Ossido di alluminio Allumina

L'ossido di alluminio (allumina) costituisce il materiale di base di molte ceramiche industriali. Ha proprietà dure e fragili, con un elevato punto di fusione, bassa conducibilità elettrica ed eccezionali proprietà di stabilità termica.

Il corindone è composto principalmente da forme cristalline romboedriche stabili di allumina (a-Al2O3) che ha una forma cristallina stabile chiamata corindone-allumina, con tracce di cromo che forniscono la sua caratteristica tonalità rossa, mentre il ferro e il titanio contribuiscono alle tonalità blu dello zaffiro per le varietà di gemme di zaffiro blu come i rubini.

Metalli

L'ossido di alluminio è un materiale integrale nella produzione di metalli e viene utilizzato per produrre leghe metalliche di alluminio. Grazie al suo elevato punto di fusione e alle eccellenti proprietà di resistenza termica, viene spesso utilizzato per forni, ceramiche e rivestimenti di forni. L'ossido di alluminio gioca anche un ruolo essenziale nella produzione di armature civili e militari, grazie alla sua resistenza, alla sua leggerezza e alle sue proprietà balistiche.

L'ossido di alluminio (allumina) viene prodotto attraverso la raffinazione del minerale bauxite, in una raffineria di allumina. Questo processo avviene di solito in grandi edifici rettangolari, lunghi circa un chilometro, che contengono centinaia di celle di riduzione collegate alla corrente elettrica tramite grandi cavi; combinate insieme, queste producono corindone o ossido di alluminio come prodotto finale.

Il corindone è la forma più diffusa di ossido di alluminio ed è secondo solo al diamante in termini di durezza. Tra le forme di corindone di qualità gemmologica vi sono i rubini e gli zaffiri, che devono i loro colori ricchi a tracce di impurità come atomi di cromo, ferro e titanio. Il corindone è l'ingrediente principale degli utensili da taglio e dei numerosi abrasivi utilizzati sulle sue superfici; esistono anche altre applicazioni del corindone.

Le raffinerie impiegano l'ossido di alluminio come base per i refrattari industriali utilizzati in complessi processi termochimici e termomeccanici, come il reforming autotermico per la conversione degli idrocarburi in gas di sintesi (carburante di sintesi). Le ceramiche di allumina ad alta purezza forniscono un'inerzia chimica superiore, necessaria per il successo di queste applicazioni.

L'allumina viene spesso impiegata come catalizzatore nelle raffinerie per facilitare le reazioni che vi hanno luogo, comprese quelle legate alla produzione di zolfo elementare attraverso il processo Claus o alla trasformazione degli alcoli in alcheni.

L'allumina viene spesso aggiunta ai prodotti in cemento e calcestruzzo per aumentarne la resistenza alla trazione, la durata e la resistenza alla corrosione, nonché la resistenza ai fattori ambientali. L'allumina può essere aggiunta anche ad adesivi e sigillanti per aumentare la forza di adesione, la resilienza e la resistenza agli agenti chimici; inoltre è ampiamente utilizzata nella produzione di impianti dentali e dispositivi protesici.

Corindone

L'ossido di alluminio (noto anche con la formula chimica Al2O3) è un composto universale con numerose applicazioni. È una materia prima fondamentale per la produzione di alluminio metallico e di ceramica industriale; inoltre, può essere presente in natura sotto forma di gemme preziose come rubini e zaffiri.

Il corindone è un ossido di alluminio con un'intricata struttura esagonale a pacchetti ravvicinati e abbondanti ioni di ossigeno; due terzi di questi riempiono gli interstizi ottaedrici disponibili, mentre lo spazio rimanente è occupato da ioni Al3+ che si legano ad altri atomi per formare una struttura neutra senza cationi di bilanciamento della carica necessari per la sua stabilizzazione.

Il corindone naturale si trova nelle rocce ignee, metamorfiche e sedimentarie. La sua fonte principale è la bauxite, che produce polveri di allumina di elevata purezza (>99,9% Al2O3); il corindone può essere estratto con il processo Bayer da questo materiale di partenza; i principali depositi si trovano in Australia, Brasile, India e Myanmar (Birmania).

Il corindone puro è anche ampiamente utilizzato come materiale abrasivo in ambito industriale e non solo, in particolare come parte dei processi di produzione dell'allumina di elevata purezza. Grazie alla sua superficie dura e resistente, il corindone puro spesso incorpora piccole quantità di carbonio, biossido di silicio e ossido di manganese per aumentare la resistenza all'usura.

Il corindone può essere utilizzato anche come catalizzatore. Assorbendo l'acqua e altre molecole polari, può essere utilizzato nella cromatografia ad assorbimento; inoltre, le sue proprietà catalitiche gli consentono di rimuovere lo zolfo dall'idrogeno solforato, disidratare gli alcoli e isomerizzare le olefine.

Le strutture cristalline del corindone possono variare notevolmente a causa delle impurità presenti nella sua composizione, tra cui i sostituenti elementari che contribuiscono ai diversi colori. I rubini e gli zaffiri devono i loro colori a tracce di ioni Fe2+ e cromo presenti rispettivamente al loro interno.

Il corindone è un materiale estremamente resistente che può essere realizzato in varie forme e dimensioni a seconda dell'applicazione. Viene lavorato per prodotti abrasivi e per applicazioni che richiedono resistenza alle alte temperature e buone proprietà di isolamento elettrico. Attraverso tecniche di incollaggio e formatura, può anche produrre materiale di allumina a grana fine con proprietà superiori di resistenza all'usura che possiede eccellenti caratteristiche di resistenza all'usura.

Ritardanti di fiamma

L'ossido di alluminio può essere utilizzato in numerose applicazioni come ritardante di fiamma ed è anche spesso impiegato come isolante sui circuiti stampati (PCB) utilizzati per le apparecchiature elettroniche. La capacità dell'ossido di alluminio di bloccare i flussi di corrente elettrica tra i componenti garantisce la sicurezza e l'isolamento dei sistemi elettrici, mentre le sue proprietà isolanti riducono i rischi di cortocircuito e di danni ai prodotti.

Le proprietà ritardanti di fiamma derivano dalla sua capacità di assorbire e rilasciare lentamente il calore, aiutando così i prodotti a non diventare infiammabili. Il suo utilizzo come sostituto dei ritardanti di fiamma organici e alogenati viene gradualmente eliminato a causa del loro impatto ambientale negativo.

Il triidrossido di alluminio, più comunemente noto come ATH, è un efficiente ritardante di fiamma a base di idrossido di alluminio oggi ampiamente utilizzato. Offre un'alternativa efficace alle sostanze chimiche alogenate, che emettono fumi tossici quando si decompongono, oltre a creare problemi ambientali al momento della decomposizione. I composti di idrossidi metallici non sono tossici e si decompongono in acqua e ossidi inerti quando vengono riscaldati; inoltre, sono più ecologici dei composti organici di bromo come gli eteri di bifenile polibromurato (PBDE). Questi ultimi sono diventati il pilastro dei prodotti chimici ignifughi negli ultimi anni.

L'allumina di ossido di alluminio subisce numerosi trattamenti durante la produzione per migliorare le sue capacità ignifughe. I silani vengono applicati alla superficie per eliminare le particelle grossolane e garantire una distribuzione uniforme delle dimensioni delle particelle; ciò contribuisce a migliorare la dispersione con vari materiali e può aiutare nei processi di dispersione. Infine, il trattamento con shock termico aumenta ulteriormente le capacità di ritardare la fiamma.

Oltre alle proprietà ritardanti di fiamma, il triidrato di alluminio presenta un'eccezionale stabilità ossidativa che può prolungare la durata di vita dei polimeri e di altri prodotti che entrano in contatto con esso. Inoltre, la sua resistenza alla migrazione in condizioni di invecchiamento a calore o umidità moderati e l'elevata area superficiale contribuiscono a migliorare le proprietà meccaniche quando vengono miscelati nei polimeri.

Plastica

L'allumina è un materiale inerte utilizzato per la produzione di vetro o per rivestire i metalli per isolarli dal calore, oltre che per essere fuso e colato in forme. L'ossido di alluminio può anche servire come isolante termico nei forni e nelle candele di accensione, grazie all'elevato punto di fusione, al basso peso specifico e alle proprietà refrattarie che consentono la produzione di ceramica.

Dura e bioinerte, la ceramica è il materiale preferito per gli accoppiamenti delle protesi d'anca, gli impianti dentali e i rinforzi dei tessuti. Inoltre, la ceramica si trova in dispositivi medici come ginocchia artificiali e stent, nonché in attrezzature di laboratorio come forni a crogiolo e altri strumenti.

Il corindone è una forma di ossido di alluminio e allumina che si trova nei rubini e negli zaffiri di qualità gemmologica dai colori intensi, come i rubini e gli zaffiri del Brasile e dello Sri Lanka. Tuttavia, i loro colori non derivano dall'ossido di alluminio puro, ma contengono tracce di impurità come ferro o titanio che conferiscono ai loro colori le tonalità tipiche. Grazie alla sua durezza, può anche essere trasformato in abrasivi per utensili da taglio.

Quando l'allumina si scioglie in acqua, si formano gruppi idrossilici che interagiscono con le proteine per aumentare la bagnabilità rispetto a varie leghe metalliche e rendono l'allumina un candidato ideale come materiale di rivestimento anticorrosione. L'allumina è anche frequentemente utilizzata come additivo per l'argilla nei forni per produrre smalti duri da utilizzare come decorazione ceramica e trattamenti di anodizzazione su componenti in alluminio.

L'ossido di alluminio è utilizzato nella produzione di abrasivi, ceramiche e alcune materie plastiche. Inoltre, può essere fuso e modellato per essere utilizzato come isolante per forni, fusioni metalliche o guaine per termocoppie (strumenti di misurazione della temperatura). Questi strumenti funzionano sfruttando l'effetto Seebeck: due fili metallici di diversa temperatura sono uniti a un'estremità con giunzioni saldate prima che le altre estremità siano attaccate a un pezzo di ceramica o refrattario che impedisce la perdita di calore dal metallo più freddo all'estremità più calda, creando così una differenza di potenziale elettrico che può essere misurata elettronicamente con un dispositivo elettronico.