Alumina

Krystalstruktur
Korundstruktur __ Al 3+      __ O 2−
Generel
Efternavn	Alumina
andre navne	Korund (mineral) Ler Aluminium (III) oxid Aluminium sesquioxide ALUMINA ( INCI )
Forholdsformel	Al 2 O 3
Kort beskrivelse	hvidt, lugtfrit fast stof
Eksterne identifikatorer / databaser
CAS-nummer 1344-28-1 EF-nummer 215-691-6 ECHA InfoCard 100.014.265 PubChem 9989226 ChemSpider 8164808 DrugBank DB11342 Wikidata Q177342
ejendomme
Molar masse	101,96 g · mol -1
Fysisk tilstand	fast
massefylde	3,94 g cm −3
Smeltepunkt	2054 ° C
kogepunkt	2980 ± 60 ° C
opløselighed	næsten uopløselig i vand, let opløselig i syrer og baser
Brydningsindeks	1,77 (safir @ 500 nm)
Sikkerhedsinstruktioner
GHS-faremærkning ingen GHS-piktogrammer H- og P-sætninger H: ingen H-sætninger P: ingen P-sætninger
MAK	DFG : 1,5 mg · m -3 som respirabelt støv 4 mg · m -3 som inhalerbart støv Schweiz: 3 mg m −3 (målt som respirabelt støv)
Toksikologiske data	> 5000 mg kg -1 ( LD 50 ,  rotte ,  oral )
Termodynamiske egenskaber
ΔH f 0	−1676 kJ mol −1
Så vidt muligt og sædvanligt anvendes SI-enheder . Medmindre andet er angivet, gælder de givne data for standardbetingelser . Brydningsindeks: Na-D-linje , 20 ° C

Aluminiumoxid på en urskål

Aluminiumoxid er oxygenforbindelsen i det kemiske element aluminium . I det tekniske felt er aluminiumoxid kendt som elektrisk korund ( ELK ).

Ekstraktion og præsentation

Fra bauxit er aluminiumhydroxid ved at fordøje i natriumhydroxidopløsning genvundet ( Bayer-proces ). Ved at fjerne vandet, f.eks. Ved fyring, sintring eller kalcinering, opnås aluminiumoxid.

Aluminiumoxid kan også fremstilles ved omhyggeligt dehydrering af gibbsit (hydrargillit) eller boehmit .

Aluminiumoxid dannes også, når aluminiumspulver brændes med ammoniumperchlorat i raketter med fast brændsel .

Det rene metalaluminium har et tyndt spontant aluminiumoxidlag (selvpassivering) efter opbevaring i luft, hvilket beskytter det mod korrosion. Ved hjælp af et elektrolytisk påført aluminiumoxidlag er aluminiumsoverfladerne på hverdagens genstande forsynet med et ekstremt hårdt ( f.eks. Mohs hårdhed 9) og korrosionsbestandigt beskyttende lag ved anodisering . Disse anodiserede aluminiumstyper bruges til at fremstille elektrolytiske kondensatorer .

Den globale produktion af aluminiumoxid steg fra 108 millioner ton i 2014 til anslået 118 millioner ton i 2015. De tre største producenter af aluminiumoxid i 2014 var Kina (47,8 millioner ton), Australien (20,5 millioner ton) og Brasilien (10,6 millioner år) t). Den USGS hedder den gennemsnitlige amerikanske importpris for aluminiumoxid var USD 410 per ton i 2015, mens importpriserne for bauxit i samme år var USD 28 per ton.

Affaldsproduktet ved ekstraktion af aluminiumoxid er rødt mudder , der indeholder kaustisk natriumhydroxid og giftige tungmetaller og opbevares delvist på åbne lossepladser eller udledes i floder rundt om i verden.

ejendomme

Ændringer

De vigtigste ændringer af aluminiumoxidet er:

• den kubiske γ-Al ₂ O ₃ (aluminiumoxid, råvarer til keramik og aluminium produktion)
• den rhombohedral (trigonale) α-Al ₂ O ₃ (kendt som mineralsk korund , safir eller - med chrom doping - rubin , som slibemiddel og aluminiumoxid keramik)
• Den β-aluminiumoxid (β-AI ₂ O ₃ ) er også kendt, er dette en historisk fejl. Dette er en kombination af Na ₂ O og Al ₂ O ₃ til dannelse af Na ₂ Al ₂₂ O ₃₄ (Na ₂ O · 11Al ₂ O ₃ ), også kendt under mineral navn diaoyudaoite

Elektriske egenskaber

Al ₂ O ₃ er en meget god isolator og har en meget høj dielektrisk styrke på 35 kV / mm. Den specifikke modstand er 10 ¹²  Ω m ved 20 ° C og falder til ¹⁰⁷  Ω m ved 1000 ° C. Den relative permittivitet er 9-10 ved 100 MHz, tabsfaktoren ca. ^10-4 .

Termiske egenskaber

Under standardbetingelser, som er termisk ledningsevne på grund af Phononenresonanz, med en meget høj keramisk værdi på 35,6 til 39 W · ^{m -1} · ^K-1 (monokrystallinsk korund: 40 W · ^{m -1} · ^K-1 , tæt keramik 96 % Al ₂ O ₃ ca. 25 W m ⁻¹ K ⁻¹ ), som stiger kraftigt med faldende temperatur og falder med stigende temperatur ved 1000 ° C til ca. 5 W m ⁻¹ K ⁻¹ .

Den udvidelseskoefficient er i området fra 6,5 til 8,9 · 10 ^-6  K ^-1 .

Den Smeltetemperaturen er 2054 ° C, så anvendelsen temperatur af høj renhed aluminiumoxid keramik bør være under 1900 ° C.

Kemiske egenskaber

Al ₂ O ₃ er et amfotert salt , hvilket betyder, at den kan reagere som en syre (i forbindelse med en base) eller som en base (i forbindelse med en syre).

Den γ-Al ₂ O ₃ er et hygroskopisk , hvidt, løst pulver, der ikke er opløseligt i vand, men i stærke syrer og baser . Så tidligt som 800 ° C, den γ-Al ₂ O _{3 skift} ind i α-Al ₂ O _{3, der er} generelt uopløseligt i syrer og baser .

γ-Al ₂ O ₃ er et porøst materiale, hvis overfladestruktur kan være stærkt påvirket af den fremstillingsprocessen og temperatur. Det bruges som en stationær fase i kromatografi .

Med forskellige metaloxider danner aluminiumoxid aluminater .

Mekaniske egenskaber

De mekaniske egenskaber ved aluminiumoxidkeramik afhænger af renheden og strukturen af ​​den producerede keramik. Jo renere sort, jo bedre egenskaber, men også jo mere kompleks er hele fremstillingsprocessen. Ud over de egenskaber, der er anført i nedenstående tabel, er aluminiumoxidkeramik også kendetegnet ved meget gode tribologiske egenskaber og meget god friktion og slidadfærd:

brug

Over 70% af den globale årlige produktion på omkring 120 millioner tons aluminiumoxid i 2016 gik til udvinding af metallisk aluminium ( Hall-Héroult-processen ).

Hybridkredsløb på et keramisk aluminiumsubstrat

Højtryks natriumdamplamper med udløbsrør (disse er de matte stænger indeni) lavet af gennemsigtig aluminiumoxidkeramik

Α-Al ₂ O ₃ har en Mohs-hårdhed på 9 til 9,5 og bruges blandt andet til at fremstille bæresten til måleinstrumenter og ure samt slibemidler . Grundlaget for dette er ofte et biprodukt af aluminothermy resulterer Alundum .

Kalcinerede aluminiumoxider anvendes i keramik (fx i dræn, hotelopvask, skudsikker beklædning) eller i vid forstand som poleringsmidler (fx i glaskeramiske rengøringsmidler, bilplejeprodukter, bremsebelægninger, tandpastaer), ofte med navnet polering ler . Endvidere sintret α-Al ₂ O ₃ (sintret korund) anvendes som et ildfast materiale i ovn foringer eller laboratorieudstyr.

Når forurenet med små mængder Cr ₂ O ₃ eller TiO ₂ , danner korunden ædle sten rubin (ursten, tegning matricer , rubin lasere ) og safir .

Ti ₂ O ₃ doteret Al ₂ O ₃ - enkelte krystaller , der udgør kernen af titan: safir laser .

γ-Al ₂ O ₃ tjener som en adsorbent og som en katalysatorbærer, samt katalysator selv.

I elektroteknik anvendes aluminiumoxidkeramik som dielektrikum på grund af deres lave dielektriske tabsfaktor . Det vigtigste anvendelsesområde er implementeringen af striplines og kondensatorer i højfrekvent teknologi . Aluminiumoxidkeramiske plader tjener også som et substrat for tykfilmteknologi , tyndfilmteknologi og til platin-temperaturmålemodstande (se PT100 ). Det faktum, at dette keramik let kan metalliseres, gør det også muligt at lodde elektroniske komponenter som modstande eller lysdioder direkte på. Keramikken fungerer også som en køleplade på samme tid . Disse keramiske elektroniske systemer er lige så effektive som systemer, der indeholder metalliske kølelegemer. Aluminiumoxider anvendes også til fremstilling af sikringslegemer.

Den høje dielektriske styrke og den maksimale driftstemperatur på op til 1900 ° C gør aluminiumoxid til den ideelle isolator til tændrør .

I anlægs- og maskinteknik anvendes aluminiumoxidkeramik især til slid- og korrosionsbeskyttelse. For eksempel er transporttrug og slisker, tromlemøller og blandere foret med fliser lavet af højtydende keramik for at øge systemernes levetid. Korrosionsbestandigheden af ​​glasoverflader kan forøges betydeligt ved en belægning af aluminiumoxid. Dyser lavet af aluminiumoxid har også bevist deres værdi i plasmasvejsning. På grund af de gode tribologiske egenskaber har komponenter såsom tætning og regulering af skiver, bærende bøsninger og aksler, trådstyr i tekstilindustrien og hofteledskugler og -stik i endoprotetik bevist deres værdi. Brugen af ​​keramiske drejeknapper til indløb af hopp er også innovativ.

Særdeles rent, stort krystallinske og derfor gennemsigtige aluminiumoxid keramik anvendes til at fremstille brænderrør til højtryks gasudladningslamper ( natrium damp lamper , metalhalogenid-lamper ). Tidligere blev det også brugt som et ultraviolet- gennemsigtigt vinduesmateriale til EPROM'er .

De seneste sintringsprocesser gør det muligt at anvende aluminiumoxid til produktion af ekstremt solide glaskeramik i nanoskala , f.eks. B. i armbåndsbriller .

For nylig er Al ₂ O _3- keramik også blevet brugt i rustning på køretøjer. De keramiske fliser limes på et aramid- eller Dyneema- stof. Denne type rustning opnår dobbelt beskyttelseseffekten af ​​rustningsstål med samme vægt pr. Arealenhed. De keramiske fragmenter kuglen, aramidfibrene fanger derefter fragmenterne.

Al ₂ O ₃ markedsføres med betegnelsen Elektrokorund (ELK) som fin korund, halvædel korund og normal korund. Det er lavet i en elektrisk ovn ved omkring 2.000 ° C. Den resulterende smeltekage brydes op og sigtes i henhold til kornstørrelsen specificeret i DIN. Korund anvendes i teknologien som slibemiddel til fremstilling af slibeskiver . Det bruges også som slibemiddel og som et poleringspulver .

Flere aluminiumoxider

Ud over det trivalente aluminiumoxid kendes to andre aluminiumoxider i lavere oxidationstilstande, aluminium (I) oxid og aluminium (II) oxid . Disse er dog kun stabile i gasfasen ved høje temperaturer.

Se også

• Liste over aluminiumoxidfabrikker

Weblinks

Individuelle beviser

1. ↑ Indgang om ALUMINA i CosIng-databasen fra EU-Kommissionen, adgang til den 12. februar 2020.
2. ↑ ^{a b c d e f} datablad aluminiumoxid (PDF) fra Merck , tilgængelig den 20. februar 2007.
3. ↑ refractiveindex.info: Brydningsindeks for Al2O3 (aluminiumoxid)
4. ↑ ^{en b c} indtastning på aluminiumoxid i GESTIS stof database over den IFA , adgang den 19. december 2019. (JavaScript krævet)
5. ↑ Schweizisk ulykkesforsikringsfond (Suva): Grænseværdier - aktuelle MAK- og BAT-værdier (søg efter 1344-28-1 eller aluminiumoxid ), adgang til 2. november 2015.
6. ↑ PAETEC Formula Collection Edition 2003, s.116.
7. ↑ Klaus D Linsmeier: Teknisk keramik - materiale til de højeste krav. (= Biblioteket for teknologi. Bind 208). 2010, ISBN 978-3-937889-97-9 , s. 13-15.
8. ↑ BAUXITE OG ALUMINA. (PDF 29.2 kB s. 2) USGS , adgang den 16. april 2016 (engelsk).  
9. ↑ webmineral.com: Diaoyudaoite Mineral Data
10. ↑ Keramik af aluminiumoxid DIN EN 60672, type C799. ( Memento af 11. oktober 2012 i internetarkivet ) (PDF; 55 kB). Metoxit AG, januar 2007, adgang til den 19. august 2010.
11. ↑ ^{a b} W. Martienssen, Hans Warlimont: Springer-håndbog med kondenseret materiale og materialedata . Springer, 2005, ISBN 3-540-44376-2 , pp. 438-439, 445-446 . 
12. ↑ U. Seifert: Keramisk modifikation ved hjælp af laser. Afhandling. Engineering University Mittweida, 1989.
13. ↑ ^{a b} CeramTec: "Material data" datablad. ( Memento af 29. oktober 2013 i Internetarkivet ) (PDF; 314 kB)
14. ↑ BAUXITE OG ALUMINA. (PDF 28.6 kB s. 2) USGS , adgang den 19. november 2018 (engelsk). 
15. ↑ BAUXITE OG ALUMINA. (PDF 25,7 kB s. 2) USGS , adgang den 19. november 2018 (engelsk). 
16. ↑ St. Kuhn, R. Linke, Th Hädrich:. Modifikation af varme glasoverflade med aluminiumoxid ved forbrænding CVD. I: Surface & Coatings Technology. 205, 2010, s. 2091-2096.
17. ↑ A. Rosenflanz, M. Frey, B. Endres, T. Anderson, E. Richards, C. Schardt: Bulk briller og ultrahard nanoceramics baseret på aluminiumoxid og sjældne jordarters oxider. I: Natur. Bind 430, nr. 7001, 2004, s. 761-764, doi: 10.1038 / nature02729 .
18. ↑ Klaus D Linsmeier: Teknisk keramik - materiale til de højeste krav. (= Biblioteket for teknologi. Bind 208). 2010, ISBN 978-3-937889-97-9 , s. 65ff.
19. ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Lærebog i uorganisk kemi . 102. udgave. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 1156.