Alumina (Óxido de Alumínio) é o material cerâmico de óxido mais amplamente utilizado. Suas aplicações são amplamente difundidas, e incluem velas de ignição, arruelas de torneira, azulejos resistentes à abrasão, e ferramentas de corte.
Muitas toneladas grandes também são usadas na fabricação de monolíticos e refratários de tijolos. Também é misturado com outros materiais, como grafite em flocos para outras aplicações mais difíceis, como bicos de vazamento e válvulas de gaveta deslizante.
Propriedades das chaves
Propriedades das chaves de óxidos de alumínio são mostradas abaixo.
– Alta resistência à compressão
– Alta dureza
– Resistente à abrasão
– Resistente ao ataque químico por uma ampla gama de produtos químicos mesmo a temperaturas elevadas
– Alta condutividade térmica
– Resistente ao choque térmico
– Alto grau de refracção
– Alto dieléctrico resistência
– Alta resistividade eléctrica mesmo a temperaturas elevadas
– Transparente para frequências de rádio de microondas
– Área de captura de baixa secção transversal de neutrões
– Matéria-prima prontamente disponível e preço não sujeito a flutuações violentas
Produção anual
Produção anual de óxido de alumínio é de 45 milhões de toneladas. 90% deste é utilizado na fabricação de metal de alumínio por eletrólise.
De onde vem a alumina?
A maior parte do óxido de alumínio produzido comercialmente é obtido pela calcinação do hidróxido de alumínio (frequentemente denominado trihidrato de alumina ou ATH).
O hidróxido de alumínio é praticamente todo fabricado pela Bayer Process.
O que envolve a digestão da bauxita em soda cáustica e a subsequente precipitação do hidróxido de alumínio pela adição de cristais finos de hidróxido de alumínio.
Fases
Oxido de alumínio existe em muitas formas, α, χ, η, δ, κ, θ, γ, ρ; estas surgem durante o tratamento térmico do hidróxido de alumínio ou do hidróxido de oxi alumínio. A forma mais estável termodinamicamente é o óxido de alumínio α.
Hidróxidos de alumínio
Alumínio forma uma gama de hidróxidos; alguns destes são compostos cristalinos bem caracterizados, enquanto outros são compostos amorfos mal definidos. Os tri-hidróxidos mais comuns são gibbsite, bayerite e nordstrandite, enquanto as formas mais comuns de hidróxidos de óxido são boehmite e diasporo.
Comercialmente a forma mais importante é o gibbsite, embora bayerite e boehmite também sejam fabricadas em escala industrial.
O hidróxido de alumínio tem uma vasta gama de utilizações, tais como retardadores de chama em plásticos e borracha, cargas e extensores de papel, pasta de dentes, antiácidos, revestimento de titânia e como matéria-prima para o fabrico de produtos químicos de alumínio, e.g. sulfato de alumínio, cloretos de alumínio, cloreto de alumínio, nitrato de alumínio.
Graus comerciais
Smelter ou grau metalúrgico é o nome dado quando utilizado no fabrico de metal de alumínio. Historicamente era fabricado a partir de hidróxido de alumínio utilizando fornos rotativos, mas agora é geralmente produzido em leito fluidizado ou calcinadores de flash fluido. Nos processos de flash de fluido, o hidróxido de alumínio é introduzido num fluxo de ar quente em contracorrente, obtido através da queima de fuelóleo ou gás. O primeiro efeito é o de remover a água livre e este é seguido pela remoção da água quimicamente combinada; isto ocorre em uma faixa de temperaturas entre 180-600ºC. O óxido de alumínio desidratado é principalmente sob a forma de alumina activada e a superfície diminui gradualmente à medida que a temperatura sobe até aos 1000ºC. Uma calcinação posterior a temperaturas > 1000ºC converte-o para a forma mais estável α. A conversão para a forma α é tipicamente da ordem de 25% e a área de superfície específica é relativamente alta a >50m²/g devido à presença de metais de transição.
Calcinado
Se o hidróxido de alumínio for aquecido a uma temperatura superior a 1100ºC, então ele passa pelas fases de transição acima referidas.
O produto final, se for utilizada uma temperatura suficientemente alta, é α-alumina. O processo de fabricação é realizado comercialmente em fornos rotativos longos. Os minerais são frequentemente adicionados para catalisar a reação e baixar a temperatura na qual a fase α-alumina se forma; os sais de flúor são os mineralizadores mais utilizados.
Estes produtos calcinados são utilizados em uma ampla gama de aplicações cerâmicas e refratárias. A principal impureza presente é o óxido de sódio. São produzidos vários graus que diferem em tamanho cristalino, morfologia e impurezas químicas.
Os graus calcinados são frequentemente subdivididos em soda comum, soda média (nível de soda 0,15-0,25% wt%) e soda baixa.
Soda baixa
Muitas aplicações, particularmente nas áreas elétricas/eletrônicas, requerem um baixo nível de soda para estar presente no óxido de alumínio. Uma alumina com baixo teor de soda é geralmente definida como tendo um teor de soda de <0,1% em peso. Isto pode ser fabricado por muitas vias diferentes incluindo lavagem ácida, adição de cloro, adição de boro e utilização de compostos adsorventes de soda.
Reactiva
Alumina “Reactiva” é o termo normalmente dado a uma amostra de pureza relativamente alta e tamanho de cristal pequeno (<1 μm) que sinteriza para um corpo totalmente denso a temperaturas mais baixas do que a baixa soda, média soda ou refrigerantes comuns. Estes pós são normalmente fornecidos após moagem intensiva com esferas que quebram os aglomerados produzidos após a calcinação. São utilizados onde é necessária uma resistência excepcional, resistência ao desgaste, resistência à temperatura, acabamento superficial ou inércia química.
Tabular
Tabular óxido de alumínio é recristalizado ou sinterizado α-alumina, assim chamado porque a sua morfologia consiste em grandes, 50-500 μm, cristais de coríndon planos em forma de mesa. Ele é produzido através da peletização, extrusão ou prensagem de alumina calcinada em formas e, em seguida, aquecendo estas formas a uma temperatura logo abaixo de seu ponto de fusão, 1700-1850ºC em fornos de eixo.
Após a calcinação, as esferas de alumina sinterizada podem ser utilizadas como são para algumas aplicações, por exemplo, leitos de catalisadores, ou podem ser trituradas, peneiradas e moídas para produzir uma ampla gama de tamanhos. Como o material foi sinterizado tem uma porosidade especialmente baixa, alta densidade, baixa permeabilidade, boa inércia química, alta refratariedade e é especialmente adequado para aplicações refratárias.
Fused
Alumina fundida é feita em fornos elétricos de arco, passando uma corrente entre eletrodos verticais de carbono. O calor gerado derrete a alumina. O forno é composto por uma carcaça de aço refrigerado a água e lotes de 3-20 toneladas de material são fundidos a qualquer momento. A alumina fundida tem uma alta densidade, baixa porosidade, baixa permeabilidade e alta refracção. Como resultado destas características, é utilizada na fabricação de abrasivos e refratários.
Alta Pureza
Alta pureza de alumina são normalmente classificadas como aquelas com uma pureza de 99,99% e podem ser fabricadas por rotas a partir do hidrato da Bayer, utilizando sucessivas ativações e lavagens, ou através de um cloreto para atingir o grau de pureza necessário. Purezas ainda mais altas são fabricadas pela calcinação de sulfato de alumínio amônico ou a partir de metal de alumínio. No caso da via através do sulfato de alumínio amônia, o grau de pureza necessário é obtido por meio de sucessivas recristalizações. Purezas especialmente elevadas podem ser obtidas a partir do alumínio, reagindo o metal com um álcool, purificando o alcóxido de alumínio por destilação, hidrólise e calcinação. Uma via menor envolve submeter pellets de metal de alumínio de super pureza sob água destilada a uma descarga de faísca.
Aplicações incluem o fabrico de pedras preciosas sintéticas, tais como granadas de rubis e ítrio de alumínio para lasers, e safiras para janelas de instrumentos e lasers.