Alumiinioksidi

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 

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

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, laboratoriouunien pinnoitteena ja elektroniikkateollisuudessa.

Lähteet

Aiheesta muualla 

Tampereen teknillinen yliopisto Materiaaliopin laitos, Alumiinioksidit Al2O3 

54 Kemia
Alumiiniyhdisteet
Oksidit
Seulonnan keskeiset artikkelit