اکسید آلومینیوم ( آلومینا )

اکسید آلومینیوم یک ترکیب شیمیایی از آلومینیوم و اکسیژن با فرمول شیمیایی Al2O3 است. این شایع‌ترین نوع اکسید آلومینیوم است که به طور خاص به عنوان اکسید آلومینیوم شناخته می‌شود. معمولاً آلومینا نامیده می شود و بسته به اشکال یا کاربردهای خاص ممکن است آلاکسید، آلوکسیت یا آلوندوم نیز نامیده شود. به طور طبیعی در فاز چندشکلی کریستالی α-Al2O3 به عنوان کوراندوم معدنی وجود دارد که انواع آن سنگ های قیمتی یاقوت و یاقوت کبود را تشکیل می دهند. از اکسید آلومینیوم  برای تولید فلز آلومینیوم، به عنوان یک ماده ساینده به دلیل سختی آن، و به عنوان یک ماده نسوز به دلیل نقطه ذوب بالا، قابل توجه است. اکسید آلومینیوم یک عایق الکتریکی است اما رسانایی حرارتی نسبتاً بالایی دارد (30 Wm-1K-1)  برای یک ماده سرامیکی. اکسید آلومینیوم در آب نامحلول است. در متداول‌ترین شکل کریستالی آن که کوراندوم یا آلومینیم اکسید نامیده می‌شود، سختی آن ، آن را برای استفاده به عنوان ساینده و به عنوان جزئی در ابزارهای برش مناسب می‌سازد. اکسید آلومینیوم مسئول مقاومت آلومینیوم فلزی در برابر هوا است. آلومینیوم فلزی با اکسیژن اتمسفر بسیار واکنش پذیر است و یک لایه غیرفعال نازک از اکسید آلومینیوم (ضخامت 4 نانومتر) روی هر سطح آلومینیومی در معرض در عرض چند صد پیکو ثانیه تشکیل می شود. اکسیداسیون بیشتر ضخامت و خواص این لایه اکسیدی را می توان با استفاده از فرآیندی به نام آنودایز افزایش داد. تعدادی از آلیاژها، مانند برنزهای آلومینیوم، از این ویژگی با گنجاندن نسبتی از آلومینیوم در آلیاژ برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی بهره می برند. اکسید آلومینیوم تولید شده توسط آنودایز معمولاً آمورف است، اما فرآیندهای اکسیداسیون به کمک تخلیه مانند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما منجر به ایجاد نسبت قابل توجهی از اکسید آلومینیوم کریستالی در پوشش می‌شود و سختی آن را افزایش می‌دهد. مواد معدنی هیدروکسید آلومینیوم جزء اصلی بوکسیت، سنگ معدن اصلی آلومینیوم هستند. مخلوطی از مواد معدنی شامل سنگ معدن بوکسیت، از جمله گیبسیت (Al(OH)3)، بوهمیت (γ-AlO(OH)) و دیاسپور (α-AlO(OH))، همراه با ناخالصی های اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن، کوارتز است. و کانی های رسی.[19] بوکسیت ها در لاتریت ها یافت می شوند. بوکسیت معمولاً با استفاده از فرآیند بایر خالص می شود:

  Al2O3 + H2O + NaOH → NaAl(OH)4
    Al(OH)3 + NaOH → NaAl(OH)4
به جز SiO2، سایر اجزای بوکسیت در باز حل نمی شوند. با فیلتر کردن مخلوط پایه، Fe2O3 حذف می شود. هنگامی که مشروب بایر سرد می شود، Al(OH)3 رسوب می کند و سیلیکات ها را در محلول باقی می گذارد.

    NaAl(OH)4 → NaOH + Al(OH)3

سپس گیبسایت جامد Al(OH)3 کلسینه می شود (تا بیش از 1100 درجه سانتیگراد گرم می شود) تا اکسید آلومینیوم تولید شود:

    2 Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2O

اکسید آلومینیوم محصول تمایل به چند فازی دارد، یعنی از چند فاز اکسید آلومینیوم به جای صرفاً کوراندوم تشکیل شده است. بنابراین فرآیند تولید می تواند برای تولید یک محصول مناسب بهینه شود. نوع فازهای موجود برای مثال بر حلالیت و ساختار منافذ محصول اکسید آلومینیوم تأثیر می گذارد که به نوبه خود بر هزینه تولید آلومینیوم و کنترل آلودگی تأثیر می گذارد.

کاربردها

اکسید آلومینیوم در جوامع علم مواد به آلفا آلومینا یا آلوندوم (به شکل ذوب شده) یا آلوکسیت در معادن و جوامع سرامیک معروف است. تولید جهانی سالانه اکسید آلومینیوم در سال 2015 تقریباً 115 میلیون تن بود که بیش از 90 درصد آن در ساخت فلز آلومینیوم استفاده می شود.عمده استفاده از اکسیدهای آلومینیوم ویژه در کاربردهای دیرگداز، سرامیک، پرداخت و ساینده است. تناژهای بزرگ هیدروکسید آلومینیوم، که آلومینا از آن به دست می‌آید، در ساخت زئولیت‌ها، پوشش رنگدانه‌های تیتانیا و به‌عنوان بازدارنده آتش / سرکوب‌کننده دود استفاده می‌شود.

بیش از 90 درصد از اکسید آلومینیوم، که معمولاً آلومینا درجه ذوب (SGA) نامیده می شود، برای تولید آلومینیوم، معمولاً با فرآیند هال-هروولت مصرف می شود. باقیمانده، که معمولاً آلومینا ویژه نامیده می شود، در طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شود که نشان دهنده بی اثر بودن، مقاومت در برابر دما و مقاومت الکتریکی آن است.

 

پرکننده ها :

اکسید آلومینیوم که از نظر شیمیایی نسبتاً بی اثر و سفید است، یک پرکننده مورد علاقه برای پلاستیک است. اکسید آلومینیوم یک عنصر رایج در کرم ضد آفتاب است و گاهی اوقات در لوازم آرایشی مانند رژگونه، رژ لب و لاک ناخن نیز وجود دارد.
شیشه:

بسیاری از فرمولاسیون های شیشه دارای اکسید آلومینیوم به عنوان یک ماده هستند.[22] شیشه آلومینوسیلیکات یک نوع شیشه معمولی است که اغلب حاوی 5 تا 10 درصد آلومینا است.
کاتالیزور:

اکسید آلومینیوم واکنش های مختلفی را کاتالیز می کند که از نظر صنعتی مفید هستند. اکسید آلومینیوم در بزرگترین مقیاس خود، کاتالیزور در فرآیند کلاوس برای تبدیل گازهای زائد سولفید هیدروژن به گوگرد عنصری در پالایشگاه ها است. همچنین برای کم آبی الکل ها به آلکن ها مفید است.

اکسید آلومینیوم به عنوان پشتیبان کاتالیزوری برای بسیاری از کاتالیزورهای صنعتی، مانند آنهایی که در هیدروسولفورزدایی و برخی پلیمریزاسیون های Ziegler-Natta استفاده می شوند، عمل می کند.
تصفیه گاز:

اکسید آلومینیوم به طور گسترده ای برای حذف آب از جریان گاز استفاده می شود.
ساینده:

از اکسید آلومینیوم به دلیل سختی و استحکام آن استفاده می شود. شکل طبیعی آن، کوراندوم، سختی معدنی 9 در مقیاس Mohs (درست زیر الماس) است. به طور گسترده ای به عنوان یک ساینده، از جمله به عنوان یک جایگزین بسیار ارزان تر برای الماس صنعتی استفاده می شود. بسیاری از انواع کاغذ سنباده از کریستال های اکسید آلومینیوم استفاده می کنند. علاوه بر این، حفظ حرارت کم و گرمای ویژه کم آن باعث شده است که به طور گسترده در عملیات سنگ زنی، به ویژه ابزارهای برش استفاده شود. به عنوان آلوکسیت معدنی ساینده پودری، همراه با سیلیس جزء اصلی "گچ" نوک نشانه است که در بیلیارد استفاده می شود. پودر اکسید آلومینیوم در برخی از کیت های پولیش CD/DVD و تعمیر خش استفاده می شود. خاصیت پولیش آن نیز پشت استفاده آن در خمیر دندان است. همچنین در میکرودرم ابریژن، هم در فرآیند ماشینی که از طریق متخصصین پوست و زیبایی در دسترس است و هم به عنوان یک ساینده پوستی دستی که طبق دستورالعمل سازنده استفاده می شود، استفاده می شود.

 رنگدانه:

تکه های اکسید آلومینیوم در رنگ برای جلوه های تزئینی بازتابنده، مانند صنایع خودروسازی یا آرایشی استفاده می شود.
الیاف کامپوزیت:
اکسید آلومینیوم در تعدادی از مواد فیبری تجربی و تجاری برای کاربردهای با کارایی بالا استفاده شده است (به عنوان مثال، Fiber FP، Nextel 610، Nextel 720).[24] نانوالیاف آلومینا به طور خاص به یک زمینه تحقیقاتی مورد علاقه تبدیل شده است.