Mikä on alumiinioksidi (Al2O3)?

Alumiinioksidi on kemiallisesti inerttiä ja korroosionkestävää, minkä vuoksi se soveltuu sytytystulppien eristimiin ja mikrosirujen alustoihin, keramiikan valmistukseen ja lääketieteelliseen käyttöön, kuten hammasimplanttien valmistukseen.

Alumiinioksidin tuotanto vaatii suuria määriä lämpöä ja energiaa, joka uutetaan bauksiittimalmista Bayer-prosessin avulla. Bauksiitti murskataan, pestään ja kuivataan ennen kuin se liuotetaan natriumhydroksidiin korkeissa lämpötiloissa ja lopuksi siirretään korkeisiin säiliöihin, joita kutsutaan saostussäiliöiksi, suodatettavaksi ja suodatettavaksi ennen kuin se on jälleen käyttökelpoista.

Se on mineraali

Alumiinioksidi (Al2O3) on inertti, valkoinen, kiteinen mineraali, jonka Mohsin asteikon kovuusluokka on 9. Alumiinioksidi tunnetaan poikkeuksellisista kemiallisista ja mekaanisista ominaisuuksistaan, ja sitä käytetään laajalti kehittyneissä keraamisissa muodoissa ja komponenteissa, joita käytetään monilla teollisuudenaloilla - sytytystulppien eristimistä integroitujen piirien paketteihin, luuimplantteihin, hiekkapaperin hiomarakeisiin ja hiomalaikkoihin - ja sen alhainen sähkönjohtavuus tekee siitä myös ensisijaisen ehdokkaan voimalaitosten ja ydinreaktoreiden hermeettisissä sähköläpivienneissä.

Bauksiitti on tärkein kaupallisen alumiinioksidin tuotannon lähde. Alumiinioksidia on sekä metallurgisia että keraamisia lajikkeita; jauhemaista bauksiittia käytetään alumiinin sulatukseen, kun taas keraamisilla lajikkeilla on laajempia käyttökohteita, kuten hienojakoinen jauhaminen eri käyttötarkoituksiin. Molemmat alumiinioksidin tuotantomuodot saadaan aikaan erilaisilla tekniikoilla, mutta kalsinointi on edelleen yleisimmin käytetty prosessi; se muuttaa alumiinioksidin keraamiseksi, jolla on monia samoja ominaisuuksia kuin tavanomaisella keramiikalla.

Tätä prosessia käytetään myös alumiinioksidipitoisen tulenkestävän materiaalin valmistukseen, joka on olennainen osa voimalaitoksissa ja ydinreaktoreissa käytetyissä ilmatiiviissä läpivienneissä. Suuren lujuutensa ja äärimmäisen kovuutensa ansiosta alumiinioksidista valmistettu tulenkestävä materiaali on erinomainen materiaali metallisäiliöiden vuoraukseen vuotojen estämiseksi ja huoltokustannusten vähentämiseksi.

Alumiinioksidi ei ole vain korvaamaton teollisuusmineraali, vaan se on myös safiirina ja rubiinina tunnettu hieno jalokivi. Kiteinen muoto, joka tunnetaan nimellä korundi, antaa rubiineille ja safiireille niiden klassiset värit, kun taas rauta- ja titaanioksidit antavat niille niiden eri sävyt.

Kuten muutkin mineraalit, alumiinioksidi koostuu vahvoista ionis-kovalenttisista kemiallisista sidoksista, eikä sitä voi taivuttaa tai puristaa kuten metalleja ja seoksia. Sen vuoksi monimutkaisia muotoja ei voida valaa takomalla, vaan se on koneistettava tavanomaisilla työkaluilla ja hiomalaitteilla tarkkoihin mittoihin tarkkoihin mittoihin tavanomaisilla työkaluilla ja hiomalaitteilla. Alumiinioksidilla on näistä rajoituksista huolimatta kohtalainen veto- ja taivutuskestävyys sekä hauras murtumiskäyttäytyminen, joka on samanlainen kuin monilla monikiteisillä keraamisilla aineilla, mutta sillä on silti lukuisia etuja metalleihin ja seoksiin verrattuna keraamisena materiaalina. Erittäin tehokkaat eristysominaisuudet tekevät tästä materiaalista erinomaisen lasin korvaajan monissa sovelluksissa, mutta sulamispisteen rajoitukset rajoittavat sen käyttöä korkean lämpötilan sovelluksissa.

Se on metallia

Alumiinioksidi (Al2O3) on luonnossa esiintyvä valkoinen, inertti ja hajuton yhdiste, jota esiintyy erilaisissa mineraaleissa, kuten korundissa ja bauksiitissa, jotka ovat kaksi ensisijaista alumiinimalmin lähdettä. Ylivoimaisten kemiallisten, termisten ja mekaanisten ominaisuuksiensa ansiosta se on löytänyt monia sovelluksia yhteiskunnassa ja eliniän pidentämissovelluksissa.

Puhdas alumiinioksidi on kova, hauras mineraali, jolla on lasimainen pinta ja jota käytetään hiomalaikkojen ja hiekkapaperin hioma-aineena sekä teollisten timanttien korvaajana. Alumiinioksidi on myös tärkeä ainesosa monissa tulenkestävissä aineissa ja keraamisissa tuotteissa, kuten nykyaikaisten ajoneuvojen sytytystulppien eristimissä; sitkeyden lisäämiseksi se voi sisältää zirkoniumoksidihiukkasia tai piikarbidiviiksiä, jotka tekevät siitä sopivia leikkaustyökaluja; lisäksi se voi muuttua läpikuultavaksi lisäämällä siihen magnesiittia.

Alumiinioksidia valmistetaan alumiinimalmista bauksiitista kemiallisella prosessilla, joka tunnetaan nimellä alumiinioksidin jalostus, ja kaupalliset laitokset avattiin ensimmäisen kerran 1960-luvulla. Puhdistuksen jälkeen alumiini kuljetetaan alumiinitehtaisiin, joissa se elektrolysoidaan alumiinimetalliksi; sen jälkeen se jauhetaan hienoksi jauheeksi käytettäväksi esimerkiksi tulenkestävissä tuotteissa ja keramiikassa.

Bauksiitti sisältää 30-55 prosenttia Al2O3:a. Alumiinioksidin erottamiseksi siitä murskattu ja pesty bauksiitti sekoitetaan natriumhydroksidin kanssa lietteeksi. Suodattamisen ja saostussäiliöihin pumppaamisen jälkeen jatkokäsittelyä varten muodostuva kiinteä alumiinihydroksidi muodostaa teollisuuden perustan.

Punalieju, malmin louhinnan jälkeen jäljelle jäävä jäännös, sisältää epäpuhtauksia, kuten rautaoksideja, silikaatteja ja kvartsia, jotka saastuttavat ympäristöä, mukaan lukien korkeat elohopea- ja muiden metallien pitoisuudet, jotka tekevät hävittämisestä haastavaa - vuonna 2010 unkarilaisessa alumiinioksiditehtaassa sattuneessa onnettomuudessa yksi seinämä romahti viereiseen punalieju-lammikkoon, josta myrkylliset jätteet päätyivät suoraan läheiseen jokeen.

Alumiinioksidin myynti on kasvanut nopeasti, koska yhä useammat valmistajat vaativat sen korkeampaa puhtautta alumiinin valmistuksessa käytettäväksi. Nykyään alumiinioksidia käytetään maailmanlaajuisesti vuosittain yli 50 miljoonaa tonnia alumiinin valmistuksen päämateriaalina; alumiinioksidin pitäisi pysyä tärkeänä toimijana, kun siirrymme kohti vähähiilistä tulevaisuutta.

Se on keraaminen

Alumiinioksidi on keraaminen materiaali, joka tunnetaan kovana, lämmönkestävänä ja bioinerttinä. Korkean lujuutensa, elastisuutensa, alhaisen kulumisnopeutensa, korroosionkestävyytensä ja iskunkestävyytensä ansiosta alumiinioksidi sopii erinomaisesti jauhatusaineeksi kuulamyllyihin ja sekoitusmyllyihin. Alumiinioksidi on lämpötilaltaan vakaa pitkien ajanjaksojen ajan, mikä tekee siitä riittävän monipuolisen käytettäväksi useissa teollisissa sovelluksissa.

Alumiinioksidia valmistetaan synteettisesti bauksiittimalmista, joka sisältää erilaisia määriä hydroksisia alumiinioksideja. Alumiinioksidilla on monia tärkeitä teollisia käyttötarkoituksia; esimerkiksi kehittynyt keramiikkatuotanto perustuu suuresti sen käyttöön; lisäksi sillä on olennainen rooli alumiinimetallin sulatuksessa ja erilaisten kemiallisten tuotteiden valmistuksessa; lisäksi sillä on erinomaiset sähköeristysominaisuudet sekä huoneenlämmössä että korkeissa lämpötiloissa - mikä tekee alumiinioksidista tärkeän tulenkestävän materiaalin, joka ei vaadi eristysominaisuuksiensa vuoksi ulkoisia sidosaineita.

Fysikaaliset ominaisuudet Alumiinioksidi on Mohsin kovuusasteikolla toiseksi kovinta timantin jälkeen. Sillä on erittäin korkea sulamispiste, se kestää kovaa kuumuutta, kylmyyttä ja hankausta, sen puristuslujuus on jopa 250 000 PSI:n puristuslujuus ja sen höyry- ja hajoamispaineet ovat alhaiset.

Puhdas alumiinioksidi on kemiallisesti erittäin stabiili ja kestää useimpien happojen ja emästen aiheuttamaa korroosiota. Se voi kuitenkin liueta hieman rikkihappo- (kuumassa), suolahappo- ja typpihappoliuoksiin; siitä huolimatta se on ihanteellinen materiaalivalinta moniin teknisiin sovelluksiin erinomaisen kemiallisen stabiilisuutensa ansiosta.

Alumiinikeraamilla on laajoja sovelluksia ilmailu- ja avaruusalalla, öljy-, sähkö-, auto- ja elektroniikkateollisuudessa, aurinkosähköjärjestelmissä sekä aurinkosähköenergian varastointiparistoissa ja uuden energian paristoissa. Alumiinikeraamit ovat erinomaisia, kun niitä käytetään vaativissa tilanteissa, joissa tarvitaan korkeaa lämpötilavakautta ja erinomaisia sähköisiä eristysominaisuuksia.

Lääketieteellinen alumiinioksidi (Medical Alumina, MA) on alumiinioksidin muoto, jota on käsitelty sen mekaanisten ominaisuuksien parantamiseksi. Kliinisissä tutkimuksissa on todettu, että alumiinioksidin vikaantumisaste on alhaisempi kuin kolmannen sukupolven alumiinioksidin, minkä vuoksi se on erinomainen valinta hammasimplantteihin, tekoniveliin ja luunkorvikkeisiin sekä suojavarusteisiin, kuten kypäriin ja luodinkestäviin ikkunoihin, koska se on bioinertti, mikä tekee siitä turvallisen ihmiskehossa käytettäväksi.

Se on tulenkestävä

Alumiinioksidi on kova ja erittäin kestävä materiaali, jolla on lukuisia teollisia käyttötarkoituksia. Sitä käytetään yleisesti hioma-aineena suojaamaan muita materiaaleja kulumiselta sekä tulenkestävien tuotteiden valmistuksessa. Alumiinioksidia muodostuu alumiinihydroksidin kalsinoinnissa korkeissa lämpötiloissa alumiinioksidiksi, jota kutsutaan sintraukseksi. Alumiinioksidi itsessään on väriltään valkoista, ja sen inertit ja hajuttomat ominaisuudet tekevät siitä erinomaisen materiaalivalinnan vaativiin teollisiin sovelluksiin, kuten hitsaukseen.

Alumiinioksidista koostuvat tulenkestävät materiaalit erottuvat usein siitä, että ne kestävät erittäin korkeita lämpötiloja menettämättä mittapysyvyyttään, säilyttävät lämpöä ja kestävät syövyttävien aineiden aiheuttamaa saastumista - ominaisuudet, joiden ansiosta nämä tulenkestävät materiaalit soveltuvat sekä valu- että työstösovelluksiin. Ennen käyttöä nämä materiaalit on kuitenkin testattava kemiallisten, mekaanisten ja fysikaalisten ominaisuuksien osalta.

Tulenkestävät materiaalit voidaan jakaa kolmeen laajaan luokkaan niiden mineralogian ja koostumuksen perusteella, kuten mineraali-silika-tulenkestävät materiaalit, jotka sisältävät piidioksidia ja alumiinioksidia, jotka ovat kemiallisesti inerttejä ja kestävät samalla korkean lämpötilan korroosiota; lisäksi ne voidaan ryhmitellä sen mukaan, miten ne reagoivat happamien ja emäksisten liuosten kanssa tai miten ne kestävät korkean lämpötilan korroosiota. Esimerkkinä voidaan mainita alumiinioksidi-silika-tulenkestävä materiaali, joka sisältää näitä materiaaleja, jotka kestävät kemiallisesti alumiinin korroosiota; tämäntyyppisiä tulenkestäviä materiaaleja käytetään laajalti teräksen tuotannossa ja uuneissa.

Muut tulenkestävät materiaalit voidaan erottaa toisistaan koostumuksensa ja rakenteensa perusteella, ja ne voidaan jakaa useisiin ryhmiin sen mukaan, kuinka paljon niissä on piidioksidia ja alumiinioksidia. Kaoliinisavet ovat edullisia mutta erinomaisen tulenkestäviä; nämä tulenkestävät materiaalit ovat osoittautuneet eroosionkestäviksi tietyissä ympäristöissä, mutta ne voivat ajan mittaan muuttua herkiksi.

Magnesiumoksidista valmistetut tulenkestävät aineet ovat perusmateriaaleja, eli ne eivät reagoi happojen kanssa; kromista ja magnesiumista valmistetut kestävät korkeita lämpötiloja ilman, että ne kärsivät niiden vaikutuksista; toiset, kuten zirkoniumoksidi, kestävät jopa lasinsulatusta helposti. Riippumatta siitä, mikä tulenkestävä materiaali valitaan käytettäväksi, on ratkaisevan tärkeää testata sen raaka-aineet perusteellisesti niiden näennäistiheyden, veden imeytymisasteen ja avoimen huokoisuuden ominaisuuksien osalta sekä analysoida kolmen pisteen taivutuslujuus ja puristuslujuus.