De chemische formule voor aluminiumoxide

Al2O3 is de chemische formule voor aluminiumoxide, het meest voorkomende natuurlijke aluminiumoxide in de natuur. Korundkristallen worden gevormd uit dit mineraal en vormen de basis van robijnen en saffieren met unieke kleuren door sporen van onzuiverheden zoals chroom of ijzer in hun kristalstructuur.

Watervrij aluminiumoxidehydraat (AAH) kan worden geproduceerd door bauxieterts uit te logen met natronloog volgens het Bayerproces en het later gecalcineerd te verwerken tot watervrij AAH of te sinteren tot hightech keramische producten.

Chemische formule

Al2O3 is een amfoteer oxide dat bestaat uit één aluminium en twee zuurstofatomen. Het ziet er wit uit, heeft geen waarneembare geur en stolt wanneer het aan lucht wordt blootgesteld, waarbij het zowel als zuur en als base fungeert in zijn chemische reacties. Aluminiumoxide wordt gewonnen uit bauxietafzettingen die overal in tropische en subtropische gebieden te vinden zijn, evenals korund dat wordt gebruikt om isolatoren voor bougies en andere elektrische componenten te maken; maar het primaire gebruik ligt in de elektrolyse van aluminiummetaal.

Bauxiet, dat ongeveer een derde van de wereldvoorraad aluminium bevat, wordt gedolven door middel van boren en springen in ondergrondse of open mijnen en vervolgens gemengd met natronloog om het erts uit te logen. Filtratie- en precipitatiemethoden scheiden vervolgens het aluminiumoxide af, terwijl het verder wordt gezuiverd door calcinatie. Dit eindproduct, natriumaluminaat, wordt vervolgens gebruikt in industriële toepassingen en voor het maken van vuurvaste producten.

Technische keramiek maakt gebruik van de lage elektrische geleidbaarheid van zirkonia, de weerstand tegen zuren en basen en de hoge sterkte en stijfheid voor productie. Toepassingen voor deze keramiek zijn onder andere elektrische en spanningsisolatoren voor hoge temperaturen, afdichtingsringen voor gaslaserbuizen en laboratoriumapparatuur.

Aluminiumoxide wordt gebruikt in elektrolyse voor de productie van aluminiummetaal en is goed voor 90% van al het geproduceerde aluminiumoxide. Aluminiumoxide-zirkoniumlegeringen zijn ook te vinden als slijpmiddelen voor keramiek, staal en gietijzer; hun ultrasterke structuur heeft zeer lage porositeitsniveaus waardoor ze gewenste slijpmiddelen zijn.

Zaadhoudend solgel microkristallijn aluminiumoxide wordt gemaakt door submicron deeltjes van een aluminiumoxide precursor zoals boehmiet (Al2O3) te dispergeren in een waterige gel met peptisatiemiddelen en, optioneel, kleine hoeveelheden niet-glasvormend spinhulpmiddel. Zodra dit mengsel is uitgehard bij kamertemperatuur of hoger voor gesinterde toepassingen, worden de zaden geëxtraheerd voordat ze in een oven worden verwarmd tot de conversietemperatuur of hoger voor gesinterde producten, op welk punt de zaden worden verwijderd door dispergeermiddelen of verwarming in ovens tot conversie of gesinterde productie plaatsvindt op welk moment de zaden moeten worden geëxtraheerd door dispergeermiddelen voordat ze in deze stap worden geëxtraheerd.

Fysische eigenschappen

Aluminiumoxide (Al2O3) is een van de twee meest voorkomende elementen in de aardkorst en vormt een vaste stof zonder duidelijke geur of smaak. Het komt van nature voor in tropische bodems die laterieten worden genoemd en in erts dat wordt gewonnen via het Bayerproces. Het werkt als een elektrische isolator met een hoge thermische geleidbaarheid en reageert met zuren en basen, maar wordt als niet giftig beschouwd.

De chemische inertheid van aluminiumoxide maakt het een ideaal materiaal voor industriële keramiekproductie. Korundkristallen vormen de basis voor veel kostbare edelstenen zoals robijnen en saffieren, waarbij de kleur wordt geleverd door verschillende hoeveelheden chroom en ijzeronzuiverheden in hun kernmateriaal. Door zijn hardheid en sterkte wordt aluminiumoxide ook vaak gebruikt als schuurmiddel op schuurpapier, terwijl de thermische stabiliteit het bestand maakt tegen hoge temperaturen, waardoor het geschikt is voor gebruik in hoge temperatuur apparaten zoals ovens en ovens.

Glasvezelversterkte kunststof (GFRP) wordt ook veel gebruikt voor de productie van vuurvaste materialen, polijst- en slijpproducten en het coaten van titaniumpigmenten. GFRP heeft een uitstekende mechanische sterkte en slijtvastheid en kan in dunne of grote onderdelen worden gegoten zonder na verloop van tijd te vervormen; bovendien is het bestand tegen hitte en corrosie, waardoor het ook geschikt is voor verschillende andere toepassingen.

Aluminiumoxide reageert met lucht in water om Al2+ en OH- ionen te vormen die samen een oxidelaag vormen op het metaaloppervlak en het beschermen tegen verdere oxidatie en tegen omgevingscorrosie. Dit proces beschermt materialen tegen verdere anodische oxidatie en beschermt het tegelijkertijd tegen verdere corrosiebedreigingen in de omgeving.

Door zijn chemische inertheid is aluminiumoxide bestand tegen corrosie van veel chemicaliën en reagentia, waardoor het geschikt is voor toepassingen die een hoge zuiverheid en stabiliteit vereisen, zoals farmaceutica. Bovendien maakt de thermische stabiliteit aluminiumoxide ook een uitstekende materiaalkeuze voor gebruik in chromatografietoepassingen.

Aluminiumoxide kan gecombineerd worden met zuren en basen om verschillende hoogzuivere materialen te maken die als grondstof kunnen dienen voor verschillende toepassingen. Het kan bijvoorbeeld gecalcineerd worden om hoogzuiver aluminiumoxide te maken dat gebruikt wordt in vuurvaste materialen en keramiekproductie of gebruikt wordt als katalysatorondersteuning; geactiveerde aluminas met grotere oppervlakken en geschiktere poriënstructuren kunnen ook via dit proces geproduceerd worden.

Chemische reacties

Aluminium is een van de twee meest overvloedige metalen op aarde en komt voornamelijk voor in tropische bodems die bekend staan als lateriet of bauxiet. Aluminium kan worden gewonnen met het Bayerproces door aluminiumoxide op te lossen in een natriumhydroxideoplossing en vervolgens natriumhydroxide te isoleren uit het onoplosbare aluminiumhydroxide voordat alle resterende waterige oplossing wordt weggespoeld.

Aluminiumoxide staat bekend om zijn uitzonderlijke eigenschappen, zoals een laag elektrisch geleidingsvermogen en weerstand tegen chemische aanvallen, hoge sterkte en extreme hardheid (9 op de schaal van Mohs). Alumina wordt in verschillende industrieën toegepast als grondstof voor vuurvaste producten, als katalysator in sommige chemische reacties en speelt een essentiële rol in waterzuivering door te helpen bij het verwijderen van organisch materiaal uit drink- en afvalwater.

Aluminiumoxide heeft een orthorhombische, dicht opeengepakte kristalroosterstructuur die bestaat uit zuurstofionen en aluminiumionen die tweederde van hun respectieve tussenruimten vullen, waardoor het uitstekend bestand is tegen chemicaliën en zuren en een groot warmtegeleidingsvermogen heeft bij hoge temperaturen.

Door het grote oppervlak en de mechanische sterkte is aluminiumoxide een effectief adsorbens. Het wordt voornamelijk gebruikt in waterzuivering om gevaarlijke organische stoffen te verwijderen, evenals verbindingen die verantwoordelijk zijn voor kleur en geur uit drinkwatervoorraden. Het wordt ook veel gebruikt als ingrediënt in de productie van vuurvaste producten voor de glas- en keramische industrie.

Aluminium wordt over het algemeen niet beschouwd als een extreem reactief metaal; het reageert echter wel met chloor, fluor en broom om aluminium(III)halogeniden te vormen. Bovendien kan aluminiummetaal reageren met andere halogenen zoals chloor, fluor en broom om aluminium(III)halogeniden te vormen; verder ondergaat het aluminothermiereacties met andere metalen of niet-metalen, met name magnesium en tin; het is ook bekend dat het reageert met sterke zuren zoals zwavelzuur en zoutzuur; maar door de beschermende oxidelaag reageert het over het algemeen niet krachtig tegen andere zuren; in plaats van krachtig te reageren tegen andere reacties heeft het de neiging om minder krachtig te reageren tegen andere zuren als gevolg van deze processen.

Toepassingen

Aluminiumoxide kent vele andere toepassingen buiten de productie van aluminium, waaronder als schuurmiddel en ingrediënt in keramiek met een uitzonderlijke hardheid en slijtvastheid. Verder dient het als katalysator in verschillende chemische reacties en biedt het isolatie-eigenschappen die nuttig zijn in elektrische apparaten en bouwmaterialen. Biocompatibiliteit maakt aluminiumoxide een ideale materiaalkeuze bij de productie van medische implantaten.

Korund is een veelgebruikt materiaal dat wordt gebruikt voor de productie van snijgereedschappen met hoge sterkte maar licht gewicht en schuurpapier. Het heeft vaak de karakteristieke 9 op de Mohs schaal van hardheid - alleen diamant en robijn volgen op de tweede plaats.

Het hoge smeltpunt van aluminiumoxide maakt het een uitstekend materiaal voor de bekleding van ovens, verbrandingsovens en allerlei reactoren. Tegels van aluminiumoxide zijn zelfs te vinden in brandstofleidingen van kolengestookte elektriciteitscentrales als bescherming tegen botsende krachten.

Door hun chemische stabiliteit worden aluminiumoxidekeramiek veel gebruikt als zuurbestendige pompwaaiers en buisvoeringen; deze keramiek is bestand tegen temperaturen tot 900gF en is een uitstekend slijpmateriaal dat kan worden gevonden in industriële slijpmiddelen zoals slijpschijven en grit.

Siliconenrubber is een belangrijk materiaal dat wordt gebruikt voor de productie van banden met een hoge weerstand en rubberproducten, zoals lijmen en afdichtingsmiddelen, met een verbeterde weerstand van banden, maar ook voor het verhogen van de sterkte en duurzaamheid van beton, slijtvastheid van sportuitrusting en corrosiebescherming voor stalen en aluminium constructies.

Ten slotte kan aluminiumoxide worden gebruikt om vuurvaste stenen te produceren. Daarnaast dient het als integraal materiaal bij de productie van thermische isolatie voor gebouwen en andere constructies.

Aluminiumoxidepoeder kan variëren van een gebroken wit korrelig materiaal tot een zijdewit, dicht poeder. Door zirkoniumoxide of siliciumcarbide toe te voegen kan doorschijnend aluminiumoxide gemaakt worden. Aluminiumoxide wordt vaak gebruikt in metaalbewerkingstoepassingen voor de productie van AlZnO coatings die gebruikt worden bij de productie van glas bij hoge temperaturen en voor andere toepassingen in glas en keramiek; daarnaast is het een uitstekende vlamvertrager die de verspreiding van vuur door materialen vertraagt.