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.L. Keith Hudson, Chanakya Misra, Anthony J. Perrotta, Karl Wefers & F. S. Williams : Aluminium oxide, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2002 Teoksen verkkoversio Viitattu 27.10.2010

 Valmistus 
pienoiskuva|left|Alumiinioksidin tuotanto vuonna 2005 verrattuna prosentteina suurimpaan tuottajamaahan Australiaan
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

Alumiinioksidia voidaan valmistaa kalvoksi useilla ohutkalvojen kasvatusmenetelmillä kuten mm. anodisoimalla, kaasufaasikasvatuksella ja atomikerroskasvatuksella erityisesti sovelluksissa, joissa tarvitaan ohuita jopa vain muutamien atomikerroks(i)en paksuisia kalvoja kuten mikropiireissä.

 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,Totten, George E.; MacKenzie, D. Scott (2003). Handbook of Aluminum: Volume 2: Alloy production and materials manufacturing. vol. 2. New York, NY: Marcel Dekker, Inc.  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, pinnoitteina mms. korroosion estäjänä rakennus- ja lentokoneteollisuudessa ja elektroniikka- ja puolijohdeteollisuudessa.

 Lähteet 

 Aiheesta muualla 

Tampereen teknillinen yliopisto Materiaaliopin laitos, Alumiinioksidit Al2O3 

Luokka:54 Kemia
Luokka:Alumiiniyhdisteet
Luokka:Oksidit
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit