اکسید آلومینیوم در کاربردهای فرکانس بالا برای قطعات رادار یا مایکروویو یافت می شود. همچنین اکسید آلومینیوم پایه اصلی در کاربردهای پتروشیمی به ویژه در راکتورهای گاز سنتز در فرآیند ترموشیمیایی می باشد.آلومینا (اکسید آلومینیوم) پرکاربردترین ماده سرامیکی اکسیدی است كه در صنایع گوناگون مصرف می شود. بوکسیت، سنگ معدنی است که تا 60 درصد آلومینیوم دارد و تنها ماده خام مهم اقتصادی است که در تولید آلومینا استفاده می شود. در این محتوا تلاش كرده‌ایم به معرفی آلومینا، استخراج و تولید اکسید آلومینیوم، کاربردهای مهم آلومینا، مزایا و معایب اکسید آلومینیوم بپردازيم.
در این مطلب موضوعات زیر را مطالعه خواهید کرد:
معرفی آلومینا
آلومینا ماده معدنی با فرمول شیمیایی Al2O3 است كه اکسید آلومینیوم نیز نامیده می شود. این ماده دومین اکسید فلزی فراوان در پوسته زمین پس از سیلیس است. آلومینا به شکل هیدراته در سنگ معدن بوکسیت یافت می شود. اکسید آلومینیوم پودر سفید بسیار پایدار با جرم مولکولی 102 است. این ماده اکسید نسوز است، زیرا دمای ذوب آن بسیار بالا است (2054 درجه سانتیگراد). آلومینا به طور طبیعی روی سطح آلومینیوم تشکیل می شود، اما بر خلاف آلیاژهای آهنی، آلومینا یک لایه ضد آب تشکیل می دهد و آلومینیوم را از اکسیداسیون محافظت می کند و ظاهر فلزی آن را روشن نگه می دارد.
آلومینا چطور استخراج می شود؟
استخراج آلومینا در سه مرحله، استخراج سنگ معدن بوکسیت، پالایش بوکسیت و ذوب اکسید آلومینیوم صورت می گيرد. بوکسیت با روشهای سطحی از معدن روباز استخراج می شود. اين ماده حاوی چهل تا شصت درصد اکسید آلومینیوم است. براي استخراج سنگ معدن بوکسیت، ابتدا خاکهايی سطحی و روباره توسط بولدوزرها برداشته می شوند. خاک سطحی برای استفاده مجدد كنار گذاشته می شود. پس از اتمام استخراج بوكسيت، خاک سطحی برای پوشش گیاهی مجدد و احیای منطقه مورد استفاده قرار می گيرد. سنگ معدن بوکسیت با تجهيزات مكانيكی استخراج می شود. اين ماده به راحتی با رنگ قرمز قابل تشخیص است. پس از استخراج، سنگهای معدن بوکسیت برای تولید اکسید آلومینیوم به كارخانه حمل می شوند.
اکسید آلومینیوم چطور تولید می شود؟
آلومینا به چندین شکل کم و بیش هیدراته به نامهای بایریت، بوهمیت و کوراندوم در طبيعت ظاهر می شود اما منبع اصلی اکسید آلومینیوم، سنگ معدن بوکسیت است. بوکسیت سرشار از بایریت و اکسید آهن است که ظاهری مایل به قرمز به آن می دهد. در حال حاضر بیشترین روش تولید آلومینا از فرآیند بایر است. تصفیه اکسید آلومینیوم از بوکسیت به فرآیند بایر معروف است و حول واکنش بین اکسید آلومینیوم و هیدروکسید سدیم می چرخد. در فرآیند بایر، بوکسیت مستقیماً در هیدروكسید سدیم غلیظ و داغ در دمای در حدود 200-250 درجه سانتیگراد قرار می گیرد. هیدراتها به آلومینات تبدیل می‌شوند، ناخالصیها با تخلیه و فیلتر کردن جدا می شوند و مواد سرشار از هیدروكسید، سیلیس و هیدروکسید آهن باقی می ماند. با سرد کردن محلول، تری هیدرات رسوب می کند و پس از کلسینه شدن در دمای 1050 درجه سانتیگراد، اکسید آلومینیوم تولید می شود.
آلومینا در چه صنایعی کاربرد دارد؟
آلومینا ماده بسیار مقاوم، با سختی بالا و مقاومت سایشی قوی است. اين ماده کاربردهای متنوعی در صنایع گوناگون نظیر صنایع دفاعی و هوافضا، اندازه گیری دمای آزمایشگاهی یا آنالیز شیمیایی، صنعت مهندسی پزشکی، پزشکی، صنایع آرایشی و بهداشتی، صنایع پتروشیمی و غیره دارد. اکسید آلومینیوم در کاربردهای فرکانس بالا برای قطعات رادار یا مایکروویو یافت می شود. همچنین اکسید آلومینیوم پایه اصلی در کاربردهای پتروشیمی به ویژه در راکتورهای گاز سنتز در فرآیند ترموشیمیایی می باشد.
اکسید آلومینیوم به عنوان ماده اولیه برای کارخانه های ذوب آلومینیوم، در قطعات ساختاری تجهیزات برودتی یا تاسیسات تشعشعات هسته ای، عنصر مهم برای پروتزهای در معرض اصطکاک، به ویژه پروتزهای لگن، برای آستر کوره‌های با دمای بالا، در لوله ها یا صدا خفه کنها، در راکتورهای با دمای بالا، به شکل الیاف در لایه ها یا پارچه های عایق، به عنوان جاذب یا کاتالیزور در صنعت نفت و به عنوان شار در ساخت فولاد و فروآلیاژها، در رنگهای فلزی مانند رنگهای اسپری شده در روی اتومبیل، به عنوان جزء سوختی برای تقویت کننده های موشک، به عنوان پرکننده برای پلاستیکها، ساینده ارزان تر از الماس صنعتی و در پالایشگاههای فلزی در ضایعات سمی سولفید هیدروژن كاربرد دارد.
فواید و مزايای اکسید آلومینیوم
آلومینا مقاومت بالایی در برابر مواد اسید و قلیایی دارد و سازگار با محیط زیست است. با خلوصی بین 88 تا 99.99 درصد در نوسان ارائه می شود و خواص آن بسته به خلوص آن متفاوت است. اکسید آلومینیوم به دلیل دمای ذوب بالا، مقاومت خوبی در برابر دماهای بالا تا 1950 درجه سانتی گراد دارد. همچنین اکسید آلومینیوم دارای مقاومت مکانیکی عالی در برابر سایش و خوردگی دارد. خواص و ويژگيهای این ماده، ساخت محصولات و قطعات با عمر عملیاتی طولانی را امکان پذیر می کند و ایمنی و صرفه جویی را ممكن می سازد. از سوی دیگر، اکسید آلومینیوم عایق الکتریکی بسیار خوبی است و رسانایی الکتریکی آن به اندازه مواد پلاستیکی کم است. علاوه بر این، اين ماده رسانای حرارتی مناسبی دارد. اين ويژگيها، آلومینا را به یک ماده ایده آل برای عایق‌بندی دستگاههای اندازه گیری دما، مانند ترموکوپل تبدیل می کند.
معایب آلومینا
آلومینا تغییرات سریع دما را نمی تواند تحمل کند. مقاومت آن در برابر ضربه کم است و شکستن آن آسان است. همچنین این ماده، نمی تواند در برابر ضربه فشار بالا مقاومت کند و شوک حرارتی ضعیفی دارد. معایب و نقطه ضعفهای اکسید آلومینیوم را می توان با استفاده از طیف وسیعی از افزودنیها و اجزای اضافی تعدیل و تغییر داد. به عنوان مثال با افزودن اکسید منگنز (MnO2) سختی آلومینا افزایش می یابد. دی اکسید سیلیکون (SiO2) می تواند مقاومت در برابر شوک حرارتی این ماده را بهبود بخشد. سطوح پایین اکسید زیرکونیوم (ZrO2) می تواند هم طول عمر در دماهای بالا و هم مقاومت کلی در برابر سایش، اکسید آلومینیوم را افزایش دهد.
سوالات متداول آلومینا چیست؟
1- آیا استفاده از آلومینا در لوازم آرایشی بی خطر است؟
اکسید آلومینیوم به طور کلی برای استفاده در لوازم آرایشی و محصولات مراقبت شخصی توسط آژانسهای نظارتی مختلف بی خطر در نظر گرفته می شود. با این حال، برخی از افراد ممکن است به آلومینا حساسیت داشته باشند. توصیه می شود در مصرف دارای این مواد، آزمایش پچ انجام شود.
2- كاربرد دارویی آلومینا چیست؟
از اکسید آلومینیوم دارویی برای کاهش اسپاسم عضلانی در بیماران مبتلا به زخم معده یا اسید اضافی در معده استفاده می شود.
3- آیا آلومینا همان آلومینیوم است؟
آلومینیوم به شکل خالص در طبیعت وجود ندارد. برای تولید آلومینیوم، ابتدا بایستی سنگ بوکسیت از معدن استخراج شود. سپس اکسید آلومینیوم در کارخانه برای تولید آلومینیوم ذوب می شود.
4- چرا تولید آلومینا خطرناک است؟
ضایعات تولید آلومینا شامل گل قرمز سمی (هیدروکسید آهن )، برای محیط زیست مضر است. به ازای هر تن آلومینیوم تولیدی بین یک تا شش تن لجن خطرناک تولید می شود. این ماده در رودخانه ها تخلیه می شود و پیامدهای فاجعه باری برای اکوسیستمها دارد.
5- چگونه تولید آلومینا بر آب و هوا تاثیر می گذارد؟
ذوب آلومینا بسیار انرژی بر است و به برق زیادی نیازمند است. انرژی مورد نیاز برای توليد اکسید آلومینیوم عمدتاً توسط نیروگاههای برق آبی یا زغال سنگ تولید می شود. سدهای برق آبی معمولاً منجر به تخریب بیشتر جنگلهای بارانی و زیستگاهها می شوند.
