Kas yra aliuminio oksidas Al2O3?

Aliuminio oksidas yra itin tvirta medžiaga, naudojama daugelyje pramonės sričių. Kaip pagrindinis komercinis aliuminio oksido produktas, aliuminio oksidas gaminamas iš sausai susmulkintos ir nuplautos boksito rūdos, kurioje yra gibsito, bohemito ir diasporos, kurių sudėtyje yra aliuminio hidroksido mineralų, sudarančių jo sudėtį.

Kalcinuotas aliuminio oksidas blogai tirpsta glazūros lydiniuose, todėl kaolinas arba pirofilitas paprastai yra Al2O3 šaltinis glazūroms.

Paraiškos

Aliuminio oksidas dėl savo išskirtinio stiprumo, cheminio inertiškumo ir atsparumo korozijai savybių turi daugybę pritaikymo sričių, todėl yra universali medžiaga daugelyje pramonės procesų ir gamybos operacijų. Ugniai atsparios medžiagos naudojimas išlydyto stiklo gamyboje pasirodė ypač naudingas, nes devitrifikacija (kristalizacija) gali vykti gana greitai, jei į mišinį nepridedama stabilizavimo ir šiluminės izoliacijos - to padeda išvengti aliuminio oksidas, nes lydymosi fazėje suteikia stabilumo ir šiluminės izoliacijos savybių.

Aliuminio oksidas paprastai gaminamas iš mineralo boksito, kurio sudėtyje yra 30-55% Al2O3. Boksitas iškasamas ir susmulkinamas į suspensiją, po to siunčiamas per kelias nusodintuvų talpyklas, kad būtų pašalintos priemaišos, ir vėl grįžta atgal per jas, o tai vadinama sėjimu, kuris skatina kieto aliuminio hidroksido kristalų susidarymą - šie kieti kristalai vėl vežami per nusodintuvų talpyklas, o po to siunčiami tiesiai į krosnį kaitinti, kad susidarytų aliuminio oksidas.

Aliuminio oksido al2o3 tolerancija aukštai temperatūrai lemia, kad jis yra puiki medžiaga ugniai atspariems gaminiams, kurie yra būtini pramoniniuose procesuose, kuriems reikalinga aukšta temperatūra, pavyzdžiui, naftos chemijos perdirbime, cemento gamyboje, atliekų deginime, geležies ir plieno gamyboje. Be to, pridėjus aliuminio oksido miltelių, galima padidinti gumos junginių stiprumą ir kietumą.

Aliuminio oksido keramikoje - svarbioje pažangiųjų keraminių medžiagų klasėje - jis yra pagrindinė sudedamoji dalis. Gaminamos įvairių formų ir konfigūracijų, kad atitiktų konkrečius taikymo poreikius, jos pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis, pavyzdžiui, dideliu tempimo stipriu, gniuždymo stipriu, lenkimo moduliu ir kietumu, taip pat yra labai atsparios karščiui ir dilimui.

Aliuminio oksidas taip pat gali būti naudojamas kaip nešiklis katalizinėse reakcijose. Gama aliuminio oksidas (gama-Al2O3) gali atlikti šią funkciją, nes turi didelį paviršiaus plotą, prie kurio gali prikibti reaguojančios medžiagos, ir taip padidinti reakcijos greitį. Be to, jo akyta kristalinė struktūra palengvina dispersiją skystoje terpėje, todėl ši medžiaga yra patogi naudoti laboratorijose.

Dėl didelio kietumo ir patvarumo aliuminio oksidas dažnai naudojamas kaip abrazyvinė medžiaga. Jo kietas paviršius padeda formuoti pramonės gaminius ir mašinas, o danga apsaugo juos nuo tolesnio dilimo.

Nors aliuminio oksidas pasižymi daugybe įspūdingų savybių, jis turi ir nepageidaujamų šalutinių poveikių, į kuriuos reikėtų atsižvelgti, kai naudojamas gėlo vandens aplinkoje. Ypač didelį susirūpinimą kelia jo toksiškumas gėlavandeniams bestuburiams; neseniai atliktas tyrimas parodė, kad dėl AlNP poveikio sumažėjo vandens bestuburių Ceriodaphnia dubia gyvybingumas. Tyrėjai iškėlė hipotezę, kad taip atsitiko dėl padidėjusio oksidacinio streso organizme, ir pastebėjo, kad citotoksiškumas didėjo priklausomai nuo dalelių dydžio.

Savybės

Aliuminio oksidas yra viena iš dažniausiai naudojamų techninių keramikų. Jis pasižymi dideliu mechaniniu atsparumu, puikia elektros izoliacija, atsparumu cheminiam poveikiui, atsparumu šiluminiams smūgiams ir korozijai. Aliuminio oksidas taip pat pasižymi aukšta lydymosi temperatūra.

Boksito rūda yra pagrindinis aliuminio oksido gamybos šaltinis. Boksito sudėtyje yra gibsito (Al(OH)3), boehmito (G-aliuminio oksido), diasporos (a-aliuminio oksido), o kaip priemaišos - geležies oksidai, silikatai ir kvarcas. Boksitas gali būti perdirbamas pagal Bayerio procesą, kurio metu gaunamas ne tik aliuminio oksidas, bet ir šalutiniai produktai, tokie kaip boraksas, kaustinė soda ir aliuminato hidroksidas.

Taikant Bayerio procesą, bohemitas ir gibsitas atskiriami nuo boksito tirpinant NaOH tirpaluose vidutinio sunkumo hidroterminėmis sąlygomis. Po filtravimo surenkamas nusodintas aliuminio oksidas. Galiausiai šis kietas produktas deginamas, kol susidaro grynas al2o3.

Aliuminio oksidas yra amfoterinis oksidas, t. y. jame yra ir teigiamų, ir neigiamų jonų. Aliuminio oksido kristalinę gardelę sudaro deguonies anijonai, išsidėstę šešiakampėse glaudžiai supakuotose struktūrose; aliuminio katijonai šioje struktūroje užima tam tikras oktaedrines vietas, o kai kurios lieka laisvos - šias laisvas vietas gali užpildyti metalų katijonai arba oksidų anijonai, kad medžiaga įgytų jai būdingą katalizinį aktyvumą.

Grynas aliuminio oksidas al2o3 pasižymi mažu elektriniu laidumu, kuris didėja priklausomai nuo temperatūros ir grynumo. Šis reiškinys atsiranda dėl to, kad oktaedrines vakansijas užpildo teigiamai įkrauti metalų jonai, o neigiamai įkrauti deguonies jonai užima tas vietas, todėl pakinta jo kristalinė struktūra ir atitinkamai savybės.

Gryno aliuminio oksido keramika jau seniai vertinama dėl savo elektros izoliacijos savybių, todėl idealiai tinka tokioms reikmėms kaip krosnių izoliacija. Jų joninės savybės padeda išvengti elektros srovės tekėjimo per juos neprarandant gebėjimo tarnauti kaip izoliatorius nuo didelių srovių ir niekaip nenukentėti.

Aliuminio oksidas yra itin patvari medžiaga, atspari dilimui, korozijai ir nuovargiui, todėl tinka naudoti įvairiose sudėtingose pramoninėse ir komercinėse srityse. Kadangi jis atsparus įbrėžimams ir pjovimui, silicio dioksido abrazyvas plačiai naudojamas kaip abrazyvas šlifavimo ir poliravimo procesuose, pavyzdžiui, smėliavimo ir šratavimo. Be to, keramikos glazūroms taip pat naudojamas silicio dioksido abrazyvas kaip priedas kietumui ir blizgesiui pagerinti. Į stiklo sudėtį galima pridėti aliuminio oksido, kad padidėtų jo lydymosi temperatūra ir sukepimo temperatūra, pagerėtų tempimo stipris ir paviršiaus įtempimas. Pridėjus aliuminio oksido taip pat gali sumažėti devitrifikacija, o kartu padidėti blizgesys, darbinis diapazonas ir atsparumas rūgščių poveikiui. Stiklo sudėtyje yra silicio dioksido (SiO2), dėl kurio stiklas tampa plastiškas ir elastingas. Silicio dioksidas taip pat gali būti pakeistas SiO2, siekiant sumažinti lydymosi temperatūrą ir pagerinti atsparumą terminiams smūgiams kai kuriuose natrio kalkių preparatuose. Aliuminio oksidas yra puiki ugniai atspari medžiaga, naudojama naftos chemijos procesuose, pavyzdžiui, angliavandenilių autoterminiam riformingui ir sintetinių dujų (sintetinių dujų) gamybai. Tačiau naudojant aliuminio oksidą naftos chemijos pramonėje reikia kruopščiai parinkti žaliavas, griežtai kontroliuoti sukepinimo procesus ir atidžiai stebėti, kad visi gauti ugniai atsparūs produktai nereaguotų su vandenilio molekulėmis nepageidaujamu būdu.

Cheminė sudėtis

Aliuminio oksidas (Al2O3) yra inertiškas, bekvapis baltas kristalinis junginys, naudojamas kaip žaliava aliuminio metalui ir įvairioms pažangiosioms medžiagoms, pavyzdžiui, pramoninei keramikai, gaminti. Dėl savo išskirtinių mechaninių, cheminių ir šiluminių savybių jis turi daugybę gyvybę ilginančių ir visuomenei naudingų pritaikymo būdų daugelyje pramonės šakų ir veiklos sričių. Aliuminio oksidas gali būti išgaunamas iš boksito - rūdos turtingo mineralo, natūraliai aptinkamo gamtoje, kuris yra pagrindinis jo šaltinis.

"Associated Ceramics" gamina itin didelio grynumo aliuminio oksido gaminius pagal griežtus tarptautinius standartus, pavyzdžiui, Amerikos vyriausybinių pramoninių higienistų konferencijos (ACGIH) nustatytus standartus. Tai apima itin didelio grynumo rūšis, kuriose natrio koncentracija yra mažesnė nei 100 ppm masės - natrio užterštumas yra labai žalingas, nes jis linkęs sukepti kalcinatoriuose, dėl to gaminiai įgyja nepageidaujamų savybių, tokių kaip mažas kietumas ir prastas atsparumas dilimui.

Aliuminio oksidas yra viena iš chemiškai inertiškiausių inžinerinių keraminių medžiagų, pasižyminti išskirtinėmis atsparumo korozijai savybėmis tiek oksiduojančioje, tiek redukuojančioje aplinkoje. Be to, atsparumu korozijai jis nusileidžia tik silicio karbidui (SiC). Matmenų stabilumas, geros šilumos laidumo savybės, aliuminio oksidas taip pat atsparus šarmų poveikiui, bet ne taip veiksmingai rūgščių poveikiui.

Cheminė aliuminio oksido sudėtis priklauso nuo rūšies, o populiariausia jo forma yra a-Al2O3. Šioje formoje deguonies jonai užpildo du trečdalius oktaedrinių tarpų, o aliuminio jonai - vieną trečdalį. Aliuminio oksidas taip pat gali būti įvairių metastabilių formų, įskaitant kubines g ir e fazes, ortorombinę k fazę ir monoklinines th ir d fazes.

Į aliuminio oksidą galima dėti priedų ir komponentų, kad būtų pakeistos jo specifinės savybės, įskaitant magnio oksidą (MgO), titano dioksidą (TiO2), chromo oksidą (Cr2O3), silicio dioksidą (SiO2) ir magneziją (MgO). Manganas didina kietumą, o silicis - cheminį stabilumą. Galis padidina aliuminio oksido atsparumą smūgiams ir vibracijai, o nedidelis kiekis cirkonio padidina kietumą ir atsparumą dilimui. Šie aliuminio oksido kūnai sujungiami įvairiais jungimo būdais, kad būtų galima suformuoti specialių rūšių gaminius, skirtus konkrečioms reikmėms, pavyzdžiui, dilimui atspariems latakų įdėklams ar išleidimo angoms. Dėl mažų matmenų tolerancijų ir didelio kietumo aliuminio oksidas yra puikus pasirinkimas dilimui atspariems komponentams, pavyzdžiui, tekstilės kreipiančiosioms, siurblių stūmokliams ir štampams, o dėl savo universalumo jis taip pat populiariai pasirenkamas tarp vamzdynų komponentų, pavyzdžiui, alkūnių, trišakių, reduktorių ir antgalių.