Ossidi di allumina / alluminio

L'allumina è il composto di ossigeno dell'elemento chimico alluminio. Nel campo tecnico, l'allumina viene definita elettrocorundum (ELK).

Alumina

Estrazione e presentazione

Dalla bauxite l'alluminio idrossido si ottiene dalla digestione in soluzione di idrossido di sodio (processo Bayer). Rimuovendo l'acqua, ad esempio mediante cottura, sinterizzazione o calcinazione, si ottiene l'allumina.

La preparazione dell'allumina può anche essere effettuata mediante un'attenta disidratazione del sito gib (idrargillite) o boehmite.

L'ossido di alluminio si forma anche durante la combustione di polvere di alluminio con perclorato di ammonio in razzi solidi.

L'alluminio metallico puro ha un sottile strato di ossido di alluminio spontaneo (auto-passivazione) dopo l'immagazzinamento in aria, che lo protegge dalla corrosione. Per mezzo di uno strato di ossido di alluminio applicato elettroliticamente, le superfici di alluminio degli oggetti di uso quotidiano sono dotate di uno strato protettivo estremamente duro (ad esempio durezza Mohs 9) e resistente alla corrosione mediante anodizzazione. Per la produzione di condensatori elettrolitici utilizzare questi tipi di alluminio anodizzato.

La produzione globale di allumina è aumentata da 108 milioni di tonnellate in 2014 a circa 118 milioni stimati in 2015. I tre maggiori produttori di allumina sono stati 2014 Cina (47,8 milioni di tonnellate), Australia (20,5 milioni di tonnellate) e Brasile (10,6 milioni di tonnellate). L'USGS ha quotato i prezzi medi delle importazioni statunitensi di ossido di alluminio a 410 USD / tonnellata in 2015, mentre i prezzi delle importazioni di bauxite nello stesso anno erano pari a 28 USD / tonnellata.

Come sottoprodotto della produzione di allumina, il fango rosso, contenente soda caustica corrosiva e metalli pesanti tossici, viene immagazzinato in tutto il mondo in discariche aperte o scaricato nei fiumi.

Proprietà
modifiche

Le modifiche più importanti dell'allumina sono:

il cubo γ-Al2O3 (argilla, materiale di partenza per la produzione di ceramica e alluminio)
il romboedrico (trigonale) α-Al2O3 (noto come corindone minerale, zaffiro o - per il drogaggio del cromo - rubino, come ceramica abrasiva e allumina)
Allo stesso modo, la β-allumina (β-Al2O3) è nota, questo è un errore storico. Questa è la combinazione di Na2O e Al2O3 a Na2Al22O34 (Na2O · 11Al2O3), nota anche con il nome minerale Diaoyudaoit

Proprietà elettriche

Al2O3 è un ottimo isolante e ha una rigidità dielettrica molto elevata di 35 kV / mm. La resistenza specifica a 20 ° C è 1012 Ω m, a 1000 ° C scende a 107 Ω · m. La permittività relativa è 9-10 a 100 MHz, il fattore di perdita è di circa 10-4.

Proprietà termiche

In condizioni standard, la conduttività termica dovuta alla risonanza fononica ha un valore relativamente elevato per i materiali ceramici di 35,6-39 W · m-1 · K-1 (corindone a singolo cristallo: 40 W · m-1 · K-1, ceramica densa con 96% Al2N 3 W · m-25 · K-1), che aumenta bruscamente al diminuire della temperatura e diminuisce all'aumentare della temperatura a 1 ° C a circa 1000 W · m-5 · K-1.

Il coefficiente di espansione è compreso nell'intervallo 6,5-8,9 · 10-6 K-1.

La temperatura di fusione è 2072 ° C, quindi la temperatura di applicazione della ceramica di allumina di elevata purezza dovrebbe essere inferiore a 1900 ° C.

Proprietà chimiche

Al2O3 è un sale anfotero, cioè può reagire come acido (in combinazione con una base) o come base (in combinazione con un acido).

Γ-Al2O3 è una polvere igroscopica, bianca, sciolta che non è solubile in acqua, ma in acidi e basi forti. Già a partire da 800 ° C, γ-Al2O3 si trasforma in α-Al2O3 che è generalmente insolubile in acidi come le basi.

γ-Al2O3 è un materiale poroso la cui struttura superficiale può essere fortemente influenzata dal processo di fabbricazione o dalla sua temperatura. In cromatografia, viene utilizzato come fase stazionaria.

L'ossido di alluminio forma alluminati con vari ossidi metallici.

Proprietà meccaniche

Le proprietà meccaniche della ceramica allumina dipendono dalla purezza e dalla microstruttura della ceramica prodotta. Più pura è la varietà, migliori sono le proprietà che di solito vengono raggiunte, ma più complesso è l'intero processo di produzione. Oltre alle proprietà elencate nella tabella seguente, le ceramiche di allumina sono anche caratterizzate da ottime proprietà tribologiche e ottimo comportamento di attrito e usura:

Utilizzare

Circa 70% della produzione mondiale mondiale di 120 milioni di tonnellate di ossido di alluminio 2016 sono state utilizzate nella produzione di alluminio metallico (processo Hall-Héroult).

Circuito ibrido su un substrato ceramico di allumina

Tubi di scarico del sodio ad alta pressione con tubi di scarico (queste sono le barre opache all'interno) in ceramica di allumina trasparente

Α-Al2O3 ha una durezza Mohs da 9 a 9,5 e viene elaborato, tra l'altro, su pietre di strumenti di misura e orologi, nonché su abrasivi. La base di ciò è spesso il sottoprodotto dell'alluminotermia che accumula Alundum.

Le alluminine calcinate sono utilizzate in ceramica (ad es. Lavandini, articoli per alberghi, indumenti antiproiettile) o in senso lato come agenti lucidanti (ad es. Detergenti per vetroceramica, prodotti per la cura dell'auto, guarnizioni dei freni, dentifrici). Inoltre, α-Al2O3 sinterizzato (corindone sinterizzato) funge da materiale refrattario nei rivestimenti dei forni o nelle apparecchiature di laboratorio.

Contaminato da piccole quantità di Cr2O3 o TiO2, il corindone forma le gemme rubino (pietre per orologi, pietre da disegno, laser a rubino) e zaffiro.

Cristalli singoli Al2O3 drogati con Ti2O3 formano il cuore del Titano: laser zaffiro.

γ-Al2O3 funge da adsorbente e supporto catalizzatore, nonché catalizzatore stesso.

Nell'ingegneria elettrica la ceramica di allumina viene utilizzata come dielettrico a causa del suo basso fattore di perdita dielettrica. Il principale campo di applicazione è la realizzazione di linee di strip e condensatori in tecnologia ad alta frequenza. Le piastre ceramiche in ossido di alluminio fungono anche da substrato per la tecnologia a film spesso, tecnologia a film sottile e resistori di rilevamento della temperatura al platino (vedi PT100). La buona metallizzabilità di questa ceramica consente anche la saldatura diretta di componenti elettronici come resistori o LED. La ceramica funge anche da dissipatore di calore allo stesso tempo. Questi sistemi elettronici in ceramica sono efficaci quanto i sistemi che contengono dissipatori di calore metallici. L'ossido di alluminio viene utilizzato anche per la produzione di corpi di fissaggio.

L'elevata rigidità dielettrica e la massima temperatura operativa fino a 1900 ° C rendono l'ossido di alluminio l'isolante ideale per le candele.

Le ceramiche all'ossido di alluminio sono utilizzate nella costruzione di impianti e macchine, in particolare per la protezione da usura e corrosione. Ad esempio, canali di trasporto e scivoli, mulini a tamburo e miscelatori sono rivestiti con piastrelle in ceramica ad alte prestazioni per aumentare la durata dei sistemi. La resistenza alla corrosione delle superfici in vetro può essere notevolmente aumentata da un rivestimento di ossido di alluminio. Anche nella saldatura al plasma, gli ugelli in allumina hanno dimostrato. Grazie alle buone proprietà tribologiche in particolari componenti come la tenuta e la regolazione di ruote, boccole e alberi dei cuscinetti, le guide filettate nell'industria tessile e le sfere e le padelle dell'anca hanno dimostrato in endoprotetica. Inoltre innovativo è l'uso di borchie in ceramica nella pista inun di salti di sci.

La ceramica di allumina di elevata purezza, cristallina e quindi trasparente viene utilizzata per produrre tubi bruciatori di lampade a scarica di gas ad alta pressione (lampade a vapore di sodio, lampade ad alogenuri metallici). Era usato come materiale trasparente ultravioletto per finestre EPROM.

Gli ultimi processi di sinterizzazione consentono di utilizzare l'allumina per la produzione di vetroceramica nanoscala estremamente resistente, per. B. Occhiali da polso.

Anche le ceramiche Al2O3 sono state recentemente utilizzate nell'armatura dei veicoli. Le piastrelle di ceramica sono incollate su un tessuto aramidico o Dyneema. Questo tipo di armatura ottiene il doppio dell'effetto protettivo dell'armatura in acciaio con lo stesso peso di base. La ceramica frammenta il proiettile e le fibre aramidiche catturano quindi i frammenti.

Al2O3 è commercializzato come corindone, corindone semiprezioso e corindone normale noto come corindone (ELK). In un forno elettrico, viene prodotto a circa 2.000 ° C. La torta di fusione risultante viene frantumata e setacciata in base alle dimensioni del grano specificate DIN. Il corindone nobile è usato nell'arte come abrasivo nella fabbricazione di mole abrasive. Inoltre è usato come agente di brillamento e come polvere di lucidatura.

Altre alluminas

Oltre all'ossido di alluminio trivalente, sono noti altri due ossidi di alluminio negli stati di ossidazione inferiori, ossido di alluminio (I) e ossido di alluminio (II). Tuttavia, questi sono stabili solo alle alte temperature nella fase gassosa

Prezzi degli ossidi di alluminio

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