A fórmula química da alumina

Al2O3 é a fórmula química da alumina, o óxido de alumínio natural mais abundante encontrado na natureza. Os cristais de corindo formam-se a partir deste mineral e constituem a base de rubis e safiras com cores únicas devido a vestígios de impurezas como o crómio ou o ferro presentes nas suas estruturas cristalinas.

O hidrato de alumina anidra (AAH) pode ser produzido através da lixiviação de minério de bauxite com soda cáustica utilizando o processo Bayer e, posteriormente, processado por calcinação em AAH anidra ou sinterizado em produtos cerâmicos de alta tecnologia.

Fórmula química

O Al2O3 é um óxido anfotérico composto por um átomo de alumínio e dois átomos de oxigénio. Tem uma aparência branca, não tem odor percetível e solidifica quando exposto ao ar, funcionando tanto como ácido como base nas suas reacções químicas. A alumina é extraída de depósitos de bauxita encontrados em áreas tropicais e subtropicais, bem como do corindo usado para fabricar isoladores de velas de ignição e outros componentes eléctricos; mas a sua principal utilização é a produção de alumínio metálico por eletrólise.

A bauxite, que contém cerca de um terço da oferta mundial de alumínio, é extraída através de perfurações e explosões em minas subterrâneas ou a céu aberto, sendo depois misturada com soda cáustica para lixiviar o minério. Os métodos de filtração e precipitação separam a alumina, enquanto a calcinação a purifica ainda mais. Este produto final, o aluminato de sódio, é depois utilizado em aplicações industriais e na criação de produtos refractários.

As cerâmicas de engenharia utilizam a baixa condutividade eléctrica da zircónia, a resistência ao ataque de ácidos e bases e as propriedades de elevada resistência e rigidez para a produção. As aplicações para estas cerâmicas incluem isoladores eléctricos e de tensão de alta temperatura, anéis de vedação para tubos de laser de gás e equipamento de laboratório.

A alumina é utilizada na eletrólise para produzir alumínio metálico e representa 90% de toda a alumina produzida. As ligas de alumina-zircónia também podem ser encontradas como meios de moagem para cerâmica, aço e ferro fundido; a sua estrutura ultra-resistente tem níveis de porosidade muito baixos, tornando-as abrasivos desejáveis.

A alumina microcristalina sol-gel semeada é criada através da dispersão de partículas submicrónicas de um precursor de alumina, tal como a boemite (Al2O3), num gel aquoso com agentes peptizantes e, opcionalmente, pequenas quantidades de auxiliar de fiação não formador de vidro. Uma vez que esta mistura tenha atingido a temperatura ambiente ou superior para aplicações sinterizadas, as sementes são então extraídas antes de serem aquecidas num forno até à temperatura de conversão ou superior para produtos sinterizados, altura em que as sementes são removidas por agentes de distribuição ou aquecimento em fornos até à conversão ou produção sinterizada, altura em que as sementes devem ser extraídas por agentes de dispersão antes de serem extraídas nesta fase.

Propriedades físicas

O óxido de alumínio (Al2O3) é um dos dois elementos mais abundantes na crosta terrestre e forma uma substância sólida sem sabor ou cheiro distintos. Ocorre naturalmente em solos tropicais chamados lateritas, bem como em minério extraído através do processo Bayer e actua como isolante elétrico com elevada condutividade térmica; reage com ácidos e bases, mas é considerado não tóxico.

A inércia química da alumina torna-a um material ideal para o fabrico industrial de cerâmica. Os cristais de corindo constituem a base de muitas gemas preciosas, como rubis e safiras, sendo a cor fornecida por várias quantidades de impurezas de crómio e ferro no seu material de base. Devido à sua dureza e resistência, a alumina é também normalmente utilizada como abrasivo em lixas, enquanto a sua estabilidade térmica lhe permite suportar temperaturas elevadas, tornando-a adequada para utilização no revestimento de aparelhos de alta temperatura, como fornos e fornalhas.

O plástico reforçado com fibra de vidro (PRFV) é também amplamente utilizado no fabrico de refractários, produtos de polimento e abrasivos e no revestimento de pigmentos de titânio. O GFRP apresenta uma excelente resistência mecânica e à abrasão, podendo ser moldado em peças finas ou grandes sem se deformar com o tempo; além disso, a sua capacidade de resistir ao calor e à corrosão torna-o também adequado para várias outras utilizações.

O óxido de alumínio reage com o ar na água para formar iões Al2+ e OH- que se combinam para formar uma película de óxido na superfície do metal e protegê-lo contra mais oxidação, bem como contra agentes de corrosão ambientais. Este processo protege os materiais contra uma maior oxidação anódica, ao mesmo tempo que os protege contra outras ameaças de corrosão nas suas imediações.

Devido à sua inércia química, a alumina é resistente à corrosão de muitos produtos químicos e reagentes, o que a torna adequada para aplicações que requerem elevada pureza e estabilidade, como os produtos farmacêuticos. Além disso, a sua estabilidade térmica também faz da alumina uma excelente escolha de material para utilização em aplicações de cromatografia.

A alumina pode ser combinada com ácidos e bases para produzir vários materiais de elevada pureza que podem servir como matérias-primas para várias aplicações. Por exemplo, pode ser calcinada para produzir alumina altamente purificada utilizada na produção de refractários e cerâmica ou utilizada como suporte de catalisadores; aluminas activadas com áreas de superfície maiores e estruturas de poros mais adequadas também podem ser produzidas através deste processo.

Reacções químicas

O alumínio é um dos dois metais mais abundantes da Terra, encontrado principalmente em solos tropicais conhecidos como lateritas ou bauxita. O alumínio pode ser extraído através do processo Bayer, dissolvendo-se o óxido de alumínio numa solução de soda cáustica; em seguida, isola-se o hidróxido de sódio do hidróxido de alumínio insolúvel antes de se eliminar toda a solução aquosa restante.

A alumina é conhecida pelas suas propriedades excepcionais, como a baixa condutividade eléctrica e a resistência a ataques químicos, a elevada resistência e a extrema dureza (9 na escala de Mohs). A alumina tem aplicação em todas as indústrias como matéria-prima na produção de produtos refractários, actuando também como catalisador em algumas reacções químicas e desempenhando um papel essencial na purificação da água, ajudando a remover a matéria orgânica das águas potáveis e residuais.

A alumina tem uma estrutura cristalina ortorrômbica, composta por iões de oxigénio e iões de alumínio que preenchem dois terços dos respectivos interstícios, o que lhe confere uma excelente resistência química e aos ácidos, bem como uma grande condutividade térmica a temperaturas elevadas.

Devido à sua grande área de superfície e resistência mecânica, a alumina é um adsorvente eficaz. Utilizada principalmente no tratamento de água para remover matéria orgânica perigosa, bem como compostos responsáveis pela cor e odor da água potável, bem como amplamente utilizada como ingrediente na produção de produtos refractários para as indústrias do vidro e da cerâmica.

O alumínio não é geralmente considerado um metal extremamente reativo; no entanto, reage com o cloro, o flúor e o bromo para formar halogenetos de alumínio(III). Além disso, o alumínio metálico tem a capacidade de reagir com outros halogéneos, como o cloro, o flúor e o bromo, para formar halogenetos de alumínio(III); além disso, sofre reacções aluminotérmicas com outros metais ou não-metais, nomeadamente o magnésio e o estanho; Sabe-se também que reage com ácidos fortes, como os ácidos sulfúrico e clorídrico; no entanto, devido ao seu revestimento protetor de película de óxido, geralmente não reage vigorosamente contra outros ácidos; em vez de reagir vigorosamente contra outras reacções, tende a reagir menos vigorosamente contra outros ácidos devido a estes processos.

Aplicações

A alumina pode ser encontrada em muitas outras aplicações fora da produção de alumínio, incluindo como abrasivo e ingrediente em cerâmicas com dureza e resistência ao desgaste excepcionais. Além disso, serve como catalisador em várias reacções químicas, bem como fornece propriedades de isolamento úteis em dispositivos eléctricos e materiais de construção - a biocompatibilidade faz da alumina uma escolha de material ideal para o fabrico de implantes médicos.

O corindo é um material extremamente comum utilizado para o fabrico de ferramentas de corte de alta resistência, mas leves, bem como de papéis abrasivos, apresentando frequentemente a sua caraterística 9 na escala de Mohs de dureza - apenas atrás do diamante e do rubi.

O elevado ponto de fusão da alumina faz dela um excelente material para revestir fornos, incineradores e reactores de vários tipos. Os ladrilhos de alumina podem mesmo ser encontrados no interior de condutas de combustível de centrais eléctricas a carvão para proteção contra forças de impacto.

Devido à sua estabilidade química, as cerâmicas de alumina têm sido muito utilizadas como impulsores de bombas e revestimentos de tubagens resistentes a ácidos; estas cerâmicas podem suportar temperaturas até 900 graus centígrados, sendo simultaneamente um excelente material abrasivo que pode ser encontrado em abrasivos industriais, como mós e granalhas.

A borracha de silicone é um importante material utilizado na produção de pneus de alta resistência e produtos de borracha, como adesivos e vedantes, com maior resistência dos pneus, bem como no aumento da resistência e durabilidade do betão, na resistência à abrasão de equipamentos desportivos e na proteção contra a corrosão de estruturas de aço e alumínio.

Por último, a alumina pode ser utilizada para produzir tijolos refractários. Além disso, serve como material integral na produção de isolamento térmico para edifícios e outras estruturas.

O pó de alumina pode variar entre um material granular esbranquiçado ou um pó branco sedoso e denso. Ao adicionar zircónio ou carboneto de silício, pode ser criada alumina translúcida. A alumina é frequentemente utilizada em aplicações metalúrgicas para produzir revestimentos de AlZnO utilizados na produção de vidro a alta temperatura, bem como noutras utilizações de engenharia de vidro e cerâmica; além disso, é um excelente retardador de chama, retardando a propagação do fogo através dos materiais.