Oxid hlinitý je nejpoužívanější oxidový keramický materiál. Jeho použití je široké a zahrnuje zapalovací svíčky, podložky pod závitníky, dlaždice odolné proti otěru a řezné nástroje.
Velmi velké tuny se používají také při výrobě monolitických a cihlových žáruvzdorných materiálů. Předpokládá se také jeho míchání s jinými materiály, jako je vločkový grafit, pro další, náročnější aplikace, jako jsou licí výlevky a posuvná šoupátka.
Klíčové vlastnosti
Klíčové vlastnosti oxidů hliníku jsou uvedeny níže.
– Vysoká pevnost v tlaku
– Vysoká tvrdost
– Odolnost proti otěru
– Odolnost proti chemickému působení široké škály chemikálií i při zvýšených teplotách
– Vysoká tepelná vodivost
– Odolnost proti tepelnému šoku
– Vysoký stupeň lomivosti
– Vysoká dielektrická schopnost. pevnost
– Vysoká elektrická rezistivita i při zvýšených teplotách
– Transparentní pro mikrovlnné rádiové frekvence
– Nízká plocha záchytu neutronového průřezu
– Surovina je snadno dostupná a její cena nepodléhá prudkým výkyvům
Roční produkce
Roční produkce oxidu hlinitého je 45 milionů tun. Z toho 90 % se používá při výrobě kovového hliníku elektrolýzou.
Kde se bere oxid hlinitý?
Většina komerčně vyráběného oxidu hlinitého se získává kalcinací hydroxidu hlinitého (často označovaného jako trihydrát oxidu hlinitého nebo ATH).
Hydroxid hlinitý se prakticky celý vyrábí Bayerovým procesem.
Tento proces zahrnuje rozklad bauxitu v kaustické sodě a následné vysrážení hydroxidu hlinitého přidáním jemných krystalků hydroxidu hlinitého.
Fáze
Oxid hlinitý existuje v mnoha formách, α, χ, η, δ, κ, θ, γ, ρ; ty vznikají při tepelném zpracování hydroxidu hlinitého nebo kysličníku hlinitého. Termodynamicky nejstabilnější formou je α-oxid hlinitý.
Hydroxidy hliníku
Hliník tvoří řadu hydroxidů; některé z nich jsou dobře charakterizované krystalické sloučeniny, zatímco jiné jsou špatně definované amorfní sloučeniny. Nejběžnějšími trihydroxidy jsou gibbsit, bayerit a nordstrandit, zatímco běžnějšími formami hydroxidů oxidů jsou boehmit a diaspor.
Komerčně nejdůležitější formou je gibbsit, ačkoli bayerit a boehmit se rovněž vyrábějí v průmyslovém měřítku.
Hydroxid hlinitý má širokou škálu použití, například jako zpomalovač hoření v plastech a gumě, plnidlo a roztahovač papíru, plnidlo zubních past, antacida, titanový povlak a jako surovina pro výrobu hliníkových chemikálií, např.např. síran hlinitý, chloridy hliníku, polychlorid hlinitý, dusičnan hlinitý.
Komerční třídy
Tavidlo nebo metalurgická třída je název, který se používá při výrobě kovového hliníku. Historicky se vyráběl z hydroxidu hlinitého pomocí rotačních pecí, ale nyní se obvykle vyrábí ve fluidních nebo fluidních kalcinátorech. Při fluidním kalcinačním procesu se hydroxid hlinitý přivádí do protiproudého proudu horkého vzduchu získaného spalováním topného oleje nebo plynu. Nejprve dochází k odstranění volné vody a poté k odstranění chemicky vázané vody; k tomu dochází v rozmezí teplot 180-600 °C. Dehydratovaný oxid hlinitý je převážně ve formě aktivovaného oxidu hlinitého a jeho povrch se postupně zmenšuje s rostoucí teplotou směrem k 1000 °C. Další kalcinací při teplotách > 1000 °C se převede na stabilnější formu α. Převod na α-formu je obvykle řádově 25 % a specifický povrch je díky přítomnosti přechodných kovů relativně vysoký >50m²/g.
Kalcinovaný
Pokud se hydroxid hlinitý zahřeje na teplotu vyšší než 1100ºC, pak prochází výše uvedenými přechodnými fázemi.
Konečným produktem, pokud se použije dostatečně vysoká teplota, je α-hliník. Výrobní proces se komerčně provádí v dlouhých rotačních pecích. Často se přidávají mineralizátory, které katalyzují reakci a snižují teplotu, při níž vzniká fáze α-hliníku; nejčastěji používanými mineralizátory jsou fluoridové soli.
Tyto kalcinované produkty se používají v široké škále keramických a žáruvzdorných aplikací. Hlavní přítomnou nečistotou je oxid sodný. Vyrábějí se různé druhy, které se liší velikostí krystalitů, morfologií a chemickými příměsemi.
Kalcinované druhy se často dělí na běžnou sodu, střední sodu (obsah sody 0,15-0,25 % hm.) a nízký obsah sody.
Nízký obsah sody
Mnoho aplikací, zejména v elektrotechnické/elektronické oblasti, vyžaduje nízký obsah sody v oxidu hlinitém. Oxid hlinitý s nízkým obsahem sody je obecně definován jako s obsahem sody <0,1 % hmotnostních. Může být vyroben mnoha různými způsoby, včetně promývání kyselinou, přídavku chloru, přídavku boru a využití sloučenin adsorbujících sodu.
Reaktivní
„Reaktivní“ oxid hlinitý je termín, který se obvykle používá pro vzorek s relativně vysokou čistotou a malou velikostí krystalů (<1 μm), který spéká na plně husté těleso při nižších teplotách než nízký obsah sody, střední obsah sody nebo běžná soda. Tyto prášky se obvykle dodávají po intenzivním kulovém mletí, které rozbíjí aglomeráty vzniklé po kalcinaci. Používají se tam, kde je požadována mimořádná pevnost, odolnost proti opotřebení, teplotní odolnost, povrchová úprava nebo chemická inertnost.
Tabulový
Tabulový oxid hlinitý je rekrystalizovaný nebo slinutý α-hliník, nazývaný tak proto, že jeho morfologii tvoří velké, 50-500 μm velké ploché krystaly korundu ve tvaru tablet. Vyrábí se peletováním, vytlačováním nebo lisováním kalcinovaného oxidu hlinitého do tvarů a následným zahříváním těchto tvarů v šachtových pecích na teplotu těsně pod bodem tání, tj. 1700-1850 ºC.
Po kalcinaci lze kuličky slinutého oxidu hlinitého použít v nezměněné podobě pro některé aplikace, např. pro katalytické lože, nebo je lze rozdrtit, prosévat a rozemlít na širokou škálu velikostí. Vzhledem k tomu, že materiál byl slinut, má zvláště nízkou pórovitost, vysokou hustotu, nízkou propustnost, dobrou chemickou inertnost, vysokou žáruvzdornost a je zvláště vhodný pro žáruvzdorné aplikace.
Tavený
Tavený oxid hlinitý se vyrábí v elektrických obloukových pecích průchodem proudu mezi svislými uhlíkovými elektrodami. Vzniklé teplo roztaví oxid hlinitý. Pec se skládá z vodou chlazeného ocelového pláště a najednou se taví 3-20tunové dávky materiálu. Tavený oxid hlinitý má vysokou hustotu, nízkou pórovitost, nízkou propustnost a vysokou lámavost. V důsledku těchto vlastností se používá při výrobě abraziv a žáruvzdorných materiálů.
Vysoce čistý hliník
Vysoce čistý hliník se obvykle klasifikuje jako hliník s čistotou 99,99 % a lze jej vyrábět cestami od bayerova hydrátu za použití postupných aktivací a promývání nebo přes chlorid k dosažení potřebného stupně čistoty. Ještě vyšší čistoty se vyrábějí kalcinací síranu hlinito-amonného nebo z kovového hliníku. V případě cesty přes síran hlinito-amonný se potřebného stupně čistoty dosáhne postupnými rekrystalizacemi. Zvláště vysoké čistoty lze vyrobit z hliníku reakcí kovu s alkoholem, čištěním alkoxidu hlinitého destilací, hydrolyzací a kalcinací. Drobná cesta zahrnuje vystavení kovových pelet hliníku superčistoty pod destilovanou vodou jiskrovému výboji.
Použití zahrnuje výrobu syntetických drahých kamenů, jako jsou rubíny a yttrium-hliníkové granáty pro lasery a safíry pro okénka přístrojů a laserů.