Alumiinin kemiallinen kaava

Alumiinioksidi (alumiinioksidi) on alumiinista ja hapesta koostuva epäorgaaninen kemiallinen yhdiste, jota esiintyy luonnossa korundi- tai bauksiittimineraaleina.

Puhdas alumiinioksidi on yksi useista alumiinioksideista, ja sitä esiintyy eniten. Tuotanto tapahtuu liuottamalla bauksiittikaivoksista tai natriumhydroksidihydraattia sisältävillä liuoksilla.

Kemiallinen kaava

Al2O3 on alumiinioksidin kemiallinen kaava. Kaksi alumiiniatomia yhdistyy kahden happiatomin kanssa muodostaen tämän yhdisteen, joka esiintyy yleisesti korundina tai a-alumiinioksidina kiteisessä muodossaan. Alumiinioksidi on epäorgaaninen kemiallinen reagenssi, jolla on monia teollisia ja kaupallisia käyttötarkoituksia. Alumiinioksidi liukenee helposti sekä happoihin että emäksiin, ja se on valkoista kiinteää ainetta, jolla on erinomaiset lämmönjohtavuusominaisuudet, minkä vuoksi se on käyttökelpoinen monilla teollisuuden eri aloilla. Alumiinioksidi palvelee sekä sähköeristystarpeita että on erinomainen lämmönjohtavuusmateriaali, jota käytetään laajalti keraamisissa materiaaleissa ja joka on myös itse sähköeriste! Alumiinioksidi on keskeinen komponentti keraamisissa materiaaleissa ja sillä on erilaisia ominaisuuksia, jotka tekevät sen käytöstä yleistä eri teollisuudenaloilla - näin ollen alumiinioksidi on epäorgaaninen kemiallinen reagenssi, jolla on monia käyttötarkoituksia eri teollisuudenaloilla!

Alumiinioksidia voidaan louhia bauksiitista Bayer-prosessilla ja jalostaa siitä erittäin puhdasta materiaalia, jota käytetään elektroniikan ja kehittyneiden materiaalien sovelluksissa. Alumiini on myös tulenkestävä materiaali, jota käytetään korkeissa lämpötiloissa käytettävien laitteiden, kuten uunien ja polttouunien, päällystämiseen, ja sen kovuus tekee siitä tärkeän hioma-aineen, jota käytetään esimerkiksi hiekkapaperin, hiomalaikkojen ja leikkuutyökalujen valmistukseen.

Muita alumiinioksidin muotoja ovat aktivoitu alumiini ja gamma-alumiini, jotka molemmat on dehydratoitu veden poistamiseksi ja joissa on kuusikulmaisia kiteitä. Kun näitä muotoja kuumennetaan kalsinoinnin aikana, ne muuttuvat erilaisiksi polymorfisiksi muodoiksi; niiden ainutlaatuiset kiderakenteet määräävät, toimivatko ne vai eivät.

Alumiinioksidilla on lukuisia käyttökohteita: se toimii hioma-aineena, suodattimena ja katalysaattorin tukena joissakin prosesseissa sekä tulenkestävänä aineena, eristeenä ja lisäaineena keramiikassa. Lisäksi savet sisältävät sitä usein lisäaineena lujuuden ja läpäisevyyden parantamiseksi, ja sekoittaminen zirkoniumoksidihiukkasten tai piikarbidiviiksien kanssa parantaa sen sitkeyttä.

Alumiinioksidia on monissa kuluttajatuotteissa hammastahnasta ja hammassementeistä elintarvikkeisiin hioma- tai dispergointiaineena, ja sitä käytetään myös lääketieteellisissä toimenpiteissä, kuten hemodialyysissä. Kuten minkä tahansa hienojakoisen pölyn tai jauhemaisen aineen kanssa, sen hengittäminen voi aiheuttaa haittaa hengityselimille.

Fysikaaliset ominaisuudet

Alumiinioksidi (CaO3) on kova, inertti materiaali, jolla on erinomaiset fysikaaliset ominaisuudet. Näitä ovat muun muassa sen jännitys-, venymä- ja vetolujuus paineen ja painon alaisena. Alumiinioksidin puristuslujuus on erittäin suuri, mutta sen sulamispiste on alhainen, minkä ansiosta se voidaan muotoilla erilaisiin muotoihin eri käyttötarkoituksiin. Lisäksi alumiinioksidi ei johda sähköä, ja sillä on erinomaiset lämmönkesto-ominaisuudet, joten se soveltuu erinomaisesti uunien eristykseen tai sytytystulppien pinnoitussovelluksiin.

Alumiinioksidia esiintyy luonnossa joko korundina tai bauksiittina, ja sitä voidaan louhia Bayer-prosessilla, jossa siitä erotetaan alumiinihydroksidimineraaleja gibbsiittia, diasporia, böhmiittia ja titaniaa. Bauksiitti on pääasiallinen puhtaan alumiinioksidin lähde, jota käytetään teollisesti hiomapaperin hioma-aineena sekä sähköeristeenä, katalysaattorin tukimateriaalina tulenkestävissä aineissa, keramiikan katalysaattoreissa, maaleissa ja pigmenttimateriaaleissa, kun taas jalokivilaatuinen korundi, safiirit ja rubiinit, sisältävät usein rautaa ja titaania, jotka antavat niiden koostumuksessa esiintyvistä hivenaineista niiden ainutlaatuisen värisävyn.

Alfa-faasialumiinilla, jonka atomien välillä on vahva ionisidos, on epäsäännöllinen trigonaalinen Bravais-ristikkorakenne, jossa kukin alumiiniatomi täyttää kaksi kolmasosaa oktaedrisen välitilan ja yhden kolmasosan happi-ionit - mikä tekee tästä muodosta vakaimman. Muitakin kidemuotoja on olemassa, mutta kaikki palaavat alfa-faasiin korkeammissa lämpötiloissa ja muuttuvat jälleen vakaiksi alumiinioksidikeramiikoiksi, joilla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet ja joiden tiheys on jopa 90%-puhtausasteella.

Alumiinikeraamiikka kestää hyvin veden, happojen ja emästen aiheuttamaa korroosiota sekä kestää hyvin useimpien kemikaalien ja liuottimien aiheuttamaa kulumista. Niiden tulenkestävyys ylittää useimmat oksidikeramiikat; itse asiassa niillä on kaikista korkein lujuus, jäykkyys, parhaat dielektriset ominaisuudet, ne eivät vaikuta rikkipitoisiin ilmakehiin eivätkä lämpöshokitkaan.

Käyttää

Alumiinioksidi (Al2O3) on teknisten keramiikoiden oksidiryhmään kuuluva kehittynyt tulenkestävä materiaali. Sillä on vahvat mekaaniset, termiset, sähköiset ja kemialliset ominaisuudet, se on erittäin kestävä ja sillä on erittäin korkea sulamispiste. Alumiinioksidin korundikidemuoto muodostaa perustan jalokiville, kuten rubiineille, safiireille ja smaragdeille, joiden värit johtuvat mineraalin sisältämistä kromin ja raudan kaltaisista alkuaineista; alumiinioksidi toimii myös erinomaisena kiillotusaineena, koska sen kovuusluokitus on 8. Alumiinioksidi on myös erinomainen kiillotusaine.

Sidotusta alumiinioksidista valmistettua teknisesti suunniteltua keramiikkaa käytetään usein vaativissa sovelluksissa, joissa vaaditaan parempaa kulutuskestävyyttä, korkeampaa lämpötilakestävyyttä ja lämmönjohtavuutta kuin tavallisessa keramiikassa. Lisäksi tekniset keraamiset kestävät paremmin kemikaaleja ja kulutusta kuin luonnon mineraalit, kuten maasälpä ja piidioksidi, ja ne tarjoavat paremman kestävyyden kemikaaleja ja kulutusta vastaan kuin niiden luonnolliset vastineet.

Bauksiitti, joka sisältää 30-55% Al2O3, on tärkein alumiinioksidin lähde. Maasta louhittu ja Bayer-prosessin avulla käsitelty alumiinioksidi liuotetaan natriumhydroksidiin, minkä jälkeen se suodatetaan epäpuhtauksien poistamiseksi, jolloin syntyy alumiinioksidihydraattia, jota voidaan edelleen käsitellä vedettömäksi alumiinioksidiksi.

Vedetön alumiinioksidi voidaan jauhaa sekä karkeiksi että hienoiksi hiukkaskokoisiksi tulenkestävissä aineissa käytettäväksi, joissa hienot hiukkaskoot täyttävät suurempien hiukkasten väliset tyhjät tilat tiheyden parantamiseksi ja huokoisuuden vähentämiseksi. Alumiinioksidia voidaan myös yhdistää zirkoniumoksidimineraalien raaka-aineiden kanssa leikkuutyökalukomposiittien muodostamiseksi; kun sitä sekoitetaan magnesiitin kanssa, siitä saadaan läpikuultavaa alumiinioksidia, jota käytetään natriumhöyrykatulampuissa.

Alumiinioksidia on myös termopareissa, joita käytetään äärimmäisten lämpötilojen mittaamiseen Seebeckin vaikutuksen avulla. Termopari koostuu kahdesta yhteen liitetystä metallilangasta, jotka altistetaan äärimmäiselle lämpötilalle, kun taas toinen lanka on alumiinivaipan suojassa; tämä estää sähköisen potentiaalin kehittymisen, joka häiritsisi termoparin signaalien lukemista. Alumiinioksidin muita käyttökohteita ovat tulenkestävien aineiden, hioma-aineiden ja kiillotusprosessien valmistus sekä zeoliittien ja titaanipinnoitteiden valmistus, joita käytetään pigmenttipigmenttien päällystämiseen.

Turvallisuus

Alumiinioksidia löytyy lukuisista sovelluksista hioma-aineista ja keramiikasta kiillotuksen kautta kiillotusyhdisteisiin, kiillotustyökaluihin ja kiillotusyhdisteisiin sekä kiillotustuotteisiin, kiillotuskoneisiin, kiillotusyhdisteisiin ja tulenkestäviin materiaaleihin. Alumiinioksidi on myös olennainen osa korroosionkestävissä metallipinnoitteissa metallialustojen pinnoitteena sekä elektronisissa laitteissa, kuten yksielektronitransistoreissa ja suprajohtavissa kvanttiinterferenssilaitteissa, joissa eristyskerroksena pii safiirialustojen välissä yksielektronitransistoreissa eristyskerroksena piikerrosten välissä, joita käytetään safiirialustoilla, jotka sisältävät piitä safiirialustoilla korroosionkestävyyden parantamiseksi samalla kun ne toimivat eristeenä elektronisissa laitteissa, joissa käytetään safiirialustoille koottuja elektronisia komponentteja, ja superjohtavissa kvanttiinterferenssilaitteissa.

Alumiinioksidin valmistamiseksi murskattu ja pesty bauksiitti yhdistetään lietteeksi natriumhydroksidiliuokseen, joka kuumennetaan noin 530 celsiusasteeseen alumiinihydroksidiliuokseksi, joka pumpataan saostussäiliöihin ja jossa käynnistyvät reaktiot, joiden ansiosta alumiinioksidin kiinteät kiteet kasvavat ja lopulta poistuvat liuoksesta, kun liuoksen paksuus saavuttaa sopivan tason.

Alumiinia käsittelevien työntekijöiden on käytettävä asianmukaisia henkilökohtaisia suojavarusteita, kuten silmälaseja ja käsineitä, jotta vältetään onnettomuudet tai vammat, jotka johtuvat alumiinioksidin vääränlaisesta käsittelystä. Työntekijöiden olisi myös tiedettävä, mistä löytyvät hätäaputilat, kuten silmänhuuhteluasemat ja turvasuihkut, sekä menettelyt vuodon tai tulipalon varalta.

Aktiivisten alumiinioksidityöntekijöiden on pidettävä työympäristö puhtaana ja kuivana ja vältettävä hengittämästä pölyhiukkasia, jotka voivat aiheuttaa keuhkojen ärsytystä ja muita terveysongelmia, kuten keuhkoputkentulehdusta. Alumiinioksidin hengittäminen aiheuttaa erityisen riskin, koska se voi kulkeutua nenän ja kurkun kanavien kautta ja johtaa ajan mittaan mahdollisesti krooniseen teolliseen keuhkoputkentulehdukseen ja keuhkofibroosiin.

Ilman kautta tapahtuva altistuminen alumiinioksidille voi aiheuttaa ihoärsytystä ja ihotulehdusta. Siksi altistuvien on pestävä kätensä välittömästi sen käsittelyn jälkeen, ja tämän materiaalin kanssa työskentelevien on käytettävä hengityssuojainta sen hiukkasten hengittämisen estämiseksi.

Aktiivialumiinioksidi on varastoitava suljetuissa säiliöissä, joissa ei ole kosteutta, kaukana ilmanlähteistä, kuten tuulettimista ja tuuletusaukoista, ja poissa alueilta, joissa työskentelee työntekijöitä, jotka käyttävät samankaltaisia kemikaaleja, kuten happoja ja emäksiä; sitä ei saa säilyttää tällaisten materiaalien läheisyydessä, koska se voi imeä niitä itseensä ja tuottaa vaarallisia kaasuja.