Óxido de Alumínio




O óxido de alumínio é um óxido anfotérico com a fórmula química Al2O3. É comumente conhecido como alumina, ou coríndon na sua forma cristalina, assim como muitos outros nomes, justificando sua ampla ocorrência na natureza e na indústria. Seu uso é mais significativo na produção do metal alumínio, embora seja também usado como um abrasivo, devido à sua dureza e como material refratário, devido ao seu alto ponto de fusão.

Fato Natural

Coríndon é o que aparece mais comumente numa forma cristalina de óxido de alumínio. Rubis e safiras são formas da gema de coríndon, que devem a sua cor característica para rastrear impurezas. Os rubis têm a sua cor vermelho vivo característica de suas qualidades de laser por traços de cromo. Safiras vêm em cores diferentes devido a várias outras impurezas, como o ferro e titânio.

Propriedades

O óxido de alumínio é um isolante elétrico, mas tem uma condutibilidade térmica relativamente alta (30 Wm-1K-1) para um material cerâmico. Na sua forma cristalina mais comum, denominada coríndon, ou óxido de alumínio α, sua dureza o torna adequado para uso como um abrasivo e como componente de ferramentas de corte.

O óxido de alumínio é responsável pela resistência do metal alumínio às intempéries. É muito reativo com o oxigênio atmosférico, e uma camada fina de passivação de alumina (4 nm de espessura) é formada em cerca de 100 picosegundos em qualquer superfície de alumínio exposto. Essa camada protege o metal de futuras oxidações. A espessura e as propriedades dessa camada de óxido podem ser melhoradas através de um processo chamado anodização. Certo número de ligas, tais como bronzes de alumínio, exploram essa propriedade, incluindo uma proporção de alumínio na liga para aumentar a resistência à corrosão. A alumina gerada por anodização é tipicamente amorfa, mas o processo de descarga por oxidação assistida tal como oxidação eletrolítica de plasma, resulta numa proporção significativa de alumina cristalina do revestimento, aumentando sua dureza.

O óxido de alumínio foi retirado da lista de produtos químicos da Agencia de Proteção Ambiental dos Estados Unidos em 1988. O óxido de alumínio está na lista TRI da EPA, se for de uma forma fibrosa.

Estrutura

A forma mais comum de alumina cristalina é conhecida como coríndon. Os íons de oxigênio quase formam uma estrutura hexagonal fechada, repleta de íons de alumínio com o preenchimento de dois terços dos interstícios octaédricos.

Cada centro de Al3+ é octaédrico. Em termos de cristalografia, o coríndon adota uma forma de treliça “Bravais”, com um grupo espacial R-3c (número 167 nas Tabelas Internacionais). A célula primitiva é constituída por duas unidades de fórmula de óxido de alumínio.
A alumina também existe em outras fases, ou seja, γ, δ, η, θ, e χ-aluminas. Cada uma tem uma estrutura cristalina e propriedades únicas. A chamada β-alumina provou ser NaAl11O17.

Produção

Os minerais de hidróxido de alumínio são os principais componentes da bauxita, o principal minério do alumínio. Uma mistura dos minerais inclui o minério de bauxita, incluindo gibbsita (Al (OH) 3), quartzo boemita (γ-AlO (OH)), e diásporo (α-AlO (OH)), juntamente com impurezas de óxidos e hidróxidos de ferro, e minerais de argila. A bauxita é encontrada em solos de lateritas ( lixiviação). A bauxita é purificada pelo processo Bayer:

Al2O3 + 3 H2O → 2 Al (OH) 3

Com exceção de SiO2, os outros componentes da bauxita não se dissolvem em base. Após filtrar a mistura básica, o Fe2O3 é removido. Quando o liquido Bayer é resfriado, o Al (OH) 3 precipita, deixando os silicatos em solução. O sólido é então calcinado (aquecido fortemente) para dar de óxido de alumínio:

 2 Al (OH) 3 → Al2O3 + 3 H2O

O produto alumina tende a ser multi-fase, ou seja, composto de várias fases de alumina e não apenas coríndon. O processo de produção pode ser otimizado para produzir um produto sob medida. O tipo de fases presentes afeta, por exemplo, a estrutura de solubilidade e porosidade do produto alumina, que, por sua vez, afeta o custo de produção de alumínio e controle da poluição.

Conhecido como alundum (na forma fundida) ou aloxita na mineração, cerâmica e nas comunidades de ciência dos materiais, a alumina encontra ampla utilização. A produção mundial anual de alumina é de aproximadamente 45 milhões de toneladas, mais de 90% do que é usado na fabricação do alumínio metálico.

As principais utilizações dos óxidos de alumínio são como refratários, cerâmicas e abrasivos para polimento. Grandes quantidades são também utilizadas na fabricação de zeólitos, pigmentos de dióxido de titânio, usados com revestimento e como retardantes de chama / supressores de fumaça.

Usos

A grande maioria da alumina é consumida para a produção de alumínio, geralmente pelo processo Hall.

Como enchimento

Sendo quimicamente bastante inerte, relativamente não-tóxico, e branco, a alumina é um enchimento preferencial para plásticos. A alumina é um ingrediente comum como protetor solar.

Como catalisador e um apoio a um catalisador

A Alumina catalisa uma variedade de reações que são úteis industrialmente. Numa aplicação em larga escala, a alumina é o catalisador no processo de Claus, para a conversão de resíduos de  gases de sulfeto de hidrogênio em enxofre elementar, em refinarias. Também é útil para a desidratação de álcoois em alquenos.

A Alumina serve como um suporte de catalisador para muitos catalisadores industriais, tais como aqueles usados em hidrodessulfurização e algumas polimerizações “Ziegler-Natta”. As zeólitas são produzidas a partir da alumina.

Purificação de gás e aplicações relacionadas com a absorção

A alumina é amplamente usada para retirar a água em fluxos de gás. Outras aplicações  importantes vem a seguir.

Como um abrasivo

O óxido de alumínio é utilizado pela sua dureza e resistência. É amplamente utilizado como abrasivo, fino ou grosso, incluído como um substituto muito menos dispendioso para o diamante industrial. Muitos tipos de lixa usam cristais de óxido de alumínio. Além disso, sua baixa retenção de calor e calor específico baixo o torna amplamente utilizado em operações de retifica, em especial, nas ferramentas de corte.

O mineral de pó abrasivo aloxite, é um componente importante, juntamente com a sílica, do "giz" da ponta do taco, utilizada no bilhar. O pó de óxido de alumínio é utilizado no polimento de alguns kits de reparo de arranhões em CDs / DVDs. As suas qualidades de polimento também estão incluídas no seu uso em cremes dentais. A alumina pode ser cultivada como um revestimento em alumínio por anodização ou pela oxidação do plasma eletrolítico (veja a seção "Propriedades", acima). Tanto as suas características de força e abrasividade são devidas à grande dureza do óxido de alumínio (posição 9 na escala de Mohs). A maioria dos pisos de madeira pré-acabados agora utiliza óxido de alumínio como um revestimento rígido de proteção.

Na odontologia, é usado como um agente de polimento para remover manchas. É uma alternativa ao bicarbonato de sódio, para pacientes que têm pressão arterial elevada.

Aplicações de nicho e temas de pesquisa

Na iluminação, a alumina transparente é utilizada em algumas lâmpadas de vapor de sódio. O óxido de alumínio é também usado na preparação de suspensões de revestimento em lâmpadas compactas fluorescentes.

Em laboratórios de química, a alumina é um meio de cromatografia, disponível na base (pH 9,5), ácida (pH 4,5, quando na água) e formulações neutras.

Em aplicações médicas e de saúde, ela é incluída como um material de reconstituição dos quadris.

Também, ela é usada como um dosímetro para a proteção radiológica e terapias de aplicações por suas propriedades de luminescência oticamente estimuladas.

O óxido de alumínio é amplamente utilizado na fabricação de dispositivos supercondutores, os transistores de elétron único e particularmente, dispositivos supercondutores de interferência quântica (SQUID), onde é usado para formar barreiras de tunelamentos quânticos altamente resistentes.

O isolamento em fornos de alta temperatura geralmente é fabricado a partir de óxido de alumínio. Às vezes o isolamento tem porcentagens variáveis de sílica, dependendo do nível de temperatura do material. O isolamento pode ser feito no revestimento, na placa, nos tijolos e nas formas de fibras soltas para diversas necessidades de aplicações.
 
 

Fonte: Wikipedia






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