Oxidy hliníku / hliníku

Alumina je kyslíková sloučenina chemického prvku hliník. V technické oblasti je alumina označována jako elektrokorund (ELK).

oxid hlinitý

Extrakce a prezentace

Z bauxitového hydroxidu hlinitého se získává štěpením v roztoku hydroxidu sodného (Bayerův proces). Odstraněním vody, například vypalováním, slinováním nebo kalcinací, se získá oxid hlinitý.

Příprava aluminy může být také provedena pečlivou dehydratací gibbsite (hydrargillite) nebo boehmite.

Oxid hlinitý se také tvoří při spalování hliníkového prášku perchlorátem amonným v pevných raketách.

Čistý kovový hliník má po skladování ve vzduchu tenkou spontánní vrstvu oxidu hlinitého (autopasivace), která ji chrání před korozí. Prostřednictvím elektrolyticky nanesené vrstvy oxidu hlinitého jsou hliníkové povrchy každodenních předmětů opatřeny extrémně tvrdou (například Mohsova tvrdost 9) a ochrannou vrstvou odolnou proti korozi eloxováním. K výrobě elektrolytických kondenzátorů se používají tyto eloxované hliníky.

Globální produkce aluminy se zvýšila z 108 milionů tun v 2014 na odhadovaných 118 milionů tun v 2015. Tři největší výrobci aluminy byly 2014 Čína (47,8 milionů tun), Austrálie (20,5 milionů tun) a Brazílie (10,6 milionů tun). USGS uváděly průměrné dovozní ceny oxidu hlinitého v USA na 410 USD / tunu v 2015, zatímco dovozní ceny bauxitu ve stejném roce byly na 28 USD / tunu.

Jako vedlejší produkt při výrobě aluminy se červené bahno obsahující korozivní hydroxid sodný a toxické těžké kovy uchovává po celém světě na otevřených skládkách nebo vypouští do řek.

Eigenschaften
modifikace

Nejdůležitější modifikace aluminy jsou:

krychlový γ-Al2O3 (jíl, výchozí materiál pro výrobu keramiky a hliníku)
rhombohedrální (trigonální) α-Al2O3 (známý jako minerální korund, safír nebo - pro chromový doping - rubínový, jako abrazivní a oxid hlinitý)
Podobně je známa β-alumina (β-Al2O3), jedná se o historickou chybu. Toto je kombinace Na2O a Al2O3 na Na2Al22O34 (Na2O · 11Al2O3), známá také pod minerálním názvem Diaoyudaoit

Elektrické vlastnosti

Al2O3 je velmi dobrý izolátor a má velmi vysokou dielektrickou pevnost 35 kV / mm. Specifický odpor při 20 ° C je 1012 Ω m, při 1000 ° C klesá na 107 Ω · m. Relativní permitivita je 9-10 na 100 MHz, ztrátový faktor je asi 10-4.

Tepelné vlastnosti

Za standardních podmínek je tepelná vodivost v důsledku fononové rezonance na relativně vysoké hodnotě 35,6-39 pro keramické materiály W · m-1 · K-1 (monokrystalický korund: 40 W · m-1 · K-1, hustá keramika s 96% Al2O3 25 W · m-1 · K-1), který prudce stoupá s klesající teplotou a klesá se zvyšující se teplotou při 1000 ° C na přibližně 5 W · m-1 · K-1.

Koeficient expanze je v rozsahu 6,5-8,9 · 10-6 K-1.

Teplota tání je 2072 ° C, proto by aplikační teplota vysoce čisté keramiky z hliníku měla být pod 1900 ° C.

Chemické vlastnosti

Al2O3 je amfoterní sůl, to znamená, že může reagovat jako kyselina (v kombinaci s bází) nebo jako báze (v kombinaci s kyselinou).

Γ-Al2O3 je hygroskopický bílý sypký prášek, který není rozpustný ve vodě, ale ve silných kyselinách a zásadách. Již od 800 ° C se y-Al2O3 mění na a-Al2O3, který je obecně nerozpustný v kyselinách, jako jsou báze.

y-Al2O3 je porézní materiál, jehož povrchová struktura může být silně ovlivněna výrobním procesem nebo jeho teplotou. V chromatografii se používá jako stacionární fáze.

Oxid hlinitý tvoří hlinitany s různými oxidy kovů.

Mechanické vlastnosti

Mechanické vlastnosti keramiky z oxidu hlinitého závisí na čistotě a mikrostruktuře vyrobené keramiky. Čím čistší je odrůda, tím lepší vlastnosti se obvykle dosahují, ale čím složitější je celý výrobní proces. Kromě vlastností uvedených v následující tabulce se keramika hliníku vyznačuje také velmi dobrými tribologickými vlastnostmi a velmi dobrým třením a opotřebením:

Verwendung

Přibližně 70% světové roční produkce 120 milión tun oxidu hlinitého 2016 bylo použito při výrobě kovového hliníku (Hall-Héroultův proces).

Hybridní obvod na hlinitém keramickém substrátu

Vysokotlaké sodíkové výbojky s výbojkami (jedná se o tupé tyče uvnitř) vyrobené z průhledné keramiky hliníku

Α-Al2O3 má Mohsovu tvrdost 9 až 9,5 a je zpracováván mimo jiné na nesení kamenů měřicích přístrojů a hodinek, jakož i na brusiva. Základem toho je často vedlejší produkt aluminotermie akumulující Alundum.

Kalcinované aluminy se používají v keramice (např. U dřezů, hotelového zboží, neprůstřelných oděvů) nebo v nejširším slova smyslu jako lešticí prostředky (např. V čisticích prostředcích na sklo, v autokosmetice, brzdových destičkách, zubních pastách). Kromě toho slinutý a-Al2O3 (slinutý korund) slouží jako žáruvzdorný materiál v vyzdívkách pecí nebo laboratorních zařízeních.

Korund je kontaminován malými množstvími Cr2O3 nebo TiO2 a tvoří drahokamy rubín (hodinky, kameny, ruby ​​laser) a safír.

Monokrystaly Al2O3 dotované Ti2O3 tvoří srdce titanového safírového laseru.

y-Al2O3 slouží jako adsorbent a jako nosič katalyzátoru a také jako katalyzátor jako takový.

V elektrotechnice se keramika hliníku používá jako dielektrikum, protože má nízký dielektrický ztrátový faktor. Hlavní oblastí použití je realizace pásových vedení a kondenzátorů ve vysokofrekvenční technologii. Keramické desky z oxidu hlinitého také slouží jako substrát pro technologii tlustých vrstev, technologii tenkých vrstev a snímače teploty platiny (viz PT100). Dobrá metalizovatelnost této keramiky také umožňuje přímé pájení elektronických součástek, jako jsou rezistory nebo LED. Keramika také působí jako chladič současně. Tyto keramické elektronické systémy jsou stejně účinné jako systémy obsahující kovové chladiče. Oxid hlinitý se také používá pro výrobu zabezpečovacích těles.

Vysoká dielektrická pevnost a maximální provozní teplota až do 1900 ° C činí z oxidu hlinitého ideální izolátor pro zapalovací svíčky.

Keramika z oxidu hlinitého se používá při stavbě strojů a zařízení, zejména pro ochranu proti opotřebení a korozi. Například dopravní kanály a skluzy, bubnové mlýny a míchačky jsou obloženy vysoce výkonnými keramickými dlaždicemi, aby se zvýšila životnost systémů. Odolnost skleněných povrchů proti korozi může být výrazně zvýšena povlakem z oxidu hlinitého. Také při plazmovém svařování se osvědčily trysky z oxidu hlinitého. Díky dobrým tribologickým vlastnostem se osvědčily zejména součásti, jako jsou těsnící a regulační kola, ložiskové pouzdra a hřídele, vodítka nití v textilním průmyslu a kuličky a pánve kyčelního kloubu v endoprostetice. Inovativní je také použití keramických cvočků v náběžné dráze skokanských můstků.

Vysoce čistá, krystalická a proto transparentní oxid hlinitý se používá k výrobě trubek hořáků vysokotlakých výbojek (sodíkové výbojky, halogenidové výbojky). Dříve se používal jako ultrafialový průhledný okenní materiál pro EPROM.

Nejnovější procesy slinování umožňují používat oxid hlinitý pro výrobu extrémně silné skleněné keramiky v nanoměrech. B. Brýle na zápěstí.

Keramika Al2O3 se také nedávno používala v brnění vozidel. Keramické dlaždice jsou přilepeny k aramidové nebo Dyneema tkanině. Tento typ pancéřování dosahuje dvojnásobného ochranného účinku pancéřové oceli se stejnou základní hmotností. Keramické fragmenty střely a aramidová vlákna fragmenty zachytí.

Al2O3 se prodává jako korund, polodrahokam a normální korund známý jako korund (ELK). V elektrické troubě se vyrábí při teplotě přibližně 2.000 ° C. Výsledný taveninový koláč se rozdrtí a proseje podle zrnitosti specifikovaných DIN. Noble corundum se v umění používá jako brusivo při výrobě brusných kotoučů. Používá se také jako tryskací prostředek a jako leštící prášek.

Ostatní aluminy

Kromě trojmocného oxidu hlinitého jsou známy dva další oxidy hliníku v nižších oxidačních stavech, oxid hlinitý (I) a oxid hlinitý (II). Jsou však stabilní pouze při vysokých teplotách v plynné fázi

Ceny oxidů hliníku

Cena za oxidy hliníku -> ceny za speciální kovy