Aluminiumoksid Alumina

Aluminiumoksid (Alumina) utgjør kjernematerialet i mange industrielle keramikkprodukter. Det har harde, sprø egenskaper med et høyt smeltepunkt, lav elektrisk ledningsevne og eksepsjonell termisk stabilitet.

Korund består hovedsakelig av stabile romboedriske krystallformer av aluminiumoksid (a-Al2O3) som har en stabil krystallform kalt korund-aluminiumoksid, med spor av krom som gir den karakteristiske røde fargen, mens jern og titan bidrar med blå safirfarger for blå safirvarianter av edelstenkvalitet, som rubiner.

Metaller

Aluminiumoksid alumina er et viktig materiale i produksjonen av metaller og brukes til å fremstille aluminiummetallegeringer. På grunn av det høye smeltepunktet og den utmerkede termiske motstandsdyktigheten brukes det ofte til ovner, keramikk og ovnsforinger. Aluminiumoksid spiller også en viktig rolle i produksjonen av sivile og militære rustninger på grunn av sin styrke, lette vekt og ballistiske egenskaper.

Aluminiumoksid (alumina) produseres gjennom raffinering av bauksittmalm i et aluminaraffineri. Denne prosessen foregår vanligvis i store, rektangulære bygninger som kan være opptil én kilometer lange, og som inneholder hundrevis av reduksjonsceller som er koblet til strøm via store kabler, og som til sammen produserer korund eller aluminiumoksid som sluttprodukt.

Korund er den mest utbredte formen for aluminiumoksid, og den er den nest hardeste etter diamant. Rubiner og safirer er blant de mest verdifulle formene for korund, og de rike fargene skyldes urenheter som krom-, jern- og titanatomer. Korund er hovedingrediensen i skjæreverktøy og i en rekke slipemidler som brukes på overflaten, men det finnes også andre bruksområder for korund.

Raffinerier bruker aluminiumoksid som base for industrielle ildfaste materialer i komplekse termokjemiske og termomekaniske prosesser, som for eksempel autotermisk reformering for omdanning av hydrokarboner til syntesegass (syntesedrivstoff). Aluminiumoksidkeramikk med høy renhet gir overlegen kjemisk inertitet, noe som er en forutsetning for at slike anvendelser skal fungere godt.

Alumina brukes ofte som katalysator i raffinerier for å lette reaksjonene som finner sted der, blant annet i forbindelse med produksjon av elementært svovel via Claus-prosessen eller når alkoholer skal omdannes til alkener.

Alumina tilsettes ofte sement- og betongprodukter for å øke strekkfastheten, holdbarheten, korrosjonsbestandigheten og motstanden mot miljøfaktorer. Alumina kan også tilsettes lim og fugemasse for å øke bindingsstyrken, elastisiteten og motstandsdyktigheten mot kjemikalier, og det er også mye brukt i produksjonen av tannimplantater og proteser.

Korund

Aluminiumoksid (også kjent under den kjemiske formelen Al2O3) er en allsidig forbindelse med mange bruksområder. Det er et viktig råmateriale i produksjonen av metallisk aluminium og industriell keramikk, og det kan også forekomme naturlig som edelstener som rubiner og safirer.

Korund er et aluminiumoksid med en intrikat sekskantet, tettpakket struktur og rikelig med oksygenioner; to tredjedeler av disse fyller tilgjengelige oktaedriske mellomrom, mens den resterende plassen fylles av Al3+-ioner som binder seg til andre atomer for å danne en nøytral struktur uten ladningsbalanserende kationer som er nødvendige for stabiliseringen.

Naturlig korund finnes i magmatiske, metamorfe og sedimentære bergarter. Den primære kilden er bauksitt, som gir aluminapulver med høy renhet (>99,9% Al2O3). Korund kan utvinnes ved hjelp av Bayer-prosessen fra dette kildematerialet, og det finnes store forekomster i Australia, Brasil, India og Myanmar (Burma).

Ren korund er også mye brukt som slipemateriale i industrien og i andre sammenhenger, særlig som en del av produksjonsprosesser for høyren aluminiumoksid. På grunn av den harde og slitesterke overflaten inneholder ren korund ofte små mengder karbon, silisiumdioksid og manganoksid for ekstra slitestyrke.

Korund kan også brukes som katalysator. Ved å absorbere vann og andre polare molekyler kan korund brukes i adsorpsjonskromatografi. I tillegg har det katalytiske egenskaper som gjør det mulig å fjerne svovel fra hydrogensulfid, dehydrere alkoholer og isomerisere olefiner.

Korundkrystallstrukturer kan variere betraktelig på grunn av urenheter i sammensetningen, inkludert grunnstoffsubstituenter som bidrar til ulike farger. Rubiner og safirer har sine farger på grunn av spormengder av henholdsvis Fe2+ og kromioner som finnes i dem.

Korund er et ekstremt elastisk materiale som kan lages i ulike former og størrelser avhengig av bruksområde. Det kan bearbeides til slipende produkter, samt til bruksområder som krever høy temperaturbestandighet og gode elektriske isolasjonsegenskaper. Ved hjelp av bindings- og formingsteknikker kan det også produseres finkornet aluminiumoksidmateriale som har utmerkede slitasjebestandighetsegenskaper.

Flammehemmende midler

Aluminiumoksid brukes i en rekke bruksområder som flammehemmende middel, og det brukes også ofte som isolator på kretskort (PCB) som brukes til elektronisk utstyr. Aluminiumoksidets evne til å blokkere elektrisk strøm mellom komponenter gir sikkerhet og isolering av elektriske systemer, samtidig som dets isolerende egenskaper reduserer risikoen for kortslutning og produktskader.

Flammehemmende egenskaper skyldes evnen til å absorbere og avgi varme langsomt, noe som bidrar til at produktene ikke blir brannfarlige. Bruken av organiske og halogenerte flammehemmere fases gradvis ut på grunn av deres negative miljøpåvirkning.

Aluminiumtrihydroksid, ofte omtalt som ATH, er en effektiv flammehemmer av aluminiumhydroksid som brukes mye i dag. Det er et effektivt alternativ til halogenerte kjemikalier som avgir giftige gasser når de brytes ned, og som skaper miljøproblemer når de brytes ned. Metallhydroksidforbindelser er ikke giftige og brytes ned til vann og inerte oksider når de varmes opp, og de er dessuten mer miljøvennlige enn organiske bromforbindelser som polybromerte bifenylethere (PBDE). Disse har blitt bærebjelken i brannhemmende kjemikalier de siste årene.

Aluminiumoksidaluminiumoksid gjennomgår en rekke behandlinger under produksjonen for å forbedre de flammehemmende egenskapene. Silaner påføres overflaten for å sile ut grove partikler og sikre en jevn partikkelstørrelsesfordeling; dette bidrar til å forbedre dispersjonen med ulike materialer og kan være til hjelp i dispersjonsprosesser. Til slutt øker termisk sjokkbehandling de flammehemmende egenskapene ytterligere.

I tillegg til flammehemmende egenskaper har ATH en enestående oksidativ stabilitet som kan forlenge levetiden til polymerer og andre produkter som kommer i kontakt med det. I tillegg bidrar ATHs motstand mot migrasjon under aldringsforhold med moderat varme eller fuktighet og høye overflateareal til å forbedre de mekaniske egenskapene når det blandes inn i polymerer.

Plast

Aluminiumoksid er et inert materiale som brukes til å lage glass eller belegge metaller for å isolere dem mot varme, og det kan også smeltes og støpes i former. Aluminiumoksid kan også brukes som varmeisolator i ovner og tennplugger, og det har et høyt smeltepunkt, lav egenvekt og ildfaste egenskaper som muliggjør keramisk produksjon.

Keramikk er hardt og bioinert, og er det foretrukne materialet for lagre i hofteproteser, tannimplantater og vevsforsterkninger. I tillegg brukes keramikk i medisinsk utstyr som kunstige knær og stenter, samt i laboratorieutstyr som smeltedigler, ovner og andre verktøy.

Korund er en aluminiumoksidform som finnes i rubiner og safirer av edelstenskvalitet med dype farger, for eksempel rubiner og safirer fra Brasil og Sri Lanka. Fargene kommer imidlertid ikke fra rent aluminiumoksid, men inneholder i stedet spor av urenheter som jern eller titan som gir fargene deres karakteristiske fargetoner. På grunn av sin hardhet kan aluminiumoksid også brukes som slipemiddel til skjæreverktøy.

Så snart alumina løses opp i vann, dannes det hydroksylgrupper som samvirker med proteiner og øker fuktbarheten sammenlignet med ulike metallegeringer, noe som gjør alumina til en ideell kandidat som korrosjonsbeskyttende beleggmateriale. Alumina brukes også ofte som leireblanding i ovner for å produsere harde glasurer til bruk som keramisk dekorasjon og anodiseringsbehandling på aluminiumkomponenter.

Aluminiumoksid brukes i produksjonen av slipemidler, keramikk og enkelte typer plast. I tillegg kan det smeltes og formes til ovnsisolasjon, metallstøpegods eller kapper til termoelementer (temperaturmåleinstrumenter). Disse instrumentene fungerer ved hjelp av Seebeck-effekten: To metalltråder med ulik temperatur kobles sammen i den ene enden med loddeforbindelser før de andre endene festes til et stykke keramikk eller ildfast materiale som hindrer varmetap fra det kaldere metallet i den varmere enden, slik at det oppstår en elektrisk potensialforskjell som kan måles elektronisk ved hjelp av et elektronisk apparat.