آلومینا یا اکسید آهن چیست؟ و چه ویژگی‌هایی دارد؟
آلومینا 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(اکسید آلومینیوم) در شکل خالص خود، کریستال های سفید رنگ یا ماده‌ای بی شکل است. جهت آشنایی بهتر با این ماده و شناخت فرایند تولید، کاربرد و انواع گریدهای تجاری آن ، پیشنهاد می‌کنیم تا انتهای مطلب ما را همراهی بفرمایید.
آنچه در ادامه مقاله خواهید خواند
ماهیت اکسید آلومینیوم
در تشریح ماهیت آلومینا لازم به توضیح است که این عنصر ، یک ماده جامد کریستالی سفید است. از آنجایی که آلومینیوم بیش از حد واکنش پذیر است، ما نمی توانیم آن را به شکل طبیعی و آزاد پیدا کنیم. در طبیعت، آلومینیوم با یک لایه اکسید پوشانده می شود 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.
فرایند تولید اکسید آلومینیوم
فرایند تولید آلومینا 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 معمولا حاوی 40 تا 60 درصد اکسید آلومینیوم است. ماده به دست آمده به این روش ، یک ماده خام کلیدی در فرآیند الکترولیز آلومینیوم است. از یک تن اکسید آلومینیوم به طور متوسط 0.5 تن آلومینیوم خالص به دست می‌آید.
تفاوت اصلی بین 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 واکنش پذیر نیست.
مشخصات و ویژگی آلومینا
آلومینا معمولا 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 می توانیم آلومینیوم متالیک خالص را بدست آوریم. در ادامه به برخی از رایج‌ترین ویژگی‌های آلومینا 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.
نحوه تولید گریدهای آلومینا با خلوص بالا
شایان ذکر است که گریدهای اکسید آلومینیوم با خلوص بسیار بالا (<99.9%) (مناسب برای تولید سرامیک مقاوم در برابر سایش و خوردگی بالا و بسیاری از کاربردهای دیگر) را می‌توان با استفاده از روش های انتخابی پیوند و شکل دهی (ترکیب، ریخته گری، پرس و غیره) تولید کرد. این خواص را می‌توان با استفاده از طیف وسیعی از افزودنی ها و اجزای اضافی تعدیل و تغییر داد. به عنوان 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.
کاربرد اکسید آلومینیوم
در شرح کاربرد آلومینا خوب است بدانید که اکسید آلومینیوم در اشکال مختلف برای ساخت سرامیک‌های نسوز و در صنایع شیمیایی و پتروشیمی – به عنوان 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 می کند. 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 آلومینا در صنعت سرامیک
لازم به توضیح است که قطعات سرامیکی صنعتی ساخته شده از اکسید آلومینیوم ، معمولا از اکسید آلومینیوم همراه با مواد دیگری مانند سیلیس یا منیزیم ساخته می‌شود. محتویات اکسید آلومینیوم در برخی سرامیک‌ها، از 72% تا 99.99% متغیر است. محتویات اکسید آلومینیوم بالاتر معمولا در مواردی استفاده می شود که کاربرد عملکرد بالاتری از نظر دما یا قابلیت سایش مدنظر می‌باشد. 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 تطبیق پذیری 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 آلومینا
گریدهای تجاری مختلفی از اکسید آلومینیوم وجود دارد. به عنوان مثال می‌توان به گریدهایی متفاوت از نظر درجه ذوب ، کلسینه، سودای کم، واکنش پذیری ، 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.
برنامه های کاربردی اکسید آلومینیوم
بسته به خلوص و چگالی، آلومینا برای موارد زیر استفاده می شود:
- ساینده ها
- تجهیزات آزمایشگاهی تحلیلی
- سیمان های نسوز
- لوله های نسوز
- اجزای پوششی
به طور معمول، این ساینده‌های آلومینا در فرایند سند بلاست و آماده سازی سطوح استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، از پودر سنگ ریزه اکسید آلومینیوم برای تمیز کردن سر موتور، سوپاپ‌ها، پیستون‌ها و پره‌های توربین استفاده می شود. همچنین دانه‌های ساینده اکسید آلومینیوم در عملیات فلزکاری، آبکاری و جوشکاری ، بسیار مورد استفاده واقع می‌شود.
آیا میدونید آهن معدن چکار میکنه؟
تولید کننده 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 میتونید اطلاعات بیشتری به دست بیارید.
