρομβοεδρικές κρυσταλλικές μορφές αλουμίνας (a-Al2O3) που έχει μια σταθερή κρυσταλλική μορφή που ονομάζεται κορούνδιο-αλουμίνα, με ίχνη χρωμίου που παρέχουν τη χαρακτηριστική κόκκινη απόχρωσή του, ενώ ο σίδηρος και το τιτάνιο συμβάλλουν στις μπλε αποχρώσεις του ζαφειριού για τις ποικιλίες μπλε ζαφειριού ποιότητας πολύτιμων λίθων, όπως τα ρουμπίνια.

Μέταλλα

Η αλουμίνα του οξειδίου του αλουμινίου αποτελεί αναπόσπαστο υλικό για την παραγωγή μετάλλων και χρησιμοποιείται για την παραγωγή μεταλλικών κραμάτων αλουμινίου. Λόγω του υψηλού σημείου τήξης και των εξαιρετικών ιδιοτήτων θερμικής αντίστασης, χρησιμοποιείται συχνά σε κλιβάνους, κεραμικά και επενδύσεις κλιβάνων. Η αλουμίνα οξειδίου του αλουμινίου παίζει επίσης ουσιαστικό ρόλο στην παραγωγή πολιτικών και στρατιωτικών θωρακίσεων λόγω της αντοχής, των ελαφρών ιδιοτήτων και των βαλλιστικών ιδιοτήτων της.

Το οξείδιο του αλουμινίου (αλουμίνα) παράγεται μέσω της διύλισης του μεταλλεύματος βωξίτη, σε ένα διυλιστήριο αλουμίνας. Η διαδικασία αυτή συνήθως λαμβάνει χώρα σε μεγάλα ορθογώνια κτίρια με εκτιμώμενο μήκος ενός χιλιομέτρου, τα οποία περιέχουν εκατοντάδες κυψέλες αναγωγής που συνδέονται με την ηλεκτρική ενέργεια μέσω μεγάλων καλωδίων- όταν αυτά συνδυάζονται μεταξύ τους, παράγουν κορούνδιο ή οξείδιο του αλουμινίου ως τελικό προϊόν.

Το κορούνδιο είναι η πιο διαδεδομένη μορφή οξειδίου του αλουμινίου και δεύτερο μετά το διαμάντι σε σκληρότητα. Οι μορφές του Κορούνδιου που είναι πολύτιμων λίθων περιλαμβάνουν τα ρουμπίνια και τα ζαφείρια, τα οποία οφείλουν τα πλούσια χρώματά τους σε ίχνη προσμίξεων όπως άτομα χρωμίου, σιδήρου και τιτανίου. Το κορούνδιο χρησιμεύει ως κύριο συστατικό σε εργαλεία κοπής καθώς και σε πολυάριθμα λειαντικά που χρησιμοποιούνται στις επιφάνειές του- υπάρχουν επίσης και άλλες εφαρμογές για το κορούνδιο.

Τα διυλιστήρια χρησιμοποιούν αλουμίνα οξειδίου του αργιλίου ως βάση για βιομηχανικά πυρίμαχα υλικά που χρησιμοποιούνται σε πολύπλοκες θερμοχημικές και θερμομηχανικές διεργασίες, όπως η αυτοθερμική αναμόρφωση για τη μετατροπή υδρογονανθράκων σε αέριο σύνθεσης (καύσιμο σύνθεσης). Τα κεραμικά αλουμίνας υψηλής καθαρότητας παρέχουν ανώτερη χημική αδράνεια που απαιτείται για την επιτυχή εκτέλεση τέτοιων εφαρμογών.

Η αλουμίνα χρησιμοποιείται συχνά ως καταλύτης στα διυλιστήρια για τη διευκόλυνση των αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα εκεί, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που σχετίζονται με την παραγωγή στοιχειακού θείου μέσω της διαδικασίας Claus ή με τη μετατροπή αλκοολών σε αλκένια.

Η αλουμίνα προστίθεται συχνά στο τσιμέντο και στα προϊόντα σκυροδέματος για να αυξήσει την αντοχή τους σε εφελκυσμό, την ανθεκτικότητα και την αντοχή τους στη διάβρωση, καθώς και την αντοχή τους στους περιβαλλοντικούς παράγοντες. Η αλουμίνα μπορεί επίσης να προστεθεί σε κόλλες και στεγανωτικά προκειμένου να αυξηθεί η αντοχή συγκόλλησης, η ελαστικότητα και η αντοχή έναντι χημικών ουσιών- επιπλέον χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή οδοντικών εμφυτευμάτων και προσθετικών συσκευών.

Κορούνδιο

Το οξείδιο του αργιλίου (γνωστό και με τον χημικό του τύπο Al2O3) είναι μια ένωση γενικής χρήσης με πολυάριθμες εφαρμογές. Χρησιμεύει ως βασική πρώτη ύλη για την παραγωγή μεταλλικού αλουμινίου καθώς και βιομηχανικών κεραμικών- επιπλέον, μπορεί επίσης να εμφανιστεί στη φύση ως πολύτιμος πολύτιμος λίθος, όπως τα ρουμπίνια και τα ζαφείρια.

Το κορούνδιο είναι ένα οξείδιο του αργιλίου με περίπλοκη εξαγωνική δομή με στενή διάταξη και άφθονα ιόντα οξυγόνου, τα δύο τρίτα των οποίων γεμίζουν τα διαθέσιμα οκταεδρικά διάκενα, ενώ ο υπόλοιπος χώρος καλύπτεται από ιόντα Al3+ για σύνδεση με άλλα άτομα, ώστε να σχηματίζεται μια ουδέτερη δομή χωρίς κατιόντα εξισορρόπησης φορτίου που απαιτούνται για τη σταθεροποίησή του.

Φυσικό κορούνδιο μπορεί να βρεθεί σε πυριγενή, μεταμορφωμένα και ιζηματογενή πετρώματα. Η κύρια πηγή του είναι ο βωξίτης, ο οποίος δίνει σκόνες αλουμίνας υψηλής καθαρότητας (>99,9% Al2O3)- το κορούνδιο μπορεί να εξαχθεί με τη διαδικασία Bayer από αυτό το υλικό- σημαντικά κοιτάσματα υπάρχουν στην Αυστραλία, τη Βραζιλία, την Ινδία και τη Μιανμάρ (Βιρμανία).

Το καθαρό κορούνδιο χρησιμοποιείται επίσης ευρέως ως λειαντικό υλικό στη βιομηχανία και όχι μόνο, ιδίως ως μέρος των διαδικασιών παραγωγής αλουμίνας υψηλής καθαρότητας. Λόγω της σκληρής και ανθεκτικής επιφάνειάς του, το καθαρό κορούνδιο συχνά ενσωματώνει μικρές ποσότητες άνθρακα, διοξειδίου του πυριτίου και οξειδίου του μαγγανίου για πρόσθετη αντοχή στη φθορά.

Το κορούνδιο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως καταλύτης. Η απορρόφηση του νερού και άλλων πολικών μορίων του επιτρέπει να χρησιμοποιείται στη χρωματογραφία προσρόφησης- επιπλέον, οι καταλυτικές του ιδιότητες του επιτρέπουν την απομάκρυνση του θείου από το υδρόθειο, την αφυδάτωση αλκοολών και την ισομερίωση ολεφινών.

Οι κρυσταλλικές δομές του κορούνδιο μπορούν να διαφέρουν σημαντικά λόγω των προσμίξεων που υπάρχουν στη σύνθεσή του, συμπεριλαμβανομένων των στοιχειωδών υποκαταστατών που συμβάλλουν σε διαφορετικά χρώματα. Τα ρουμπίνια και τα ζαφείρια οφείλουν τα χρώματά τους σε ίχνη ιόντων Fe2+ και χρωμίου που βρίσκονται σε αυτά, αντίστοιχα.

Το κορούνδιο είναι ένα εξαιρετικά ανθεκτικό υλικό που μπορεί να κατασκευαστεί σε διάφορα σχήματα και μεγέθη ανάλογα με την εφαρμογή του. Επεξεργάζεται για λειαντικά προϊόντα, καθώς και για εφαρμογές που απαιτούν αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και καλές ιδιότητες ηλεκτρικής μόνωσης. Μέσω τεχνικών συγκόλλησης και διαμόρφωσης μπορεί επίσης να παράγει λεπτόκοκκο υλικό αλουμίνας με ανώτερες ιδιότητες αντοχής στη φθορά που διαθέτει εξαιρετικά χαρακτηριστικά αντοχής στη φθορά.

Επιβραδυντικά φλόγας

Το οξείδιο του αργιλίου μπορεί να βρεθεί σε πολλές εφαρμογές ως επιβραδυντικό φλόγας και χρησιμοποιείται επίσης συχνά ως μονωτικό υλικό σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB) που χρησιμοποιούνται για ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Η ικανότητα του οξειδίου του αλουμινίου να εμποδίζει τις ροές ηλεκτρικού ρεύματος μεταξύ των εξαρτημάτων παρέχει ασφάλεια και απομόνωση των ηλεκτρικών συστημάτων, ενώ οι μονωτικές του ιδιότητες μειώνουν τους κινδύνους βραχυκυκλώματος και τους κινδύνους ζημιών στα προϊόντα.

Οι επιβραδυντικές ιδιότητες φλόγας οφείλονται στην ικανότητά του να απορροφά και να απελευθερώνει θερμότητα αργά, βοηθώντας έτσι τα προϊόντα να μην γίνονται εύφλεκτα. Η χρήση του ως υποκατάστατο οργανικών και αλογονωμένων επιβραδυντικών φλόγας σταδιακά καταργείται λόγω των αρνητικών περιβαλλοντικών τους επιπτώσεων.

Το τριυδροξείδιο του αλουμινίου, πιο συχνά αναφερόμενο ως ATH, είναι ένα αποτελεσματικό επιβραδυντικό φλόγας υδροξειδίου του αλουμινίου που χρησιμοποιείται ευρέως σήμερα. Προσφέρει μια αποτελεσματική εναλλακτική λύση σε σχέση με τα αλογονωμένα χημικά, τα οποία εκπέμπουν τοξικές αναθυμιάσεις κατά τη διάσπασή τους, καθώς και περιβαλλοντικά προβλήματα που δημιουργούν κατά την αποσύνθεσή τους. Οι ενώσεις υδροξειδίων μετάλλων είναι μη τοξικές και διασπώνται σε νερό και αδρανή οξείδια όταν θερμαίνονται- επιπλέον είναι πιο φιλικές προς το περιβάλλον από τις βρωμιούχες οργανικές ενώσεις, όπως οι πολυβρωμιούχοι διφαινυλαιθέρες (PBDE). Αυτές έχουν γίνει ο βασικός πυρήνας των επιβραδυντικών χημικών τα τελευταία χρόνια.

Η αλουμίνα οξειδίου του αλουμινίου υφίσταται πολυάριθμες επεξεργασίες κατά την παραγωγή της για να ενισχύσει τις ικανότητές της ως επιβραδυντικό φλόγας. Στην επιφάνειά της εφαρμόζονται σιλάνια για την απομάκρυνση των χονδροειδών σωματιδίων και την εξασφάλιση ομοιόμορφης κατανομής μεγέθους σωματιδίων- αυτό συμβάλλει στη βελτίωση της διασποράς με διάφορα υλικά και μπορεί να βοηθήσει στις διαδικασίες διασποράς. Τέλος, η επεξεργασία με θερμικό σοκ αυξάνει περαιτέρω τις ικανότητες επιβράδυνσης της φλόγας.

Εκτός από τις επιβραδυντικές ιδιότητες φλόγας, το ATH παρουσιάζει εξαιρετική οξειδωτική σταθερότητα που μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής των πολυμερών και άλλων προϊόντων που έρχονται σε επαφή με αυτό. Επιπλέον, η αντοχή του στη μετανάστευση σε συνθήκες γήρανσης με μέτρια θερμότητα ή υγρασία και η υψηλή επιφάνεια συμβάλλουν στη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων όταν αναμιγνύεται σε πολυμερή.

Πλαστικά

Η αλουμίνα είναι ένα αδρανές υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή γυαλιού ή την επικάλυψη μετάλλων για να τα μονώσει από τη θερμότητα, καθώς και για την τήξη και τη χύτευση σε σχήματα. Το οξείδιο της αλουμίνας μπορεί επίσης να χρησιμεύσει ως θερμομονωτικό υλικό σε φούρνους και μπουζί, με το υψηλό σημείο τήξης, το χαμηλό ειδικό βάρος, τις πυρίμαχες ιδιότητες που επιτρέπει την παραγωγή κεραμικών.

Σκληρό και βιολογικά αδρανές, το κεραμικό είναι το υλικό επιλογής για ρουλεμάν σε αντικαταστάσεις ισχίων, οδοντικά εμφυτεύματα και ενισχύσεις ιστών. Επιπλέον, το κεραμικό συναντάται σε ιατρικές συσκευές, όπως τεχνητά γόνατα και στεντ, καθώς και σε εργαστηριακό εξοπλισμό, όπως χωνευτήρια φούρνοι και άλλα εργαλεία.

Το κορούνδιο είναι μια μορφή αλουμίνας οξειδίου του αργιλίου που βρίσκεται σε ρουμπίνια και ζαφείρια με βαθιά χρώματα, όπως τα ρουμπίνια και τα ζαφείρια από τη Βραζιλία και τη Σρι Λάνκα. Ωστόσο, τα χρώματά τους δεν προέρχονται από καθαρό οξείδιο του αλουμινίου, αλλά αντίθετα περιέχουν ίχνη προσμίξεων, όπως σίδηρο ή τιτάνιο, τα οποία προσδίδουν στα χρώματά τους τις χαρακτηριστικές τους αποχρώσεις. Λόγω της σκληρότητάς του μπορεί επίσης να διαμορφωθεί σε λειαντικά κοπτικών εργαλείων για κοπτικά εργαλεία.

Μόλις η αλουμίνα διαλυθεί στο νερό, σχηματίζονται ομάδες υδροξυλίου που αλληλεπιδρούν με τις πρωτεΐνες και αυξάνουν την διαβρεξιμότητά της σε σύγκριση με διάφορα μεταλλικά κράματα και καθιστούν την αλουμίνα ιδανική υποψήφια ως υλικό επίστρωσης για την προστασία από τη διάβρωση. Η αλουμίνα χρησιμοποιείται επίσης συχνά ως πρόσμιξη πηλού σε κλιβάνους για την παραγωγή σκληρών υαλωμάτων για χρήση ως κεραμική διακόσμηση και επεξεργασία ανοδίωσης σε εξαρτήματα αλουμινίου.

Το οξείδιο του αργιλίου χρησιμοποιείται στην παραγωγή λειαντικών, κεραμικών και ορισμένων πλαστικών. Επιπλέον, μπορεί να λιώσει και να διαμορφωθεί σε σχήμα για χρήση ως μόνωση φούρνων ή μεταλλικά χυτά ή περιβλήματα για θερμοζεύγη (όργανα μέτρησης θερμοκρασίας). Αυτά τα όργανα λειτουργούν με τη χρήση του φαινομένου Seebeck: δύο μεταλλικά σύρματα διαφορετικών θερμοκρασιών ενώνονται στο ένα άκρο με συγκολλητές συνδέσεις πριν τα άλλα άκρα τους συνδεθούν σε ένα κομμάτι κεραμικού ή πυρίμαχου υλικού που εμποδίζει την απώλεια θερμότητας από το ψυχρότερο μέταλλο στο θερμότερο άκρο δημιουργώντας έτσι μια διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού που μπορεί να μετρηθεί ηλεκτρονικά με τη χρήση μιας ηλεκτρονικής συσκευής.