اکسید آلومینیوم

اکسید آلومینیوم اغلب آلومینا نیز نامیده می‌شود و به طور طبیعی در چند فاز کریستالی موجود، در شکلهای مختلفی تولید می‌گردد. رایج‌ترین شکل کریستالی این ماده کوراندم است که به علت سختی که دارد به عنوان یک ماده ساینده استفاده شده و به دلیل نقطه ذوب بالایش به عنوان ماده نسوز نیز کاربرد دارد. این ماده واکنش‌های مختلفی را کاتالیز می‌کند که از نظر صنعتی بسیار مفید هستند.

اکسید آلومینیوم چیست؟

آلومینا نوعی ترکیب شیمیایی آلومینیوم و اکسیژن است. از جمله مواد سرامیکی پر اهمیت بوده که دارای انواع کاربردهای متنوع در زمینه های مختلف می‌باشد. دمای ذوب 2072 سانتی گراد و دمای جوش 2977 سانتی گراد است. فرم کریستالی اکسید آلومینیوم، در طبیعت یافت می‌شود و یکی از مواد فوق‌العاده مهم در تولید آلومینیوم به حساب می‌آید. آلومینا به دلیل سختی زیاد در درجه حرارت‌های بالا به عنوان نوک ابزار برش فلزات کاربرد داشته، عموماً در مورد آلیاژ های آهنی، مواد با قابلیت کشش بالا و چوب به کار می‌رود و همچنین از آلومینا به عنوان ماده آسیاب‌ کننده در حیطه وسیعی از فرآیندهای کاهش اندازه ذرات استفاده می‌شود.

ویژگی و خصوصیات بوکسیت

از خاصیتهای مکانیکی برتر اکسید آلومینیوم می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• استحکام فشاری بالا
• سختی بالا
• دیر گدازی بالا
• مقاومت به سایش بالا
• مقاوم در برابر حملات شیمیایی
• رسانایی گرمایی بالا
• مقاومت دی الکتریک بالا
• شفافیت در برابر فرکانس‌های اشعه مایکروویو

تاریخچه کشف آلومینا

در سال 1807 شیمیدان انگلیسی سر همفری دیوی تاکید کرد که عنصری به نام اکسید آلومینیوم وجود دارد. و اینچنین استدلال نمود که (زاج ) نمک یک فلز ناشناخته است که به گفته او باید آلومیوم نامیده شود. این نام توسط دانشمندان بعدی به عنوان آلومینیوم شناخته شد. دیوی برای تولید آلومینیوم با الکترولیز کردن مخلوط ذوب شده اکسید آلومینیوم و پتاس سعی کرد آن را به تولید برساند اما موفق نشد. سپس در سال 1825 به دنبال کار دیوی، فیزیک‌دان دانمارکی اورستد موفق شد اولین گره های آلومینیوم را با حرارت دادن آمالگام پتاسیم با آلومینیوم تولید کند. در 1845 فریدریک ولر در آلمان با کشف خواص این فلز محققان را برای تحقیق در مورد آن برانگیخت. در 1854 هانری سنت کلر دویل فرانسوی گام مهمی در جهت استفاده صنعتی از آلومینیوم برداشت او یک فرآیند احیا را با استفاده از سدیم ایجاد کرد که با پالایش بیشتر، امکان تولید فلزی با قیمت بالا را در مقادیر محدود فراهم کرد اما فرآیند او در سراسر اروپا کپی شد و تولید آن از گرم به کیلوگرم رسید.

در سال 1886 فرآیند ذوب که امروزه نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد تقریباً به طور هم‌زمان اما مستقل در ایالات متحده و فرانسه کشف شد. چارلز مارتین هال در حین کار در یک محوطه جنگلی در اوهایو، همان کشفی را انجام داد که متالورژیست پل لوئیس توسن هرول در آزمایشگاهی موقت در جنتیلی انجام داد؛ هر دوی آنها اکسید آلومینیوم را در کرایولیت مذاب حل کردند و سپس آلومینیوم را با الکترولیز استخراج نمودند.

هال اختراع خود را در ایالات متحده آمریکا و هرولت در فرانسه ثبت کرد، اما در نهایت هال به دلیل درخواست ثبت اختراع، کمی زودتر به عنوان مخترع قبلی شناخته شد. روش هرولت زمانی پیشرفت کرد که کارل بایر اتریشی، فرآیند بهبود یافته ای را برای ساخت اکسید آلومینیوم از بوکسیت اختراع نمود. این اختراعات سرنوشت آلومینیوم را رقم زد. در سال 1890 هزینه آلومینیوم حدود 80 درصد از قیمت های آن را کاست و سپس این فلز به یک کالای تجاری تبدیل شد.

انواع اکسید آلومینیوم

اکسید آلومینیوم دارای انواع مختلفی می‌باشد و 5 نوع کلی دارد که عبارتند از:

اکسید آلومینیوم فعال

اکسید آلومینیوم فعال درصد خالصی بالایی دارد و سایز کریستالهای آن کوچک است. این نوع، از فعالیت شیمیایی خوبی برخوردار است و برای استفاده در فرآیندهایی که به استحکام و مقاومت بالا نیاز دارند، بسیار مناسب است. از اکسید آلومینیوم فعال بیشتر در تولید کاتالیزورها و تولید بدنه های مقاوم به دمای بالا و واکنش های شیمیایی استفاده می‌شود.

آلومینا کلسینه

اکسید آلومینیوم کلسینه از حرارت هیدروکسید آلومینیوم در دمای بالا، تشکیل می‌شود و به وجود می‌آید. از این نوع، بیشتر در تولید محصولات سرامیکی استفاده می‌شود.

اکسید آلومینیوم تبولار

اکسید آلومینیوم تبولار، از طریق رسوب دادن اکسید آلومینیوم کلسینه، به دست می‌آید. این نوع، تخلخل پایینی دارد و دارای مقاومت شیمیایی بالا و پایداری است. از اکسید آلومینیوم تبولار بیشتر در ساخت کامپوزیت ها و بدنه های محکم استفاده می‌شود.

بوکسیت متخلخل

اکسید آلومینیوم متخلخل، همان‌طور که از نامش پیداست، تخلخل بالایی دارد و عایق و بسیار سبک می‌باشد. از این نوع، بیشتر در ساخت بدنه های عایق استفاده می‌گردد.

اکسید آلومینیوم ذوبی

اکسید آلومینیوم ذوبی دارای چگالی بالایی بوده و از تخلخل پایینی برخوردار است. این نوع نفوذ پذیری پایینی دارد و بیشتر برای تولید مواد ساینده و دیرگداز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اکسید آلومینیوم از نظر شکل و ساختار نیز دارای انواع مختلفی است که عبارت‌اند از: α، γ، δ، ρ، χ، θ، η و κ. تمام این اشکال، طی انجام عملیات حرارتی بر روی هیدروکسید آلومینیوم به وجود می‌آیند. در بین تمام این اشکال، نوع α از بقیه پایدارتر است.

کاربرد اکسید آلومینیوم

• تولید فلز آلومینیوم (90 درصد اکسید آلومینیوم تولید شده در جهان برای تولید فلز آلومینیوم می‌باشد) هنگامی که جریان الکتریکیاز اکسید آلومینیوم ذوب شده عبور می‌کند، این ترکیب تجزیه شده و فلز آلومینیوم و گاز اکسیژن را تشکیل می‌دهد.
• تولید کاتالیست ها، ساینده ها، نسوزها و عایق ها از اکسید آلومینیوم به دلیل سختی و استحکام آن بسیار زیاد مورد استفاده می شود. علاوه بر این، حفظ حرارت کم و گرمای ویژه آن باعث شده که به طور گسترده در عملیات سنگ‌زنی، به ویژه ابزارهای برشاستفاده شود. همچنین به عنوان آلوکسیت معدنی ساینده پودری، همراه با سیلیس جزء اصلی نوک نشانه گچ مورد استفاده در بیلیارد است.
• در تولید رسانای حرارتی پلاستیک و لاستیک و چسب استفاده می شود در این فرایندها به عنوان پرکننده ای که قسمت اصلی را به محصول نهایی اضافه می‌کند کاربرد دارد.
• در صنعت پزشکی در میکرودرم ابریژن، در فرآیند ماشینی متخصصان پوست و زیبایی شناسی از آن استفاده می کنند و همچنین به عنوان یک ساینده پوستی دستی، طبق دستورالعمل سازنده، استفاده می‌شود.
• درصنعت گوهرشناسی و ساخت سنگ های قیمتی مانند الماس، یاقوت کبود و یاقوت سرخ وهمچنین در ساخت الماس صنعتی که جایگزین بسیار ارزان‌تری می‌باشد استفاده می‌شود.
• در ساخت تجهیزات نظامی و جنگی برای برخی از زره‌های بدنه از صفحات سرامیکی آلومینا استفاده می‌کنند، معمولاً در ترکیب با آرامید برای دستیابی به اثربخشی در برابر بیشتر تهدیدات تفنگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. زره سرامیکی آلومینا بیشتر در اختیار غیرنظامیان در حوزه های قضایی قرار داده می‌شود.
• شیشه های ضد گلوله دارای فرمول های اکسید آلومینیوم می‌باشند شیشه آلومینوسیلیکات یک نوع شیشه رایج است که اغلب حاوی 5٪ تا 10٪ از آلومینا ساخته شده است.
• به عنوان یک افزودنی غذایی برای جلوگیری از جمع شدن ماده غذایی بسته بندی شده (متفرق کننده)
• در تولید کرم های ضد آفتاب یکی از عناصر رایجاست و گاهی اوقات در لوازم آرایشی مانند رژگونه، رژ لب و لاک ناخن نیز وجود دارد.
• در تولید خمیردندان به دلیل خاصیت پولیش آن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• تکه‌های اکسید آلومینیوم در رنگ برای جلوه‌های تزئینی بازتاب کننده در صنایع خودروسازی یا آرایشی استفاده می‌شود.
• از دیگر کاربرد هایی که به طور گسترده از این ماده استفاده می‌شود برای حذف آب از جریان گاز است.
• اکسید آلومینیوم در بزرگترین مقیاس خود، کاتالیزور برای تبدیل گازهای زائد سولفید هیدروژن به گوگرد، عنصری در پالایشگاه‌ها است. همچنین برای کم‌آبی الکل هابه آلکن ها مفید می‌باشد.
• به عنوان پوشش داخلی روی لامپ های مات استفاده می گردد.

سایر کاربردهای آلومینا

• تولید پوشش های لوله های نسوز
• تولید غلاف ترموکوپل
• تولید عایق حرارت پلیمری
• صنعت فولاد
• صنعت برق و الکترونیک
• ساخت تجهیزات آزمایشگاهی
• ساخت صفحات دزدگیر
• تولید ابزارهای برش
• برای تولید کاشی‌ها و سرامیک ها
• ساخت پروانه های پمپ مقاوم و مستحکم

روش تولید اکسید آلومینیوم

تولید آلومینیوم در دو مرحله انجام می‌شود: فرآیند بایر برای تصفیه سنگ معدن بوکسیت برای به دست آوردن اکسید آلومینیوم، و فرآیند هال هرولت ذوب اکسید آلومینیوم برای آزادسازی آلومینیوم خالص.

فرآیند بایر

ابتدا سنگ معدن بوکسیت به صورت مکانیکی خرد شده و سپس سنگ معدن خرد شده را با سود سوزآور مخلوط کرده و در آسیاب فرآوری می‌کنند تا دوغاب (سوسپانسیون آبکی) حاوی ذرات بسیار ریز سنگ معدن تولید گردد.

دوغاب را به داخل دستگاه پمپ می‌کنند (مخزنی که مانند زودپز عمل می‌کند) این ماده (دوغاب) تا دمای 230-520 درجه فارنهایت (110-270 درجه سانتیگراد) تحت فشار 340 کیلوگرم پاسکال، گرم می‌شود. انجام این عملیات از نیم ساعت گرفته تا چند ساعت طول می‌کشد برای اطمینان از ترکیب تمامی مواد از سودسوزآور استفاده می‌کنند.

دوغاب داغ، که همان محلول آلومینات سدیم است، از یک سری فلاش تانک عبور می‌کند تا فشار را کاهش دهد و گرمای قابل استفاده مجدد در فرآیند پالایش را بازیابی نماید.

دوغاب به مخزن ته نشینی پمپ می‌شود. همان‌طور که دوغاب در این مخزن قرار می‌گیرد، ناخالصی هایی که در سود سوزآور حل نمی‌شوند در کف ظرف ته نشین می‌گردند. آلومینیوم همراه با سود سوزآور در ته ظرف ته نشین شده باقی می‌ماند.

پس از ته نشین شدن، مایع باقی مانده که تا حدودی شبیه قهوه است، از طریق یک سری فیلترهای پارچه‌ای پمپ می‌شود. هر ذره ریز ناخالصی که در محلول باقی می‌ماند توسط فیلترها به دام می‌افتد. این ماده برای بازیابی آلومینا و سود سوزآور شسته می‌شود که قابل استفاده مجدد است. مایع فیلتر شده از طریق یک سری مخازن پمپ می‌شود. کریستال های هیدرات آلومینا (آلومینای متصل به مولکول های آب) از بالای مخزن اضافه می‌گردد.

کریستال ها رسوب می‌کنند (در کف مخزن ته نشین می‌شوند) و سپس خارج می‌گردند بعد از شستشو، آنها را برای حرارت دادن و آزاد کردن مولکول های آب که از نظر شیمیایی به مولکول‌های آلومینا پیوند خورده‌اند به کوره منتقل می‌کنند. دمای 2000 درجه فارنهایت (1100 درجه سانتیگراد) مولکول‌های آب را از بین می‌برد و کریستال‌های آلومینا آری از هر مولکول آب باقی می‌ماند. پس از خروج از کوره، کریستال ها از یک خنک‌کننده عبور می‌کنند.

فرآیند هال-هروولت

برای ذوب کردن آلومینیوم آن را در یک ظرف فولادی به نام دیگ احیا می‌ریزیم کف دیگ با کربن پوشانده شده است که به عنوان یک الکترود (رسانای جریان الکتریکی) سیستم عمل می‌کند. در داخل دیگ احیا، کریستال های آلومینا در کرایولیت مذاب در دمای 1760-1780 درجه فارنهایت (960-970 درجه سانتیگراد) حل می‌شوند تا محلول الکترولیتی تشکیل شود که الکتریسیته را از میله‌های کربنی به بستر پوشش شده با کربن هدایت می‌کند. واکنش حاصل، پیوندهای بین اتم‌های آلومینیوم و اکسیژن در مولکول‌ها، آلومینا را می‌شکند اکسیژن آزاد شده به میله‌های کربن جذب می‌شود و در آنجا دی اکسید کربن را تشکیل می‌دهد. اتم های آلومینیوم آزاد شده به صورت فلز مذاب در ته دیگ می‌نشینند.

فرآیند ذوب پیوسته است و آلومینای بیشتری به محلول کرایولیت اضافه می‌شود و یک جریان الکتریکی ثابت ایجاد می‌کند. گرمای تولید شده توسط جریان الکتریسیته در الکترود پایین، محتویات دیگ را در حالت مایع نگه می‌دارد، اما یک پوسته در بالای الکترولیت مذاب تشکیل شده و به صورت دوره‌ای، پوسته شکسته می‌شود تا آلومینا بیشتری برای پردازش اضافه گردد آلومینیوم مذاب خالص در ته دیگ جمع شده و به بیرون هدایت می‌شود.

مواد مذاب (آلومینیوم) جمع آوری شده در حدود 99.8٪ خالص است. این فلز به یک کوره نگهدارنده منتقل شده سپس به عنوان شمش ریخته گری می‌شود (در قالب ریخته). یکی از روش های رایج ریختن آلومینیوم مذاب در قالب افقی بلند است. همان‌طور که فلز در داخل قالب حرکت می‌کند، قسمت بیرونی با آب خنک می‌گردد و باعث جامد شدن آلومینیوم می‌شود. شفت جامد از انتهای قالب بیرون می‌آید و در فواصل زمانی مناسب اره می‌شود تا شمش‌هایی به طول دلخواه تشکیل شود. مانند فرآیند ذوب، فرآیند ریخته گری نیز پیوسته است.

خطرات استفاده از اکسید آلومینیوم

اکسید آلومینیوم غیر سمی و کم خطر می باشد اما باز هم هنگام استفاده از آن، باید نکات ایمنی رعایت شود و به موارد مهمی توجه گردد. در زیر به این نکات ایمنی و مواد مهم اشاره کرده‌ایم و خطرات استفاده از اکسید آلومینیوم را گفته‌ایم.

• هنگام کار با این ماده حتما از عینک ایمنی و ماسک مخصوص استفاده کنید.
• این ماده شیمیایی خیلی سریع و راحت وارد چشم می شود و به آن آسیب می‌رساند.
• از مخلوط شدن این ماده با مواد آتش زا و مواد دارای اکسیداسیون قوی جلوگیری کنید، زیرا واکنش گرمازایی ایجاد می‌کند.
• این محصول باعث آلودگی محیط زیست و طبیعت نمی‌شود و اگر وارد آب شود، آب را آلوده و مسموم نمی‌کند.
• تاکنون هیچ گونه مسمومیت حاد و بیماری مزمنی به دلیل استفاده از اکسید آلومینیوم مشاهده و گزارش نشده است.
• پودر آلومینیوم طی تماس طولانی مدت با آب، تجزیه می‌شود و به اکسید آلومینیوم تبدیل می‌گردد؛ اما همان‌طور که در بالا گفتیم، اکسید آلومینیوم برای آب بی‌ضرر است و باعث آلودگی و مسمومیت آب نمی‌شود.

نگهداری از اکسید آلومینیوم

برای نگهداری و ذخیره اکسید آلومینیوم، باید شرایط خاصی فراهم کنید و به یک سری نکات توجه داشته باشید. این نکات و شرایط عبارت‌اند از:

اگر پودر اکسید آلومینیوم در هوا معلق باشد و منبع احتراق در اطراف آن وجود داشته باشد، احتمال آتش سوزی، اشتعال و انفجار بسیار بالا است. این ماده خود اشتعال نیست؛ اما با قرارگرفتن در معرض منبع آتش منفجر می‌شود.

• این محصول را حتماً در جای خشک و خنک نگهداری کنید؛ زیرا اکسید آلومینیوم در جای خشک تجزیه نمی‌شود و از بین نمی‌رود.
• این ماده شیمیایی را تا زمان مصرف در کانتینرهای مخصوص نگهداری نمایید.
• محل نگهداری و ذخیره این محصول باید مشخص، مناسب، دور از گردوغبار و منابع قابل احتراق باشد.
• از نگهداری منابع آتش‌زا و جرقه‌زا در اطراف محل ذخیره این ماده، جدا خودداری کنید.
• کیسه های دارای اکسید آلومینیوم نباید در مجاورت مواد فعال و قابل اشتعال قرار بگیرند.
• در محل نگهداری این ماده شیمیایی، به هیچ وجه سیگار نکشید.
• انبار ذخیره و نگهداری آلومینا را همیشه پاک و تمیز نگه دارید.

تجزیه و تحلیل بازار جهانی اکسید آلومینیوم

بازار جهانی این ماده با رشد قابل توجهی روبه روست و انتظار بر این است که در چند سال آینده با رشد قابل ملاحظه تری نیز روبه رو گردد. این ماده ترکیبی است که به اشکال مختلف مانند گلوله، پودر، قطعات، قرص ها و نانو ذرات تولید می‌گردد. از کاربردهای وافر آن می‌توان به عنوان یک عایق الکتریکی و یک لایه محافظ در کاربردهایی مانند فرآیندهای تولید صنعتی و مراقبت های بهداشتی نام برد که بیشترین کاربردهای آن می‌باشد. علاوه بر این، به دلیل رسانایی حرارتی بالا در مواد کروماتوگرافی و سرامیک استفاده می‌شود.

از نظر صنعت مصرف نهایی، بازار این ماده به دو دسته دارویی، شیمیایی، صنعتی، خودروسازی و… تقسیم می‌گردد و همچنین از نظر منطقه ای، در سراسر آمریکای شمالی، اروپا، آسیا، اقیانوسیه قابل تولید و عرضه است. بیشترین عوامل تأثیرگذار بر این ماده افزایش کاربرد آن در فرآیندهای تولید صنعتی و تولید سیمان دندانی است که باعث رشد بازار جهانی آن گردیده است.

بازار جهانی اکسید آلومینیوم در سال 2021 به ارزش 5.35 میلیارد دلار آمریکا رسید. با نگاهی به آینده، انتظار می‌رود که این بازار تا سال 2027 به 7.72 میلیارد دلار برسد و CAGR 5.70 درصد را طی سال‌های 2022-2027 نشان دهد.

قیمت اکسید آلومینیوم

اکسید آلومینیوم بسیار پرمصرف و پرکاربرد می‌باشد و در صنایع و زمینه های زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده خیلی گران نیست و از نظر قیمتی، مناسب و مقرون به صرفه است اما به دلیل متغیر بودن نرخ ارز، قیمت ثابت و مشخصی ندارد. آلومینا در مقیاس نانو هم تولید شده و به صورت پودری نیز در بازار موجود است. هنگام خرید این محصول، به کیفیت آن دقت کنید و مطمئن شوید کیفیت و مرغوبیت بالا و خوبی داشته باشد. سالانه حدوداً ۴۵ میلیون تن اکسید آلومینیوم تولید می‌شود که 90 درصد آن، برای تولید فلز آلومینیوم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مجموعه هوبارت شیمی از بزرگ‌ترین تولید کنندگان مواد شیمیایی چون کربنات سدیم، پارافین، انواع اسید و… در سطح خاورمیانه بوده و با تولید و عرضه انواع محصولات شیمیایی خالص، محبوبیت بالایی را در بازار این محصولات بدست آورده است این مجموعه زیر نظر کارشناسان و متخصصان مجرب فعالیت می‌نماید. جهت تهیه و درخواست محصولات می‌توانید با مشاوران فروش ما که به صورت 24 ساعته در خدمت هستند تماس حاصل نمایید.