Alümina Al2O3 Nedir?

Alümina, birçok endüstriyel uygulamada kullanılan son derece sert bir malzemedir. Birincil ticari alüminyum oksit ürünü olan alümina, bileşimine katkıda bulunan alüminyum hidroksit mineralleri içeren gibsit, boehmit ve diaspore içeren kuru kırılmış ve yıkanmış boksit cevherinden üretilir.

Kalsine alümina sır eriyiklerinde iyi çözünmez, bu nedenle sırlar için Al2O3 kaynağı genellikle Kaolin veya Pirofillittir.

Uygulamalar

Alümina, olağanüstü mukavemeti, kimyasal inertliği ve korozyon direnci özellikleri nedeniyle çok sayıda uygulamaya sahiptir ve bu da onu çok sayıda endüstriyel işlem ve üretim operasyonunda çok yönlü bir malzeme haline getirir. Erimiş cam üretimi için refrakter malzeme kullanımının özellikle yararlı olduğu kanıtlanmıştır, çünkü karışıma stabilizasyon ve ısı yalıtımı eklenmeden devitrifikasyon (kristalleşme) oldukça hızlı bir şekilde meydana gelebilir - alümina, erime aşaması sırasında stabilite ve ısı yalıtım özellikleri sağlayarak önlemeye yardımcı olur.

Alümina tipik olarak 30-55% Al2O3 içeren mineral boksitten üretilir. Boksit, katı alüminyum hidroksit kristal oluşumunu teşvik eden tohumlama adı verilen bir işlemle geri dönmeden önce safsızlıkları gidermek için birkaç çökeltici tanktan geçirilmeden önce bir bulamaç halinde çıkarılır ve ezilir - bu katı kristaller daha sonra alümina oluşturmak için ısıtılmak üzere doğrudan bir fırına gönderilmeden önce çökeltici tanklardan geri taşınır.

Alümina al2o3'ün yüksek sıcaklık toleransı, onu petrokimya işleme, çimento üretimi, atık yakma ve demir çelik üretimi gibi yüksek sıcaklık gerektiren endüstriyel işlemlerde gerekli olan refrakter ürünlerde kullanmak için mükemmel bir malzeme haline getirir. Ayrıca, alümina tozu eklenmesi kauçuk bileşiklerinin mukavemetini ve sertliğini artırabilir.

Gelişmiş seramik malzemelerin önemli bir sınıfı olan alümina seramikler, bunu temel bir bileşen olarak içerir. Özel uygulama ihtiyaçlarını karşılamak için çeşitli şekil ve konfigürasyonlarda üretilen bu malzemeler, yüksek gerilme mukavemeti, basınç mukavemeti, eğilme modülü sertliği ve sertlik gibi mükemmel mekanik özelliklere sahip olmanın yanı sıra ısıya ve aşınmaya karşı da son derece dayanıklıdır.

Alümina, katalitik reaksiyonlarda destek olarak da kullanılabilir. Gama alümina (gama-Al2O3), reaktanların yapışması için geniş yüzey alanları sunarak bu işlevi yerine getirebilir ve böylece reaksiyon hızlarını artırabilir. Ayrıca, gözenekli kristal yapısı sıvı ortamda dağılımını kolaylaştırarak bu malzemeyi laboratuvar ortamlarında kullanıcı dostu hale getirir.

Üstün sertliği ve dayanıklılığı nedeniyle alümina genellikle aşındırıcı bir malzeme olarak kullanılır. Sert yüzeyi endüstriyel ürünlerin ve makinelerin şekillendirilmesine yardımcı olurken, kaplaması onları daha fazla aşınmaya karşı korur.

Alümina birçok etkileyici özelliğe sahip olsa da, tatlı su ortamlarında kullanıldığında dikkate alınması gereken bazı istenmeyen yan etkileri vardır. Tatlı su omurgasızlarına karşı toksisitesi özellikle endişe vericidir; son araştırmalar, AlNP'lere maruz kalmanın Ceriodaphnia dubia su omurgasızının canlılığının azalmasına yol açtığını göstermiştir. Araştırmacılar bunun organizmadaki oksidatif stresin artmasından kaynaklandığını varsaymış ve sitotoksisitenin partikül boyutuyla nasıl arttığını kaydetmiştir.

Özellikler

Alümina en yaygın kullanılan teknik seramiklerden biridir. Yüksek mekanik mukavemet, mükemmel elektrik yalıtımı, kimyasal saldırılara karşı direnç ve termal şok direncinin yanı sıra korozyona dayanıklıdır. Alümina ayrıca yüksek erime noktasına sahiptir.

Boksit cevheri, alümina üretiminin ana kaynağıdır. Boksit, gibsit (Al(OH)3), boehmit (G-alüminyum oksit), diaspore (a-alümina) ve safsızlık olarak demir oksitler, silikatlar ve kuvars gibi safsızlıklar içerir. Boksit, Bayer prosesi ile işlenerek sadece alümina değil aynı zamanda boraks, kostik soda ve alüminat hidroksit üretimi gibi yan ürünler de elde edilebilir.

Bayer prosesi kapsamında, boehmit ve gibsit orta dereceli hidrotermal koşullar altında NaOH çözeltilerinde çözündürülerek boksitten ayrılır. Filtrelemeden sonra, çökelmiş alümina toplanır. Son olarak, bu katı ürün saf al2o3 oluşana kadar kalsine edilir.

Alüminyum oksit amfoterik bir oksittir, yani hem pozitif hem de negatif iyonlar içerir. Alümina kristal kafesi, altıgen olarak yakın paketlenmiş yapılarda düzenlenmiş altıgen yakın paketlenmiş yapılarda düzenlenmiş oksijen anyonlarından oluşur; alüminyum katyonları bu yapıda belirli oktahedral bölgeleri işgal ederken bazıları boş kalır - bu boşluklar, malzemeye karakteristik katalitik aktivitesini vermek için metal katyonları veya oksit anyonları tarafından doldurulabilir.

Saf alümina al2o3, sıcaklık ve saflıkla artan düşük elektrik iletkenliği sergiler. Bu fenomen, oktahedral boşluklarının pozitif yüklü metal iyonları tarafından doldurulmasından kaynaklanırken, negatif yüklü oksijen iyonları bu boşlukları işgal ederek kristal yapısını ve dolayısıyla özelliklerini değiştirir.

Saf alümina seramikler uzun zamandır elektrik yalıtımı özelliklerinden dolayı ödüllendirilmekte ve fırın yalıtımı gibi uygulamalar için ideal hale gelmektedir. İyonik özellikleri, herhangi bir şekilde tehlikeye girmeden yüksek akımlara karşı yalıtkan olarak hizmet etme yeteneklerini kaybetmeden içlerinden elektrik akışını önlemeye yardımcı olur.

Alümina, aşınma, korozyon ve yorulmaya dayanabilen son derece dayanıklı bir malzemedir - bu da onu çeşitli zorlu endüstriyel ve ticari uygulamalarda kullanıma uygun hale getirir. Çizilmeye ve kesilmeye karşı dirençli olduğu için silika aşındırıcı, kumlama ve kumlama gibi taşlama ve parlatma işlemlerinde aşındırıcı olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Ayrıca, seramik sırlarda da sertliği ve parlaklığı artırmak için katkı maddesi olarak silika aşındırıcılar kullanılır. Cam, erime noktasını ve sinterleme sıcaklığını yükseltmek ve gerilme mukavemetini ve yüzey gerilimini iyileştirmek için bileşimine alümina eklenmesinden faydalanabilir. Alümina ilavesi ayrıca parlaklığı, çalışma aralığını ve asit saldırı direncini geliştirirken devitrifikasyonu azaltabilir. Cam, camı sünek ve elastik yapan silisyum dioksit (SiO2) içerir. Silika, erime sıcaklığını düşürmek ve bazı soda kireç formülasyonlarında termal şok direncini artırmak için SiO2 ile ikame edilebilir. Alümina, hidrokarbonların ototermal reformasyonu ve sentetik gaz (syngas) üretimi gibi petrokimyasal süreçlerde kullanım için mükemmel bir refrakter malzemedir. Bununla birlikte, petrokimya uygulamalarında alümina kullanımı, hammaddelerin dikkatli bir şekilde seçilmesini, sinterleme işlemleri sırasında sıkı bir kontrol yapılmasını ve elde edilen refrakterlerin hidrojen molekülleriyle istenmeyen bir şekilde reaksiyona girmemesini sağlamak için çok dikkatli olunmasını gerektirir.

Kimyasal bileşim

Alüminyum oksit (Al2O3), alüminyum metal ve endüstriyel seramikler gibi çeşitli gelişmiş malzemelerin üretiminde hammadde olarak kullanılan inert, kokusuz beyaz kristal bir bileşiktir. Üstün mekanik, kimyasal ve termal nitelikleri nedeniyle, çok sayıda endüstri ve çalışma alanında yaşamı uzatan ve toplumu geliştiren birçok uygulamaya sahiptir. Alümina, doğada doğal olarak bulunan ve ana kaynağı olan cevher bakımından zengin bir mineral olan boksitten çıkarılabilir.

Associated Ceramics, Amerikan Resmi Endüstriyel Hijyenistler Konferansı (ACGIH) tarafından belirlenenler gibi katı uluslararası standartlara göre ultra yüksek saflıkta alümina ürünleri üretmektedir. Bu, 100 ppm ağırlığın altında sodyum konsantrasyonuna sahip ultra yüksek saflıkta kaliteleri içerir - sodyum kontaminasyonu, kalsinatörlerde sinterlenme eğiliminde olduğu için oldukça zararlıdır ve ürünlerinde düşük sertlik ve zayıf aşınma direnci gibi istenmeyen özelliklere yol açar.

Alümina, kimyasal olarak en inert mühendislik seramik malzemelerinden biridir ve hem oksitleyici hem de indirgeyici ortamlarda olağanüstü korozyon direnci özellikleri sunar. Ek olarak, korozyon direnci onu silisyum karbürden (SiC) sonra ikinci sıraya yerleştirmektedir. İyi termal iletkenlik özellikleriyle boyutsal olarak kararlı olan Alümina, alkali saldırılarına da direnç gösterir, ancak asit saldırılarına etkili bir şekilde direnç göstermez.

Alüminanın kimyasal bileşimi dereceye göre değişir ve en popüler formu a-Al2O3'tür. Bu formda oksijen iyonları oktahedral aralıkların üçte ikisini doldururken alüminyum iyonları üçte birini işgal eder. Alümina ayrıca kübik g ve e fazları, ortorombik k fazı ve monoklinik th ve d fazları dahil olmak üzere çeşitli metastabil formlarda da bulunabilir.

Magnezyum oksit (MgO), titanyum dioksit (TiO2), krom oksit (Cr2O3), silika (SiO2) ve magnezya (MgO) dahil olmak üzere belirli özelliklerini değiştirmek için alüminaya katkı maddeleri ve bileşenler eklenebilir. Manganez sertliği artırırken silikon kimyasal stabiliteyi geliştirir. Galyum alüminanın şok ve titreşim direncini artırırken, düşük seviyelerdeki zirkonyum hem sertliği hem de aşınma direncini artırır. Bu alümina gövdeler daha sonra çeşitli bağlama yöntemleri kullanılarak birleştirilir ve oluk astarları veya boşaltma delikleri için aşınmaya dayanıklı astarlar gibi belirli uygulamalar için tasarlanmış özel kaliteler oluşturulur. Alüminanın yakın boyut toleransları ve yüksek sertliği, onu tekstil kılavuzları, pompa pistonları ve kalıplar gibi aşınmaya dayanıklı bileşenler için mükemmel bir seçim haline getirirken, çok yönlülüğü de dirsekler, tees, redüktörler ve nozullar gibi boru bileşenleri arasında popüler bir şekilde seçilmesini sağlar.