يعتبر أكسيد الألومنيوم أحد المركبات الكيميائية الأساسية في إنتاج الألمنيوم، والذي يُستخدم في مجموعة متنوعة من الصناعات، بما في ذلك تصنيع الأقراص الصلبة المستخدمة في عمليات الجلخ. فما هو أكسيد الألومنيوم؟ وما هي خصائصه الفريدة؟ في هذا المقال، سنستعرض هذا المركب الكيميائي الحيوي وأهم استخداماته.

ما هو أكسيد الألومنيوم؟

• يعرف أكسيد الألومنيوم بأنه اتحاد بين عنصري الألومنيوم والأكسجين، وصيغته الكيميائية هي (AL2O3).
• عند تعرض الألومنيوم للهواء، فإنه لا يتعرض للصدأ كما تفعل بعض المعادن الأخرى، وذلك بفضل تفاعله مع الأكسجين لتكوين طبقة رقيقة من أكسيد الألومنيوم.
• يميل أكسيد الألومنيوم إلى إنتاج الإلكترونات نتيجة لانخفاض سرعته الكهربائية، مما يجعله حساسًا للكهرباء وقابلًا للتحول إلى كاتيون.
• يُعتبر الأكسجين عنصراً غير معدني وعالي السرعة الكهربائية، مما يتيح له قبول الإلكترونات بسهولة في المستوى الأخير، وبالتالي يتحول إلى أنيون.
• يمكن تحسين خصائص أكسيد الألومنيوم وزيادة سمكه من خلال عملية الأنودة.
• توجد أسماء أخرى للأكسيد مثل الألومينا والزفير والألوكسيت، وتستخدم هذه الأسماء في مجالات علم المواد والتعدين والسيراميك.
• في السابق، كان يتم إنتاج أكسيد الألومنيوم من خلال عملية صناعية تُعرف بعملية ديفيل، بينما يتم الآن استخراجه من مادة البوكسيت عبر عملية تعرف باسم باير.
• يوجد منه ثلاثة أنواع: ألفا وبيتا وجاما، وكل نوع منها يتميز بخواصه الفيزيائية والكيميائية المختلفة، مما يتيح له استخدامات متعددة.
• يُستخدم أكسيد الألومنيوم بشكل رئيسي في إنتاج الألمنيوم المعدني.
• بفضل صلابته، يُعتبر كاشطًا فعالًا، كما يُستخدم في التطبيقات الحرارية نظرًا لنقطة انصهاره العالية.
• سنتعرف في الفقرات التالية على المزيد حول استخدامات أكسيد الألومنيوم في مختلف الصناعات.

مصادر إنتاج أكسيد الألومنيوم

• يعتبر خام البوكسيت المصدر الرئيسي لإنتاج أكسيد الألومنيوم.
• الكورندم والياقوت والزفير هي الأشكال البلورية لأكسيد الألومنيوم، وأشهرها الكورندم.
• تُعتبر أستراليا والصين من أكبر الدول المنتجة لأكسيد الألومنيوم، وفقًا لمسح جيولوجي بريطاني أجري في أبريل 2010.

خصائص أكسيد الألومنيوم

• يتم إنتاج أكسيد الألومنيوم النقي من خام البوكسيت باستخدام عملية باير.
• تبلغ كثافة أكسيد الألومنيوم 3.96 جم / سم³ ووزنه الجزيئي 101.96 جم / مول.
• لا يتفاعل أكسيد الألومنيوم مع الماء إلا في وجود قاعدة قوية.
• عند تفاعله مع الأحماض، behaves كقاعدة.
• أكسيد الألومنيوم يعد من الأساسيات للحصول على الألمنيوم المعدني.
• الروابط بين أيونات أكسيد الألومنيوم قوية، مما يؤدي إلى توسيع استخداماته في تشكيل مواد جديدة.
• على عكس بعض المعادن مثل الفضة والنحاس، لا يتواجد أكسيد الألومنيوم في شكله الأصلي.
• بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن دمج معدن الألومنيوم مع عناصر أخرى بشكل سرد، لكنه يمكن خلطه مع أكسيد الألومنيوم المقاوم للخدش.
• البوكسيت يُنتج نوعين من الألومينا: نوع صفيحي عبر التكلس ونوع مصهور من خلال عمليات متعددة لدمج المادة وصهرها.
• الألومينا المصهورة تتميز بكثافتها أعلى من الألومينا الصفيحية، إذ تُنتج بعد إزالة الحديد والسليكون.
• الألومينا المتكلسة تُعزز الروابط الحرارية في عمليات التصنيع.
• كلا النوعين من الألومينا يعززان استقرارية المنتجات الصناعية.
• تنتج مادة السليكا والأصباغ النقية من الألومينا المصهورة.
• على الرغم من كونه أكسيداً متذبذباً، إلا أن أكسيد الألومنيوم لا يذوب في الماء وغالباً ما يذوب في الأحماض عند درجات حرارة مرتفعة.
• يتم إنتاج الياقوت والرمال الذهبية من عملية التكرير الكهربائي للبوكسيت.
• أكسيد الألومنيوم مقاوم للغازات عدا الفلور المائي وبعض الأحماض مثل الهيدروكلوريك والفوسفوريك.
• عند استبدال أيونات الألومنيوم بأيونات أخرى مثل الكروم، يمكن الحصول على ألوان مختلفة مثل الياقوت الأزرق والأرجواني.

استخدامات أكسيد الألومنيوم

• يُستخدم كمادة مقاومة للحرارة بسبب نقطة انصهاره العالية، وأيضًا كمادة متكلسة في إنتاج السيراميك.
• يدخل أكسيد الألومنيوم المستخرج من المعادن في العديد من الصناعات المختلفة.
• تحول النسبة الأكبر من أكسيد الألومنيوم إلى الألومينا المعدنية، بينما تُستخدم النسبة المتبقية في الصناعات الأخرى.
• بفضل قدرته العالية على الامتصاص وتأثره بالرطوبة، يُستخدم في امتصاص المياه من النفط والغاز.
• يستعمل أكسيد الألومنيوم كعامل محفز للتحويل من مادة إلى أخرى، مثل عملية كلوست التي تحول كبريتيد الهيدروجين إلى كبريت في المصافي.
• يُستخدم أيضًا ككاشط في مصابيح الصوديوم ذات الضغط العالي.
• الألومينا النقية تُستخدم في عمليات الأكسدة أو تقليل درجات الحرارة، أو تغيير الخصائص أو الألوان بإضافة مواد كالأكسيد الكرومي أو أكسيد المنجنيز.
• يُعتبر جافًا قويًا لقدرته على امتصاص المياه.
• يمنع أكسدة الكاثود ومحطات الأنود في الخلايا الكهربائية.
• يُستخدم في صناعة تركيبات الأسنان في عيادات الأسنان نظراً لقوته وصلابته.
• يستعمل كعازل كهربائي تحت شمعات الإشعال للسيارات التي تعمل بالبنزين.
• يستخدم أيضًا كعامل تحفيز في التفاعلات الكيميائية.
• في التفاعلات الكيميائية التي تجرى عند درجات حرارة مرتفعة، يعمل كمادة مؤكسدة بفضل استقراريته العالية.
• يُرش على السكك الحديدية لزيادة الاحتكاك في أجهزة الطوارئ للقطارات ذات السرعة العالية.
• بلورات الألومنيوم تُستخدم كركائز في عمليات الإيبيتاكسي.

أكسيد الألومنيوم ألفا

• بتسخين هيدروكسيد الألومنيوم إلى درجة حرارة تفوق 1100 سيلسيوس، نحصل على أكسيد الألومنيوم ألفا بحسب المعادلة الكيميائية التالية: 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O.

• يتميز شكل أكسيد الألومنيوم ألفا بأنه بلورات صلبة بيضاء لا تذوب في المواد الحمضية أو القاعدية ولا تتأثر بالرطوبة.
• نقطة انصهاره تبلغ 2054 درجة مئوية، بينما تصل نقطة غليانه إلى 2974 درجة مئوية.
• عند تسخين النوع جاما إلى 1000 درجة مئوية، يُتحصل على أكسيد الألومنيوم ألفا.
• يحتوي خام البوكسيت والكورندم على أكسيد الألومنيوم ألفا.
• تستخدم أكسيد الألومنيوم ألفا في العديد من التطبيقات، بفضل قدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية، مثل استخدامها في صناعة أجهزة المعامل.
• تصل صلابة أكسيد الألومنيوم إلى 9 درجات على مقياس موهس، مما يجعله قادرًا على خدش المعادن الأقل صلابة، باستثناء الألماس الذي يُصنف كالأكثر صلابة.
• تُستخدم هذه المادة أيضًا في إنتاج معدات صقل وتلميع المعادن.
• تدخل أكسيد الألومنيوم أيضًا في صناعة المواد العازلة، وفي تبطين المعدات الكهربائية مثل الأفران، نظرًا لأنها سيئة التوصيل للحرارة والكهرباء.
• عند مزج الألومينا ألفا مع الماء والسليكا، نحصل على صلصال أبيض يُعرف بالكاولين، يُستخدم في صناعة الخزف والدهانات والأوراق وغيرها من المنتجات.

أكسيد الألومنيوم جاما

• بتسخين هيدروكسيد الألومنيوم إلى 400 درجة مئوية، نحصل على أكسيد الألومنيوم جاما.
• يتميز هذا المركب عن أكسيد الألومنيوم ألفا بقدرته على الذوبان في بعض المواد الحمضية والقاعدية ويتأثر بالرطوبة.
• يأتي على شكل مسحوق أبيض ناعم، وهو شديد الامتصاص، عديم الرائحة وغير سام.
• يُستخدم في عمليات التجفيف وفي تقنيات الكروماتوغرافيا، ويساعد في إزالة ألوان المحاليل.