آلومینا یا اکسید آهن چیست؟ و چه ویژگی‌هایی دارد؟
آلومینا یا اکسید آهن شکل طبیعی متداول اکسید آلومینیوم Al2O3 بوده و در ترکیب بوکسیت‌ها، سنگ‌های رسی سنگی و همچنین آلونیت‌ها، نفلین‌ها و کائولین‌ها یافت می‌شود. لازم به ذکر است که این عنصر در شکل خالص خود، کریستال های سفید رنگ یا ماده‌ای بی‌شکل است. جهت آشنایی بهتر با این ماده و شناخت فرآیند تولید، کاربرد و انواع گریدهای تجاری آن، پیشنهاد می‌کنیم تا انتهای مطلب ما را همراهی بفرمایید.
ماهیت اکسید آلومینیوم
در تشریح ماهیت این ماده لازم به توضیح است که این عنصر ، یک ماده جامد کریستالی سفید است. از آنجایی که آلومینیوم بیش از حد واکنش‌ذیر است، ما نمی‌توانیم آن را به شکل طبیعی و آزاد پیدا کنیم. در طبیعت، آلومینیوم با یک لایه اکسید پوشانده می‌شود و این لایه سطحی اکسید آلومینیوم از آن در برابر خوردگی محافظت می‌کند. شایان ذکر است که از این ماده برای برای تولید تعدادی از مواد ساینده، نسوز، مقاوم در برابر سایش، مواد جاذب، مواد عایق الکتریکی، کاتالیزور، پرکننده های خنثی در تحقیقات و صنایع شیمیایی استفاده می‌شود.
روند ساخت
رویهی تولید این عنصر به این صورت است که ابتدا بوکسیت‌های استخراج شده خرد می‌شوند. سپس این بوکسیت‌های خرد شده با یک محلول قلیایی ترکیب شده و در نهایت آلومینا اکسید آلومینیوم _ Al2O3 از این ترکیب جداسازی می‌شود. لازم به ذکر است که بوکسیت معمولاً حاوی 40 تا 60 درصد اکسید آلومینیوم است. ماده به دست آمده به این روش، یک ماده خام کلیدی در رویهی الکترولیز آلومینیوم است. از یک تن اکسید آلومینیوم به طور متوسط 0.5 تن آلومینیوم خالص به دست می‌آید.
تفاوت میان آلومینا و آلومینیوم
تفاوت اصلی بین آلومینیوم و اکسید آلومینیوم در این است که آلومینیوم یک عنصر شیمیایی است، در حالی که آلومینا ترکیبی حاوی آلومینیوم است. به عبارتی، اگرچه دو اصطلاح «آلومینیوم» و «اکسید آلومینیوم» یکسان به نظر می‌رسند، اما متفاوت هستند. اکسید آلومینیوم ترکیبی است که حاوی عنصر شیمیایی آلومینیوم است. یکی دیگر از تفاوت‌های قابل توجه بین آلومینیوم و آلومینا این است که آلومینیوم تا حد زیادی با اکسیژن، اسیدها یا قلیاها واکنش می‌دهد، اما اکسید آلومینیوم مانند آلومینیوم بیش از حد واکنش‌پذیر نیست.
مشخصات و خصیصه اکسید آهن
آلومینا معمولاُ به شکل کوراندوم که یک کانی کریستالی است یافت می‌شود. کوراندوم در تولید آلومینیوم متالیک به روش هال مفید است. در این فرآیند، اکسید آلومینیوم در کریولیت مذاب حل شده و نمک حاصل تحت الکترولیز قرار می‌گیرد. پس از آن می‌توانیم آلومینیوم متالیک خالص را به دست آوریم. در ادامه به برخی از رایج‌ترین ویژگی‌های این ماده پرداخته می‌شود:
- وزن مولکولی اکسید آلومینیوم حدود 102 گرم در مول است.
- نقطه ذوب و جوش آن بسیار بالا و بیش از 2000 درجه سانتیگراد است(بر اساس برخی گزارشات ، نقطه ذوب این ماده برابر با 2044 درجه سانتیگراد است).
- علاوه بر این، این ترکیب در آب نامحلول است، اما بسیار مرطوب است.
- اکسید آلومینیوم نمی‌تواند الکتریسیته را هدایت کند، اما رسانای گرمای بسیار خوبی است.
- از آنجایی که آلومینیوم یک عنصر آمفوتریک است، اکسید آلومینیوم نیز یک اکسید آمفوتریک است.
- اکسید آلومینیوم ، نامحلول در اسیدها و آب بوده و تنها قابل حل در محلول‌های داغ می‌باشد؛
- قدرت دی الکتریک این ماده برابر با 10 کیلو ولت / میلی متر می‌باشد.
شیوه ساخت گریدهای اکسید آهن با درجه‌ی خلوص بالا
لازم به ذکر است که گریدهای اکسید آلومینیوم با خلوص بسیار بالا (99.9%)، مناسب برای ساخت سرامیک مقاوم در برابر سایش و خوردگی بالا و بسیاری از کاربردهای دیگر را می‌توان با استفاده از روش‌های انتخابی پیوند و شکل‌دهی (ترکیب، ریخته‌گری، پرس و…) تولید کرد. این خواص را می‌توان با استفاده از طیف وسیعی از افزودنی‌ها و اجزای اضافی تعدیل و تغییر داد. به‌عنوان مثال، افزودن اکسید منگنز (MnO2) برای سختی مفید است. دی اکسید سیلیکون (SiO2) می‌تواند مقاومت شوک حرارتی را بهبود بخشد. همچنین مقدار کمی از اکسید زیرکونیوم (ZrO2) می‌تواند هم طول عمر در دماهای بالا و هم مقاومت کلی در برابر سایش را افزایش دهد.
مزایای عنصر
در شرح مزایای این ماده خوب است بدانید که اکسید آلومینیوم در اشکال مختلف برای ساخت سرامیک‌های نسوز و در صنایع شیمیایی و پتروشیمی _ به‌عنوان کاتالیزور استفاده می‌شود. در آزمایشگاه‌ها از پودر ریز اکسید آلومینیوم برای جداسازی کروماتوگرافی مواد استفاده می‌شود. همچنین اکسید آلومینیوم (Al2O3) ، اساس یکی از مهمترین گروه های مواد سرامیکی را فراهم می‌کند. مهمترین مشخصه اکسید آلومینیوم زینتر شده متراکم را می‌توان به این شرح ارائه داد:
- استحکام و سختی بالا
- ثبات دما
- عایق برق
- مقاومت در برابر سایش و اصطکاک بالا
- مقاومت در برابر خوردگی حتی در دماهای بالا
کاربرد آن در صنعت سرامیک
لازم به توضیح است که قطعات سرامیکی صنعتی ساخته شده از اکسید آلومینیوم، معمولاً از اکسید آلومینیوم همراه با مواد دیگری مانند سیلیس یا منیزیم ساخته می‌شود. محتویات اکسید آلومینیوم در برخی سرامیک‌ها، از 72 درصد تا 99.99 درصد متغیر است. محتویات اکسید آلومینیوم بالاتر معمولاً در مواردی استفاده می‌شود که کاربرد عملکرد بالاتری از نظر دما یا قابلیت سایش مدنظر است. شایان ذکر است که سرامیک‌های اکسید آلومینیوم دارای ویژگی‌های سایش عالی، مقاومت شیمیایی، مقاومت فشاری، خواص دمای بالا و استحکام دی الکتریک هستند. این سرامیک‌ها به دلیل تطبیق‌پذیری و هزینه کم بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته نقطه ضعف اصلی این سرامیک‌ها، مقاومت نسبتا ضعیف در برابر شوک حرارتی به دلیل ضرایب انبساط حرارتی بالاتر و هدایت حرارتی کمتر (در مقایسه با سایر مواد سرامیکی خالص) است.
گریدهای تجاری
گریدهای تجاری مختلفی از اکسید آلومینیوم وجود دارد. به‌عنوان مثال می‌توان به گریدهایی متفاوت از نظر درجه ذوب، کلسینه، سودای کم، واکنش‌پذیری، درجه خلوص اشاره کرد. در ادامه به برخی از مهمترین گریدهای تجاری آلومینا پرداخته می‌شود:
- آلومینا ذوبی ، در ساخت فلز آلومینیوم و به طور معمول در بستر سیال یا کلسینرهای فلش مایع استفاده می‌شود.
- آلومینا کلسینه شده ممکن است از کاتالیزورهای معدنی استفاده کند و حاوی اکسید سدیم به عنوان ناخالصی اصلی باشد. این نوع از اکسیدهای آلومینیوم، عملکرد مواد نسوز یا دیرگدازهای شکل دار و یکپارچه را بهبود می بخشند.
- آلومینا سودا کم عمدتا در قطعات الکتریکی و الکترونیکی استفاده می‌شود.
- آلومینا واکنشی دارای خلوص نسبتا بالا و اندازه کریستالی کوچک است. این نوع از آلومیناها در تولید مواد نسوز یا دیرگدازهایی با کارایی بالا که نیاز به بسته بندی ذرات مشخص و ویژگی‌های قرارگیری ثابت دارند استفاده می‌شود.
- آلومینا جدولی آلفا، آلومینای متبلور یا متخلخل است. این نوع از آلومیناها در نسوزهای شکل دار و بی شکل و برای کاربردهای فولاد، چدن ، سیمان، ریخته گری، شیشه، پتروشیمی و زباله سوز استفاده می شوند. شایان ذکر است که کاربردهای غیر نسوز برای آلومینا جدولی شامل استفاده از آن در مبلمان کوره و برای فیلتراسیون فلزات است.
- آلومینا ذوب شده که در کوره‌های قوس الکتریکی و با استفاده از الکترود گرافیتی ساخته می‌شود. سپس توده ذوب شده، خرد و اندازه می‌شود تا نیازهای کاربرد مورد نظر را برآورده کند.
- آلومینا با خلوص بالا که در ساخت سنگ های قیمتی مصنوعی، اجزای لیزری و پنجره های ابزار استفاده می‌شود.
برنامه‌های کاربردی اکسید آلومینیوم
بسته به خلوص و چگالی، آلومینا برای موارد زیر استفاده می‌شود:
- ساینده ها
- تجهیزات آزمایشگاهی تحلیلی
- سیمان های نسوز
- لوله های نسوز
- اجزای پوششی
به طور معمول، این ساینده‌های آلومینا در روند سند بلاست و آماده سازی سطوح استفاده می‌شوند. به‌عنوان مثال، از پودر سنگ ریزه اکسید آلومینیوم برای تمیز کردن سر موتور، سوپاپ‌ها، پیستون‌ها و پره‌های توربین استفاده می‌شود. همچنین دانه‌های ساینده اکسید آلومینیوم در عملیات فلزکاری، آبکاری و جوشکاری، بسیار مورد استفاده واقع می‌شود.
تولیدکننده انواع فروآلیاژها از جمله فروسیلیس، فرومنگنز، فروسیلیکومنگنز و… و گندله آهن، آهن اسفنجی و حتی سنگ آهن هم هست که با کلیک بر روی هر کدام از اون‌ها می‌توانید اطلاعات بیشتری به دست بیارید.
کارکرد این ماده در صنایع
مزایای فراوان این عنصر موجب شده تا در علاوه‌بر کاربرد در صنایع فولاد بتواند در سایر صنایع نیز بدل به ماده‌ای کارآمد شود. صنایعی که بیشترین استفاده را از این محصول دارند عبارتند از:
- درمانی و زیبایی: بالا بودن سختی این عنصر موجب شد تا در کاشت بیونیک، جایگزین مصنوعی چشم، تقویت‌کننده بافت، تاج دندان و انواعی ایمپلنت‌ها به کار آید.
- نظامی: این محصول به علت استحکام بالا در ساخت جلیقه، اتوموبیل‌های زرهی و بدنه‌های هواپیما به کار گرفته شود.
- برق و الکتریسته: این ماده دخیل در طراحی عایق‌های کوره و عایق‌های الکتریسته با میزان درجه بالا به کار می‌آید.
- جواهرات: یکی از مواد مهم در ساخت یاقوت این ماده است که به دلیل ناخالصی‌های کروم بدل به محصولی مهم در حوزه جواهرات می‌شود.
- ساختمانی: این عنصر می‌تواند در ساخت لوازم لوله‌کشی مانند سه راهی، لوله‌های مستقیم استفاده شود.
نتیجه‌گیری
این ماده توانسته تغییرات مهمی را در حوزه خودروسازی اعمال کند که مهمترین آن افزایش ایمنی در این صنعت است و در همین راستا فروش آلومینا افزایش یافته؛ زیرا بسیار در سطح جهانی اکسید آهن را به دلیل وزن سبک آن موجب کارآمدی بیشتر سوخت می‌شود که این خصیصه هم برای تولیدکننده و هم برای مصرف‌کننده از ارزش بالایی برخوردار است. این مزیت موجب رونق بخشیدن در حوزه‌ی اقتصادی جهانی است که به ویژه در کشورهای توسعه یافته یا در حال توسعه می‌توان تأثیرات آن را یافت.
