FEECOn innovaatiokeskus ja Satisfactory alumiinioksidi

FEECOn innovaatiokeskuksessa arvioidaan alumiinioksidin koe-eriä sen soveltuvuuden varmistamiseksi tiettyihin käyttötarkoituksiin. Jos materiaali on käyttökelpoinen, se jalostetaan jälkipolttokeraamiseksi materiaaliksi, joka täyttää sovelluksen vaatimukset.

Alumiinioksidi voi lisätä lasitteiden mattapintaisuutta hyvin alhaisilla pitoisuuksilla (alle 5%) vähentämällä kaoliinipitoisuudesta johtuvaa kutistumista ja stabiloimalla lasitesulaa.

Hiontakestävyys

Sementtimateriaalien haponkestävyys riippuu niiden tyypistä ja happamien väliaineiden pitoisuudesta sekä sen arvioinnissa käytetystä testausmenetelmästä.

Viimeaikainen kehitys on merkinnyt dramaattista edistystä alumiinioksidipohjaisten sideaineiden reologisessa käyttäytymisessä, kovettumisominaisuuksissa ja rakenteellisissa ominaisuuksissa. Tämä voi johtua edistymisestä niiden kemiallisten ja fysikaalisten muodostumisprosessien ymmärtämisessä sekä uudenlaisista vähähiilisistä aktivaattoreista, joiden ympäristöjalanjälki on pienempi kuin perinteisten fenolisten betonisideaineiden.

Haponkestävyys on AAB:ien kriittinen ominaisuus. On kuitenkin muistettava, että haponkestävyys ei yksinään määritä sen suorituskykyä; muut tekijät, kuten käytettyjen happojen tyyppi ja konsentraatio sekä aggregaattien ja itse alumiinioksidin pintakunto, vaikuttavat kaikki suorituskykyyn.

Bauksiittikaivokset ja -jalostamot sijaitsevat yleensä trooppisessa ilmastossa, jossa loiset, tartuntataudit (kuten malaria ja tuberkuloosi) ja vaaralliset/vaaralliset eläimet muodostavat mahdollisia tautiuhkia. Näissä paikoissa työturvallisuuskysymyksiin kuuluvat melu, tärinä, ergonomiatraumat ja syövyttävän soodan roiskeet iholle tai silmiin sekä melun seuranta hengitysteiden, ihotautien ja sydän- ja verisuonitautien terveysongelmien arvioimiseksi.

Bauksiittimalmi sisältää pieniä määriä uraania (238U), toriumia (232Th) ja kaliumia (40K), jotka kaikki siirtyvät lähes kokonaan kiinteään jäännösvirtaan jalostuksen aikana (Bayerin prosessin materiaalit ennen saostusta, mutajäännös, hiekkajäännös ja alumiinioksidi). Länsi-Australiassa sijaitsevalla Pinjarran jalostamolla suoritettu paikannus- ja henkilövalvonta on osoittanut, että näiden jäännösten käsittelyyn liittyvät säteilyannokset jäävät taustasäteilyaltistuksen raja-arvojen alapuolelle, joten niiden ei pitäisi aiheuttaa liian suurta altistumisriskiä niitä käsittelevälle henkilöstölle.

Haponkestävyys

Alumiiniteollisuudessa käytetään kemiallista käsittelyä, jotta saadaan puhdasta alumiinihydroksidia sulatusta varten. Pääraaka-aineena käytetään bauksiittia, joka sisältää epäpuhtauksia, jotka voidaan poistaa fysikaalisella rikastuksella; tämä ei kuitenkaan aina tuota halutunlaatuista alumiinioksidia, vaan se vaatii lisäkemikaaleja, kun jalostajat parantavat alumiinioksidin ominaisuuksia; lopputuotteita käytetään teollisissa sovelluksissa, kuten tulenkestävissä materiaaleissa ja keramiikassa. Alumiinioksidilla on suuri tiheys ja huokoinen pinta, joka kestää nesteiden ja kaasujen tunkeutumista ulkopuolelta, joten se on täydellinen ehdokas käytettäväksi tämän teollisuudenalan valmistuksen pääraaka-aineena.

Alumiinioksidin tiheys liittyy suoraan sen huokoisuuteen, joka määräytyy läsnä olevien happi-ionien mukaan. Alumiinioksidin, jossa on vähemmän happi-ioneja, tiheys on suurempi. Alumiinioksidi kestää myös hyvin happoja, koska se reagoi hydroksidi-ionien kanssa; tämän ominaisuuden ansiosta se on pääkomponentti räjäytysmateriaaleissa ja tulenkestävissä tiilissä sekä olennaisen tärkeä lääketieteellisen luokan keramiikan valmistuksessa.

Alumiinioksidin haponkestävyyden parantamiseksi sitä voidaan käsitellä erilaisilla hapoilla sen pinnan muuttamiseksi. Nämä käsittelyt muuttavat sekä keraamisten hiukkasten morfologiaa että kemiallista koostumusta; eräässä tutkimuksessa lääketieteellisen laadun alumiinioksidin ja zirkoniumoksidin näytteitä syövytettiin kolmella happoyhdistelmällä; pyyhkäisyelektronimikroskoopilla tarkkailtiin niiden ulkonäköä ja EDS-kartoituksella saatiin tietoa niiden kemiallisesta koostumuksesta.

Happosyövytys voi olla vaarallinen toimenpide, joten työntekijöiden suojelemiseksi vaarallisille kemikaaleille altistumiselta on ryhdyttävä kaikkiin varotoimenpiteisiin. Näihin toimenpiteisiin kuuluu suojavaatetuksen ja suojalasien käyttö. Alumiinioksidin jalostamoissa ei tehdä rutiininomaisia elohopeatestejä, koska elohopeapitoisuudet ovat työntekijöiden virtsanäytteissä selvästi alle ACGIH:n työperäisen altistumisen raja-arvon 20 mg/g kreatiniinia.

Tiheys

Alumiinikeraamiset materiaalit soveltuvat erittäin hyvin äärimmäisiin käyttöympäristöihin, koska ne kestävät kulutusta, korroosiota, lämpöä ja eroosiota. Tekniset alumiinioksidikeramiikat ovat myös erinomaisia lämpöeristeitä, joiden sähköiset ominaisuudet johtavat korkeisiin dielektrisyysarvoihin (DC-taajuuksien muuntaminen GHz-taajuuksiksi). Lisäksi alumiinioksidikeramiikalla on itsevoiteluominaisuuksia ja mittapysyvyyttä, mikä tekee siitä erinomaisen vaihtoehdon korkeassa käyttöympäristössä.

Hienorakeisella alumiinioksidilla (Al2O3) on erinomainen muovattavuus, joten se soveltuu ruiskupuristukseen, kuivapuristukseen, isostaattiseen puristukseen, kuumapuristukseen, liukuvaluun ja liukumuovaukseen. Saatavana puhtausasteilla 94%, joka soveltuu metallointiin, ja 99,8%, joka soveltuu korkeissa lämpötiloissa käytettäviin sovelluksiin, se tarjoaa monipuolisuutta kaikenlaisten tuotteiden luomisessa.

Zirkoniumoksidilla karkaistut alumiinioksidiseokset ovat erittäin tehokkaita keraamisia materiaaleja äärimmäisiin ympäristöihin, kuten lämpötilan kestävyyteen, kulutuskestävyyteen, kulutuskestävyyteen ja kemialliseen kestävyyteen. Alumiinikeraamit soveltuvat erinomaisesti tarkkuustyöstöprosesseihin, koska niiden korkea murtolujuus tekee niistä erinomaisen valinnan valmistussovelluksissa, kuten pumppujen vuorauksissa, venttiilien osissa, muhvissa, männissä, tulpissa jne.

Alumiinioksidiharkot ja -jauheet voidaan työstää perinteisillä vihreillä ja keksien työstömenetelmillä, kun taas sen täysi tiivistyminen edellyttää sintrausprosessia, joka johtaa merkittävään kutistumiseen, joka edellyttää timanttityökaluja tarkkaa työstöä varten. Alumiinioksidia käytetään usein edullisena vaihtoehtona teräkselle hionta- ja leikkaustoiminnoissa sen alhaisen kitkakertoimen ja kestävyyden vuoksi; tämä alentaa käyttökustannuksia merkittävästi.

Alumiinioksidia voidaan sammuttaa monilla nesteillä, kuten vedellä, alkoholeilla, hapoilla ja glyseriinillä, joista jälkimmäisellä on kaikista korkeimmat kiehumis- ja hajoamispisteet. Puhtaan alumiinioksidin alhainen liukoisuus vaikuttaa myös sen kestävyyteen kemiallista korroosiota vastaan, sillä se kestää vahvoja happoja ja emäksiä mutta ei vettä.

Lämmönkestävyys

Alumiinioksidin suuri kovuus on kriittinen ominaisuus sen valmistusprosesseissa, koska sen lujuus tekee niistä suhteellisen energiatehokkaita. Alumiinioksidin kovuus johtuu sen tiiviisti pakkautuneiden kiderakenteiden välisestä vahvasta sidoksesta, joka antaa lujuutta ja kestää samalla rikkoutumista. Näin se on yksi maailman kovimmista materiaaleista; se on kolme kertaa kovempi kuin ruostumaton teräs ja neljä kertaa kovempi kuin piikarbidi.

Alumiinintuottajat kohtaavat nykyään yhden suurimmista haasteistaan kehittäessään inerttejä anodeja teollisuuden alumiinioksidin pelkistyskennoja varten. Kuparianodeja pidettiin aluksi sopivina vaihtoehtoina, mutta niiden nopea liukeneminen elektrolyyttiin vaaransi kuitenkin tuoreen tuotetun alumiinin ja saastutti sitä nopeasti entisestään - hiilianodit ovat edelleen ainoat käyttökelpoiset ja käytännölliset ratkaisut.

Alumiinituotannon lisähaasteena on energian vähentäminen. Tällä hetkellä alumiiniteollisuus kuluttaa tuotannossaan 13-11 kWh/kg alumiinia, mikä on kaksinkertainen määrä verrattuna tarpeeseen. Tämä johtuu pääasiassa hiilivoimaloista, jotka tuottavat suurimman osan tästä energiasta. Energiankäytön vähentämisellä on myönteisiä ympäristö- ja tehokkuushyötyjä, jotka lisäävät alumiinin tuotannon tehokkuutta.

Alumiinioksidilla on tärkeä rooli anodikennoissa syntyvän fluorivetykaasun talteenotossa. Alumiinijauhe imee tämän kaasun ja sitoo samalla fluoridikondensaatteja, kuten hiukkasmaisia natriumtetrafluoroaluminaattihiukkasia (NaAlF4), jotka sitten palaavat takaisin savunpuhdistuslaitoksiin, ennen kuin ne palaavat takaisin tuotantokennoihin sulatustoimintoja varten. HF-kaasupäästöjen vähentäminen edistää merkittävästi turvallisuutta sekä alumiinioksidin jalostamoissa että kaivoksissa.

Kovuus

Alumiinioksidin suuri kovuus, ylivoimainen lujuus sekä iskunkestävyys ja kulutuskestävyys tekevät siitä ihanteellisen materiaalin teollisuustuotteiden ja koneiden valmistukseen. Lisäksi sen kuumuutta kestävät ominaisuudet auttavat kestämään korkeita lämpötiloja, joita tavallisesti esiintyy tulenkestävässä teollisuudessa, jossa sitä käytetään muun muassa petrokemian prosessoinnissa, jätteenpoltossa, sementintuotannossa sekä raudan ja teräksen valmistuksessa.

Mohsin kovuus on 9, joten alumiinioksidi on kovuudeltaan toiseksi kovinta timantin jälkeen. Alumiini kestää teräskuulan hankausta sekä pienaseiden ja keskikaliiperisten tykkien iskuja, ja sen kovuus ja kestävyys tekevät siitä sopivan myös suojapanssarimateriaaliksi.

Alumiinioksidi erottuu muista materiaaleista kovuudellaan, kemiallisella inerttiydellään ja haponkestävyydellään, sillä se kestää muun muassa ortofosfori- ja fluorivetyhappoa. Lisäksi sen sähköeristysominaisuudet ja puhtaus - jopa 99% - tekevät siitä sopivan elektronisten alustojen ja eristeiden valmistukseen.

ZTA (zirkoniumoksidilla karkaistu alumiinioksidi) on seos, joka on valmistettu sekoittamalla yttriumoksidistabiloitua zirkoniumoksidia (YSZ) alumiinioksidimatriisiin tämän materiaalin kulumisominaisuuksien optimoimiseksi. Lisäämällä taivutuslujuutta, murtumissitkeyttä, hankauskestävyyttä ja ikääntymiskestävyyttä YSZ tekee ZTA:sta vähemmän alttiin vanhenemiselle ajan myötä.

ZTA-keramiikan hankauskestävyys on suoraan sidoksissa sen raerakenteeseen ja hiukkasjakaumaan; optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi sen tulisi koostua hienojakoisemmista rakeista, joissa on tiheä rakenne, joka jakaa hiukkaskoot tasaisesti. Taivutuskyky riippuu myös suuresti raerakenteesta; tempereillä on tärkeä rooli taivutettavuuden optimoinnissa, koska ne määrittävät yksittäisten rakeiden välisen sidoksen lujuuden.