La struttura dell'allumina

L'allumina è una forma cristallina di ossido di alluminio dalle proprietà eccezionali. Vanta una bassa conducibilità elettrica, un'elevata resistenza e un'estrema durezza sulla scala Mohs, oltre a grandi capacità di stoccaggio.

Sebbene le proprietà dell'allumina siano impressionanti, la sua microstruttura è ancora oggetto di dibattito. Ciò deriva da disaccordi sulla posizione dei cationi all'interno della sua cella unitaria e sulla presenza o meno di idrogeno interstiziale.

g-Al2O3

La struttura dell'allumina g-Al2O3 è fondamentale per spiegare la sua reattività. Si distingue per uno strato superficiale completamente terminato dall'ossigeno e per doppi strati di Al contratti 53% al di sotto, entrambi completamente terminati dall'ossigeno. Se esposta all'umidità, può formare allumina attiva (g-Al(OH)3) o allumine parzialmente idrossilate come la g-Al2O3-c, che presentano caratteristiche reattive distinte a causa delle variazioni strutturali tra loro.

Gli studi sulla struttura cristallina di g-Al2O3 sono stati intrapresi utilizzando la diffrazione elettronica ad area selettiva (SAED) e la diffrazione di raggi X in polvere (XRD). L'analisi SAED indica che i difetti strutturali predominanti sono i confini antifasici che si trovano sui piani reticolari e che portano a spostamenti sublattici; tuttavia, la loro natura esatta rimane non identificata.

Un'indagine sulle strutture di g-Al2O3 ha rivelato che i confini antifase (APB) conservativi e non conservativi, a seconda del loro tipo, possono causare spostamenti nel posizionamento dei siti cationici o dei siti ottaedrici vuoti; inoltre, la loro presenza influisce anche sulla stabilità della struttura cristallina dell'allumina cristallina.

Questi APB non conservativi hanno una grande influenza sulle proprietà strutturali di g-Al2O3. Possono alterare le posizioni dei cationi fino a 0,2 e 0,45 per ogni APB, rispettivamente, con APB aggiuntivi necessari per produrre vettori di spostamento specifici.

Gli APB non conservativi possono essere generati utilizzando diversi meccanismi, tra cui i semplici confini di scorrimento e di rotazione. Questi meccanismi producono vari modelli di microstruttura che portano a diverse reattività dell'allumina; la comprensione della sua struttura è fondamentale per manipolare efficacemente la sua reattività e stabilità termica.

d-Al2O3

L'ossido di alluminio (ossido di alluminio(III)) è un composto formato da due atomi di alluminio e tre di ossigeno in un rapporto uguale, utilizzato come materiale abrasivo e refrattario ed essenziale per la produzione di alluminio metallico. L'ossido di alluminio possiede diverse proprietà fisiche e chimiche che lo rendono facile da fabbricare in vari prodotti con design diversi, resistendo anche bene alla corrosione e all'usura. È diventato uno dei costituenti principali nella produzione di questo metallo elementare. Si trova anche in molte formulazioni utilizzate nel processo di produzione dell'alluminio metallico. Svolge inoltre un ruolo fondamentale nel processo di produzione e la sua produzione è la chiave per la produzione di questo metallo elementare!

I forni di tipo Higgins a 1350-1550 gradi Celsius producono la struttura dell'allumina, mentre i recipienti in acciaio raffreddato ad acqua o in clad di carbonio servono a raffreddarla e cristallizzarla rapidamente, prima di versare il materiale fuso all'esterno per una rapida cristallizzazione e un rapido raffreddamento della fusione. Una volta avvenuto il raffreddamento, l'allumina grossolanamente cristallina viene frantumata per applicazioni sinterizzate ad alta densità come base di materiali sinterizzati ad alta densità progettati specificamente per ambienti o applicazioni difficili.

L'allumina vanta un'eccezionale resistenza alla corrosione e all'usura grazie alle sue proprietà fisiche e chimiche uniche, che la rendono adatta ad applicazioni in ambienti difficili come l'esplorazione di petrolio e gas, la produzione automobilistica e aerospaziale, gli impianti di lavorazione chimica e i serbatoi di stoccaggio chimico. Inoltre, questi materiali possono essere utilizzati anche per la fabbricazione di utensili da taglio e da rettifica con requisiti di resistenza all'abrasione elevati.

L'allumina non solo offre un'eccellente resistenza alla corrosione e all'usura, ma la sua bassa conducibilità termica e l'elevato punto di fusione la rendono ideale per la produzione di isolanti termici e altri componenti resistenti al calore. Inoltre, la sua bassa densità rende la produzione semplice, in quanto è facile creare varie forme.

L'allumina ha una struttura atomica che assomiglia a quella di un sistema cristallino esagonale ravvicinato, in cui gli ioni di ossigeno sono tenuti insieme da legami covalenti formati tra i loro centri ottaedrici. Gli ioni di alluminio occupano due terzi di questi interstizi, mentre i loro centri occupano un terzo. Di conseguenza, si tratta di un materiale estremamente refrattario con basse proprietà di conducibilità elettrica.

L'alluminio metallico reagisce fortemente con l'ossigeno atmosferico, per cui sulla sua superficie si forma un sottile strato di ossido di alluminio che impedisce un'ulteriore ossidazione. Questo processo si chiama anodizzazione ed è comunemente usato in molte leghe di alluminio per aumentare la resistenza alla corrosione e creare una superficie più liscia e dura che aumenta la resistenza alla trazione.

th-Al2O3

L'ossido di alluminio (Al2O3) è un composto chimico inorganico con formula chimica Al2O3, con applicazioni diffuse in un'ampia gamma di settori. L'allumina è composta da atomi di alluminio e ossigeno legati insieme in una struttura cristallina esagonale a pacchetti ravvicinati (hcp) ed è uno dei composti di alluminio più utilizzati al giorno d'oggi; la produzione, la fusione e la protezione antincendio sono applicazioni chiave per l'uso dell'allumina, così come le sue numerose applicazioni di materie prime, come i processi di produzione di prodotti chimici, vetro e ceramica, che utilizzano le sue proprietà che rendono l'allumina un materiale indispensabile.

La struttura dell'Al2O3 vanta un'elevata area superficiale specifica e una stretta distribuzione delle dimensioni dei pori, che lo rendono un materiale molto apprezzato per i supporti dei catalizzatori, i cui pori svolgono un ruolo fondamentale nel supportarne la funzionalità. L'Al2O3 è anche un eccezionale abrasivo, che lo rende un ingrediente essenziale negli utensili da taglio e in altre applicazioni abrasive. Grazie alla sua struttura cristallina, il th-Al2O3 può resistere alle alte temperature, mentre i suoi numerosi pori consentono la formazione di cristalli di allumina. La fase th-Al2O3 può essere utile anche per le applicazioni elettriche. Ad esempio, i tappetini ceramici prodotti con questo materiale sono collocati all'interno dei condotti dei gas di scarico delle centrali elettriche a carbone per proteggerli dall'usura; inoltre, è un componente integrale degli isolanti e dei rivestimenti ignifughi.

Questo materiale viene prodotto principalmente dal minerale bauxite. Il minerale bauxite contiene gibbsite (Al(OH)3), boehmite (g-AlO(OH)3) e diaspore (a-AlO(OH)3) insieme a impurità come quarzo e silicati, tra gli altri. Una volta estratto dalla terra, viene macinato in uno slurry che contiene una miscela di g-AlO(OH), a-AlO(OH)3 e b-AlO(OH)3. La fusione avviene per estrarre questo prezioso minerale tramite un forno di fusione.

L'Al2O3 non è solo un efficace abrasivo, ma anche un eccellente supporto per catalizzatori. Utilizzato per diverse reazioni, tra cui quelle petrolchimiche, la sua struttura altamente solubile lo rende adatto anche per applicazioni di supporto agli enzimi. Inoltre, l'Al2O3 serve come materia prima integrale nei processi di produzione di ceramiche, abrasivi e rivestimenti ignifughi.

c-Al2O3

L'allumina è un materiale industriale indispensabile che ha fatto passi da gigante nel miglioramento delle vite e delle società di tutto il mondo. Grazie alle sue proprietà chimiche, termiche e meccaniche, l'allumina è ampiamente utilizzata nella tecnologia moderna: contribuisce con la sua stabilità termica alla produzione di leghe di alluminio che migliorano la sicurezza e l'efficienza dell'industria automobilistica ed elettrica, mentre la sua durezza aiuta a creare utensili da taglio o materiali abrasivi per i produttori di utensili da taglio.

Grazie all'elevato punto di fusione e al basso coefficiente di espansione, l'alluminio vanta diverse caratteristiche desiderabili per l'impiego nelle applicazioni di filtrazione dell'acqua e di trattamento chimico. Oltre a essere resistente alla corrosione e all'usura, l'alluminio può essere utilizzato anche come isolante elettrico. Inoltre, il suo stato di ossidazione +3 gli permette di donare o accettare elettroni, consentendo varie reazioni con altri elementi.

In combinazione con l'ossido di zirconio, l'allumina forma un sistema eutettico semplice che mantiene la sua struttura tetragonale quando viene temprato a temperature più elevate, aumentando la tenacità e riducendo la fragilità. Le ceramiche allumina-zirconia sono scelte popolari per la fabbricazione di dispositivi a semiconduttore; inoltre, l'allumina è parte integrante della produzione di carburo di silicio (SiC), un materiale estremamente duro e resistente, adatto ad ambienti ad alta temperatura.

Chimicamente inerte e inodore, l'allumina è un composto inorganico con formula Al2O3. Chiamato anche allume, allume o bauxite, questo materiale inorganico può essere conosciuto anche con altri nomi, tra cui allume, allume o bauxite. Si trova in natura sotto forma di cristalli di corindone e forma rubini e zaffiri, la cui vibrante tonalità rossa deriva da impurità di cromo, mentre la tinta blu-verde deriva rispettivamente da impurità di ferro e titanio. L'allumina è utilizzata anche come abrasivo per la carta vetrata, come ingrediente per gli smalti di vetro e per i refrattari, nonché come importante adsorbente di gas e vapori d'acqua.

L'esposizione all'allumina può causare malattie polmonari. Quando il 26Al radiomarcato viene inalato, si lega ai macrofagi nei polmoni e si accumula, causando potenzialmente bronchioli atrofici o piccole arteriole polmonari; inoltre, è stato dimostrato che provoca iperplasia linfoide nei ratti e aree focali di polmonite lipoide nei criceti.