Alumiinioksidi

Alumiinioksidi
Tunnisteet
CAS-numero 1344-28-1
PubChem CID 9989226
Ominaisuudet
Molekyylikaava Al2O3
Moolimassa 101,96 g/mol
Ulkomuoto Valkoista kiinteää ainetta
Sulamispiste 2 072 °C
Kiehumispiste 2 977 °C
Tiheys 3,5 g/cm3
Liukoisuus veteen Ei liukene

Alumiinioksidi eli alumina (Al2O3) on alumiinin oksidi. Yhdistettä käytetään suuria määriä valmistettaessa alumiinimetallia Hall–Héroult-menetelmällä, lisä- ja täyteaineina eri tuotteissa ja katalyyttinä. Alumiinioksidia esiintyy luonnossa puhtaana α-alumiinioksidina korundissa. Alumiinioksidia tuotetaan teollisesti Bayer-prosessilla. Vuonna 2015 maailmassa tuotettiin noin 115 miljoonaa tonnia alumiinioksidia.

Ominaisuudet

Huoneenlämpötilassa puhdas alumiinioksidi on valkoista kiinteää ainetta. Sen sulamislämpötila on korkea (2 072 °C), eikä se liukene veteen eikä happoihin. Emäksisiin liuoksiin se sen sijaan liukenee aluminaatti-ioneina. Alumiinioksidista tunnetaan kiderakenteeltaan eroavat α-, χ-, η-, δ-, κ-, θ-, γ-, ja ς-muodot. Näistä stabiileja ovat rombinen α-muoto ja alkeiskopiltaan kuutiollinen γ-muoto. Aikaisemmin alumiinioksidilla katsottiin olevan vielä yksi muoto β-Al2O3, joka on kuitenkin osoittautunut natriumoksidin ja alumiinioksidin seokseksi Na2O·11Al2O3.

Esiintyminen luonnossa

Alumiinioksidia esiintyy luonnossa puhtaana α-alumiinioksidina korundissa. Epäpuhtauksina olevat muut metalli-ionit värjäävät korundin, ja tällaisia muotoja ovat esimerkiksi rubiini ja safiiri. Monet muut alumiinimalmit ovat alumiinioksidin ja -hydroksidin seoksia.

Valmistus

Alumiinioksidin tuotanto vuonna 2005 verrattuna prosentteina suurimpaan tuottajamaahan Australiaan

Alumiinioksidia tuotetaan Bayer-prosessilla bauksiitista, joka koostuu alumiinihydroksidimineraaleista, kuten gibbsiitista ja böhmiitistä. Mukana on usein myös rautaa ja silikaatteja sisältäviä mineraaleja. Bauksiittimineraali jauhetaan ja liuotetaan natriumhydroksidiin, jolloin alumiinioksidi liukenee natriumaluminaattina.

Al2O3 + 2 NaOH → Na2AlO2 + H2

Seuraavassa vaiheessa natriumaluminaattiliuos jäähdytetään, laimennetaan vedellä ja siihen lisätään siemenkiteeksi alumiinihydroksidia, jotta saataisiin kiinteää alumiinihydroksidia. Viimeisessä vaiheessa alumiinihydroksidia kuumennetaan yli 1 100 °C:n (1 200–1 300 °C) lämpötilaan, jolloin se muuntuu alumiinioksidiksi.

2 Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2O

Alumiinioksidia voidaan valmistaa kalvoksi useilla ohutkalvojen kasvatusmenetelmillä kuten mm. anodisoimalla, kaasufaasikasvatuksella ja atomikerroskasvatuksella erityisesti sovelluksissa, joissa tarvitaan ohuita jopa vain muutamien atomikerroks(i)en paksuisia kalvoja kuten mikropiireissä.

Käyttö

Suurin osa valmistetusta alumiinioksidista käytetään metallisen alumiinin tuotantoon Hall–Héroult-menetelmällä. Menetelmässä alumiinioksidin joukkoon lisätään kryoliittia. Alumiinioksidin ja kryoliitin seos sulatetaan teollisessa mittakaavassa 940–980 °C:n lämpötilassa, ja alumiinia tuotetaan elektrolysoimalla sulatetta, jolloin alumiini pelkistyy katodilla.

Alumiinioksidia käytetään maalien täyteaineena, paperiteollisuudessa, lasinvalmistuksessa, kovuutensa vuoksi hionta-aineena, katalyyttinä esimerkiksi rikinpoisto-operaatioissa ja katalyyttien kantajana, keinotekoisten korundin, rubiinin ja safiirin valmistuksessa, keraamisten materiaalien valmistuksessa, TLC-levyissä, hiilivetyjen kuivausaineena ja kemikaalien puhdistuksessa, pinnoitteina mms. korroosion estäjänä rakennus- ja lentokoneteollisuudessa ja elektroniikka- ja puolijohdeteollisuudessa.

Lähteet

  1. 1 2 S. Gangolli: The Dictionary of Substances and Their Effects, s. 165. RSC Publishing, 1999. ISBN 978-0-85404-813-7 Kirja Googlen teoshaussa Viitattu 27.10.2010. (englanniksi)
  2. 1 2 3 4 5 E. M. Karamäki: Epäorgaaniset kemikaalit, s. 118. Kustannusliike Tietoteos, 1983. ISBN 951-9035-61-3
  3. ↑ World Aluminium — Alumina Production world-aluminium.org. Arkistoitu 21.10.2019. Viitattu 1.4.2019.
  4. 1 2 3 Anthony John Downs: Chemistry of aluminium, gallium, indium, and thallium, s. 248. Springer, 1993. ISBN 978-0-7514-0103-5 Kirja Googlen teoshaussa Viitattu 27.10.2010. (englanniksi)
  5. 1 2 3 4 5 L. Keith Hudson, Chanakya Misra, Anthony J. Perrotta, Karl Wefers & F. S. Williams : Aluminium oxide, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2002 Teoksen verkkoversio Viitattu 27.10.2010
  6. 1 2 Egon Wiberg, Nils Wiberg, Arnold Frederick Holleman: Inorganic chemistry, s. 1000. Academic Press, 2001. ISBN 978-0-12-352651-9 Kirja Googlen teoshaussa Viitattu 27.10.2010. (englanniksi)
  7. 1 2 Amit Arora: Text Book Of Inorganic Chemistry, s. 380. Discovery Publishing House, 2005. ISBN 978-8183560139 Kirja Googlen teoshaussa Viitattu 27.10.2010. (englanniksi)
  8. ↑ Totten, George E.; MacKenzie, D. Scott (2003). Handbook of Aluminum: Volume 2: Alloy production and materials manufacturing. vol. 2. New York, NY: Marcel Dekker, Inc. ISBN 0-8247-0896-2
  9. ↑ George W. A. Milne: Gardner's commercially important chemicals, s. 20. John Wiley and Sons, 2005. ISBN 978-0-471-73518-2 Kirja Googlen teoshaussa Viitattu 27.10.2010. (englanniksi)
  10. ↑ J. Leonard, B. Lygo & G. Procter: Advanced Practical Organic Chemistry, s. 56. Taylor & Francis, 1998. ISBN 0-7487-4071-6 Teoksen verkkoversio. (englanniksi)

Aiheesta muualla