Che cos'è l'allumina (Al2O3)?

L'allumina è chimicamente inerte e resistente alla corrosione, il che la rende adatta per gli isolanti delle candele di accensione e i substrati dei microchip, per la produzione di ceramiche e per usi medici come gli impianti dentali.

La produzione di allumina richiede grandi quantità di calore ed energia, estratti dal minerale bauxite con il processo Bayer. La bauxite viene frantumata, lavata e asciugata prima di essere sciolta in soda caustica ad alte temperature, per poi essere trasferita in alti serbatoi noti come precipitatori per essere filtrata e filtrata prima di diventare nuovamente utilizzabile.

È un minerale

L'allumina (Al2O3) è un minerale cristallino bianco e inerte con una durezza su scala Mohs pari a 9. Conosciuta per le sue eccezionali proprietà chimiche e meccaniche, l'allumina trova ampia applicazione in forme e componenti ceramici avanzati utilizzati in numerosi settori industriali - dagli isolanti per candele di accensione ai pacchetti di circuiti integrati, dagli impianti ossei alle grane di carta vetrata e alle mole - mentre la sua bassa conduttività elettrica la rende un candidato privilegiato per i passaggi elettrici ermetici delle centrali elettriche e dei reattori nucleari.

La bauxite è la principale fonte di produzione commerciale di allumina. L'allumina è disponibile in varietà metallurgiche e ceramiche; la bauxite in polvere destinata alla fusione dell'alluminio viene utilizzata come un tipo, mentre le varietà ceramiche hanno applicazioni più ampie, come la macinazione fine per vari usi. Entrambe le varietà di produzione di allumina sono ottenute con diverse tecniche, ma la calcinazione rimane il processo più utilizzato; questa trasforma l'allumina in ceramica, che condivide molte proprietà con la ceramica convenzionale.

Questo processo viene utilizzato anche per la produzione di refrattario di allumina, un elemento essenziale per i passaggi ermetici utilizzati nelle centrali elettriche e nei reattori nucleari. Grazie alla sua elevata resistenza e all'estrema durezza, il refrattario di allumina è un materiale eccellente per rivestire i contenitori metallici al fine di prevenire le perdite e ridurre i costi di manutenzione.

L'allumina non è solo un minerale industriale di valore inestimabile, ma anche una squisita pietra preziosa nota come zaffiro e rubino. Una forma cristallina nota come corindone conferisce ai rubini e agli zaffiri i loro colori classici, mentre gli ossidi di ferro e di titanio conferiscono loro sfumature diverse.

Come altri minerali, l'allumina è composta da forti legami chimici ionico-covalenti e non può essere piegata o compressa come i metalli e le leghe. Pertanto, le forme complesse non possono essere fuse per forgiatura, ma devono essere lavorate con utensili e abrasivi standard per ottenere dimensioni precise con utensili e abrasivi standard. Nonostante queste limitazioni, l'allumina presenta una moderata resistenza alla trazione e alla flessione e un comportamento alla frattura fragile simile a quello di molte ceramiche policristalline; tuttavia, offre numerosi vantaggi rispetto ai metalli e alle leghe nel suo ruolo di materiale ceramico; le proprietà isolanti altamente efficaci rendono questo materiale un eccellente sostituto del vetro in molte applicazioni, mentre le limitazioni del punto di fusione ne limitano l'uso nelle applicazioni ad alta temperatura.

È un metallo

L'allumina (Al2O3) è un composto bianco, inerte e inodore presente in natura in vari minerali come il corindone e la bauxite, due fonti primarie di alluminio. Grazie alle sue proprietà chimiche, termiche e meccaniche superiori, ha trovato molte applicazioni nella società e nelle applicazioni di estensione della vita.

L'allumina pura è un minerale duro e fragile con superficie vetrosa, utilizzato come abrasivo per mole e carta vetrata e come sostituto industriale del diamante. L'allumina è anche un ingrediente importante di molti refrattari e ceramiche, come gli isolatori delle candele di accensione dei veicoli moderni; per aumentare la tenacità può contenere particelle di zirconia o baffi di carburo di silicio che rendono adatti gli utensili da taglio; inoltre può diventare traslucida con l'aggiunta di magnesia.

L'allumina viene prodotta dalla bauxite, un minerale di alluminio, attraverso un processo chimico noto come raffinazione dell'allumina. Una volta raffinata, viene trasportata negli impianti di alluminio dove viene elettrolizzata in alluminio metallico; successivamente viene macinata in polvere fine per essere utilizzata in prodotti come refrattari e ceramiche.

La bauxite contiene il 30-55% di Al2O3. Per estrarre l'allumina, la bauxite frantumata e lavata viene mescolata con soda caustica per formare un impasto. Dopo il filtraggio e il pompaggio in vasche di precipitazione per un'ulteriore lavorazione, l'idrossido di alluminio solido che si forma costituisce la base dell'industria.

Il fango rosso, il residuo lasciato dopo l'estrazione dal minerale, contiene impurità come ossidi di ferro, silicati e quarzo che inquinano l'ambiente, tra cui alte concentrazioni di mercurio e altri metalli che rendono difficile lo smaltimento: nel 2010, un incidente in un impianto di allumina ungherese ha visto una parete crollare in uno stagno di fango rosso adiacente, rilasciando rifiuti tossici direttamente in un fiume vicino.

Le vendite di allumina hanno registrato una rapida crescita, poiché un numero sempre maggiore di produttori ne richiede l'elevata purezza per la produzione di alluminio. Oggi, oltre 50 milioni di tonnellate di allumina sono utilizzate annualmente in tutto il mondo come materiale primario per la produzione di alluminio; man mano che ci muoviamo verso un futuro a basse emissioni di carbonio, l'allumina dovrebbe rimanere un elemento importante.

Si tratta di una ceramica

L'allumina è un materiale ceramico noto per essere duro, resistente al calore e bioinerte. Grazie alle sue caratteristiche di elevata resistenza, elasticità, basso tasso di abrasione, resistenza alla corrosione e agli urti, l'allumina è un eccellente mezzo di macinazione nei mulini a sfere e nei mulini ad agitazione, con una stabilità di temperatura per lunghi periodi, che la rende abbastanza versatile da essere utilizzata in una vasta gamma di applicazioni industriali.

L'allumina è prodotta sinteticamente dal minerale bauxite, che contiene varie quantità di ossidi di alluminio idrolizzato. L'allumina ha molti usi industriali importanti; ad esempio, la produzione di ceramiche avanzate si basa molto sul suo utilizzo; inoltre, svolge un ruolo integrale nella fusione dell'alluminio metallico e nella produzione di vari prodotti chimici; inoltre, vanta eccellenti proprietà di isolamento elettrico sia a temperatura ambiente che a temperature elevate, rendendo l'allumina un importante materiale refrattario che non richiede agenti leganti esterni per le proprietà isolanti.

Proprietà fisiche L'allumina è seconda solo al diamante in termini di durezza nella scala di durezza Mohs. Vanta un punto di fusione estremamente elevato, oltre a essere resistente al calore intenso, al freddo, all'abrasione, a una resistenza alla compressione fino a 250.000 PSI e a basse pressioni di vapore e di decomposizione.

L'allumina pura offre un'eccezionale stabilità chimica, resistendo alla corrosione della maggior parte degli acidi e delle soluzioni alcaline. Tuttavia, può essere leggermente solubile in soluzioni di acido solforico (a caldo), acido cloridrico e acido nitrico; resta comunque un materiale ideale per molte applicazioni ingegneristiche grazie alla sua superiore stabilità chimica.

Le ceramiche di allumina hanno un'ampia gamma di applicazioni nei settori aerospaziale, petrolifero, elettrico, automobilistico, elettronico e nei sistemi di energia solare fotovoltaica, nonché nelle batterie di accumulo dell'energia solare fotovoltaica e nelle batterie per nuove energie. Le ceramiche di allumina eccellono quando vengono applicate in situazioni difficili che richiedono una stabilità alle alte temperature con eccellenti proprietà di isolamento elettrico.

L'allumina medica (MA) è una forma di allumina lavorata per migliorarne le proprietà meccaniche. Gli studi condotti hanno dimostrato un tasso di fallimento più basso durante i test clinici rispetto all'allumina di terza generazione, rendendo l'MA una scelta eccellente per gli impianti dentali, le articolazioni artificiali e le protesi ossee, nonché per le attrezzature di protezione come caschi e finestre antiproiettile, grazie alla sua bioinerzia che la rende sicura per l'uso nel corpo umano.

È un refrattario

L'allumina è un materiale duro e altamente resistente che trova numerosi impieghi industriali. Viene comunemente impiegata come abrasivo per proteggere altri materiali dall'usura e dalla rottura, oltre che nella produzione di prodotti refrattari. L'allumina si forma attraverso il processo di calcinazione dell'idrossido di alluminio ad alte temperature per formare ossido di alluminio, noto come sinterizzazione. L'allumina è di colore bianco e presenta proprietà inerti e inodori che la rendono un materiale eccellente per applicazioni industriali complesse come la saldatura.

I materiali refrattari composti da allumina si distinguono spesso per la loro capacità di resistere a temperature estremamente elevate senza perdere la stabilità dimensionale, conservando il calore e resistendo alla contaminazione da parte di sostanze corrosive - caratteristiche che rendono questi materiali refrattari adatti ad applicazioni di fusione e lavorazione. Prima dell'uso, tuttavia, è necessario testare questi materiali in termini di proprietà chimiche, meccaniche e fisiche.

I materiali refrattari possono essere suddivisi in tre grandi categorie in base alla loro mineralogia e composizione, come ad esempio i refrattari minerali-silicei che contengono silice e allumina, chimicamente inerti ma in grado di resistere alla corrosione ad alta temperatura; inoltre, possono essere raggruppati anche in base al modo in cui reagiscono con le soluzioni acide e basiche o alla loro resistenza alla corrosione ad alta temperatura. Ad esempio, un refrattario a base di allumina e silice contiene questi materiali chimicamente resistenti alla corrosione dell'alluminio; questi tipi di refrattari sono ampiamente utilizzati nella produzione di acciaio e nei forni.

Altri materiali refrattari possono essere distinti in base alla loro composizione e struttura, con diversi gruppi a seconda della quantità di silice e allumina contenuta. Le argille caoliniche offrono un basso costo ma un'eccellente refrattarietà; questi refrattari si sono dimostrati resistenti all'erosione in alcuni ambienti, ma possono diventare suscettibili nel tempo.

I refrattari composti da magnesia sono materiali basici, il che significa che non reagiscono con gli acidi; quelli fatti di cromo e magnesio possono resistere alle alte temperature senza subirne gli effetti; altri, come la zirconia, possono persino sopportare con facilità le condizioni di fusione del vetro. Indipendentemente dal materiale refrattario scelto, è fondamentale testare accuratamente le materie prime per verificarne la densità apparente, il tasso di assorbimento dell'acqua e le proprietà di porosità aperta, nonché per analizzare la resistenza alla flessione su tre punti e la resistenza alla compressione.