Den kjemiske formelen for aluminiumoksid

Al₂O₃ er den kjemiske formelen for aluminiumoksid, det vanligste naturlig forekommende aluminiumoksidet. Korundkrystaller dannes av dette mineralet og utgjør grunnlaget for rubiner og safirer med unike farger, noe som skyldes spor av urenheter som krom eller jern i krystallstrukturene deres.

Vannfritt aluminiumoksydhydrat (AAH) kan fremstilles ved å utvaske bauxittmalm med kaustisk soda ved hjelp av Bayer-prosessen, for deretter å bli kalcinert til vannfritt AAH eller sintret til høyteknologiske keramiske produkter.

Kjemisk formel

Al₂O₃ er et amfotert oksid som består av ett aluminiumatom og to oksygenatomer. Det har et hvitt utseende, er luktfritt og stivner ved kontakt med luft, og fungerer både som syre og base i kjemiske reaksjoner. Aluminiumoksid utvinnes fra bauksittforekomster som finnes i tropiske og subtropiske områder, samt fra korund, som brukes til å produsere tennpluggisolatorer og andre elektriske komponenter; men dets viktigste anvendelse er i elektrolyseproduksjonen av aluminiummetall.

Bauxitt, som inneholder omtrent en tredjedel av verdens aluminiumreserver, utvinnes ved boring og sprengning i underjordiske gruver eller dagbrudd, og blandes deretter med kaustisk soda for å utvaske malmen. Deretter skilles aluminiumoksid ut ved hjelp av filtrerings- og utfellingsmetoder, mens ytterligere kalsinering renser det ytterligere. Dette sluttproduktet, natriumaluminat, brukes deretter i industrielle anvendelser og til fremstilling av ildfaste produkter.

I teknisk keramikk utnyttes zirkoniums oksids lave elektriske ledningsevne, motstandsdyktighet mot angrep fra syrer og baser, samt høye styrke- og stivhetsegenskaper i produksjonen. Anvendelsesområdene for denne keramikken omfatter elektriske isolatorer og spenningsisolatorer for høye temperaturer, tetningsringer til gasslaserrør og laboratorieutstyr.

Aluminiumoksid brukes i elektrolyse til produksjon av aluminiummetall og utgjør 90% av all produsert aluminiumoksid. Legeringer av aluminiumoksid og zirkoniumoksid brukes også som slipemidler for keramikk, stål og støpejern; deres ekstremt seige struktur har svært lav porøsitet, noe som gjør dem til ettertraktede slipemidler.

Mikrokrystallinsk aluminiumoksid fremstilt ved sol-gel-metoden med innleirede partikler oppnås ved å dispergere submikronpartikler av en aluminiumoksidforløper, for eksempel boehmitt (Al₂O₃), i en vandig gel sammen med peptiseringsmidler og, eventuelt, små mengder ikke-glassdannende spinnmiddel. Når denne blandingen har stivnet ved romtemperatur eller høyere for sintrede anvendelser, ekstraheres frøene før oppvarming i en ovn til omdanningstemperaturen eller høyere for sintrede produkter. På dette tidspunktet fjernes frøene ved hjelp av dispenseringsmidler eller oppvarming i ovner inntil omdanning eller sintret produksjon finner sted, og da må frøene ekstraheres ved hjelp av dispersjonsmidler før de fjernes i dette trinnet.

Fysiske egenskaper

Aluminiumoksid (Al₂O₃) er et av de to mest vanlige elementene i jordskorpen og danner et fast stoff uten noen særskilt smak eller lukt. Det forekommer naturlig i tropisk jord, såkalt lateritt, samt i malm utvunnet ved hjelp av Bayer-prosessen, og fungerer som en elektrisk isolator med høy varmeledningsevne; det reagerer med syrer og baser, men regnes som giftfritt.

Aluminas kjemiske inertitet gjør det til et ideelt materiale for industriell keramikkproduksjon. Korundkrystaller danner grunnlaget for mange edelstener som rubiner og safirer, hvor fargen skyldes ulike mengder krom- og jernforurensninger i kjernematerialet. På grunn av sin hardhet og styrke brukes aluminiumoksid også ofte som slipemiddel i sandpapir, mens dets termiske stabilitet gjør at det tåler høye temperaturer, noe som gjør det egnet til bruk som fôr i høytemperaturutstyr som ovner og smelteovner.

Glassfiberarmert plast (GFRP) brukes også i stor utstrekning til fremstilling av ildfaste materialer, polerings- og slipeprodukter samt til belegg av titanpigmenter. GFRP har utmerket mekanisk styrke og slitestyrke, og kan støpes til tynne eller store deler uten å deformeres over tid; i tillegg gjør dets evne til å tåle varme og korrosjon det egnet til flere andre bruksområder også.

Aluminiumoksid reagerer med luft i vann og danner Al²⁺- og OH⁻-ioner, som sammen danner en oksidfilm på metalloverflaten og beskytter den mot videre oksidasjon, samt mot korrosjonsfremkallende stoffer i omgivelsene. Denne prosessen beskytter materialet mot videre anodisk oksidasjon, samtidig som den beskytter det mot ytterligere korrosjonsfarer i omgivelsene.

På grunn av sin kjemiske inertitet er aluminiumoksid motstandsdyktig mot korrosjon fra mange kjemikalier og reagenser, noe som gjør det egnet for anvendelser som krever høy renhet og stabilitet, for eksempel i legemiddelindustrien. Videre gjør dets termiske stabilitet også aluminiumoksid til et utmerket materialvalg for bruk i kromatografiske anvendelser.

Aluminiumoksid kan kombineres med syrer og baser for å fremstille ulike materialer med høy renhet, som kan brukes som råstoffer i en rekke anvendelser. For eksempel kan det kalsineres for å fremstille høyt renset aluminiumoksid som brukes i produksjon av ildfaste materialer og keramikk eller som bærer for katalysatorer; aktivert aluminiumoksid med større overflateareal og mer egnede porestrukturer kan også fremstilles gjennom denne prosessen.

Kjemiske reaksjoner

Aluminium er et av de to mest forekommende metallene på jorden, og finnes hovedsakelig i tropiske jordarter kjent som lateritt eller bauxitt. Aluminium kan utvinnes ved hjelp av Bayer-prosessen ved å oppløse aluminiumoksid i en løsning av kaustisk soda; deretter skilles natriumhydroksid ut fra det uoppløselige aluminiumhydroksidet før all gjenværende vandig løsning skylles bort.

Aluminiumoksid er kjent for sine enestående egenskaper, som lav elektrisk ledningsevne og motstandsdyktighet mot kjemiske angrep, høy styrke og ekstrem hardhet (9 på Mohs-skalaen). Aluminiumoksid brukes i mange bransjer som råstoff i produksjonen av ildfaste produkter, samt som katalysator i enkelte kjemiske reaksjoner, og spiller en viktig rolle i vannrensing ved å bidra til å fjerne organisk materiale fra drikkevann og avløpsvann.

Aluminiumoksid har en ortorombisk, tettpakket krystallgitterstruktur som består av oksygenioner og aluminiumioner som fyller to tredjedeler av sine respektive mellomrom, noe som gir stoffet utmerket kjemisk og syrebestandighet samt god varmeledningsevne ved høye temperaturer.

På grunn av sin store overflate og mekaniske styrke er aluminiumoksid et effektivt adsorbent. Det brukes først og fremst i vannbehandling for å fjerne farlige organiske stoffer samt forbindelser som gir farge og lukt i drikkevannet, og er også mye brukt som råstoff i produksjonen av ildfaste produkter til glass- og keramikkindustrien.

Aluminium regnes vanligvis ikke som et særlig reaktivt metall; det reagerer imidlertid med klor, fluor og brom og danner aluminium(III)-halogenider. I tillegg kan metallisk aluminium reagere med andre halogener som klor, fluor og brom og danne aluminium(III)-halogenider; videre inngår det aluminotermiske reaksjoner med andre metaller eller ikke-metaller, særlig magnesium og tinn; det er også kjent at det reagerer med sterke syrer som svovelsyre og saltsyre; på grunn av det beskyttende oksidlaget reagerer det imidlertid vanligvis ikke kraftig med andre syrer; i stedet for å reagere kraftig med andre syrer, har det en tendens til å reagere mindre kraftig med andre syrer på grunn av disse prosessene.

Bruksområder

Aluminiumoksid finnes i mange andre anvendelser utenfor aluminiumproduksjonen, blant annet som slipemiddel og bestanddel i keramikk med eksepsjonell hardhet og slitestyrke. Videre fungerer det som katalysator i ulike kjemiske reaksjoner, og har isolasjonsegenskaper som er nyttige i elektriske apparater og byggematerialer – biokompatibiliteten gjør aluminiumoksid til et ideelt materialvalg ved produksjon av medisinske implantater.

Korund er et svært vanlig materiale som brukes til fremstilling av svært sterke, men lette skjæreverktøy samt slipepapir, og utmerker seg ofte ved sin karakteristiske hardhet på 9 på Mohs’ hardhetsskala – bare overgått av diamant og rubin.

Aluminiumoksids høye smeltepunkt gjør det til et utmerket materiale for innkledning av ovner, forbrenningsanlegg og reaktorer av ulike typer. Fliser av aluminiumoksid finnes til og med inne i drivstoffkanalene i kullkraftverk for å beskytte mot støtkrefter.

På grunn av sin kjemiske stabilitet har aluminiumoksidkeramikk funnet bred anvendelse som syrebestandige pumpehjul og rørforinger; denne keramikken tåler temperaturer opp til 900 °F, samtidig som den er et utmerket slipemateriale som inngår i industrielle slipemidler som slipeskiver og slipekorn.

Silikongummi er et viktig materiale som brukes i produksjonen av svært slitesterke dekk og gummiprodukter, for eksempel lim og tetningsmidler, som gir dekkene økt slitestyrke, samt øker betongens styrke og holdbarhet, gir sportsutstyr slitestyrke og gir korrosjonsbeskyttelse for konstruksjoner i stål og aluminium.

Til slutt kan aluminiumoksid brukes til å produsere ildfaste murstein. I tillegg er det et viktig materiale i produksjonen av varmeisolasjon til bygninger og andre konstruksjoner.

Aluminiumpulver kan variere fra et off-white, kornet materiale til et silkeaktig, hvitt og tett pulver. Ved å tilsette zirkoniumoksid eller silisiumkarbid kan man fremstille gjennomskinnelig alumina. Aluminiumoksid brukes ofte i metallbearbeiding til fremstilling av AlZnO-belegg som benyttes i produksjon av høytemperaturglass, samt til andre anvendelser innen glass- og keramikkindustrien; i tillegg fungerer det som et utmerket flammehemmende middel som bremser brannspredning gjennom materialer.