La formula chimica dell'allumina

Al2O3 è la formula chimica dell'allumina, l'ossido di alluminio più abbondante in natura. I cristalli di corindone si formano da questo minerale e costituiscono la base dei rubini e degli zaffiri, con colori unici dovuti a tracce di impurità come il cromo o il ferro presenti nelle loro strutture cristalline.

L'idrato di allumina anidro (AAH) può essere prodotto attraverso la lisciviazione del minerale di bauxite con soda caustica mediante il processo Bayer e successivamente lavorato calcinato in AAH anidro o sinterizzato in prodotti ceramici ad alta tecnologia.

Formula chimica

L'Al2O3 è un ossido anfotero composto da un atomo di alluminio e due di ossigeno. Appare di colore bianco, non ha un odore percepibile e solidifica se esposto all'aria, funzionando sia come acido che come base nelle sue reazioni chimiche. L'allumina viene estratta dai depositi di bauxite presenti in tutte le aree tropicali e subtropicali, così come il corindone utilizzato per la produzione di isolanti per candele e altri componenti elettrici; ma il suo uso principale è la produzione per elettrolisi dell'alluminio metallico.

La bauxite, che contiene circa un terzo dell'offerta mondiale di alluminio, viene estratta con trivellazioni e brillamenti in miniere sotterranee o a cielo aperto, quindi mescolata con soda caustica per estrarre il minerale. I metodi di filtrazione e precipitazione separano poi l'allumina, mentre un'ulteriore calcinazione la purifica ulteriormente. Il prodotto finale, l'alluminato di sodio, viene utilizzato in applicazioni industriali e per la creazione di prodotti refrattari.

Le ceramiche ingegneristiche sfruttano la bassa conducibilità elettrica, la resistenza agli attacchi di acidi e basi, l'elevata resistenza e le proprietà di rigidità della zirconia per la produzione. Le applicazioni di queste ceramiche includono isolanti elettrici e di tensione per alte temperature, anelli di tenuta per tubi laser a gas e apparecchiature di laboratorio.

L'allumina è utilizzata nell'elettrolisi per la produzione di alluminio metallico e rappresenta il 90% di tutta l'allumina prodotta. Le leghe di allumina-zirconia si trovano anche come mezzi di macinazione per ceramica, acciaio e ghisa; la loro struttura ultraresistente ha livelli di porosità molto bassi che le rendono abrasivi desiderabili.

L'allumina microcristallina sol-gel con semi viene creata disperdendo particelle submicroniche di un precursore di allumina come la boehmite (Al2O3) in un gel acquoso con agenti peptizzanti e, facoltativamente, piccole quantità di coadiuvanti di filatura non vetrosi. Una volta che la miscela si è stabilizzata a temperatura ambiente o superiore per le applicazioni sinterizzate, i semi vengono estratti prima di essere riscaldati in un forno alla temperatura di conversione o superiore per i prodotti sinterizzati; a questo punto i semi vengono rimossi tramite agenti erogatori o riscaldamento in forno fino alla conversione o alla produzione di sinterizzati; a questo punto i semi devono essere estratti tramite agenti disperdenti prima di essere estratti in questa fase.

Proprietà fisiche

L'ossido di alluminio (Al2O3) è uno dei due elementi più abbondanti sulla crosta terrestre e forma una sostanza solida priva di sapore o odore distinti. È presente in natura nei terreni tropicali chiamati lateriti e nei minerali estratti tramite il processo Bayer e agisce come isolante elettrico con un'elevata conducibilità termica; reagisce con acidi e basi ma è considerato non tossico.

L'inerzia chimica dell'allumina la rende un materiale ideale per la produzione di ceramica industriale. I cristalli di corindone costituiscono la base di molte gemme preziose come i rubini e gli zaffiri, il cui colore è dato da varie quantità di cromo e impurità di ferro presenti nel materiale di base. Grazie alla sua durezza e resistenza, l'allumina è anche comunemente usata come abrasivo nelle carte abrasive, mentre la sua stabilità termica le consente di resistere a temperature elevate, rendendola adatta all'uso per rivestire apparecchi ad alta temperatura come forni e fornaci.

La plastica rinforzata con fibre di vetro (GFRP) è anche ampiamente utilizzata per la produzione di refrattari, prodotti per la lucidatura e l'abrasione e per il rivestimento di pigmenti di titanio. Il GFRP presenta un'eccellente resistenza meccanica e all'abrasione, oltre a poter essere fuso in parti sottili o grandi senza deformarsi nel tempo; inoltre, la sua capacità di resistere al calore e alla corrosione lo rende adatto anche a diversi altri usi.

L'ossido di alluminio reagisce con l'aria in acqua per formare ioni Al2+ e OH- che si combinano per formare una pellicola di ossido sulla superficie del metallo e proteggerlo da un'ulteriore ossidazione, oltre a proteggerlo dagli agenti corrosivi ambientali. Questo processo protegge i materiali da un'ulteriore ossidazione anodica, proteggendoli al contempo da ulteriori minacce di corrosione nell'ambiente circostante.

Grazie alla sua inerzia chimica, l'allumina è resistente alla corrosione di molti prodotti chimici e reagenti, il che la rende adatta ad applicazioni che richiedono elevata purezza e stabilità, come quelle farmaceutiche. Inoltre, la sua stabilità termica rende l'allumina un materiale eccellente per le applicazioni cromatografiche.

L'allumina può essere combinata con acidi e basi per produrre diversi materiali di elevata purezza che possono servire come materie prime per varie applicazioni. Ad esempio, può essere calcinata per ottenere allumina altamente purificata utilizzata nella produzione di refrattari e ceramiche o come supporto per catalizzatori; attraverso questo processo si possono produrre anche allumine attivate con aree superficiali più ampie e strutture dei pori più adatte.

Reazioni chimiche

L'alluminio è uno dei due metalli più abbondanti della Terra e si trova principalmente nei terreni tropicali noti come lateriti o bauxite. L'alluminio può essere estratto con il processo Bayer, sciogliendo l'ossido di alluminio in una soluzione di soda caustica; quindi isolando l'idrossido di sodio dall'idrossido di alluminio insolubile, prima di sciacquare via tutta la soluzione acquosa rimanente.

L'allumina è nota per le sue eccezionali proprietà, come la bassa conducibilità elettrica e la resistenza agli attacchi chimici, l'elevata forza e l'estrema durezza (9 sulla scala Mohs). L'allumina trova applicazione in tutti i settori industriali come materia prima per la produzione di prodotti refrattari, oltre a fungere da catalizzatore in alcune reazioni chimiche e a svolgere un ruolo essenziale nella purificazione dell'acqua, contribuendo a rimuovere la materia organica dalle forniture di acqua potabile e di scarico.

L'allumina ha una struttura cristallina ortorombica a reticolo ravvicinato, composta da ioni di ossigeno e ioni di alluminio riempiti per due terzi dei rispettivi interstizi, che le conferiscono un'eccellente resistenza chimica e agli acidi e una grande conducibilità termica a temperature elevate.

Grazie all'ampia superficie e alla resistenza meccanica, l'allumina è un efficace adsorbente. Viene utilizzata principalmente nel trattamento delle acque per rimuovere le sostanze organiche pericolose e i composti responsabili di colori e odori dalle forniture di acqua potabile, oltre a essere ampiamente utilizzata come ingrediente per la produzione di prodotti refrattari per le industrie del vetro e della ceramica.

L'alluminio non è generalmente considerato un metallo estremamente reattivo; tuttavia, reagisce con cloro, fluoro e bromo per formare alogenuri di alluminio(III). Inoltre, l'alluminio metallico è in grado di reagire con altri alogeni come il cloro, il fluoro e il bromo per formare alogenuri di alluminio(III); inoltre, subisce reazioni di alluminotermia con altri metalli o non metalli, in particolare magnesio e stagno; è noto che reagisce anche con acidi forti come l'acido solforico e l'acido cloridrico; tuttavia, grazie al suo rivestimento protettivo di ossido, in genere non reagisce vigorosamente contro altri acidi; piuttosto che reagire vigorosamente contro altre reazioni, tende a reagire meno vigorosamente contro altri acidi a causa di questi processi.

Applicazioni

L'allumina può essere utilizzata in molte altre applicazioni al di fuori della produzione di alluminio, tra cui come abrasivo e ingrediente di ceramiche di eccezionale durezza e resistenza all'usura. Inoltre, funge da catalizzatore in varie reazioni chimiche e fornisce proprietà isolanti utili nei dispositivi elettrici e nei materiali da costruzione. La biocompatibilità rende l'allumina un materiale ideale per la produzione di impianti medici.

Il corindone è un materiale estremamente comune utilizzato per la produzione di utensili da taglio ad alta resistenza ma leggeri, nonché di carte abrasive, spesso caratterizzate dalla caratteristica durezza 9 della scala Mohs, seconda solo al diamante e al rubino.

L'elevato punto di fusione dell'allumina la rende un materiale eccellente per rivestire forni, inceneritori e reattori di vario tipo. Le piastrelle di allumina si trovano persino all'interno dei condotti del combustibile delle centrali elettriche a carbone per proteggere dalle forze d'urto.

Grazie alla loro stabilità chimica, le ceramiche di allumina hanno trovato grande impiego come giranti di pompe e rivestimenti di tubi resistenti agli acidi; queste ceramiche possono resistere a temperature fino a 900degF e sono un eccellente materiale abrasivo che si trova negli abrasivi industriali come mole e graniglia.

La gomma siliconica è un materiale importante utilizzato per la produzione di pneumatici ad alta resistenza e di prodotti in gomma, come adesivi e sigillanti, che migliorano la resistenza degli pneumatici, aumentano la resistenza e la durata del calcestruzzo, la resistenza all'abrasione delle attrezzature sportive e la protezione dalla corrosione delle strutture in acciaio e alluminio.

Infine, l'allumina può essere utilizzata per produrre mattoni refrattari. Inoltre, serve come materiale integrale nella produzione di isolamento termico per edifici e altre strutture.

La polvere di allumina può variare da un materiale granulare bianco sporco a una polvere densa e bianca come la seta. Aggiungendo zirconia o carburo di silicio, è possibile creare allumina traslucida. L'allumina è spesso utilizzata nelle applicazioni di lavorazione dei metalli per produrre rivestimenti in AlZnO utilizzati nella produzione di vetro ad alta temperatura e per altri usi tecnici del vetro e della ceramica; inoltre, funge da eccellente ritardante di fiamma, rallentando la propagazione del fuoco attraverso i materiali.