Химичната формула на алуминия

Al2O3 е химичната формула на алуминиевия оксид, най-разпространения в природата алуминиев оксид. От този минерал се образуват кристали на корунда, които са в основата на рубините и сапфирите с уникални цветове, дължащи се на наличието на следи от примеси като хром или желязо в кристалните им структури.

Безводният алуминиев хидрат (AAH) може да се произвежда чрез излугване на бокситна руда със сода каустик по метода на Байер и по-късно да се преработва калциниран в безводен AAH или синтерован във високотехнологични керамични продукти.

Химична формула

Al2O3 е амфотерен оксид, съставен от един алуминиев и два кислородни атома. Той изглежда бял, няма забележима миризма и се втвърдява при излагане на въздух, като в химичните реакции функционира едновременно като киселина и основа. Алуминият се извлича от бокситните находища, които се намират в тропическите и субтропическите райони, както и от корунда, използван за производството на изолатори за запалителни свещи и други електрически компоненти; но основното му приложение е в електролитното производство на алуминиев метал.

Бокситът, който съдържа около една трета от световното предлагане на алуминий, се добива чрез сондиране и взривяване в подземни или открити мини, след което се смесва със сода каустик, за да се отмие рудата. След това чрез методи на филтриране и утаяване се отделя алуминиевият оксид, а чрез допълнително калциниране той се пречиства допълнително. Крайният продукт - натриев алуминат - се използва в промишлеността и за създаване на огнеупорни продукти.

Инженерната керамика използва ниската електропроводимост на циркония, устойчивостта му на киселини и основи, високата якост и твърдост за производство. Приложенията на тази керамика включват високотемпературни електрически и напреженови изолатори, уплътнителни пръстени за газови лазерни тръби и лабораторно оборудване.

Алуминиевият оксид се използва в електролизата за производство на алуминиев метал и представлява 90% от целия произведен алуминиев оксид. Алуминиево-циркониевите сплави могат да се намерят и като среди за смилане на керамика, стомана и чугун; тяхната изключително здрава структура има много ниски нива на порьозност, което ги прави желани абразиви.

Посятият зол-гел микрокристален алуминий се създава чрез диспергиране на субмикронни частици от прекурсор на алуминий, като например бохмит (Al2O3), във воден гел с пептизиращи агенти и, по желание, малки количества нестъклообразуващо спомагателно вещество за предене. След като тази смес се установи при стайна температура или по-висока за синтеровани приложения, семената се извличат преди нагряване в пещ до температурата на превръщане или по-висока за синтеровани продукти, при което семената се отстраняват чрез дисперсионни агенти или нагряване в пещи до момента на превръщане или синтеровано производство, при което семената трябва да бъдат извлечени чрез дисперсионни агенти, преди да бъдат извлечени на този етап.

Физични свойства

Алуминиевият оксид (Al2O3) е един от двата най-разпространени елемента в земната кора и представлява твърдо вещество без изразен вкус или мирис. Среща се естествено в тропическите почви, наречени латерити, както и в добитата по метода на Байер руда, и действа като електрически изолатор с висока топлопроводимост; реагира с киселини и основи, но се счита за нетоксичен.

Химическата инертност на алуминия го прави идеален материал за производство на индустриална керамика. Кристалите на корунда са в основата на много скъпоценни камъни като рубини и сапфири, като цветът им се осигурява от различни количества хром и железни примеси в сърцевината им. Поради твърдостта и здравината си алуминият се използва често и като абразив за шкурка, а термичната му стабилност му позволява да издържа на повишени температури, което го прави подходящ за облицовка на високотемпературни уреди като пещи и камини.

Пластмасата, подсилена със стъклени влакна (GFRP), се използва широко и за производство на огнеупорни материали, полиращи и абразивни продукти и за покриване на титанови пигменти. GFRP се отличава с отлична механична якост и устойчивост на абразия, както и с възможност за отливане на тънки или големи части, без да се деформира с течение на времето; освен това способността му да издържа на топлина и корозия го прави подходящ и за редица други приложения.

Алуминиевият оксид реагира с въздуха във вода, като образува Al2+ и OH- йони, които се комбинират, за да образуват оксиден филм върху повърхността на метала и да го предпазят от по-нататъшно окисление, както и да го предпазят от корозионни агенти от околната среда. Този процес предпазва материалите от по-нататъшно анодно окисление, като същевременно ги защитава от по-нататъшни корозионни заплахи в заобикалящата ги среда.

Благодарение на химическата си инертност алуминият е устойчив на корозия от много химикали и реагенти, което го прави подходящ за приложения, изискващи висока чистота и стабилност, като например фармацевтичните продукти. Освен това термичната му стабилност прави алуминиевия оксид отличен избор на материал за използване в хроматографски приложения.

Алуминият може да се комбинира с киселини и основи, за да се получат различни материали с висока чистота, които могат да служат като суровини за различни приложения. Например той може да бъде калциниран, за да се получи високопречистен алуминий, използван в огнеупорни материали и керамика, или да се използва като носител на катализатори; чрез този процес могат да се произвеждат и активирани алуминии с по-голяма повърхност и по-подходяща структура на порите.

Химични реакции

Алуминият е един от двата най-разпространени метала на Земята, който се намира предимно в тропическите почви, известни като латерити или боксити. Алуминият може да бъде извлечен по метода на Байер чрез разтваряне на алуминиев оксид в разтвор на сода каустик; след това се изолира натриевият хидроксид от неразтворимия алуминиев хидроксид, преди да се отмие целият останал воден разтвор.

Алуминият е известен с изключителните си свойства, като ниска електропроводимост и устойчивост на химически въздействия, висока якост и изключителна твърдост (9 по скалата на Моос). Алуминият намира приложение в различни отрасли като суровина за производство на огнеупорни продукти, както и като катализатор в някои химични реакции и играе съществена роля в пречистването на водата, като помага за отстраняване на органичните вещества от питейните и отпадъчните води.

Алуминият има орторомбична структура на кристалната решетка, съставена от кислородни и алуминиеви йони, запълнили две трети от съответните междини, което му осигурява отлична химическа и киселинна устойчивост, както и голяма топлопроводимост при повишени температури.

Поради голямата си повърхност и механична здравина алуминиевият оксид е ефективен адсорбент. Използва се предимно при пречистването на вода за отстраняване на опасни органични вещества, както и на съединения, причиняващи цвят и мирис, от питейната вода, а също така се използва широко като съставка при производството на огнеупорни продукти за стъкларската и керамичната промишленост.

Алуминият обикновено не се счита за изключително реактивен метал; въпреки това той реагира с хлор, флуор и бром, като образува алуминиеви(III) халогениди. Освен това металният алуминий има способността да реагира с други халогени, като хлор, флуор и бром, за да образува алуминиеви(III) халогениди; освен това той претърпява алуминотермични реакции с други метали или неметали, най-вече с магнезий и калай; Известно е също, че реагира със силни киселини, като сярна и солна киселина; въпреки това, поради защитното си покритие от оксиден филм, той обикновено не реагира енергично срещу други киселини; вместо да реагира енергично срещу други реакции, той има тенденция да реагира по-малко енергично срещу други киселини поради тези процеси.

Приложения

Алуминият намира много други приложения извън производството на алуминий, включително като абразив и съставка на керамика с изключителна твърдост и износоустойчивост. Освен това той служи като катализатор в различни химични реакции, както и осигурява изолационни свойства, полезни в електрически устройства и строителни материали - биосъвместимостта прави алуминия идеален избор на материал при производството на медицински импланти.

Корундът е изключително разпространен материал, използван за производството на високоякостни, но леки режещи инструменти и абразивни хартии, които често се отличават с характерната си твърдост 9 по скалата на Моос - втора по ред след диаманта и рубина.

Високата температура на топене на алуминия го прави отличен материал за облицовка на различни видове пещи, инсинератори и реактори. Алуминиеви плочки могат да се намерят дори във вътрешността на горивните канали на електроцентралите, работещи с въглища, за защита от ударни сили.

Благодарение на химическата си стабилност алуминиевата керамика намира голямо приложение като киселинноустойчиви работни колела на помпи и тръбни облицовки; тази керамика може да издържа на температури до 900 градуса по Целзий, като същевременно е отличен абразивен материал, който може да се намери в промишлени абразиви, като например шлифовъчни дискове и пясък.

Силиконовият каучук е важен материал, използван за производството на гуми с висока устойчивост и каучукови продукти, като лепила и уплътнители, с подобрена устойчивост на гумите, както и за повишаване на здравината и издръжливостта на бетона, устойчивостта на спортното оборудване на износване и защитата от корозия на стоманени и алуминиеви конструкции.

Накрая, алуминият може да се използва за производство на огнеупорни тухли. Освен това той служи като неразделна част от материала за производство на топлоизолация за сгради и други конструкции.

Прахът от алуминий може да варира между белезникав гранулиран материал и коприненобял, плътен прах. Чрез добавяне на цирконий или силициев карбид може да се създаде полупрозрачен алуминиев оксид. Алуминиевият оксид често се използва в металообработката за производство на AlZnO покрития, използвани при производството на високотемпературно стъкло, както и за други инженерни приложения в стъкларството и керамиката; освен това той служи като отличен забавител на горенето, забавяйки разпространението на огъня в материалите.