Den kemiske formel for aluminiumoxid

Al2O3 er den kemiske formel for aluminiumoxid, det mest udbredte naturligt forekommende aluminiumoxid, der findes i naturen. Korundkrystaller dannes af dette mineral og udgør grundlaget for rubiner og safirer med unikke farver på grund af spor af urenheder som krom eller jern i deres krystalstrukturer.

Vandfrit aluminiumoxidhydrat (AAH) kan produceres ved at udlude bauxitmalm med kaustisk soda ved hjælp af Bayer-processen og senere forarbejdes kalcineret til vandfrit AAH eller sintres til højteknologiske keramiske produkter.

Kemisk formel

Al2O3 er et amfotert oxid, der består af et aluminium- og to oxygenatomer. Det ser hvidt ud, har ingen mærkbar lugt og størkner, når det udsættes for luft, og fungerer både som syre og base i sine kemiske reaktioner. Aluminiumoxid udvindes af bauxitforekomster i tropiske og subtropiske områder samt korund, der bruges til at fremstille tændrørsisolatorer og andre elektriske komponenter; men den primære anvendelse ligger i elektrolyseproduktion af aluminiummetal.

Bauxit, som indeholder omkring en tredjedel af verdens aluminiumsforsyning, udvindes ved boring og sprængning i underjordiske eller åbne miner og blandes derefter med kaustisk soda for at udlude malmen. Filtrerings- og udfældningsmetoder udskiller derefter aluminiumoxid, mens yderligere kalcinering renser det yderligere. Dette slutprodukt, natriumaluminat, bruges derefter til industrielle formål og til at skabe ildfaste produkter.

Teknisk keramik udnytter zirkoniums lave elektriske ledningsevne, modstandsdygtighed over for syre- og baseangreb, høj styrke og stivhed til produktion. Anvendelsesområderne for denne keramik omfatter elektriske isolatorer og spændingsisolatorer til høje temperaturer, tætningsringe til gaslaserrør og laboratorieudstyr.

Aluminiumoxid bruges i elektrolyse til fremstilling af aluminiummetal og udgør 90% af al produceret aluminiumoxid. Aluminiumoxid-zirkoniumoxid-legeringer findes også som slibemidler til keramik, stål og støbejern; deres ultrahårde struktur har meget lave porøsitetsniveauer, hvilket gør dem til ønskværdige slibemidler.

Seeded sol-gel mikrokrystallinsk aluminiumoxid skabes ved at sprede submikrone partikler af en aluminiumoxidforløber som boehmit (Al2O3) i en vandig gel med peptiseringsmidler og eventuelt små mængder ikke-glasdannende spindehjælpemiddel. Når denne blanding har sat sig ved stuetemperatur eller højere for sintrede anvendelser, ekstraheres frøene derefter, før de opvarmes i en ovn til konverteringstemperaturen eller højere for sintrede produkter, hvor frøene fjernes ved hjælp af dispenseringsmidler eller opvarmning i ovne, indtil konvertering eller sintret produktion finder sted, hvor frøene skal ekstraheres ved hjælp af dispenseringsmidler, før de ekstraheres i dette trin.

Fysiske egenskaber

Aluminiumoxid (Al2O3) er et af de to mest udbredte grundstoffer på jordskorpen og danner et fast stof uden tydelig smag eller lugt. Det forekommer naturligt i tropisk jord kaldet laterit samt udvundet malm via Bayer-processen og fungerer som en elektrisk isolator med høj varmeledningsevne; det reagerer med syrer og baser, men anses for at være ugiftigt.

Aluminas kemiske inerti gør det til et ideelt materiale til industriel keramikproduktion. Korundkrystaller danner grundlag for mange ædelstene som rubiner og safirer, hvor farven kommer fra forskellige mængder af krom- og jernurenheder i kernematerialet. På grund af sin hårdhed og styrke bruges aluminiumoxid også ofte som slibemiddel på sandpapir, mens dets termiske stabilitet gør det i stand til at modstå høje temperaturer, hvilket gør det velegnet til at beklæde højtemperaturapparater som ovne og fyringsanlæg.

Glasfiberforstærket plast (GFRP) bruges også i vid udstrækning til fremstilling af ildfaste materialer, polerings- og slibeprodukter og belægning af titaniumpigmenter. GFRP har fremragende mekanisk styrke og slidstyrke og kan støbes til tynde eller store dele uden at deformeres over tid; desuden gør dets evne til at modstå varme og korrosion det også velegnet til flere andre anvendelser.

Aluminiumoxid reagerer med luft i vand og danner Al2+- og OH-ioner, der tilsammen danner en oxidfilm på metaloverfladen og beskytter den mod yderligere oxidering samt mod korrosionsmidler i omgivelserne. Denne proces beskytter materialer mod yderligere anodisk oxidation, samtidig med at den beskytter mod yderligere korrosionstrusler i omgivelserne.

På grund af sin kemiske inerti er aluminiumoxid modstandsdygtigt over for korrosion fra mange kemikalier og reagenser, hvilket gør det velegnet til anvendelser, der kræver høj renhed og stabilitet, f.eks. lægemidler. Desuden gør den termiske stabilitet også aluminiumoxid til et fremragende materialevalg til brug i kromatografiapplikationer.

Aluminiumoxid kan kombineres med syre og baser for at producere forskellige materialer med høj renhed, der kan tjene som råmaterialer til forskellige anvendelser. Det kan f.eks. kalcineres for at fremstille højt oprenset aluminiumoxid, der bruges til produktion af ildfaste materialer og keramik eller som katalysatorstøtte; aktiveret aluminiumoxid med større overfladearealer og mere passende porestrukturer kan også fremstilles gennem denne proces.

Kemiske reaktioner

Aluminium er et af jordens to mest rigelige metaller, som primært findes i tropisk jord, kendt som laterit eller bauxit. Aluminium kan udvindes ved hjælp af Bayer-processen ved at opløse aluminiumoxid i kaustisk sodaopløsning; derefter isoleres natriumhydroxid fra uopløseligt aluminiumhydroxid, før al resterende vandig opløsning skylles væk.

Aluminiumoxid er kendt for sine enestående egenskaber, såsom lav elektrisk ledningsevne og modstandsdygtighed over for kemiske angreb, høj styrke og ekstrem hårdhed (9 på Mohs-skalaen). Aluminiumoxid anvendes på tværs af industrier som råmateriale til fremstilling af ildfaste produkter og fungerer som katalysator i nogle kemiske reaktioner og spiller en vigtig rolle i vandrensning ved at hjælpe med at fjerne organisk materiale fra drikke- og spildevandsforsyninger.

Aluminiumoxid har en orthorhombisk tætpakket krystalgitterstruktur bestående af oxygenioner og aluminiumioner, der fylder to tredjedele af deres respektive mellemrum, hvilket giver det en fremragende kemikalie- og syrebestandighed samt stor varmeledningsevne ved høje temperaturer.

På grund af det store overfladeareal og den mekaniske styrke er aluminiumoxid et effektivt adsorbent. Det bruges primært i vandbehandling til at fjerne farligt organisk materiale samt forbindelser, der er ansvarlige for farve og lugt, fra drikkevandsforsyninger, og det bruges også i vid udstrækning som ingrediens i produktionen af ildfaste produkter til glas- og keramikindustrien.

Aluminium anses generelt ikke for at være et ekstremt reaktivt metal, men det reagerer med klor, fluor og brom og danner aluminium(III)-halogenider. Derudover kan aluminiummetal reagere med andre halogener som klor, fluor og brom og danne aluminium(III)-halogenider; desuden gennemgår det aluminotermiske reaktioner med andre metaller eller ikke-metaller, især magnesium og tin; det er også kendt for at reagere med stærke syrer som svovlsyre og saltsyre; men på grund af den beskyttende oxidfilm reagerer det generelt ikke kraftigt mod andre syrer; i stedet for at reagere kraftigt mod andre reaktioner har det en tendens til at reagere mindre kraftigt mod andre syrer på grund af disse processer.

Anvendelser

Aluminiumoxid kan bruges til mange andre formål end aluminiumproduktion, bl.a. som slibemiddel og ingrediens i keramik med enestående hårdhed og slidstyrke. Desuden fungerer det som katalysator i forskellige kemiske reaktioner og giver isoleringsegenskaber, der er nyttige i elektriske apparater og byggematerialer - biokompatibilitet gør aluminiumoxid til et ideelt materialevalg ved fremstilling af medicinske implantater.

Korund er et meget almindeligt materiale, der bruges til fremstilling af højstyrke- og letvægtsskæreværktøjer samt slibepapir, ofte med den karakteristiske hårdhed på 9 på Mohs' skala - kun overgået af diamant og rubin.

Aluminas høje smeltepunkt gør det til et fremragende materiale til beklædning af ovne, forbrændingsanlæg og reaktorer af forskellig slags. Man kan endda finde aluminiumsfliser inde i kulfyrede kraftværkers brændstofkanaler for at beskytte mod slagkræfter.

På grund af deres kemiske stabilitet har aluminiumoxidkeramik fundet stor anvendelse som syrebestandige pumpehjul og rørforinger; disse keramer kan modstå temperaturer op til 900 grader, samtidig med at de er et fremragende slibemateriale, der kan findes i industrielle slibemidler som slibeskiver og korn.

Silikongummi er et vigtigt materiale, der bruges til at fremstille dæk med høj modstandsdygtighed og gummiprodukter, som f.eks. klæbemidler og fugemasser, med forbedret dækmodstand, samt til at øge betons styrke og holdbarhed, sportsudstyrs slidstyrke og korrosionsbeskyttelse af stål- og aluminiumskonstruktioner.

Endelig kan aluminiumoxid bruges til at fremstille ildfaste sten. Derudover fungerer det som et integreret materiale i produktionen af varmeisolering til bygninger og andre konstruktioner.

Aluminiumoxidpulver kan variere mellem et råhvidt granuleret materiale og et silkehvidt, tæt pulver. Ved at tilsætte zirkoniumoxid eller siliciumcarbid kan man skabe gennemsigtig aluminiumoxid. Aluminiumoxid bruges ofte i metalbearbejdning til fremstilling af AlZnO-belægninger, der bruges i glasproduktion ved høje temperaturer samt til andre glas- og keramiktekniske anvendelser; desuden fungerer det som en fremragende flammehæmmer, der bremser brandspredning gennem materialer.