산화알루미늄 알루미나

알루미늄 산화물(알루미나)은 많은 산업용 세라믹의 핵심 소재를 형성합니다. 높은 융점, 낮은 전기 전도도, 뛰어난 열 안정성 특성으로 단단하고 부서지기 쉬운 특성을 가지고 있습니다.

커런덤은 주로 안정적인 마름모꼴 결정 형태의 알루미나(a-Al2O3)로 구성되어 있으며, 미량의 크롬이 특징적인 붉은 색조를 제공하고 철과 티타늄은 루비와 같은 블루 사파이어 보석 품질 품종에 블루 사파이어 색조를 부여하는 안정적인 결정 형태인 커런덤-알루미나로 구성되어 있습니다.

금속

산화알루미늄 알루미나는 금속 생산에 필수적인 재료로 알루미늄 금속 합금을 생산하는 데 사용됩니다. 녹는점이 높고 내열성이 우수하기 때문에 가마, 세라믹, 용광로 라이닝에 자주 사용됩니다. 산화알루미늄 알루미나는 또한 강도, 경량성 및 탄도 특성으로 인해 민간 및 군용 갑옷 생산에 필수적인 역할을 합니다.

알루미늄 산화물(알루미나)은 알루미나 정제소에서 보크사이트 광석을 정제하여 생산됩니다. 이 공정은 일반적으로 대형 케이블을 통해 전력에 연결된 수백 개의 환원 셀을 포함하는 약 1km 길이의 대형 직사각형 건물에서 이루어지며, 이 셀들이 결합하여 최종 제품인 커런덤 또는 산화알루미늄을 생산합니다.

코런덤은 가장 널리 퍼진 알루미늄 산화물 형태이며 경도 면에서 다이아몬드에 이어 두 번째로 단단합니다. 보석 품질의 코런덤에는 크롬, 철, 티타늄 원자와 같은 미량 불순물 덕분에 풍부한 색을 띠는 루비와 사파이어가 포함됩니다. 커런덤은 표면에 사용되는 수많은 연마재뿐만 아니라 절삭 공구의 주요 재료로 사용되며 커런덤의 다른 응용 분야도 존재합니다.

정유 공장에서는 탄화수소를 합성 가스(합성 연료)로 전환하기 위한 자동 열 개질과 같은 복잡한 열화학 및 열기계 공정에 사용되는 산업용 내화물의 기초로 산화알루미늄 알루미나를 사용합니다. 고순도 알루미나 세라믹은 이러한 응용 분야의 성공적인 성능에 필요한 우수한 화학적 불활성을 제공합니다.

알루미나는 정유 공장에서 클라우스 공정을 통한 원소 황 생산이나 알코올이 알켄으로 전환되는 반응 등 정유 공장에서 일어나는 반응을 촉진하기 위해 촉매로 사용되는 경우가 많습니다.

알루미나는 시멘트와 콘크리트 제품에 첨가되어 인장 강도, 내구성, 내식성을 높이고 환경적 요인에 대한 저항성을 높이는 데 사용됩니다. 또한 알루미나는 접착제와 실란트에 첨가하여 접착 강도, 탄력성 및 화학 물질에 대한 내성을 높일 수 있으며, 치과용 임플란트 및 보철 장치 제조에도 널리 사용됩니다.

Corundum

알루미늄 산화물(화학식 Al2O3)은 다양한 용도로 사용되는 다목적 화합물입니다. 산업용 세라믹뿐만 아니라 금속 알루미늄 생산의 핵심 원료로 사용되며, 루비나 사파이어와 같은 귀중한 보석으로도 자연적으로 발생할 수 있습니다.

커런덤은 복잡한 육각형 밀집 구조와 풍부한 산소 이온을 가진 알루미늄 산화물로, 그 중 3분의 2는 사용 가능한 팔면체 틈새를 채우고 나머지 공간은 다른 원자와 결합하기 위해 Al3+ 이온으로 채워져 안정화에 필요한 전하 균형 양이온이 없는 중성 구조를 형성합니다.

천연 커런덤은 화성암, 변성암, 퇴적암에서 찾을 수 있습니다. 주요 공급원은 고순도 알루미나 분말(>99.9% Al2O3)을 생산하는 보크사이트이며, 이 원료에서 바이엘 공정을 사용하여 커런덤을 추출할 수 있으며, 주요 매장지는 호주, 브라질 인도 미얀마(버마)에 존재합니다.

순수 커런덤은 산업 현장 등에서 연마재, 특히 고순도 알루미나 제조 공정의 일부로 널리 사용됩니다. 표면이 단단하고 내구성이 뛰어나기 때문에 순수 커런덤에는 소량의 탄소, 이산화규소, 산화망간이 포함되어 내마모성을 강화하는 경우가 많습니다.

커런덤은 촉매로도 활용할 수 있습니다. 물과 다른 극성 분자를 흡수하여 흡착 크로마토그래피에 사용할 수 있으며, 촉매 특성을 통해 황화수소에서 황을 제거하고 알코올을 탈수하며 올레핀을 이성질화할 수 있습니다.

커런덤의 결정 구조는 다양한 색을 내는 원소 치환체를 포함하여 구성 성분에 존재하는 불순물로 인해 상당히 다양할 수 있습니다. 루비와 사파이어는 각각 그 안에 존재하는 미량의 Fe2+와 크롬 이온으로 인해 색을 띠게 됩니다.

커런덤은 용도에 따라 다양한 모양과 크기로 제작할 수 있는 매우 탄력적인 소재입니다. 연마 제품뿐만 아니라 고온 저항성과 우수한 전기 절연 특성이 요구되는 용도로 가공할 수 있습니다. 또한 접합 및 성형 기술을 통해 내마모성이 우수한 미세 입자의 알루미나 소재를 생산할 수 있어 내마모성이 우수한 특성을 지니고 있습니다.

난연제

산화알루미늄은 난연제로서 다양한 용도로 사용되며 전자 장비에 사용되는 인쇄 회로 기판(PCB)의 절연체로도 자주 사용됩니다. 산화알루미늄은 부품 간의 전류 흐름을 차단하는 기능으로 전기 시스템의 안전과 절연을 제공하며, 절연 특성은 단락 위험과 제품 손상 위험을 줄여줍니다.

난연성 특성은 열을 천천히 흡수하고 방출하는 능력에서 비롯되어 제품이 가연성이 되는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. 유기 및 할로겐계 난연제 대체제로 사용되는 이 물질은 환경에 미치는 부정적인 영향 때문에 점차 사용이 중단되고 있습니다.

일반적으로 ATH라고도 불리는 수산화알루미늄은 오늘날 널리 사용되는 효율적인 수산화알루미늄 난연제입니다. 분해 시 유독 가스를 배출하는 할로겐화 화학물질과 분해 시 발생하는 환경 문제를 효과적으로 대체할 수 있습니다. 금속 수산화물 화합물은 무독성이며 가열하면 물과 불활성 산화물로 분해되며, 폴리브롬화 비페닐 에테르(PBDE)와 같은 유기 브롬 화합물보다 더 친환경적입니다. 지난 몇 년 동안 난연성 화학물질의 주류를 이루고 있습니다.

산화알루미늄 알루미나는 난연 기능을 향상시키기 위해 생산 과정에서 수많은 처리를 거칩니다. 표면에 실란을 도포하여 거친 입자를 걸러내고 입자 크기가 균일하게 분포되도록 하여 다양한 재료와의 분산을 개선하고 분산 공정에 도움이 될 수 있도록 합니다. 마지막으로 열충격 처리를 통해 난연성을 더욱 향상시킵니다.

ATH는 난연성 외에도 뛰어난 산화 안정성을 보여 폴리머와 접촉하는 다른 제품의 수명을 연장할 수 있습니다. 또한 적당한 열 또는 습도 노화 조건에서 이동에 대한 저항성과 높은 표면적은 폴리머에 혼합할 때 기계적 특성을 개선하는 데 도움이 됩니다.

플라스틱

알루미나는 유리를 만들거나 금속을 코팅하여 열로부터 단열하고 녹여 모양을 만드는 데 사용되는 불활성 소재입니다. 산화알루미늄은 용광로와 점화 플러그의 단열재 역할도 하며, 녹는점이 높고 비중이 낮으며 세라믹 생산을 가능하게 하는 내화 특성으로 인해 세라믹을 생산할 수 있습니다.

단단하고 생체 불활성인 세라믹은 고관절 교체용 베어링, 치과용 임플란트, 조직 보강재에 사용되는 소재입니다. 또한 세라믹은 인공 무릎이나 스텐트와 같은 의료 기기는 물론 도가니 용광로와 기타 도구와 같은 실험실 장비에도 사용됩니다.

커런덤은 브라질과 스리랑카산 루비나 사파이어와 같은 보석 품질의 루비나 사파이어에서 발견되는 알루미늄 산화물 알루미나 형태로, 깊은 색을 띠고 있습니다. 하지만 순수한 산화알루미늄이 아닌 철이나 티타늄과 같은 미량의 불순물이 함유되어 있어 고유한 색을 띠게 됩니다. 또한 경도가 높기 때문에 절삭 공구용 연마재로도 만들 수 있습니다.

알루미나는 물에 녹는 즉시 단백질과 상호 작용하는 수산기를 형성하여 다양한 금속 합금에 비해 습윤성을 높이고 부식 방지 코팅 재료로 이상적인 후보가 됩니다. 알루미나는 또한 알루미늄 부품의 세라믹 장식 및 양극산화 처리용으로 사용하기 위한 경질 유약을 생산하기 위해 가마에서 점토 혼합물로 자주 사용됩니다.

산화알루미늄은 연마재, 세라믹 및 일부 플라스틱 생산에 사용됩니다. 또한 용광로 단열재나 금속 주물 또는 열전대(온도 측정기)의 피복으로 사용하기 위해 녹여 모양을 만들 수도 있습니다. 이러한 기기는 서로 다른 온도의 두 금속 와이어를 한쪽 끝에서 납땜으로 연결한 후 다른 쪽 끝을 세라믹 또는 내화물 조각에 부착하여 더 차가운 금속의 열 손실을 방지함으로써 전자 장치를 사용하여 전자적으로 측정할 수 있는 전위차를 생성하는 Seebeck 효과를 사용하여 작동합니다.