Высокая температура плавления глинозема

Алюминий - один из самых распространенных металлов, а также самый перерабатываемый.

Глинозем (оксид алюминия, Al2O3) является исключительным промышленным керамическим материалом, обеспечивающим превосходную износостойкость и защиту от коррозии по разумной цене. Эта универсальная керамика находит широкое применение во многих областях.

Процесс Холла-Хероульта требует чрезвычайно высокой температуры плавления глинозема, поэтому в качестве профилактической меры добавляют криолит, чтобы снизить температуру плавления до начала электролиза.

Высокая температура плавления глинозема

Высокая температура плавления глинозема делает его бесценным материалом во многих областях применения, включая производство огнеупорных материалов, выдерживающих жесткие промышленные условия, производство стекла, спеченной керамики и электротехнических изделий. Глинозем также сохраняет свою структуру при высоких температурах, что делает его подходящим ингредиентом для производства этих продуктов, обеспечивая прочность и стабильность в процессе производства. Кроме того, глинозем может быть спечен в плотные керамические структуры, обеспечивающие прочность и изоляционные свойства, необходимые для электротехнических применений.

Глинозем - это богатый природный минерал, встречающийся в виде самородного боксита или гидратированных форм, таких как гиббсит, диаспор и боэмит. Кроме того, глинозем часто добывается вместе с алюминием, медью и цинком и выступает в качестве побочного продукта при горных работах. Нетоксичный и инертный материал, глинозем обладает низкой электропроводностью, превосходной химической стойкостью и твердостью (девять единиц по шкале Мооса). Кроме того, он отличается негорючестью, низкими показателями теплового расширения, а также хорошими электроизоляционными свойствами, что делает глинозем отличным изолятором между различными металлами, такими как медь и цинк.

Из-за чрезвычайно высокой температуры плавления глинозем не может быть непосредственно восстановлен из твердой формы. Вместо этого он должен быть сначала химически очищен до оксида глинозема, а затем алюминий может быть извлечен электролитическим восстановлением по методу Холла-Хероулта, что является его основным источником и фактором относительно доступной стоимости.

При работе с расплавленным алюминием безопасность всегда должна стоять на первом месте, поскольку прямой контакт с ним может вызвать сильные ожоги кожи и привести к серьезным травмам при непосредственном контакте с телом. Кроме того, вода или другие загрязняющие вещества могут вызвать взрывные реакции, угрожающие работникам.

Поскольку существует множество способов защиты от случайного воздействия расплавленного алюминия, рекомендуется работать в защитной атмосфере с системой очистки газов, чтобы свести к минимуму случайное воздействие. Кроме того, в систему очистки должен быть включен контроль кислорода для обеспечения постоянного качества воздуха на протяжении всего производственного процесса, а персонал, работающий с расплавленным алюминием, должен использовать средства индивидуальной защиты от брызг и прямого контакта.

Огнеупорные материалы

Высокоглиноземистые огнеупорные материалы способны выдерживать экстремальные температуры без значительных структурных изменений, что делает их идеальными для использования в печах и другом промышленном оборудовании, которое будет подвергаться воздействию таких температур в течение длительного времени. Кроме того, эти материалы обладают и другими важными качествами, такими как низкая электропроводность и устойчивость к химическому воздействию.

Существует целый ряд глиноземистых огнеупорных материалов, каждый из которых имеет несколько отличающийся состав. В качестве примера можно привести муллит и корунд, которые состоят из крупных монокристаллических зерен, удерживаемых вместе связующей или матричной системой; их зерновая фаза может состоять из таких материалов, как боксит, графит или магнезия, а связующая система может включать глинистые связующие или тонкие порошки, такие как фумированный кремнезем или глиноземистые цементы (раздел 27.3).

Огнеупоры SNBSC (нитрид-связанный карбид кремния) давно используются при выплавке алюминия благодаря их превосходной стойкости к окислению и коррозии, высокой теплопроводности и способности отливаться тоньше, чем боковые огнеупорные облицовки - качества, которые позволяют использовать более крупные аноды и более высокую мощность без увеличения затрат на производительность.

Эти материалы также могут использоваться в различных областях благодаря своей твердости, отличной износостойкости и изоляционным свойствам. Их универсальная рецептура позволяет удовлетворить практически все возможные потребности - в зависимости от требований могут быть изготовлены мягкие или жесткие составы. Устойчивость к ударам и толчкам делает эти материалы пригодными для использования во многих областях, таких как режущие инструменты, абразивные круги, вытяжные и экструзионные штампы, а твердость по шкале Мооса, равная 9, позволяет использовать их для обработки керамических подложек, муфт и свечей зажигания.

Алюмоогнеупорные растворы и монолиты - популярные продукты, используемые в производстве. При смешивании с водой эти пастообразные продукты образуют идеальный материал для создания огнеупорной футеровки, заделки швов или покрытия стен и поверхностей. Огнеупорные растворы на основе глинозема также могут использоваться для ремонта обрезанных или заглаженных швов, а монолиты обеспечивают бесшовную футеровку в специальных формах.

Металлы

Температура плавления - важный показатель для металлов, поскольку она указывает на возможность их переработки в пригодные для использования изделия. Более низкая температура плавления предполагает большую приспособляемость при изготовлении из него промышленных изделий. На температуру плавления могут влиять различные факторы, включая температуру, давление и форму; сплавы обычно имеют немного более высокую температуру плавления, чем чистые металлы, а присутствие других металлов также может изменить это свойство.

Глинозем, температура плавления которого составляет 2 072 градуса Цельсия, является одним из наиболее широко используемых в мире современных керамических материалов. Твердая и прочная керамика, которая является одновременно электроизолятором и теплопроводником, находит широкое применение в химической, аэрокосмической и оборонной промышленности, а также обладает коррозионной и износостойкостью.

Глинозем обладает превосходными огнеупорными свойствами и исключительной температурой плавления, что позволяет использовать его в средах с экстремальными тепловыми режимами - идеальный выбор материала для многочисленных промышленных применений.

Первичным сырьем для производства глинозема является боксит, который добывается из глубоких подземных шахт с помощью вращающейся печи. После добычи глинозем транспортируется на рафинировочный завод, где примеси удаляются с помощью фильтрации и химического осаждения, а затем перерабатывается в печи Хиггинса для получения монокристаллического огнеупорного глинозема чистотой 95% или выше, известного как "огнеупорный глинозем".

Монокристаллический глинозем имеет более низкую температуру плавления, чем обычный глинозем, благодаря одностадийному процессу плавления, с помощью которого он производится. Он образуется при сплавлении боксита с пиритом (FeS2) и серой, в результате чего образуются две несмешивающиеся жидкости, которые медленно остывают, образуя матрицу из кристаллов сульфида, внутри которой находится монокристаллический глинозем, который затем дробят и обрабатывают химическим и механическим способом, чтобы высвободить отдельные кристаллы монокристаллического глинозема.

Аэрокосмические приложения

Высокая температура плавления глинозема делает его отличным выбором для использования в огнеупорных материалах, которые должны выдерживать высокую температуру, а также в аэрокосмической промышленности, где требуется устойчивость к экстремальным температурам.

Тепловая энергия необходима для изменения ковалентных связей между кислородом и алюминием в глиноземе, что создает его высокую температуру плавления. Чтобы снизить ее, используется электролиз, в результате которого алюминий превращается в двухатомный кислород на одном конце и алюминий на другом с помощью электричества; этот процесс Холла-Хероульта является одним из самых экономически эффективных промышленных методов производства алюминия на сегодняшний день. Таким образом, производство алюминия оказало огромное влияние на современную мировую экономику.

Другие области применения глинозема в промышленности включают производство огнеупорных изделий для печей, обжиговых печей и другого высокотемпературного промышленного оборудования. Способность глинозема сохранять свою структурную целостность при высоких температурах и при этом быть устойчивым к химическому воздействию делает его идеальным материалом для такого использования.

Электрические применения глинозема включают керамические изоляторы, используемые в системах производства и передачи электроэнергии; их основное назначение - обеспечение безопасности сетей производства и распределения энергии. Глинозем служит основным компонентом этих изоляторов, которые должны выдерживать чрезвычайно высокие температуры, чтобы оставаться функциональными в этих условиях.

Глинозем также может использоваться в производстве промышленных режущих инструментов. При смешивании с частицами диоксида циркония или карбида кремния его твердость может быть увеличена, чтобы соответствовать задачам резки и шлифовки в промышленности. Кроме того, низкая электропроводность и способность выдерживать высокие температуры делают глинозем бесценным материалом для этих целей.

Благодаря этой характеристике глинозем широко используется в производстве деталей для самолетов и реактивных двигателей, поскольку он способен выдерживать экстремальные температуры, не деформируясь и обеспечивая надежную работу, продлевая срок службы двигателя. Аэрокосмические компании в значительной степени полагаются на его стабильность в качестве элементарного компонента во многих различных областях применения - от производства деталей самолетов и компонентов реактивных двигателей до транспортных средств и оборудования в суровых климатических условиях и т. д. - поэтому глинозем играет важную роль.