آلومینا، معمولاً به عنوان شناخته شده است اکسید آلومینیوم (Al₂O₃)یک ماده بی‌بو، بی‌بو و سفید است که اغلب در سرامیک‌های صنعتی استفاده می‌شود. آلومینا به دلیل ویژگی‌های برجسته‌اش، به تعداد قابل توجهی از برنامه‌های افزایش عمر و بهبود جامعه کمک کرده است. این به طور گسترده در زمینه پزشکی و جنگ های مدرن استفاده می شود [1].

اکسید آلومینیوم یک ترکیب حرارتی ناپایدار و نامحلول است که به طور طبیعی در مواد معدنی مختلف مانند کوراندوم، یک نوع کریستالی از اکسید، و بوکسیتکه به عنوان سنگ معدن آلومینیوم اصلی آن محسوب می شود [1].

در اینجا، با این موارد آشنا خواهید شد:

• خواص اصلی اکسید آلومینیوم چیست؟
• نحوه تولید اکسید آلومینیوم
• کاربردهای اصلی که از اکسید آلومینیوم استفاده می کنند چیست؟

خواص اکسید آلومینیوم

آلومینا به دلیل کیفیت عالی مکانیکی، شیمیایی و حرارتی خود، با ارائه راه حل های برابر یا بهتر برای تولید و ساخت کم هزینه، از بسیاری از مواد قابل مقایسه متمایز است.

عملکرد آن به ویژگی های زیر متکی است [1]، [2]، [3]:

اکسید آلومینیوم چگونه تولید می شود؟

اکسید آلومینیوم اغلب توسط فرآیند بایر تولید می شود که به معنای پالایش بوکسیت برای تولید آلومینا است. معادله شیمیایی برگشت پذیر زیر زمینه های فرآیند بایر را توصیف می کند:

این فرآیند با خشک کردن بوکسیت خرد شده و شسته شده که معمولاً حاوی 30 تا 55 درصد Al2O3 است شروع می شود. [4]. بوکسیت در سود سوزآور حل می شود تا دوغابی تشکیل شود و تا دمای حدود 230 تا 520 درجه فارنهایت (110 تا 270 درجه سانتیگراد) گرم شود. سپس این مخلوط فیلتر می‌شود تا باقیمانده‌ای به نام ناخالصی‌های «گل قرمز» از بین برود.

محلول آلومینا فیلتر شده (هیدروکسید آلومینیوم) سپس به مخازن رسوب‌دهنده منتقل یا پمپ می‌شود، جایی که سرد می‌شود و شروع به دانه‌دهی می‌کند. این دانه‌ها فرآیند بارش را تحریک می‌کنند و اجازه می‌دهند تا کریستال‌های هیدروکسید آلومینیوم جامد تشکیل شوند. تمام هیدروکسید آلومینیومی که در کف مخزن ته نشین می شود حذف می شود.

سود سوزآور باقیمانده از هیدروکسید آلومینیوم که تحت سطوح مختلف فیلتر قرار می گیرد، شسته می شود. در نهایت حرارت داده می شود تا آب اضافی آن کاملا گرفته شود. پس از عبور از مرحله سرد شدن، پودر سفید ریز تولید می شود [5].

فرآیند بایر در شکل 1 خلاصه شده است و تمام مراحل و آنچه در طول هر مرحله اتفاق می افتد را نشان می دهد.

شکل 1: فرآیند بایر در شکل مدرن آن (2017)، به عنوان مراحل حذف سیلیس و اگزالات به فرآیند اصلی 1892 بایر اضافه شده است. بازتولید شده از شکل 3.1 (ص.51) ref. 1.

کاربردهای اکسید آلومینیوم

بیشتر اکسید آلومینیوم تولید شده برای تشکیل استفاده می شود فلز آلومینیوم. اکسیژن معمولاً در واکنش با فلز آلومینیوم، خوردگی را کاتالیز می کند. با این حال، هنگامی که با اکسیژن پیوند می زند تا اکسید آلومینیوم را تشکیل دهد، یک پوشش محافظ تشکیل می شود و از اکسیداسیون بیشتر جلوگیری می کند. این به استحکام می افزاید و باعث می شود که مواد در برابر خرابی کمتر آسیب پذیر باشند [6].

صنایعی که از اکسید آلومینیوم استفاده می کنند عبارتند از:

صنعت پزشکی

به دلیل سختی، بی‌اثر بودن و خواص شیمیایی اکسید آلومینیوم، این ماده برای یاتاقان‌های تعویض مفصل ران مانند پروتزها، ایمپلنت‌های بیونیک، جایگزین‌های پروتز چشم، تقویت‌کننده‌های بافت، روکش‌های دندان، اباتمنت‌ها، بریج‌ها و سایر ایمپلنت‌های دندانی ترجیح داده می‌شود. همچنین در تجهیزات آزمایشگاهی و ابزارهایی مانند بوته ها، کوره ها و سایر ظروف آزمایشگاهی استفاده می شود [1].

تجهیزات نظامی و حفاظتی

استحکام و ویژگی های سبک وزن اکسید آلومینیوم به تقویت زره های بدن، مانند سینه بند، و همچنین زره خودرو و هواپیما که بزرگترین بازار آن است، کمک می کند. اکسید آلومینیوم همچنین در پنجره های ضد گلوله و بالستیک مصنوعی از جنس یاقوت کبود استفاده می شود. [1].

صنعت برق و الکترونیک

نقطه ذوب و جوش بالای آن، علاوه بر خواص مقاومت حرارتی عالی، اکسید آلومینیوم را در ساخت عایق های کوره های با دمای بالا و عایق های الکتریکی مطلوب می کند. فیلم های آلومینا نیز اجزای حیاتی در صنعت ریزتراشه هستند. برخی از کاربردهای دیگر آن عبارتند از عایق های شمع جرقه، زیرلایه های میکروالکتریک و هیت سینک های عایق. [1].

صنعت گوهر

اکسید آلومینیوم یک عنصر ارزشمند در تشکیل یاقوت و یاقوت کبود است. شکل کریستالی آن، کوراندوم، عنصر پایه این جواهرات گرانبها است. یاقوت‌ها رنگ قرمز تیره خود را مدیون ناخالصی‌های کروم هستند در حالی که یاقوت‌های کبود رنگ‌های متفاوت خود را از ردپای آهن و تیتانیوم دریافت می‌کنند. [6].

کاربردهای صنعتی

از آنجایی که آلومینا از نظر شیمیایی بی اثر است، به عنوان پرکننده در پلاستیک ها، آجرها و دیگر ظروف رسی سنگین مانند کوره ها استفاده می شود. به دلیل استحکام و سختی بسیار زیاد، اغلب به عنوان ساینده برای کاغذ سنباده استفاده می شود. همچنین یک جایگزین اقتصادی برای الماس های صنعتی است [6].

اکسیدهای آلومینیوم همچنین برای تولید قطعات لوله‌کشی مانند زانویی، سه راهی، لوله‌های مستقیم، سیکلون‌های آبی، کاهنده‌ها، نازل‌ها و شیرها استفاده می‌شوند. کاربردهای دیگر عبارتند از تولید انواع ابزارهای ماشینکاری، ابزارهای برش، غلاف ترموکوپل، پروانه های پمپ مقاوم در برابر سایش و صفحات بافل. [1].

[1] ای جی رویس، سرامیک آلومینا: کاربردهای زیست پزشکی و بالینی، انگلستان: انتشارات وودهد، 2018.

[2] سرام تک، شناخته شده ترین ماده سرامیکی اکسیدCeramTec, Germany, nd, تاریخ دسترسی: 28 اکتبر 2019. [Online] در دسترس: https://www.ceramtec.com/ceramic-materials/aluminium-oxide/#

[3] عناصر آمریکایی، اکسید آلومینیومAmerican Elements, USA, nd, تاریخ دسترسی: 28 اکتبر 2019. [Online] در دسترس: https://www.americanelements.com/aluminium-oxide-1344-28-1

[4] شیرآلات گیچون، آلومینا – فرآیند تولید آلومیناGuichon Valves, France, nd, تاریخ دسترسی: 28 اکتبر 2019. [Online] در دسترس: https://guichon-valves.com/faqs/alumina-manufacturing-process-of-alumina/

[5] “Aluminium,” nd, تاریخ دسترسی: 28 اکتبر 2019. [Online] در دسترس: http://www.madehow.com/Volume-5/Aluminium.html

[6] “Aluminium Oxide” nd، تاریخ دسترسی: 28 اکتبر 2019. [Online] در دسترس: https://aluminiumsulfate.net/aluminium-oxide