أكسيد الألومنيوم هو مركب كيميائي أساسي في إنتاج فلز الألمنيوم، والذي يستخدم في مجموعة متنوعة من الصناعات، بما في ذلك تصنيع الأقراص الصلبة للجلخ. فما هو بالضبط أكسيد الألومنيوم وما هي خصائصه؟ سنتناول في هذا المقال تفاصيل هذا المركب المهم واستخداماته.
ما هو أكسيد الألومنيوم؟
- يتكون أكسيد الألومنيوم من اتحاد الألومنيوم والأكسجين، وصيغته الكيميائية هي (Al2O3).
- عندما تتعرض مادة الألومنيوم للهواء، فإنها لا تصدأ كما تفعل بعض المواد الأخرى، ويرجع ذلك إلى أنها تتفاعل مع الأكسجين مكونة طبقة رقيقة من أكسيد الألومنيوم.
- يميل أكسيد الألومنيوم إلى إنتاج إلكترونات نظراً لكون الألومنيوم معدناً ووجوده في مستوى الطاقة الأخير، مما يجعله حساساً للكهرباء ويتحول إلى كاتيون.
- الأكسجين كعنصر غير معدني سريع بحيث يقبل الإلكترونات ويتحول إلى أنيون.
- يمكن تعديل خصائص أكسيد الألومنيوم وزيادة سمكه من خلال عملية الأنودة.
- تُعرف أكسيد الألومنيوم أيضاً بأسماء مثل الألومينا والزفير والألوكسيد، وتستخدم في مجالات المواد والتعدين والسيراميك.
- في الماضي، كان يتم إنتاجه من خلال عملية تسمى ديفيل، لكن الآن يُنتج من خام البوكسيت من خلال عملية تُعرف باسم باير.
- يوجد من أكسيد الألومنيوم ثلاثة أشكال: ألفا، وبيتا، وجاما، تختلف عن بعضها البعض من حيث الخصائص الفيزيائية والكيميائية واستخدامات كل منها، وذلك بناءً على التكوين البلوري.
- يستخدم هذا المركب الكيميائي بشكل رئيسي في إنتاج فلز الألمنيوم.
- بفضل صلابته، يُستخدم كمادة كاشطة، وكونه مقاوماً للحرارة، يُستخدم كمادة حرارية.
- سنستعرض في الفقرات التالية المزيد حول مادة أكسيد الألومنيوم واستخداماتها الصناعية.
من أين ينتج أكسيد الألومنيوم؟
- خام البوكسيت هو المصدر الرئيسي لأكسيد الألومنيوم.
- توجد عدة صيغ بلورية له، مثل الكورندم، الياقوت، والزفير، إلا أن الكورندم هو الأكثر شيوعاً.
- تعتبر أستراليا والصين من أكبر الدول المنتجة لأكسيد الألومنيوم وفقاً لمسح جيولوجي بريطاني عام 2010.
ما هي خصائص أكسيد الألومنيوم؟
- يتم إنتاج أكسيد الألومنيوم من خام البوكسيت بعملية باير وبشكل شديد النقاء.
- تبلغ كثافته 3.96 جم/سم³ ووزنه الجزيئي 101.96 جم/مول.
- لا يتفاعل مع الماء إلا في وجود قاعدة قوية.
- عند التفاعل مع الأحماض، يتصرف كقاعدة.
- تتكون الروابط بين أيونات أكسيد الألومنيوم من روابط قوية جداً، مما يمنحها خصائص تجعلها مناسبة لتكوين مواد أخرى.
- لا يوجد أكسيد الألومنيوم في شكله الأصلي مثل الفضة أو الذهب.
- الألومنيوم كفلز لا يمكن دمجه مع عناصر أخرى، ولكنه يمكن أن يُخلط مع العناصر المكونة للأكسجين.
- تنتج عملية معالجة خام البوكسيت نوعين مختلفين من الألومينا: نوع صفيحي ونوع مصهور، حيث يُنتج كل منهما بطرق مختلفة.
- الألومينا المصهورة تكون أكثر كثافة من الصفيحية، مع إزالة الحديد والسليكون منها.
- تستخدم الألومينا المتكلسة لتعزيز ترابط المواد الحرارية أثناء التصنيع.
- على الرغم من كونه أكسيداً متذبذباً، إلا أنه لا يذوب في الماء ويذوب بصعوبة في الأحماض عند درجات حرارة مرتفعة.
- يمكن إنتاج الياقوت والرمال الذهبية وأكسيد الألومنيوم من عملية التكرير الكهربائي للبوكسيت.
- Aكسيد الألومنيوم مقاوم لجميع الغازات ماعدا الفلور الرطب وبعض الأحماض.
- عند استبدال أيونات الألومنيوم بعناصر أخرى مثل الكروم، يمكن أن تتغير ألوانه.
أكسيد الألومنيوم واستخداماته
- يُستخدم كمادة حرارية لكفاءة نقطة انصهاره العالية، وكمادة متكلسة في إنتاج السيراميك.
- تدخل أكسيد الألومنيوم المستخرج من المعادن في العديد من الصناعات.
- تتحول الغالبية العظمى من هذه المادة إلى ألومينا معدنية، بينما تُستخدم الكمية المتبقية في منتجات أخرى.
- بفضل قدرتها الكبيرة على الامتصاص، تستخدم أكسيد الألومنيوم في امتصاص المياه من النفط والغاز.
- يُستخدم كمحفز في عمليات تحويل المواد مثل عملية كلوز.
- تدخل أكسيد الألومنيوم أيضاً في تصنيع مصابيح الصوديوم العالية الضغط.
- تُعالج الألومينا الشديدة النقاء لتغيير خصائصها ولونها بإضافة مواد مثل أكسيد الكروم.
- تستخدم كمجفف بسبب قدرتها على امتصاص الماء.
- تعمل كمثبط للأكسدة في الخلايا الكهربائية.
- تدخل في صناعة أطقم الأسنان في عيادات الأسنان بفضل صلابتها.
- تُستخدم كعازل كهربائي في شمعات الإشعال للسيارات التي تعمل بالبنزين.
- تُستخدم كمحفز في التفاعلات الكيميائية، خاصة عند درجات حرارة عالية.
- تُستخدم لإضافة احتكاك على السكك الحديدية لتحسين السلامة أثناء القيادة.
- حبيبات أكسيد الألومنيوم تُستخدم كركائز في عملية epitaxy.
أكسيد الألومنيوم ألفا
- يمكن الحصول على أكسيد الألومنيوم ألفا بتسخين هيدروكسيد الألومنيوم عند درجات حرارة تفوق 1100 درجة مئوية طبقاً للمعادلة 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O.
- يظهر أكسيد الألومنيوم ألفا كبلورات صلبة بيضاء لا تذوب في الأحماض أو القواعد، ولا تتأثر بالرطوبة.
- تصل درجة انصهاره إلى 2054 درجة مئوية ونقطة غليانه إلى 2974 درجة مئوية.
- عند تسخين نوع جاما إلى 1000 درجة مئوية، يتشكل النوع ألفا.
- يلعب البوكسيت والكورندم دورًا مهمًا في احتوائه على أكسيد الألومنيوم ألفا.
- يتميز أكسيد الألومنيوم ألفا بقدرته على تحمل درجات حرارة مرتفعة، لذا يُستخدم في صناعة أجهزة المعامل.
- مقياس موهس يعكس صلابة بمعدل 9، مما يجعله قادراً على خدش المواد الأقل صلابة.
- يدخل أيضاً في تصنيع المعدات اللازمة لعمليات صقل وتلميع المعادن.
- يُستخدم كعازل كهربائي في تبطين الأجهزة الكهربائية.
- عند إضافة الماء والسليكا، نحصل على طين أبيض يسمى الكاولين، الذي يُستخدم في صناعة الخزف والدهانات.
أكسيد الألومنيوم جاما
- يتم الحصول على أكسيد الألومنيوم جاما من خلال تسخين هيدروكسيد الألومنيوم عند درجة حرارة تصل إلى 400 درجة مئوية.
- يتميز هذا الشكل بقدرته على الذوبان في المواد الحمضية والقاعدية، بالإضافة إلى تأثره بالرطوبة.
- يتوفر في شكل مسحوق أبيض ناعم، عديم الرائحة، وغير سام.
- يُستخدم بشكل شائع في عمليات التجفيف وفي الكروماتوغرافيا للتخلص من ألوان المحاليل.
