Alumina

2

Aluminiul = metal culoare alb-argintiu luciu metalic pe suprafee recent achiate, care se oxideaz la temperatura ambiant i devine oxid mat (Al2O3)

densitate (la 293 K) = 2,7 103 Kg/m3 temperatura de topire = 933 K temperatura de fierbere = 2329 K conductivitate electric (la 293 K) = 4,18 10-5 m-1 plasticiate foarte bun, dar se achiaz foarte greu (apar depuneri pe tiul dispozitivului)Proprietile mecanice ale aluminei

StareRm (MPa) Alungire la rupere(%)Duritate(HB)Turnat60 904015 20Laminat i recopt110 12030 3530 35Ecruisat150 - 2802 - 835 - 40

Aluminiul se gsete n natur sub form de:oxid (corindon, Al2O3),oxizi hidratai (bauxit, Al2O3H2O),form de fluorur (criolit, Na3AlF6).Corindonul natural, avnd duritate foarte mare (9 pe scara Mohr) se utilizeazn industria abrazivilor.

Formele cristalizate de oxid de aluminiu transparent sunt pietrele preioase:rubinul dac conine impuriti de oxizi de fier i titan;safirul dac conine impuriti de oxizi de crom.

Structura corindonului

Bauxita = minereul din care se extrage aluminiul.

Procedee de extragere a aluminiului din bauxit procedee acide - electrochimice precedee alcaline: alcalin umed (procedeul Bayer), alcalin uscat (sinterizare).

Procedeul Bayer 90% din producia mondialBauxit (Al2O3H2O)Soluia de aluminat de sodiu (NaAlO2)Hidroxid de aluminiu Al(OH)3Alumina (Al2O3)Aluminiu brutAlumniniu rafinatSolubilizareHidrolizCalcinareElectrolizRafinare

Etape:1.Prepararea bauxitei n vederea solubilizriiSfrmare i mcinare, amestecare cu var mcinat i sod caustic n vederea obinerii pulpei crude.

Leierea minereului solubilizarea pulpei crude - autoclave :T = 423 523 Kp = 0,5 3 MPa

Al2O3 . H2O + 2 NaOH 2 NaAlO2 + 2 H2O Al2O3 . 3 H2O + 2 NaOH 2 NaAlO2 + 4 H2O Al2O3 + 2 NaOH 2 NaAlO2 + H2O

Impuriti n bauxit: silice (SiO2),SiO2 + NaOH Na2SiO3 + H2O silico-aluminai insolubili

rutil (TiO2),TiO2 + 2 NaOHNa2TiO3 + H2OTiO2 + NaOH NaHTiO3Na2TiO3 + H2O Na2TiO3 + NaOH

sulfuri,carbonai,pentaoxidul de fosfor (P2O5),oxizi de crom,oxizi de fier.

Trec n soluia alcalin sub form de sruri,care la punctul de saturaie precipit

Separarea soluiei de aluminat de sodiu (NaAlO2) - trecere succesiv prin bazine de splare,- decantare,- filtrare pentru a separa reziduurile.

Hidroliza soluiei de aluminat de sodiu- rcire pn la T = 323KNaAlO2 + 2 H2O Al(OH)3 + NaOHCalcinarea hidroxidului de aluminiu Al(OH)3 pentru obinerea aluminei cuptoare rotative, la T = 1373 1473K:2 Al(OH)3 Al2O3 + 3 H2O

Obinerea aluminiului prin electroliza n topitur a aluminei

Alumina dizolvat n criolit (T = 1223 1233K) = electrolit topit

extragerea aluminiului prin electrolizSchema unei cuve pentru electroliza alumineiSchema unei cuve pentru rafinarea electrolitica a aluminiului

Aluminiul (puritate 99 99,9%) are ca impuriti Cu, Na, gaze.

Rafinarea aluminiului:

eliminarea Ca i Na prin barbotarea bii de aluminiu de puritate 99,9% rafinarea electrochimicmprin dizolvarea anodic, cu electrolit = sruri topite 60% BaCl2, 23% AlF3, 17% NaF), la T = 1053 1073K

Electrocorindonul

obinere artificial: topirea bauxitei i reducere n cuptoare electrice obinere industrial: precipitare din bauxita = alumina amorf

Formele polimorfe ale Aluminei:

-Al2O3- forma cristalin de temparatur nalt - cristalele corespund simetriei trigonale- greutate specific = 3,99 g/cm3- duritate = 9- se ntlnete n corindornul natural i n cel sintetic, n masele de silicai tehnici, cnd Al2O3 cristalizeaz n prezena fazei lichide- forma cea mai stabil

-Al2O3 - cristale hexagonale greutate specific = 3,30 g/cm3 duritate = 5,5 6 se obine dintr-o topitur de Al2O3 cu adaos mic de alcalii (7%)

-Al2O3 se transform la temperaturi ridicate n -Al2O3 ncepnd de la 1400C

Calcinarea la 1300C ncepe trecerea -Al2O3 n -Al2O3 ; reacia progreseaz treptat pn la 1600C.Reacii lente i treptate n raport cu temperatura de calcinare - -Al2O3 nu reprezint o stare polimorf propriu-zis.Transformarea -Al2O3 n -Al2O3

Parametrii de reea pentru spineli reea hexagonal parametrii de reea foarte apropriai de ai -Al2O3

-Al2O3 = cristal mixt din seria izomorf Na2O . 11Al2O3 - Al2O3 la calcinare: Na2O prsete reeaua, la creterea temperaturii transformarea n -Al2O3

aluminaia()c()K2O . 11Al2O35,58422,45Na2O . 11Al2O35,58422,67CaO . 6Al2O35,53621,82SrO . 6Al2O35,55721,94

-Al2O3 - forma polimorf de temperatur joas- simetrie cubic- greutate specific = 3,47 g/cm3- solubil n acizi concentrai- obinere prin cristalizarea primar din topiturile sistemului Al2O3 - Li2O (Li2O este mineralizator)

La temperaturi nalte: -Al2O3 trece n -Al2O3 cu contracie de volumdistrugerea reelei -Al2O3recristalizeaz reeaua -Al2O3

Proprieti de biocompatibilitate,Stabilitatea chimic,Stabilitate dimensional,Utilizare n domeniul medical:componente proteticecomponente pentru dispozitive medicale,componente n ceramica dentar

n domeniul protetic alumina de mare puritate pentru realizarea unor componente ale articulaiei de old ca: tija femural, capul femural sferic i componente acetabulare.

Caracteristicile deosebite pentru asemenea utilizri ale aluminei sunt: stabilitatea chimic, ineria biologic, duritatea, coeficientul de frecare sczut, rezistena la uzare ridicat.Realizarea modular a articulaiei de old = capul femural din alumin articuleaz sferic n cupa acetabular realizat tot din alumin sau din polietilen.

Studii tribologice: sistemul de articulaie sferic alumin alumin are uzura de zece ori mai redus dect sistemul metal polietilen.

Capul femural sferic i cupa acetabular se execut prin compactare i sinterizare izostatic la temperatura de 1600 1800C, cu dimensiunea pulberii de alumin sub 5 microni i puritatea de minim 99,5% Al2O3.

Modulele de elasticitate ale aluminei compactate izostatic sunt mai ridicate dect ale aliajelor metalice utilizate n chirurgiaortopedic.

Tehnologiile ceramicii avansate fac posibil procesarea aluminei ultrafine, cu mrimea medie a granulelor de 1 micron, asigurnd caracteristici de rezisten mecanic la compresiune i uzur mari.

Proprietile fizico-mecanice ale unor materiale ceramice utilizate n protetica ortopedic i implantologicExperimene clinice: tolerana radial a capului femural = 7- 10 microni

Material ceramicPorozitateDensitateModulul YoungRezistena compresiuneRezistena rupereRezistena ncovoiere%g/cm3GpaMPaMPaMPaAl2O3 03,93-3,95380-4004000-5000350400-560Hidroxiapatita0,1 3,03,05-3,157-13350-45038-48100-120Carbon vitros-1,4-1,6---70-200ZrO2 0-54,9-5,56-150-190150-2001750---150-70050-300

Alumina de nalt puritate este utilizat sub form de acoperiri superficiale pe suprafaa componentelor protetice metalice ca n cazul tijei protezei de old, de cot i de umr.

Stratul ceramic superficial are o porozitate ridicat, care asigur o mai bun fixare a implantului i faciliteaz ancorarea i dezvoltarea esutului biologic din zona de contact cu stratul ceramic.

n domeniul ceramicii dentare

pulberea de oxid de aluminiu este un component principal n porelanul dentar, utilizat pentru realizarea coroanelor i plcilor dentare i a dinilor artificiali.

Astfel, n compoziia porelanului dentar ponderea Al2O3 este de pn la 17%.