Introdução
Acreditamos que não é mais segredo que o óxido de alumínio conquistou tanta popularidade na indústria cerâmica avançada. É amplamente conhecido por sua dureza e abrasividade excepcionais, o que frequentemente o torna uma alternativa mais barata ao diamante industrial. Interessante, não é?
O artigo de hoje fornece uma análise completa do Óxido de Alumínio, as qualidades que o tornam excepcional e suas inúmeras aplicações.
Características do Óxido de Alumínio
O Óxido de Alumínio é um composto cristalino inodoro formado pela combinação química de Alumínio e Oxigênio. É um composto sólido branco com fórmula química Al2O3, comumente chamado de Alumina, Coríndon ou Alóxido. É encontrado principalmente na forma de pó e em uma forma natural: Óxido de Alumínio (III) (Al2O3). Possui uma gama de aplicações nas indústrias de manufatura, comercial e química devido às suas qualidades excepcionais.
O Óxido de Alumínio é conhecido por sua excelente abrasividade e dureza excepcional, e somente o Carboneto de Silício e o Diamante de reforço são de melhor qualidade do que ele. De fato, a escala de Mohs para a dureza do aço elevou a dureza do Óxido de Alumínio a um impressionante 9. Além disso, devido à presença de cristais de Óxido de Alumínio, é um material muito adequado para a produção de metais de alumínio de alta resistência, óxidos. materiais cerâmicos, abrasivos fortes, como lixa, e até mesmo como substituto de pedras preciosas valiosas como rubi, safira, etc. Essa dureza também os torna úteis em operações de lapidação grosseira.
O óxido de alumínio é predominantemente anfotérico por natureza e possui um alto ponto de fusão de 2.072 °C, o que o torna um bom material refratário. Possui um ponto de ebulição de 2.977 °C e uma densidade de 3,99 g/cm³. É insolúvel em qualquer solvente, incluindo água, possui um alto índice de refração e uma condutividade térmica de cerca de 30 Wm−1K−1. Também possui uma suscetibilidade magnética de -37,0 × 10−6 cm³/mol.
O óxido de alumínio possui uma estrutura trigonal octaédrica e um peso molecular de 101,960 g·mol−1. Formas naturais de Al2O3, como coríndon e bauxita, podem ser usadas em uma ampla variedade de empresas de engenharia como materiais adsorventes ou até mesmo agentes dessecantes.
Apesar da dureza do Óxido de Alumínio e do nome "óxido metálico" que lhe é dado, ele ainda é um material cerâmico, o que o torna útil na indústria cerâmica avançada. Isso ocorre porque esse composto cristalino sólido, formado com a ajuda de oxigênio, é conhecido por sua alta resistência à corrosão ou ferrugem. Mais importante ainda, ele produz uma camada fina que se fixa firmemente, tornando-o insolúvel em qualquer solvente em que seja aplicado.
Usos do Óxido de Alumínio (Al2O3)
Os usos do Óxido de Alumínio são muito numerosos, como mencionamos anteriormente, alguns deles são:
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É usado como catalisador em reações químicas
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É usado para eliminar fluxos de gás da água enquanto a purifica.
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É usado na produção de vidro.
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É usado como um excelente abrasivo em lixas.
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Lâmpadas de vapor de sódio utilizam alumina.
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Substratos para circuitos integrados utilizam óxido de alumínio na forma de um isolante elétrico.
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É usado como um dos ingredientes na fabricação de produtos cosméticos, como protetores solares, esmaltes, batons, etc.
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É usado para revestir utensílios de cozinha devido à sua resistência a riscos e abrasividade.
Produção de Óxido de Alumínio
O alumínio, seu principal constituinte, existe como abundantes lateritas no solo, especialmente no solo vermelho, sendo o segundo mais rico em metal abundante. Um bom exemplo dessa forma de laterita usada na produção de óxido de alumínio é a bauxita, que consiste em impurezas de óxido de ferro, quartzo, silicatos, alumina 55%, boemita (γ−AlO(OH), diásporo (α−AlO(OH) e gibbsita (Al(OH)3).
É produzido principalmente a partir de um procedimento químico simples conhecido como Processo Bayer. Esse procedimento culmina na calcinação para, finalmente, produzir o pó de Óxido de Alumínio. Agora, vamos explicar como esse Processo Bayer se desenvolve.
Primeiramente, o minério contendo bauxita, sob temperaturas que chegam a 175 °C, é decomposto em uma solução quente de hidróxido de sódio. Isso leva à formação de aluminato de sódio. Em seguida, segue-se uma fase de filtração de alumina. A alumina filtrada é geralmente de alta qualidade.
Um tanque precipitador é então utilizado para resfriar essa solução quente. Cristais de hidróxido de alumínio são formados gradualmente à medida que a solução esfria. Em seguida, os cristais recém-formados, sob altas temperaturas de cerca de 1.260 °C, são levados para calcinação em um forno. O produto final é o pó de óxido de alumínio.
Propriedades do Óxido de Alumínio
Existem várias qualidades que tornam o óxido de alumínio um material essencial para muitos setores da economia mundial hoje, incluindo:
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Tem um ponto de fusão alto de 2.072°C.
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Possui alta condutividade térmica de 30 Wm−1K−1.
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Tem um peso molecular de 101,960 g·mol−1.
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Ele sofre uma forte reação de neutralização com ácido sulfúrico - Devido à sua natureza anfotérica como óxido metálico, ele age efetivamente como uma base e um ácido.
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Reação com ácido clorídrico - Al2O3 reage com ácidos como o ácido clorídrico diluído da mesma forma que um óxido de sódio e magnésio faria. Isso se deve aos íons óxido presentes neles. Por exemplo, no caso do ácido clorídrico diluído (6HCl), o óxido de alumínio (Al2O3) reagiria com seis mols deste composto para formar uma solução de cloreto de alumínio (2AlCl3).
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Possui densidade de 3,99g/cm³.
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Tem um ponto de ebulição alto de 2.977°C.
Escala de dureza de Mohs
A escala de dureza de Mohs é uma escala não linear arbitrária que pode ser usada para medir dez minerais prontamente disponíveis, como alumina, diamante, carboneto de silício, etc., com base em sua respectiva dureza, resistência a arranhões de materiais mais duros e abrasividade em uma escala que varia de 1 a 10. Diz-se que é uma escala não linear, pois não há igualdade entre os valores relativos de dureza.
A dureza Mohs da alumina pode ser determinada observando-se se ela é riscada por outro mineral de dureza conhecida. A dureza do óxido de alumínio lhe confere uma impressionante classificação de 9 na escala de Mohs de dureza mineral. Somente gemas como diamante e materiais cerâmicos avançados como carboneto de silício e carboneto de boro são classificados acima do óxido de alumínio.
O diamante está no topo, com uma classificação de 10, pois é capaz de resistir confortavelmente a arranhões de outros minerais. A escala de Mohs do aço está em torno de 7,5 a 8, o que significa que pode arranhar minerais mais macios, como topázio e escória de cobre. Isso também significa que pode ser arranhado por minerais mais duros, como alumina e diamante.
Módulo de Elasticidade da Alumina
Esta é a medida da elasticidade da alumina. É a razão entre sua elasticidade em várias quantidades e graus. Ela fornece mais detalhes sobre a resistência mecânica e a resistência do Al2O3 à deformação. Os métodos de peletização e de fundição em fita são geralmente os métodos mais comuns para determinar o módulo de elasticidade da alumina. A diferença entre esses dois métodos se dá principalmente pela uniformidade da espessura das lâminas utilizadas. Os dois métodos envolvem a prensagem de pó, calcinação, sinterização, fabricação de pastilhas e corte das lâminas em lâminas. Atualmente, 249 GPa é o valor médio conhecido do módulo de elasticidade do Al2O3, em relação à sua densidade de 3,99 g/cm³.
Dureza da Cerâmica de Alumina
Os materiais cerâmicos modernos se beneficiam imensamente da dureza Mohs do alumínio, pois possuem superfícies impressionantemente duras e resistentes a riscos. Essas cerâmicas de alumina possuem uma estrutura de rede cristalina rígida e bem organizada, firmemente encaixada.
Alta resistência à compressão, forte abrasividade, resistência à corrosão e ao desgaste são algumas das excelentes propriedades mecânicas que você encontra na cerâmica de alumina. Isso significa que essas cerâmicas avançadas podem suportar cargas pesadas sem alterar sua estrutura original. Elas podem ser usadas industrialmente sob calor intenso para fabricar sistemas transportadores e tubulações que exigem altos níveis de atrito. Elas também possuem uma natureza quimicamente inerte, o que as torna um material ideal para a produção de equipamentos de laboratório.
Os testes de dureza Rockwell do alumínio e Vickers são dois dos procedimentos mais comuns para medir a dureza de cerâmicas de alumina. Você pode realizar esse teste usando um indentador na superfície do material e medindo a deformação observada. Você também pode derivar as propriedades mecânicas da cerâmica de alumina a partir dos resultados obtidos nesses testes.
Entretanto, devido à natureza quebradiça da cerâmica de alumina, especialmente quando submetida a forças de flexão ou tensão, sua tenacidade e durabilidade podem ser aumentadas por certos polímeros e metais em um processo eletroquímico conhecido como anodização; aumentando assim sua eficiência.
Graus de Alumina
O Óxido de Alumínio existe em diversas formas e graus devido aos diversos processos industriais disponíveis. Alguns desses graus são:
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Alumina branca fundida
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Alumina marrom fundida
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Alumina calcinada
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Alumina de grau reativo
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Alumina bolha
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Alumina ativada
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Alumina submicrônica.
Propriedades e aplicações específicas estão associadas a esses vários tipos de alumina.
Aplicações do Óxido de Alumínio
O Óxido de Alumínio pode ser utilizado em diversos setores globalmente. Analisaremos detalhadamente as principais aplicações, que incluem:
Indústria Cerâmica Avançada
A dureza e a resistência do óxido de alumínio são muito úteis na indústria cerâmica avançada. É utilizado na fabricação de isolamento e revestimentos para fornos. Além de ser uma alternativa barata ao diamante industrial, é amplamente utilizado como um bom abrasivo. Cristais de óxido de alumínio compõem a maior parte de muitas lixas. As operações de retificação também se beneficiam bastante do Al2O3 devido à sua baixa retenção de calor e baixo calor específico.
Metalurgia
O alumínio metálico obtém sua abrasividade e dureza do óxido de alumínio. O alto ponto de fusão e o alto índice de refração o tornam um bom material refratário para a produção de alumínio metálico. Estudos recentes indicam que, em 2015, 80-90% de óxido de alumínio produzido globalmente foram utilizados na produção de alumínio metálico anualmente.
Plásticos e Cosméticos
A indústria de plásticos e cosméticos não fica de fora, pois costuma usar óxido de alumínio como agente de preenchimento. Isso é possível devido à natureza inerte e à brancura do composto.
Vidro
Os óxidos de alumínio são um componente importante do vidro. Sua resistência a riscos garante a proteção adequada de revestimentos metálicos, vidros e equipamentos ópticos.
Pintar
Indústrias que atuam na fabricação de tintas utilizam flocos de óxido de alumínio para obter efeitos decorativos refletivos.
Fibra composta
Os materiais fibrosos comerciais devem seu alto desempenho à dureza do Óxido de Alumínio. O Al2O3 tornou a produção de Nanofibras de Alumina uma tendência crescente recentemente.
Militares
Placas de cerâmica de alumina são componentes que tornam os coletes à prova de balas e resistentes. As placas de cerâmica de alumina, um produto com dureza de óxido de alumínio, são usadas principalmente pelos militares e, com o tempo, têm melhorado significativamente a qualidade e a eficiência do exército.
Semicondutores e Eletrônica
Placas de circuito, semicondutores, dielétricos de capacidade e eletrônica de potência geralmente utilizam as propriedades isolantes do óxido de alumínio. Suas propriedades isolantes elétricas o tornam essencial para essas placas de circuito, semicondutores e dielétricos de capacitores.
Medicamento
A medicina moderna deve alguns de seus avanços tecnológicos ao óxido de alumínio. A dureza do óxido de alumínio demonstrou ser biocompatível com dispositivos médicos, articulações e ossos artificiais, bem como implantes dentários.
Tamanho do mercado global de óxido de alumínio
O mercado de Óxido de Alumínio está crescendo a um ritmo fenomenal. Em 2022, o tamanho do mercado foi estimado em $20 bilhões. Atualmente, a Taxa de Crescimento Anual Composta (CAGR) é de 7% e, como resultado, a previsão é de que atinja $70 bilhões de dólares até 2030. Aqui na GGSCeramics, fornecemos produtos de Óxido de Alumínio de alto desempenho com altíssima pureza e densidade impressionante para qualquer uma das suas aplicações.
Perguntas frequentes
O óxido de alumínio é básico ou ácido?
O óxido de alumínio é um óxido metálico anfotérico. Isso significa que pode atuar como base e também como ácido. A natureza da substância com a qual reage determina se ele atuará como base ou ácido.
Quais são os métodos usados para determinar o Módulo de Elasticidade da Alumina?
Existem dois métodos utilizados, que são o método de peletização e o método de fundição em fita.
Quais líquidos normalmente reagem ao alumínio?
Líquidos como ácido clorídrico diluído, bromo líquido e cloreto de alumínio são alguns dos líquidos que, em temperatura ambiente, podem reagir com óxido de alumínio.
Conclusão
Com os rápidos avanços da tecnologia moderna e da industrialização, o Óxido de Alumínio está se tornando um divisor de águas e um ator fundamental em diversos setores de materiais. Sua utilidade em diversos setores, desde a produção de uma ampla variedade de materiais cerâmicos avançados até aplicações em eletrônica de potência, medicina e muitos outros, o torna um setor seguro e interessante para se investir.