O que é a densidade da alumina?

A alumina (óxido de alumínio, Al2O3) é uma das cerâmicas técnicas mais utilizadas. Com muitas propriedades benéficas e únicas que a tornam adequada para uma série de aplicações industriais.

A liga de alumínio é conhecida por ser altamente resistente à corrosão e à temperatura. Além disso, a sua excelente resistência à abrasão ajuda a prolongar o tempo de vida útil dos componentes e peças fabricados com este material.

Massa

O alumínio é macio, mas pode ser reforçado através de ligas com pequenas quantidades de cobre, magnésio, silício ou manganês para formar ligas mais fortes que tornam o metal ainda mais versátil em termos de condutividade eléctrica e térmica, força, ductilidade e resistência à corrosão. Além disso, é leve - uma vantagem para muitas aplicações! A versatilidade do alumínio permite-lhe também ser facilmente moldado em vários produtos que podem servir qualquer objetivo imaginável.

O alumínio pode ser encontrado como metal puro e como óxido na crosta terrestre em depósitos de minério de bauxite, onde forma depósitos não tóxicos com propriedades suaves e um número atómico de 13. Com a sua cor branca prateada e brilho metálico, o alumínio pode ser facilmente dobrado, batido ou prensado em folhas finas para fabrico e pode mesmo ser revestido com uma barreira protetora de óxido para resistir à corrosão, criando o seu próprio revestimento de óxido autoprotector.

A alumina é mais conhecida como um material abrasivo ou refratário. Além disso, pode ser encontrada em cerâmicas, isoladores eléctricos, catalisadores e aplicações de catálise. Existe uma variedade de graus, que podem ser fabricados em pós ou grânulos de vários tamanhos de grão para fins de fabrico.

A estabilidade química deste material é elevada, o que o torna adequado para exposição a sais, ácidos e vapores sem sofrer danos superficiais ou estruturais por abrasão, corrosão, congelamento ou desgaste. Além disso, a sua durabilidade permite-lhe suportar temperaturas elevadas sem sucumbir à fratura ou à degradação.

O alumínio pertence ao grupo dos alcalino-terrosos na tabela periódica e tem uma massa atómica de 2698 g/mol e três electrões de valência. As reacções entre o oxigénio e o alumínio ocorrem lentamente, enquanto as reacções entre o alumínio e os ácidos quentes e os álcalis ocorrem rapidamente.

A alumina (Al2O3) é abundante na crosta terrestre e é utilizada para várias aplicações. Apresenta um elevado ponto de fusão e excelentes propriedades mecânicas e físicas, tais como dureza, resistência e baixo coeficiente de dilatação - qualidades que a tornam adequada como refratário, isolante elétrico e veículo químico - tornando-a adequada para tijolos, cadinhos, artigos de laboratório, velas de papel, revestimentos de tintas para vidro, análises cromatográficas por ultrafiltração, bem como para o fabrico de alumínio metálico e seus compostos.

Volume

A alumina é uma cerâmica de engenharia utilizada numa grande variedade de aplicações devido ao seu excelente desempenho. A alumina apresenta elevados níveis de resistência mecânica, resistência à compressão, dureza e resistência à corrosão e ao desgaste, bem como baixas taxas de expansão térmica e inércia química. Além disso, a alumina actua tanto de forma ácida como alcalina quando misturada com ácido clorídrico diluído aquecido, enquanto actua de forma alcalina quando combinada com ácido sulfúrico.

O volume da alumina pode ser expresso como a sua massa dividida pela densidade em centímetros cúbicos (g/cm3), o que faz com que seja uma caraterística essencial a ter em conta, uma vez que mede o número de espaços vazios existentes no material - quanto menor for o conteúdo de espaços vazios, maior será o seu volume. A temperatura também tem um papel importante, uma vez que temperaturas mais elevadas conduzem a um aumento da densidade.

A bauxite é um material heterogéneo de ocorrência natural composto por um ou mais minerais de hidróxido de alumínio contendo outros elementos e compostos como sílica, óxido de ferro, titânia e aluminossilicato em várias concentrações. Cerca de 85% da produção mundial utiliza um método de lixiviação química por via húmida, conhecido como processo Bayer, para converter a bauxite em alumina.

A G-alumina é uma forma extremamente mesoporosa de alumina com poros grandes que possui uma elevada porosidade e área de superfície, tornando-a um excelente material de suporte para catalisadores à base de Fe para a reação de hidroxilação do fenol com peróxido de hidrogénio que produz compostos orgânicos valiosos como a hidroquinona e o catecol. A G-alumina apresenta uma conversão notável de 53,4% neste processo, ao mesmo tempo que tem uma seletividade para d-hidroxibenzenos de 96,2 por cento, sublinhando ainda mais o seu valor como catalisador industrial.

A alumina em fase gama pode ser formada em estruturas alveolares microporosas com elevada atividade catalítica, o que a torna um material atrativo para suportar muitos catalisadores industriais em aplicações de refinação de petróleo. Além disso, a investigação sobre o seu potencial como substrato para a preparação de membranas de nanofiltração produziu resultados iniciais promissores; além disso, este tipo de alumina é utilizado para criar safiras sintéticas necessárias para determinados dispositivos semicondutores.

Densidade

A alumina é uma cerâmica policristalina com baixa gravidade específica e elevada dureza, oferecendo baixa gravidade específica e excelentes propriedades de dureza. Disponível em vários graus de pureza, a alumina pode ser moldada por injeção, prensada, prensada isostaticamente, moldada por deslizamento ou extrudida para obter as formas desejadas antes de ser queimada e sinterizada - tal como os metais e as ligas, pode ser maquinada mais facilmente utilizando técnicas normais; a sua resistência moderada à tração, mas a sua natureza frágil, tornam o fabrico muito menos eficiente; as propriedades de condutividade térmica tornam a alumina ideal, uma vez que resiste a ataques de álcalis e a ataques de ácidos fortes quando os processos de fabrico utilizam materiais de alumina.

A alumina é utilizada como uma matéria-prima importante na produção de alumínio metálico, bem como em numerosas aplicações industriais, incluindo componentes eléctricos, químicos, aeroespaciais e resistentes à abrasão. A alumina também pode ser encontrada em dispositivos médicos, como implantes de resurfacing da anca e coroas dentárias; a sua resistência à abrasão também a torna adequada para várias utilizações abrasivas, como guias têxteis, êmbolos de bombas, revestimentos de calhas e orifícios de descarga.

O corindo é uma das várias formas de alumina, com iões de oxigénio em arranjos hexagonais e iões de alumínio distribuídos por dois terços dos interstícios octaédricos em estruturas hexagonais, bem como iões de alumínio encontrados entre seis iões de oxigénio em cada octaedro e os seus seis homólogos de oxigénio, formando uma estrutura cristalina irregular com uma face partilhada entre três lados em octaedros de camada superior.

A alumina pode ter várias funções. Para além de ser utilizada como abrasivo, actua também como isolante elétrico e é amplamente utilizada na litografia de silício sobre safira para circuitos integrados, servindo como barreira de túnel em dispositivos supercondutores como transístores de um só eletrão e dispositivos de interferência quântica supercondutores, actuando como material intermédio durante a produção de substrato de produção de carboneto de tungsténio resistente ao desgaste. Infelizmente, devido à sua menor resistência ao impacto, a alumina ainda não se tornou o material resistente ao desgaste de eleição nas aplicações mineiras.

A inalação de poeiras de alumina representa um potencial risco profissional, com estudos que utilizam 26Al radiomarcado a indicar que pode penetrar profundamente nos pulmões e aí permanecer durante longos períodos, interferindo potencialmente com o funcionamento normal dos pulmões e sendo cancerígeno.

Porosidade

A porosidade dos materiais refere-se à quantidade de ar existente nos materiais sólidos, normalmente expressa em percentagem. A porosidade pode ajudar a definir a sua densidade; mais vazios equivalem a materiais menos densos.

Um microscópio eletrónico de varrimento (SEM) é o instrumento de referência para avaliar com precisão a porosidade. Um MEV mostra os espaços dos poros de forma clara e precisa enquanto mede a sua permeabilidade - ou a capacidade da água passar através dos materiais - através de métodos como a imersão de amostras com fluidos como o hélio ou a água ou através de métodos de imbibição; poros mais interligados aumentam a permeabilidade.

A alumina é um material extremamente duro, o que significa que pode resistir eficazmente à abrasão mecânica e ao desgaste - uma das razões pelas quais se tornou uma das cerâmicas técnicas mais populares utilizadas em aplicações de moldagem por injeção.

No entanto, a alumina tem alguns inconvenientes. Nomeadamente, as suas propriedades eléctricas não resistem bem a temperaturas mais elevadas, com baixa condutividade devido ao facto de não ser muito cristalina e possuir muitos defeitos nos átomos que a compõem.

Uma forma eficaz de aumentar as propriedades eléctricas da alumina é torná-la mais cristalina através da adição de impurezas ou do aquecimento a temperaturas mais elevadas. No entanto, essas alterações podem ter ramificações significativas na resistência e dureza do material de alumina utilizado em determinadas aplicações, podendo criar problemas quando aplicado incorretamente.

A melhoria das propriedades eléctricas da alumina através da criação de um maior espaço poroso pode também melhorar as suas propriedades, aumentando a concentração de óxido de alumínio na sua composição. Os materiais mais macios e mais dúcteis com poros maiores também beneficiam.

A alumina mesoporosa é outro tipo de material de alumina com canais altamente uniformes e grandes áreas de superfície, criando mesoporos com maior resistividade eléctrica à temperatura ambiente (duas ordens de grandeza a baixas temperaturas; quatro ordens a altas temperaturas), o que pode revelar-se desvantajoso quando aplicado no fabrico de baterias.