يعتبر أكسيد الألومنيوم مركبًا كيميائيًا حيويًا يتم استخدامه في إنتاج فلز الألمنيوم، الذي يستخدم في مجموعة واسعة من الصناعات، بما في ذلك تصنيع الأقراص الصلبة للجلخ. فما هو أكسيد الألومنيوم، وما هي الخصائص التي يتمتع بها؟ سوف نستعرض في هذا المقال معلومات وافية حول هذا المركب الكيميائي الهام.
تعريف أكسيد الألومنيوم
- يتكون أكسيد الألومنيوم من اتحاد عنصري الألومنيوم والأكسجين، وتكون صيغته الكيميائية (Al2O3).
- عند تعرض الألومنيوم للهواء، فإنه لا يتعرض للصدأ كما هو الحال مع بعض المواد، ويرجع ذلك إلى تفاعله مع الأكسجين الموجود في الجو، مما يتمخض عنه طبقة رقيقة من أكسيد الألومنيوم.
- يميل أكسيد الألومنيوم إلى فقد الإلكترونات، نظرًا لأن الألومنيوم مادة معدنية تمتلك مستوى طاقة أخير منخفض، مما يجعله حساسًا للكهرباء ويتحول إلى كاتيون.
- الأكسجين، كعنصر غير معدني، يحتوي على سرعة كهربائية عالية تسمح له بقبول الإلكترونات، مما يجعله يتحول إلى أنيون.
- يمكن تغيير خصائص أكسيد الألومنيوم وزيادة سمكه من خلال عملية الأنودة.
- تحمل المادة أسماء أخرى مثل الألومينا، والزفير، والألوكسيت، وتستخدم في مجالات علم المواد والتعدين والسيراميك.
- كان يتم إنتاج أكسيد الألومنيوم سابقًا عبر طريقة صناعية معروفة باسم ديفيل، أما اليوم يتم إنتاجه من البوكسيت باستخدام عملية تدعى باير.
- ينقسم أكسيد الألومنيوم إلى ثلاثة أنواع: ألفا، وبيتا، وجاما، وتختلف هذه الأنواع في الخصائص الفيزيائية والكيميائية واستخداماتها المتنوعة، وذلك بسبب اختلاف بنيتها البلورية.
- يعد أكسيد الألومنيوم أحد المكونات الأساسية في إنتاج فلز الألومنيوم.
- نظراً لصلابته، يتم استخدامه كمادة كاشطة، وبسبب ارتفاع نقطة انصهاره، يعد مادة حرارية فعالة.
- سنتناول في الفقرات التالية المزيد من التفاصيل حول أكسيد الألومنيوم واستخداماته الصناعية.
مصادر إنتاج أكسيد الألومنيوم
- يعد خام البوكسيت المورد الرئيسي لإنتاج أكسيد الألومنيوم.
- تتواجد أشكال بلورية متنوعة لهذا الأكسيد مثل الكورندم، والياقوت، والزفير، وأشهرها هو الكورندم.
- تعتبر أستراليا والصين من أبرز الدول المصدّرة لأكسيد الألومنيوم، وفقًا للمسح الجيولوجي البريطاني في أبريل 2010.
خصائص أكسيد الألومنيوم
- ينتج أكسيد الألومنيوم من خام البوكسيت في صورة نقية للغاية عبر عملية باير.
- كثافة أكسيد الألومنيوم تعادل 3.96 جرام/سم³ والوزن الجزيئي له 101.96 جرام/مول.
- لا يتفاعل أكسيد الألومنيوم مع الماء إلا في وجود قاعدة قوية.
- عند التفاعل مع الأحماض، يتصرف كمادة قاعدية.
- تلعب الروابط القوية بين أيونات أكسيد الألومنيوم دورًا في توفير خصائصه المناسبة لتكوين مواد أخرى.
- لا يوجد أكسيد الألومنيوم في شكله الأصلي كما هو الحال مع الفضة أو الذهب أو النحاس.
- يسمح بدمج عنصر الألومنيوم مع عناصر أخرى، ولكن يمكن دمجه مع مكونات الأكسجين لإنتاج أكسيد الألومنيوم المقاوم للخدش.
- تنتج خامات البوكسيت نوعين من الألومينا: نوع صفيحي عبر التكلس وآخر مصهور يتم الحصول عليه من خلال عمليات متعددة.
- تتميز الألومينا المصهورة بكثافتها العالية وتنقية الحديد والسليكون منها.
- تستخدم الألومينا المتكلسة لتعزيز الربط بين المواد الحرارية خلال التصنيع والاستخدام.
- تعتبر الألومينا المصهورة والصفيحية مصادر قوية للاستقرار.
- يمكن إنتاج مادة السليكا وحبيبات الموليت من الألومينا المصهورة.
- وعلى الرغم من أنه أكسيد غير متجانس، إلا أنه لا يذوب في الماء، وعادة ما يتحلل في الأحماض عند درجات حرارة عالية.
- يتم استخلاص الياقوت والرمال الذهبية وأكسيد الألومنيوم من التكرير الكهربائي للبوكسيت.
- أكسيد الألومنيوم مقاوم لجميع الغازات ماعدا غاز الفلور الرطب، ويصمد أمام معظم المواد الكاشفة عدا حمض الهيدروكلوريك وحمض الفوسفوريك.
- يمكن تغيير لون الأكاسيد عند استبدال أيونات الألومنيوم بأيونات أخرى كالكروما، مما ينتج ياقوت بألوان مختلفة.
استخدامات أكسيد الألومنيوم
- يستخدم كمادة مقاومة للحرارة بفضل ارتفاع نقطة انصهاره، وأيضًا كمادة متكلسة في إنتاج السيراميك.
- تُستخدم الألومينا المستخرجة من المعادن في العديد من الصناعات.
- تتحول غالبية مادة الألومنيا إلى ألومينا معدنية، في حين يتم استخدام النسبة القليلة المتبقية في منتجات أخرى.
- نظرًا لخصائصه الممتازة في امتصاص الرطوبة، يُستخدم في انتزاع الماء من النفط والغاز.
- عمل أكسيد الألومنيوم كعامل حفاز في تحويل المواد الكيميائية، مثل تحويل كبريتيد الهيدروجين إلى كبريت في المصافي.
- يستخدم أيضًا في كمادة كاشطة في مصابيح الصوديوم عالية الضغط.
- تستخدم الألومينا عالية النقاء المتحصل عليها عبر العمليات الكيميائية، وذلك بتغيير خصائصها ولونها بإضافة مواد مثل أكسيد الكروم.
- يلعب أكسيد الألومنيوم دورًا كعامل مجفف بسبب قدرته على امتصاص الماء.
- يساهم في منع أكسدة الأقطاب الكاثودية ومحطات الأقطاب في الخلايا الكهربائية.
- يستخدم في صناعة أجزاء الأسنان نظرًا لصلابته ومقاومته.
- تنطبق أساليب عزل كهربائي باستخدام أكسيد الألومنيوم في شمعات الإشعال الخاصة بسيارات البنزين.
- يستعمل كعامل حفاز في التفاعلات الكيميائية.
- في العمليات التي تتطلب درجات حرارة مرتفعة، يعمل كعامل مؤكسد بسبب استقراره العالي.
- يعزز أكسيد الألومنيوم احتكاك السكك الحديدية في أنظمة الطوارئ بالقطارات السريعة.
- تستخدم بلورات الألومنيوم كركائز في عملية الإيبيتاكسي.
أكسيد الألومنيوم من النوع ألفا
- يمكننا الحصول على أكسيد الألومنيوم من النوع ألفا عن طريق تسخين هيدروكسيد الألومنيوم عند درجة حرارة تتجاوز 1100 درجة مئوية، وفق المعادلة الكيميائية التالية: 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O.
- يأتي في شكل بلورات صلبة بيضاء غير قابلة للذوبان في الأحماض أو القواعد، كما أنها مقاومة للرطوبة.
- تصل درجة انصهاره إلى 2054 درجة مئوية ونقطة غليانه 2974 درجة مئوية.
- عند تسخين أكسيد الألومنيوم من النوع جاما إلى 1000 درجة مئوية، نحصل على أكسيد الألومنيوم من النوع ألفا.
- يتميز الكورندم والبوكسيت باحتوائهما على أكسيد الألومنيوم من النوع ألفا.
- تساهم الخصائص الفريدة لأكسيد الألومنيوم في استخدامه في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك الأجهزة المخبرية.
- نظراً لصلابته (9 درجات على مقياس موس)، فإنه قادر على خدش المعادن الأقل صلابة باستثناء الماس (10 درجات).
- يستخدم كمادة كاشطة في صناعة الأقراص الصلبة المخصصة للجلخ وتلميع المعادن.
- يدخل أكسيد الألومنيوم في إنتاج المواد العازلة الكهربائية وتبطين الأجهزة الكهربائية مثل الأفران.
- عند إضافته للماء والسليكا، ينتج ما يسمى الكاولين، والذي يُستخدم في صناعة الخزف والدهانات والورق وغيرها.
أكسيد الألومنيوم من النوع جاما
- يمكن الحصول على أكسيد الألومنيوم من النوع جاما من خلال تسخين هيدروكسيد الألومنيوم عند درجة حرارة 400 درجة مئوية.
- يتميز هذا النوع بقدرته على الذوبان في الأحماض والقواعد، ويتأثر أيضًا بالرطوبة.
- يظهر في صورة مسحوق أبيض ناعم، شديد الامتصاص وعديم الرائحة وغير سام.
- له استخدامات في عمليات التجفيف وكروماتوغرافيا، ويساعد في إزالة ألوان المحاليل.