گريدهاي تجاري آلومينا
از لحاظ تجاري گريدهاي مختلفي از آلومينا وجود دار که هر توليد کننده ي شاغل در بخش سراميک با توجه به نيازهايي که از آلومينا دارد، يکي يا چند گريد آن را استفاد مي کند. در ادامه به معرفي کاملي از گريدهاي مختلف آلومينا مي پردازيم.
آلوميناي گريد اسملتر (Smelter grade alumina)
گريد اسملتر يا گريد متالورژيکي آلومينا نامي است که به آلوميناي مصرفي در توليد فلز آلومينيوم داده شده است. از لحاظ تاريخي اين نوع آلومينا از هيدروکسيد آلومينيوم و با استفاده از کوره هاي دوار توليد مي شده است. اما امروزه عموما بوسيله ي کلساينرهاي فلويد فلش (Fluid flash calciner) يا بستر مايع (Fluid bed) توليد مي شوند. در فرآيندهاي فلويد فلش آلومينيوم هيدروکسيد به داخل يک جريان متقابل از هواي داغ تغذيه مي شود. (اين هواي داغ از سوختن نفت يا گاز به دست مي آيد). اولين اثري که اتفاق مي افتد اين است که آب آزاد ماده خارج مي گردد و سپس آب ساختاري که به صورت شيميايي در ترکيب وجود دارد، از دست مي رود. اين فرآيندها در گستره ي دمايي بين 180 تا 600 درجه سانتيگراد رخ مي دهد. آلوميناي بدون آب (dehydrated alumina) اساسا به فرم آلوميناي اکتيو است و مساحت سطح آن بتدريج با افزايش دما به سمت 1000 درجه سانتيگراد کاهش مي يابد. کلسيناسيون اضافي در دماهاي بالاتر از 100 درجه باعث مي شود تا آلوميناي α تشکيل شود که از لحاظ پايداري، پايدارترين شکل آلوميناست.
به طور نمونه وار تبديل به فرم آلوميناي α مي تواند در حدود 25% باشد و مساحت سطح ويژه ي آن نسبتا بالا (بالاتر از 50 متر مربع بر گرم) است. که علت اين مسئله تغييرات فازي آلوميناست.
آلوميناي کلسينه شده (Calcined alumina)
اگر آلومينيوم هيدروکسيد در دماي بالاتر از 1100 درجه سانتيگراد حرارت داده شود و سپس تغييرات فازي آلومينا که در بالا اشاره شد، انجام شود، محصولي باقي مي ماند که از آلوميناي α تشکيل شده است. (البته اين در شرايطي اتفاق مي افتد که دما به حد کافي بالا باشد. به صورت تجاري فرآيند گفته شده در کوره هاي دوار اتفاق مي افتد. مينرالايزرها خيلي اوقات با افزودن کاتاليزور دماي واکنش را کاهش مي دهند. نمک هاي فلئور عمده ترين نمکي است که براي کاهش دماي تشکيل آلوميناي α استفاده مي شود.
آلوميناي کلسينه شده در گستره ي وسيعي از کاربردهاي ديرگداز و محصولات سراميکي استفاده مي شود. ناخالصي اصلي موجود در اين نوع آلومينا، اکسيد سديم است. گريدهاي متنوعي از اين نوع آلومينا توليد مي شود که از لحاظ اندازه ي کريستال ها، مورفولوژي و ناخالصي هاي شيميايي متفاوت اند.
گريدهاي آلوميناي کلسينه شده عمدتا براساس ميزان اکسيد سديم به سه گروه: داراي اکسيد سديم معمولي، داراي اکسيد سديم متوسط (ميزان اکسيد سديم 0.15-0.25 درصد وزني است) و داراي اکسيد سديم کم تقسيم بندي مي شوند.
آلوميناي با اکسيد سديم کم (low soda alumina)
در بسياري از کاربردها مخصوصا کاربردهاي الکتريکي و الکترونيکي نياز است تا ميزان اکسيد سديم موجود در آلومينا بسيار کم باشد. يک آلوميناي با اکسيد سديم کم عموما آلومينايي است که درصد اکسيد سديم آن زير 0.1% وزني باشد. اين نوع آلومينا را مي توان به روش هاي مختلفي مانند شستشو با اسيد، افزودن کلر (chlorine addition)، افزودن بور (boron addition) و استفاده از ترکيبات جاذب سديم، توليد کرد.
آلوميناي راکتيو (reactive alumina)
«آلوميناي راکتيو» واژه اي است که معمولا به آلوميناي با خلوص نسبتا بالا و اندازه ي کريستالي کوچک (1mm>) اتلاق مي شود. اين آلومينا پس از زنيتر شدن بدنه اي با دانسيته ي بالا و در دماي پايين تشکيل مي دهد.
بنابر يک تعريف ديگر آلوميناي راکتيو آلومينايي است که بتواند بدنه اي را تشکيل بدهد که دانسيته ي پس از پخت آن بالا و در دماي پخت نسبتا پايين (حدود 1550-1650 درجه سانتيگراد) داشته باشد.
اين بدنه ها معمولا 99.5% آلومينا دارند. اين نوع آلومينا معمولا پس از پروسه ي خردايش و آسياب کردن آلوميناي کلسينه شده بدست مي آيد. البته کلسيناسيون اين نوع آلومينا در دماهاي بالاتر (1600درجه سانتيگراد و يا بالاتر) اتفاق مي افتد. که در اين حالت دانه ها به طور کامل به فاز α تبديل مي شوند. ضمنا درصد اکسيدسديم موجود در اين نوع آلومينا به دقت کنترل مي شود و سعي مي شود تا حد ممکن کم باشد.
اين نوع آلومينا در جاهايي استفاده مي شود که ما نيازمند: استحکام استثنايي، مقاومت به سايش، مقاومت دمايي، سطح پاياني و پايداري شيميايي هستيم. در واقع در جاهايي که رفتار مکانيکي بدنه ي توليدي در دماي بالا براي ما اهميت دارد از اين نوع آلومينا استفاده مي کنيم. آلوميناي راکتيو به خاطر ناخالصي کمتر داراي رفتار زنيترينگ مشخصي است و به خاطر کم بودن فاز شيشه اي در بدنه هاي استفاده کننده از آلوميناي راکتيو، خزش و دفورمگي در دماهاي بالا کمتر اتفاق مي افتد.
علاوه بر اين از اين نوع آلومينا در کامپوزيت ها و ديرگدازها و... استفاده مي شود.
آلوميناي تابولار (Tabular alumina)
آلوميناي تابولار، آلوميناي α است که زنتير شده يا تبلور مجدد يافته است. و به خاطر اين تابولار ناميده مي شود که مرفولوژي آن شامل کريستال هاي بزرگ (50-500mm)، پهن و ورقه اي شکل از کوراندوم است. اين نوع آلومينا بوسيله ي رسوب دادن، اکسترود کردن و يا پرس کردن آلوميناي کلسينه شده و سپس حرارت دادن اشکال بدست آمده در دماي زير نقطه ي ذوب (1850-1700 درجه سانتيگراد) آلومينا در کوره اي محوري (Shaft kilns) توليد مي شود.
پس از کلسيناسيون، اشکال کروي از آلوميناي زنيتر شده را مي توان در برخي کاربردها مانند بستر کاتاليزوري استفاده نمود و يا اين اشکال کروي را خردايش و دانه بندي کرد. به خاطر اينکه اين مواد زنيتر مي شوند، در نتيجه تخلخل آنها پايين است. همچنين اين نوع آلومينا داري پايداري شيميايي خوب، ديرگدازي بالا است. با توجه به ويژگي هاي آن از آن در توليد انواع ديرگداز استفاده مي شود. در واقع مهمترين کاربرد اين نوع آلومينا در ساخت ديرگدازهاي ريختني و شکل دار است.
ذرات تابولار معمولا به صورت ذرات کشيده و داراي گوشه هاي تيز است. اين مسأله به خاطر رشد هگزاگونال آلوميناست که باعث مي شود ذرات تابولار به جاي کروي بودن، سوزني شکل بشوند.
تخلخل ذرات تابولار نزديک به صفر است. اين نوع آلومينا به افزايش استحکام بدنه کمک مي کند. دليل ديگر استفاده از اين نوع آلومينا اندازه هاي مختلف ذرات آن است. در واقع از آلوميناي تابولار مش بندي هاي متنوع وجود دارد. و اين مسأله يکي از ويژ گي هاي اين نوع آلومينا است.
علاوه بر کاربردهاي بيان شده از آلوميناي تابولار براي ساخت کامپوزيت هاي کربن –آلومينا استفاده مي شود. اين نوع کامپوزيت ها در ساخت دريچه هاي کشوئي تخليه ي تانديش کاربرد دارند.
آلوميناي فيوزد (Fused alumina)
فيوزد آلومينا در کوره ي قوص الکتريکي توليد مي شود. نحوه ي کار اين کوره بدين صورت است که جريان بزرگي از الکتريسيته از ميان الکترودهاي کربني آن عبور مي کند. گرماي توليدي در اين پروسه، سبب ذوب شدن آلومينا مي گردد. اين نوع کوره داراي پوسته ي فولادي آبگرد است و در هر دفعه مي تواند 20-3 تن ماده را در خود جاي دهد. آلوميناي فيوزد داراي دانسيته ي بالا، تخلخل پايين، نفوذپذيري پايين و ديرگدازي بالاست. به خاطر اين خواص از اين نوع آلومينا در توليد ساينده ها و ديرگدازها استفاده مي شود.
آلوميناي حباب دار (bubble alumina)
اين نوع آلومينا داراي تخلخل زيادي است. تخلخل هاي اين نوع آلومينا به سطح دانه ها راه ندارد. اين نوع آلومينا داراي دانسيته ي پاييني است و به خاطر خاصيت سبکي و عايق بودن در ساخت بدنه هاي عايق مانند جرم هاي ريختني عايق استفاده مي شوند.
اين نوع آلومينا بوسيله ي دمش هوا به داخل کوره ي قوس الکتريکي توليد مي شود.
آلوميناي اکتيو (active alumina)
آلوميناي کلسينه شده در دماي پايين را آلوميناي اکتيو مي گويند. به خاطر دماي پايين کلسيناسيون درصد فازهاي غير α در آن زياد است. به خاطر بالا بودن فعاليت شيميايي فازهاي غير α در آلومينا، اين نوع آلومينا فعاليت شيميايي بالايي دارد و از اين رو از آن در ساخت کاتاليزورها و پايه کاتاليزور استفاده مي شود.
آلوميناي با خلوص بالا (high purity alumina)
آلوميناي با خلوص بالا عموما آن نوع آلومينايي است که خلوص آن بيش از 99.99% وزني باشد. اين نوع آلومينا را مي توان بدين صورت توليد کرد که آلومينيوم هيدراته ي توليدي در فرآيند باير به صورت پي در پي خالص سازي و شستشو مي کنيم و يا آن را در يک محيط کلردار قرار مي دهيم تا به درجه ي خلوص مورد نياز برسيم.
آلوميناي با خلوص بيشتر نيز بوسيله ي کلسيناسيون آمونيوم آلومينيوم سولفات يا از آلومينيوم فلزي توليد مي شود. در مورد روش کلسيناسيون آمونيوم آلومينيوم سولفات، درجه ي خلوص مورد نياز بوسيله ي تبلور مجدد (پي در پي) به دست مي آيد.
آلوميناي با خلوص ويژه را مي توان از آلومينيوم فلزي توليد کرد. در اين روش آلومينيوم با الکل واکنش مي دهد سپس آلومينيوم آلکوکسيد توليدي بوسيله ي تقطير، هيدروليز و کلسيناسيون خالص سازي مي شود. يک راه ساده تر براي توليد اين است که گلوله هاي آلومينيومي با خلوص بالا را در زير آب مقطر در معرض تخليه ي الکتريکي قرار داده تا آلوميناي با خلوص بالا توليد شود.
کاربرد اين نوع آلومينا در توليد سنگ هاي زينتي مانند ياقوت سرخ و گارنت آلومينيوم – ايتريا براي ليزرها و ياقوت کبود براي کاربردهاي ليزري و پنجره هاي ويژه است.
منبع انگليسي مقاله : Bauxites /IDA VALETON /ن