Inovačné centrum FEECO a Satisfactory Alumina

V inovačnom centre FEECO sa vyhodnocujú skúšobné šarže oxidu hlinitého, aby sa zistila jeho vhodnosť na konkrétne použitie. Ak je materiál použiteľný, spracuje sa na keramický materiál po vypálení, aby spĺňal špecifikácie použitia.

Hliník môže pridať matnosť glazúram pri veľmi nízkych hladinách (menej ako 5%) tým, že znižuje zmrštenie spôsobené obsahom kaolínu a stabilizuje taveniny glazúr.

Odolnosť voči abrazívnym látkam

Odolnosť cementových materiálov voči kyselinám závisí od typu a koncentrácie kyslého prostredia, ako aj od metodiky testovania použitej na jej posúdenie.

Nedávny vývoj zaznamenal výrazný pokrok v reologickom správaní, tuhnutí a štrukturálnych vlastnostiach spojív na báze oxidu hlinitého. Možno to pripísať pokroku v chápaní procesov ich chemickej a fyzikálnej tvorby, ako aj novým typom nízkouhlíkových aktivátorov s nižšou environmentálnou stopou ako tradičné fenolové spojivá do betónu.

Kritickou vlastnosťou AAB je odolnosť voči kyselinám. Treba však pamätať na to, že samotná odolnosť voči kyselinám neurčuje ich výkonnosť; výkonnosť ovplyvňujú aj ďalšie faktory vrátane typu a koncentrácie použitých kyselín, ako aj stav povrchu agregátov a samotného oxidu hlinitého.

Bauxitové bane a rafinérie sa zvyčajne nachádzajú v tropickom podnebí, kde parazity, infekčné choroby (ako napríklad malária a tuberkulóza) a nebezpečné/jedovaté zvieratá predstavujú potenciálnu hrozbu ochorenia. K otázkam bezpečnosti práce na týchto miestach patrí hluk, vibrácie, ergonomické úrazy a postriekanie pokožky alebo očí žieravou sódou, ako aj monitorovanie hluku na posúdenie respiračných, dermatologických a kardiovaskulárnych zdravotných problémov.

Bauxitová ruda obsahuje stopové množstvá uránu (238U), tória (232Th) a draslíka (40K), ktoré počas rafinácie takmer úplne prechádzajú do prúdu tuhého zvyšku (materiály z Bayerovho procesu pred zrážaním, zvyšok bahna, zvyšok piesku a oxid hlinitý). Pozičné a osobné monitorovanie v rafinérii Pinjarra v Západnej Austrálii odhalilo, že dávky žiarenia spojené s manipuláciou s týmito zvyškami zostávajú pod limitmi radiačného pozadia, a preto by nemali predstavovať pre personál, ktorý s nimi manipuluje, nadmerne rizikové ožiarenie.

Odolnosť voči kyselinám

V priemysle oxidu hlinitého sa používa chemické spracovanie na získanie čistého hydroxidu hlinitého na tavenie. Bauxit slúži ako hlavná surovina a obsahuje nečistoty, ktoré možno odstrániť fyzikálnym zušľachťovaním; tým sa však nie vždy získa oxid hlinitý požadovanej kvality a vyžaduje si ďalšie chemikálie, pretože rafinérie zlepšujú jeho vlastnosti; jeho konečné produkty nachádzajú využitie v priemyselných aplikáciách, ako sú žiaruvzdorné materiály a keramika. Hliník sa môže pochváliť vysokou hustotou s neporéznym povrchom, ktorý odoláva prenikaniu kvapalín, ako aj plynov z vonkajších zdrojov; preto je ideálnym kandidátom na použitie ako základná surovina na výrobu v tomto odvetví.

Hustota oxidu hlinitého priamo súvisí s jeho pórovitosťou, ktorú určujú prítomné ióny kyslíka. Hliník s menším množstvom iónov kyslíka má väčšiu hustotu. Oxid hlinitý vykazuje aj dobrú odolnosť voči kyselinám vďaka reakcii s hydroxidovými iónmi; vďaka tejto vlastnosti slúži ako hlavná zložka materiálov na tryskanie a žiaruvzdorných tehál, ako aj je nevyhnutný pri výrobe lekárskej keramiky.

Aby sa zvýšila odolnosť oxidu hlinitého voči kyselinám, možno ho upraviť rôznymi kyselinami, ktoré zmenia jeho povrch. Tieto úpravy menia morfológiu aj chemické zloženie keramických častíc; nedávno boli v jednej štúdii vzorky oxidu hlinitého a zirkónu lekárskej kvality leptané pomocou troch kombinácií kyselín; skenovacia elektrónová mikroskopia pozorovala ich vzhľad, zatiaľ čo mapovanie EDS poskytlo pohľad na ich chemické zloženie.

Leptanie kyselinou môže byť nebezpečná operácia, preto je potrebné prijať všetky preventívne opatrenia na ochranu pracovníkov pred vystavením nebezpečným chemikáliám. Tieto opatrenia zahŕňajú nosenie ochranného odevu a ochranných okuliarov. Rutinné testovanie ortuti v rafinériách oxidu hlinitého sa nevykonáva vzhľadom na to, že hladiny ortuti vo vzorkách moču pracovníkov sú hlboko pod pracovným expozičným limitom ACGIH 20 mg/g kreatinínu.

Hustota

Keramické materiály s obsahom oxidu hlinitého sú veľmi vhodné do extrémnych prevádzkových prostredí vďaka svojej odolnosti proti oderu, korózii, teplu a erózii. Technická keramika z oxidu hlinitého je tiež vynikajúcim tepelným izolantom s elektrickými vlastnosťami, ktoré sa prejavujú vo vysokých dielektrických hodnotách (na prevod jednosmerných frekvencií na frekvencie GHz). Okrem toho má keramika z oxidu hlinitého samomazné vlastnosti a rozmerovú stabilitu, vďaka čomu je vynikajúcou voľbou v prostrediach s vysokým stupňom prevádzky.

Jemnozrnný oxid hlinitý (Al2O3) sa vyznačuje vynikajúcou tvárniteľnosťou, vďaka čomu je vhodný na vstrekovanie, suché lisovanie, izostatické lisovanie, lisovanie za tepla, odlievanie a klzné tvárnenie. K dispozícii je s úrovňami čistoty od 94% vhodnými na metalizáciu až po 99,8% na vysokoteplotné aplikácie a ponúka všestrannosť pri vytváraní výrobkov všetkých druhov.

Zmesi tvrdeného oxidu zirkoničitého sú vysoko účinné keramické materiály pre extrémne prostredia vrátane odolnosti voči teplotám, opotrebovaniu, oderu a chemickej inertnosti. Používajú sa vo výrobných aplikáciách pre vložky čerpadiel, súčasti ventilov, puzdrá piestov zátok atď. a vďaka ich vysokej lomovej húževnatosti je keramika oxidu hlinitého vynikajúcou voľbou pre presné obrábacie procesy.

Ingoty a prášky oxidu hlinitého sa dajú obrábať tradičnými metódami obrábania na zeleno a na sucho, zatiaľ čo ich úplné zhutnenie si vyžaduje proces spekania, ktorého výsledkom je značné zmrštenie, ktoré si vyžaduje diamantové nástroje na presné obrábanie. Hliník sa často používa ako ekonomická alternatíva ocele pri brúsení a rezaní vďaka svojmu nízkemu koeficientu trenia a trvanlivosti; to výrazne znižuje prevádzkové náklady.

Oxid hlinitý možno hasiť mnohými kvapalinami vrátane vody, alkoholov, kyselín a glycerínu, pričom posledne menovaný má zo všetkých najvyšší bod varu a rozkladu. Nízka rozpustnosť čistého oxidu hlinitého prispieva aj k jeho odolnosti voči chemickej korózii, pretože odoláva silným kyselinám a zásadám, ale nie vode.

Tepelná odolnosť

Vysoká tvrdosť oxidu hlinitého je kritickou vlastnosťou pri jeho výrobných procesoch, pretože vďaka svojej pevnosti sú relatívne energeticky účinné. Tvrdosť oxidu hlinitého vyplýva zo silných väzieb medzi jeho tesne usporiadanými kryštalickými štruktúrami, ktoré mu dodávajú pevnosť a zároveň odolnosť proti rozbitiu. Tým sa stáva jedným z najtvrdších materiálov na svete; je trikrát tvrdší ako nehrdzavejúca oceľ, resp. štyrikrát tvrdší ako karbid kremíka.

Výrobcovia hliníka dnes čelia jednej z najväčších výziev pri vývoji inertných anód pre priemyselné hliníkové redukčné články. Medené anódy sa spočiatku považovali za vhodnú alternatívu; ich rýchle rozpúšťanie v elektrolyte však ohrozovalo vyrobený čerstvý hliník a rýchlo ho ďalej znečisťovalo - jediným životaschopným a praktickým riešením, ktoré majú k dispozícii, zostávajú uhlíkové anódy.

Ďalšia výzva, ktorej čelí výroba hliníka, spočíva v znižovaní spotreby energie. V súčasnosti hlinikárenský priemysel spotrebuje pri výrobe 13 - 11 kWh/kg Al, čo je dvojnásobok toho, čo by malo byť potrebné. Je to spôsobené najmä uhoľnými elektrárňami, ktoré poskytujú väčšinu tejto energie. Zníženie spotreby energie bude mať pozitívny prínos pre životné prostredie a efektívnosť, čo prispeje k zvýšeniu účinnosti výroby hliníka.

Hliník zohráva zásadnú úlohu pri zachytávaní fluorovodíka vznikajúceho v anódových článkoch. Práškový oxid hlinitý absorbuje tento plyn a zároveň zachytáva fluoridové kondenzáty, ako sú častice tetrafluóraluminátu sodného (NaAlF4), ktoré sa potom vracajú späť do zariadení na čistenie dymu pred návratom späť do výrobných buniek na tavenie. Zníženie emisií HF plynov významne prispieva k bezpečnosti v rafinériách oxidu hlinitého aj v baniach.

Tvrdosť

Vysoká tvrdosť, vynikajúca pevnosť a odolnosť voči nárazom a oderu robia z oxidu hlinitého ideálny materiál na výrobu priemyselných výrobkov a strojov. Okrem toho jeho žiaruvzdorné vlastnosti pomáhajú odolávať vysokým teplotám, ktoré sa bežne vyskytujú v žiaruvzdornom priemysle - kde sa používa v procesoch, ako je petrochemické spracovanie, spaľovanie odpadu, výroba cementu a výroba železa a ocele.

Tvrdosť 9 podľa Mohsa radí oxid hlinitý na druhé miesto po diamante, pokiaľ ide o tvrdosť. Vďaka svojej tvrdosti a trvanlivosti odoláva oteru oceľovými guľôčkami, ako aj nárazom strelných zbraní a kanónov stredného kalibru a je vhodný aj ako ochranný pancierový materiál.

Hliník sa od ostatných materiálov odlišuje tvrdosťou, chemickou inertnosťou a odolnosťou voči pôsobeniu kyselín, pretože je odolný voči kyseline ortofosforečnej a fluorovodíkovej, ako aj mnohým iným. Okrem toho je vďaka svojim elektroizolačným vlastnostiam a čistote - až 99% - vhodný na elektronické substráty a izolátory.

ZTA (zirkónom spevnený oxid hlinitý) je zliatina vytvorená zmiešaním ytriom stabilizovaného zirkónu (YSZ) do matrice oxidu hlinitého s cieľom optimalizovať vlastnosti tohto materiálu z hľadiska opotrebovania. Zvýšením pevnosti v ohybe, lomovej húževnatosti, odolnosti proti abrazívnemu opotrebeniu a odolnosti proti starnutiu YSZ sa ZTA stáva menej náchylným na starnutie v priebehu času.

Odolnosť keramiky ZTA voči abrazívnym vplyvom je priamo spojená so štruktúrou jej zŕn a rozložením častíc; na dosiahnutie optimálneho výkonu by mali byť zrná jemnejšie s hustou štruktúrou, ktorá rovnomerne rozdeľuje veľkosti častíc. Ohybová schopnosť tiež do veľkej miery závisí od štruktúry zŕn; pri optimalizácii ohybovej schopnosti zohrávajú zásadnú úlohu tempery, pretože určujú pevnosť väzby medzi jednotlivými zrnami.