Alumina (oxid de aluminiu) este cel mai utilizat material ceramic oxidat. Aplicațiile sale sunt foarte răspândite și includ bujii, șaibe de robinet, plăci rezistente la abraziune și unelte de tăiere.
Tone foarte mari sunt, de asemenea, utilizate la fabricarea refractarelor monolitice și de cărămidă. Este, de asemenea, amestecat cu alte materiale, cum ar fi grafitul în fulgi, pentru alte aplicații mai dificile sunt avute în vedere, cum ar fi gurile de turnare și supapele de poartă glisantă.
Proprietăți cheie
Proprietățile cheie ale oxizilor de aluminiu sunt prezentate mai jos.
– Rezistență ridicată la compresiune
– Duritate ridicată
– Rezistent la abraziune
– Rezistent la atacul chimic al unei game largi de substanțe chimice, chiar și la temperaturi ridicate
– Conductivitate termică ridicată
– Rezistent la șocuri termice
– Grad ridicat de refractaritate
– Dielectricitate ridicată. rezistență dielectrică
– Rezistivitate electrică ridicată chiar și la temperaturi ridicate
– Transparență la frecvențele radio de microunde
– Aria de captare a secțiunii transversale a neutronilor redusă
– Materie primă ușor de obținut și preț care nu este supus unor fluctuații violente
Producție anuală
Producția anuală de oxid de aluminiu este de 45 milioane de tone. 90% din aceasta este utilizată la fabricarea aluminiului metalic prin electroliză.
De unde provine alumina?
Cei mai mulți dintre oxizii de aluminiu produși la nivel comercial sunt obținuți prin calcinarea hidroxidului de aluminiu (denumit frecvent trihidrat de alumină sau ATH).
Hidroxidul de aluminiu este aproape în totalitate obținut prin procedeul Bayer.
Acest procedeu presupune digestia bauxitei în sodă caustică și precipitarea ulterioară a hidroxidului de aluminiu prin adăugarea de cristale fine de hidroxid de aluminiu din semințe.
Faze
Oxidul de aluminiu există în mai multe forme, α, χ, η, δ, δ, κ, θ, γ, ρ; acestea apar în timpul tratamentului termic al hidroxidului de aluminiu sau al oxihidroxidului de aluminiu. Forma cea mai stabilă din punct de vedere termodinamic este oxidul de α-aluminiu.
Hidroxizi de aluminiu
Aluminiul formează o serie de hidroxizi; unii dintre aceștia sunt compuși cristalini bine caracterizați, în timp ce alții sunt compuși amorfi prost definiți. Cele mai comune trihidroxizi sunt gibbsitul, bayeritul și nordstrandita, în timp ce cele mai comune forme de hidroxid de oxid sunt boehmite și diasporă.
Comercial, cea mai importantă formă este gibbsitul, deși bayeritul și boehmite sunt, de asemenea, fabricate la scară industrială.
Hidroxidul de aluminiu are o gamă largă de utilizări, cum ar fi substanțe ignifuge în materiale plastice și cauciuc, materiale de umplutură și de prelungire a hârtiei, materiale de umplutură pentru pasta de dinți, antiacide, acoperire cu titaniu și ca materie primă pentru fabricarea de produse chimice din aluminiu, de ex.ex. sulfat de aluminiu, cloruri de aluminiu, policlorură de aluminiu, nitrat de aluminiu.
Calificative comerciale
Calificativul de topire sau metalurgic este denumirea dată atunci când este utilizat la fabricarea aluminiului metalic. Din punct de vedere istoric, era fabricat din hidroxid de aluminiu cu ajutorul cuptoarelor rotative, dar în prezent este în general produs în calcinatoare cu pat fluid sau cu flash fluid. În procedeele cu flash fluid, hidroxidul de aluminiu este introdus într-un curent de aer cald în contracurent obținut prin arderea păcurii sau a gazului. Primul efect este eliminarea apei libere, urmată de eliminarea apei combinate chimic; acest lucru are loc într-o gamă de temperaturi cuprinse între 180-600ºC. Oxidul de aluminiu deshidratat se prezintă în principal sub formă de alumină activată, iar suprafața sa scade treptat pe măsură ce temperatura crește spre 1000ºC. Calcinarea ulterioară la temperaturi > 1000ºC transformă această formă în forma α, mai stabilă. Conversia în forma α este de obicei de ordinul a 25%, iar suprafața specifică este relativ mare, de >50m²/g, datorită prezenței metalelor de tranziție.
Calcinat
Dacă hidroxidul de aluminiu este încălzit la o temperatură mai mare de 1100ºC, atunci trece prin fazele de tranziție menționate mai sus.
Produsul final, dacă se folosește o temperatură suficient de ridicată, este α-alumina. Procesul de fabricație este realizat în mod comercial în cuptoare rotative lungi. Se adaugă frecvent mineralizatori pentru a cataliza reacția și pentru a coborî temperatura la care se formează faza de α-alumină; sărurile de fluorură sunt cei mai frecvent utilizați mineralizatori.
Aceste produse calcinate sunt utilizate într-o gamă largă de aplicații ceramice și refractare. Principala impuritate prezentă este oxidul de sodiu. Se produc diverse calități care diferă în ceea ce privește dimensiunea cristalitelor, morfologia și impuritățile chimice.
Calificările calcinate sunt adesea subdivizate în sodă obișnuită, sodă medie (nivel de sodă 0,15-0,25% în greutate) și sodă scăzută.
Sodă scăzută
Multe aplicații, în special în domeniile electrice/electronice, necesită un nivel scăzut de sodă care să fie prezent în oxidul de aluminiu. O alumină cu conținut scăzut de sodă este definită, în general, ca având un conținut de sodă de <0,1% în greutate. Aceasta poate fi fabricată pe mai multe căi diferite, inclusiv prin spălare cu acid, adaos de clor, adaos de bor și utilizarea compușilor adsorbanți de sodă.
Alumina reactivă
Alumina „reactivă” este termenul dat în mod normal unui eșantion de puritate relativ ridicată și cu cristale de dimensiuni mici (<1 μm) care se sinterizează până la obținerea unui corp complet dens la temperaturi mai scăzute decât cele de sodă cu conținut scăzut de sodă, de sodă medie sau de sodă obișnuită. Aceste pulberi sunt furnizate în mod normal după o măcinare intensivă cu bile care sparge aglomeratele produse după calcinare. Ele sunt utilizate atunci când este necesară o rezistență excepțională, rezistență la uzură, rezistență la temperatură, finisare a suprafeței sau inerție chimică.
Tabular
Oxidul de aluminiu tabular este α-alumina recristalizată sau sinterizată, denumită astfel deoarece morfologia sa constă în cristale mari, de 50-500 μm, plate, în formă de tabletă, de corindon. Se produce prin peletizare, extrudare sau presare a aluminei calcinate în forme și apoi prin încălzirea acestor forme la o temperatură chiar sub punctul lor de topire, 1700-1850ºC, în cuptoare cu puț.
După calcinare, sferele de alumină sinterizată pot fi utilizate ca atare pentru anumite aplicații, de exemplu, paturi de catalizatori, sau pot fi zdrobite, cernute și măcinate pentru a produce o gamă largă de dimensiuni. Deoarece materialul a fost sinterizat, acesta are o porozitate deosebit de scăzută, o densitate ridicată, o permeabilitate scăzută, o bună inerție chimică, o refractaritate ridicată și este deosebit de potrivit pentru aplicații refractare.
Alumina topită
Alumina topită se obține în cuptoare cu arc electric prin trecerea unui curent între electrozi verticali de carbon. Căldura generată topește alumina. Cuptorul este format dintr-o carcasă de oțel răcită cu apă și se topesc loturi de 3-20 de tone de material la un moment dat. Alumina topită are o densitate mare, o porozitate scăzută, o permeabilitate scăzută și o refractaritate ridicată. Ca urmare a acestor caracteristici, este utilizată la fabricarea de materiale abrazive și refractare.
Alumini de puritate ridicată
Alumini de puritate ridicată sunt în mod normal clasificate ca fiind cele cu o puritate de 99,99% și pot fi fabricate pe rute care pornesc de la hidratul Bayer, folosind activări și spălări succesive, sau prin intermediul unei cloruri pentru a obține gradul de puritate necesar. Purități și mai mari sunt fabricate prin calcinarea sulfatului de aluminiu și amoniu sau din aluminiu metalic. În cazul traseului prin intermediul sulfatului de aluminiu și amoniu, gradul de puritate necesar se obține prin recristalizări succesive. Se pot obține purități deosebit de ridicate din aluminiu prin reacția metalului cu un alcool, purificarea alcoxidului de aluminiu prin distilare, hidroliză și calcinare. O rută minoră presupune supunerea unor granule metalice de aluminiu de super puritate sub apă distilată la o descărcare cu scântei.
Aplicațiile includ fabricarea pietrelor prețioase sintetice, cum ar fi rubinele și granatele de ytriu-aluminiu pentru lasere și safirele pentru ferestre de instrumente și lasere.
.