Čo je oxid hlinitý (Al2O3)?

Oxid hlinitý je chemicky inertný a odolný voči korózii, takže je vhodný na izolátory zapaľovacích sviečok a substráty mikročipov, výrobu keramiky a použitie v medicíne, napríklad na zubné implantáty.

Výroba oxidu hlinitého si vyžaduje veľké množstvo tepla a energie, ktoré sa získavajú z bauxitu pomocou Bayerovho procesu. Bauxit sa rozdrví, premyje a vysuší pred tým, ako sa pri vysokých teplotách rozpustí v kaustickej sóde, a nakoniec sa premiestni do vysokých nádrží známych ako zrážacie nádrže, kde sa filtruje a prefiltruje, kým sa opäť stane použiteľným.

Je to minerál

Oxid hlinitý (Al2O3) je inertný, biely kryštalický minerál s tvrdosťou podľa Mohsovej stupnice 9. Oxid hlinitý je známy svojimi výnimočnými chemickými a mechanickými vlastnosťami a nachádza široké uplatnenie v moderných keramických tvaroch a komponentoch používaných v mnohých priemyselných odvetviach - od izolátorov zapaľovacích sviečok cez integrované obvody a kostné implantáty až po brúsne papiere a brúsne kotúče - a vďaka svojej nízkej elektrickej vodivosti je tiež vhodným kandidátom na hermetické elektrické priechody pre elektrárne a jadrové reaktory.

Bauxit je hlavným zdrojom komerčnej výroby oxidu hlinitého. Hliník sa vyrába v metalurgických aj keramických variantoch; jeden typ predstavuje práškový bauxit určený na tavenie hliníka, zatiaľ čo keramické variety majú širšie využitie, napríklad na jemné mletie na rôzne účely. Obe odrody oxidu hlinitého sa vyrábajú rôznymi technikami, ale najrozšírenejším procesom zostáva kalcinácia; pri nej sa oxid hlinitý mení na keramiku, ktorá má mnoho spoločných vlastností s bežnou keramikou.

Tento proces sa používa aj na výrobu žiaruvzdorného oxidu hlinitého, ktorý je základným prvkom hermetických priechodiek používaných v elektrárňach a jadrových reaktoroch. Vďaka svojej vysokej pevnosti a extrémnej tvrdosti je žiaruvzdorný oxid hlinitý vynikajúcim materiálom na obloženie kovových kontajnerov s cieľom zabrániť únikom a zároveň znížiť náklady na údržbu.

Hliník nie je len neoceniteľným priemyselným minerálom, ale aj nádherným drahokamom známym ako zafír a rubín. Kryštalická forma známa ako korund dáva rubínom a zafírom ich klasické farby, zatiaľ čo oxidy železa a titánu im dodávajú rôzne odtiene.

Tak ako iné minerály, aj oxid hlinitý sa skladá zo silných iónovo-kovalentných chemických väzieb a nedá sa ohýbať ani stláčať ako kovy a zliatiny. Preto sa zložité tvary nedajú odlievať kovaním, ale musia sa obrábať pomocou štandardných nástrojov a brúsnych materiálov na presné rozmery pre presné rozmery pomocou štandardných nástrojov a brúsnych materiálov. Hliník napriek týmto obmedzeniam vykazuje miernu odolnosť proti ťahu a ohybu, ako aj krehké lomové správanie podobné mnohým polykryštalickým keramikám; napriek tomu však stále ponúka množstvo výhod oproti kovom a zliatinám v úlohe keramického materiálu; vysoko účinné izolačné vlastnosti robia z tohto materiálu vynikajúcu náhradu skla v mnohých aplikáciách, zatiaľ čo obmedzenia teploty topenia obmedzujú jeho použitie vo vysokoteplotných aplikáciách.

Je to kov

Hliník (Al2O3) je prirodzene sa vyskytujúca biela, inertná zlúčenina bez zápachu, ktorá sa nachádza v rôznych mineráloch, ako je korund a bauxit - dva základné zdroje hliníkovej rudy. Vďaka svojim vynikajúcim chemickým, tepelným a mechanickým vlastnostiam našiel v spoločnosti mnoho využití a aplikácií na predĺženie životnosti.

Čistý oxid hlinitý je tvrdý, krehký minerál so sklovitým povrchom, ktorý sa používa ako brúsivo do brúsnych kotúčov a brúsnych papierov, ako aj ako priemyselná náhrada diamantu. Hliník je tiež dôležitou zložkou mnohých žiaruvzdorných materiálov a keramiky, ako sú izolátory zážihových sviečok v moderných vozidlách; na zvýšenie húževnatosti môže obsahovať častice zirkónu alebo metličky karbidu kremíka, ktoré sú vhodné na rezné nástroje; okrem toho sa môže stať priesvitným pridaním magnézia.

Hliník sa vyrába z hliníkovej rudy bauxitu chemickým procesom známym ako rafinácia oxidu hlinitého, pričom komerčné závody boli prvýkrát uvedené do prevádzky v 60. rokoch 20. storočia. Po rafinácii sa prepravuje do hlinikární, kde sa elektrolyzuje na kovový hliník; potom sa melie na jemný prášok na použitie vo výrobkoch, ako sú žiaruvzdorné materiály a keramika.

Bauxit obsahuje 30-55 % Al2O3. Na získanie oxidu hlinitého sa rozdrvený a premytý bauxit zmieša so sódou kaustickou a vytvorí sa kaša. Po filtrácii a prečerpaní do zrážacích nádrží na ďalšie spracovanie vzniká pevný hydroxid hlinitý, ktorý je základom priemyslu.

Červené bahno, zvyšok po ťažbe rudy, obsahuje nečistoty, ako sú oxidy železa, kremičitany a kremeň, ktoré znečisťujú životné prostredie, vrátane vysokej koncentrácie ortuti a iných kovov, čo sťažuje jeho likvidáciu - pri nehode v maďarskom závode na výrobu oxidu hlinitého v roku 2010 sa jedna stena zrútila do priľahlého rybníka s červeným bahnom, pričom sa toxický odpad uvoľnil priamo do blízkej rieky.

Predaj oxidu hlinitého zaznamenal rýchly rast, pretože čoraz viac výrobcov požaduje jeho vyššiu čistotu na použitie pri výrobe hliníka. V súčasnosti sa na celom svete ročne použije viac ako 50 miliónov ton oxidu hlinitého ako primárneho materiálu na výrobu hliníka; s prechodom na nízkouhlíkovú budúcnosť by mal oxid hlinitý zostať dôležitým hráčom.

Je to keramika

Oxid hlinitý je keramický materiál, ktorý je známy svojou tvrdosťou, tepelnou odolnosťou a bioinertnosťou. Vďaka svojej vysokej pevnosti, pružnosti, nízkej miere oderu, odolnosti proti korózii a nárazu je oxid hlinitý vynikajúcim mlecím médiom v guľových a miešaných mlynoch, pričom je teplotne stabilný počas dlhého časového obdobia, čo ho robí dostatočne univerzálnym na použitie v celom rade priemyselných aplikácií.

Hliník sa vyrába synteticky z bauxitovej rudy, ktorá obsahuje rôzne množstvá vodnatých oxidov hliníka. Hliník má mnoho dôležitých priemyselných využití; napríklad moderná výroba keramiky sa vo veľkej miere spolieha na jeho použitie; tiež zohráva neoddeliteľnú úlohu pri tavení kovového hliníka a výrobe rôznych chemických produktov; okrem toho sa môže pochváliť vynikajúcimi vlastnosťami elektrického izolantu pri izbových teplotách aj pri zvýšených teplotách - vďaka tomu je oxid hlinitý dôležitým žiaruvzdorným materiálom, ktorý nevyžaduje žiadne externé spojivá na dosiahnutie izolačných vlastností.

Fyzikálne vlastnosti Hliník sa z hľadiska tvrdosti radí na Mohsovej stupnici tvrdosti na druhé miesto za diamant. Môže sa pochváliť extrémne vysokým bodom topenia, ako aj odolnosťou voči intenzívnemu teplu, chladu, oderu, pevnosťou v tlaku až do 250 000 PSI a nízkymi tlakmi pary a rozkladu.

Čistý oxid hlinitý má vynikajúcu chemickú stabilitu, odoláva korózii väčšinou roztokov kyselín a zásad. Môže však byť mierne rozpustný v roztokoch kyseliny sírovej (horúcej), kyseliny chlorovodíkovej a kyseliny dusičnej; napriek tomu zostáva ideálnou voľbou materiálu pre mnohé technické aplikácie vďaka svojej vynikajúcej chemickej stabilite.

Hliníková keramika má široké uplatnenie v letectve, ropnom priemysle, elektroenergetike, automobilovom priemysle, elektronike a fotovoltaických systémoch solárnej energie, ako aj vo fotovoltaických batériách na uskladnenie solárnej energie a batériách pre nové energie. Hliníková keramika vyniká pri použití v náročných situáciách, ktoré si vyžadujú vysokú teplotnú stabilitu s vynikajúcimi elektrickými izolačnými vlastnosťami.

Medicínsky oxid hlinitý (MA) je forma oxidu hlinitého, ktorá bola spracovaná s cieľom zlepšiť jej mechanické vlastnosti. Vykonané štúdie preukázali nižšiu mieru zlyhania počas klinických skúšok ako u oxidu hlinitého tretej generácie, vďaka čomu je MA vynikajúcou voľbou pre zubné implantáty, umelé kĺby a kostné náhrady, ako aj ochranné zariadenia, ako sú prilby a nepriestrelné okná, a to vďaka svojej biologickej inertnosti, ktorá ho robí bezpečným pre použitie v ľudskom tele.

Je to ohňovzdorný

Oxid hlinitý je tvrdý a veľmi odolný materiál s mnohými priemyselnými využitiami. Bežne sa používa ako abrazívum na ochranu iných materiálov pred opotrebovaním, ako aj pri výrobe žiaruvzdorných výrobkov. Oxid hlinitý vzniká procesom kalcinácie hydroxidu hlinitého pri vysokých teplotách za vzniku oxidu hlinitého, ktorý je známy ako spekanie. Samotný oxid hlinitý má bielu farbu s inertnými vlastnosťami bez zápachu, čo z neho robí vynikajúcu voľbu materiálu pre náročné priemyselné aplikácie, ako je napríklad zváranie.

Žiaruvzdorné materiály zložené z oxidu hlinitého sa často vyznačujú schopnosťou odolávať extrémne vysokým teplotám bez straty rozmerovej stability, zachovávať teplo a odolávať znečisteniu korozívnymi látkami - vlastnosti, vďaka ktorým sú tieto žiaruvzdorné materiály vhodné na odlievanie aj obrábanie. Pred použitím by sa však mali tieto materiály otestovať z hľadiska chemických, mechanických a fyzikálnych vlastností.

Žiaruvzdorné materiály možno rozdeliť do troch širokých kategórií na základe ich mineralogického zloženia, ako sú minerálno-kremíkové žiaruvzdorné materiály, ktoré obsahujú oxid kremičitý a oxid hlinitý, ktoré sú chemicky inertné a zároveň odolávajú korózii pri vysokých teplotách; okrem toho ich možno rozdeliť aj podľa toho, ako reagujú s kyslými a zásaditými roztokmi, alebo podľa ich odolnosti voči korózii pri vysokých teplotách. Príkladom môže byť oxid kremičitý, ktorý obsahuje tieto materiály, ktoré sú chemicky odolné voči korózii hliníka; tieto typy žiaruvzdorných materiálov sa široko používajú pri výrobe ocele a v peciach.

Ostatné žiaruvzdorné materiály možno rozlíšiť podľa ich zloženia a štruktúry, pričom existuje niekoľko skupín podľa toho, koľko oxidu kremičitého a oxidu hlinitého obsahujú. Kaolínové íly poskytujú nízku cenu a zároveň vynikajúcu žiaruvzdornosť; tieto žiaruvzdorné materiály sa ukázali ako odolné voči erózii v určitých prostrediach, ale časom sa môžu stať náchylnými.

Žiaruvzdorné materiály zložené z magnézia sú zásadité materiály, čo znamená, že nereagujú s kyselinami; materiály vyrobené z chrómu a horčíka odolávajú vysokým teplotám bez toho, aby podľahli ich účinkom; iné, ako napríklad zirkón, dokonca ľahko znášajú podmienky tavenia skla. Bez ohľadu na to, aký žiaruvzdorný materiál sa vyberie na použitie, je nevyhnutné dôkladne otestovať jeho suroviny na zdanlivú hustotu, mieru absorpcie vody a vlastnosti otvorenej pórovitosti, ako aj na analýzu pevnosti v trojbodovom ohybe a pevnosti v tlaku.