คอรันดัมคืออะไร?

คอรันดัม (Al2O3) มีวัตถุดิบสำรองมากมาย คิดเป็นประมาณ 25% ของน้ำหนักของเปลือกโลก มีราคาไม่แพงและมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมมากมาย มีผลึก Al2O3 ที่แตกต่างกันมากมาย และมีรายงานตัวแปรมากกว่าสิบชนิด แต่มีสามประเภทหลัก ได้แก่ α-Al2O3, β-Al2O3 และ γ-Al2O3

คอรันดัมตาราง

γ-Al2O3 เป็นโครงสร้างสปิเนลซึ่งไม่เสถียรที่อุณหภูมิสูงและไม่ค่อยได้ใช้เป็นวัสดุเดียว β-Al2O3 โดยพื้นฐานแล้วเป็นอะลูมิเนตที่มีโลหะอัลคาไลหรือโลหะอัลคาไลน์เอิร์ท องค์ประกอบทางเคมีของมันสามารถประมาณได้โดย RO·6Al2O3 และ R2O·11Al2O3, ตาข่ายหกเหลี่ยม, ความหนาแน่น 3.30~3.63g/cm3, 1400~1500 มันเริ่มสลายตัวที่ ℃ และเปลี่ยนเป็น α-Al2O3 ที่ 1600 ℃ α-Al2O3 เป็นรูปแบบอุณหภูมิสูง โดยมีอุณหภูมิคงที่จนถึงจุดหลอมเหลว และมีความหนาแน่น 3.96~4.01g/cm3 ซึ่งสัมพันธ์กับปริมาณสิ่งเจือปน เซลล์หน่วยเป็นปริซึมแหลมซึ่งมีอยู่ในรูปแบบของคอรันดัมธรรมชาติ ทับทิมและไพลินในธรรมชาติ α-Al2O3 มีโครงสร้างที่กะทัดรัด กิจกรรมต่ำ คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีและคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม ความแข็งของโมห์เท่ากับ 9 α-Al2O3 อยู่ในระบบผลึกหกเหลี่ยม โครงสร้างคอรันดัม a=4.76, c=12.99

Al2O3 มีความแข็งแรงทางกลสูง ยิ่งองค์ประกอบ Al2O3 บริสุทธิ์มากเท่าใด ความแข็งแกร่งก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ความแข็งแรงทางกลสามารถใช้ทำอุปกรณ์พอร์ซเลนและส่วนประกอบทางกลอื่นๆ ความต้านทานของ Al2O3 สูง ประสิทธิภาพของฉนวนไฟฟ้าดี ความต้านทานที่อุณหภูมิห้องคือ 1015Ω·cm และความเป็นฉนวนคือ 15kV/mm ใช้ฉนวนและความแข็งแรงของพื้นผิว ซ็อกเก็ต หัวเทียน เปลือกวงจร ฯลฯ ได้ Al2O3 มีความแข็งสูง ความแข็ง Mohs 9 บวกความต้านทานการสึกหรอดีเยี่ยม ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเครื่องมือ ล้อเจียร สารกัดกร่อน ดายวาด แบริ่ง พุ่มไม้แบริ่ง และอัญมณีเทียม Al2O3 มีจุดหลอมเหลวสูงและทนต่อการกัดกร่อน มีจุดหลอมเหลว 2050 องศาเซลเซียส มีความทนทานต่อการสึกกร่อนของโลหะหลอมเหลวได้ดี เช่น Be, Sr, Ni, Al, V, Ti, Mn, Fe, CO และโซเดียมไฮดรอกไซด์ แก้ว และตะกรัน นอกจากนี้ยังมีความต้านทานสูง ไม่มีปฏิกิริยากับ Si, P, Sb, Bi ในบรรยากาศเฉื่อย ดังนั้นจึงสามารถใช้เป็นวัสดุทนไฟ, หลอดเตาเผา, ถ้วยใส่ตัวอย่างรูปแก้ว, ลูกบอลกลวง, เส้นใยและฝาครอบป้องกันเทอร์โมคัปเปิล ฯลฯ

Al2O3 มีความคงตัวทางเคมีที่ดีเยี่ยม ซัลไฟด์เชิงซ้อน ฟอสไฟด์ อาร์เซไนด์ คลอไรด์ ไนไตรด์ โบรไมด์ ไอโอไดด์ ฟลูออไรด์แห้ง กรดซัลฟิวริก กรดไฮโดรคลอริก กรดไนตริก และกรดไฮโดรฟลูออริกไม่ทำปฏิกิริยากับ Al2O3 ดังนั้นจึงสามารถทำเป็นโลหะบริสุทธิ์และถ้วยใส่ตัวอย่างการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยว ข้อต่อของมนุษย์ กระดูกเทียม ฯลฯ Al2O3 มีคุณสมบัติทางแสงและสามารถทำเป็นวัสดุที่ส่งผ่านแสงเพื่อทำหลอดไอระเหยของ Na, แฟริ่งไมโครเวฟ, หน้าต่างอินฟราเรด และเลเซอร์ ส่วนประกอบการสั่น ค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกของ Al2O3 ใช้เป็นวัสดุสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์และแบตเตอรี่จัดเก็บ Al2O3 ยังนิยมใช้ในเทคโนโลยีการเคลือบพื้นผิวเซรามิกอีกด้วย

เฟสผลึกหลักของคอรันดัมผสมอลูมินาคือเฟสคอรันดัมที่มีขนาด 1.0-1.5 มม. และคริสตัลแบบอินเทอร์เลซ ส่วนที่เหลือเป็นปริมาณร่องรอยของรูไทล์ อลูมินา และอะลูมิเนียมไททาเนต และอยู่ภายในเฟสคอรันดัมหรือระหว่างเฟสคริสตัล เฟสแก้วจำนวนเล็กน้อย ในประเทศจีน หลังจากใช้ความพยายามอย่างไม่ลดละกว่าสิบปี กระบวนการถลุงแร่อะลูมิเนียมผสมคอรันดัมมีความก้าวหน้าอย่างมาก โดยมีกำลังการผลิตมากกว่า 110,000 ตันต่อปี คอรันดัมผสมแร่อะลูมิเนียมถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับอิฐก่อไฟหลายชนิดและวัสดุทนไฟที่ไม่มีรูปทรง ตัวอย่างเช่น บางส่วนสามารถเปลี่ยนคอรันดัมหนาแน่นใน castables ของเตาหลอมระเบิด และใช้เป็นวัสดุเมทริกซ์และวัสดุเม็ดเพื่อผลิตการคืบต่ำ อิฐอลูมินาสูงใช้แทนคอรันดัมสีขาวในวัสดุทนไฟ Al2O3-SiO2 อื่นๆ เพื่อเตรียมผลิตภัณฑ์ประสิทธิภาพสูง

การถลุงคอรันดัมสีน้ำตาลขึ้นอยู่กับหลักการพื้นฐานที่ว่าอลูมิเนียมมีความสัมพันธ์กับออกซิเจนมากกว่าเหล็ก ซิลิกอน ไททาเนียม ฯลฯ โดยการควบคุมปริมาณของตัวรีดิวซ์ สิ่งเจือปนหลักในบอกไซต์จะลดลงโดยการถลุงแบบรีดักชัน และรูปแบบเจือปนที่ลดลง โลหะผสมเฟอร์โรซิลิกอน แยกออกจากคอรันดัมหลอมเพื่อให้ได้คอรันดัมสีน้ำตาลที่มีคุณภาพคริสตัลตรงตามข้อกำหนดและมีปริมาณ Al2O3 มากกว่า 94.5% Fe2O3 จะลดลงเพื่อผลิตโลหะผสมเฟอร์โรซิลิกอนและนำออกในระหว่างกระบวนการถลุง แต่เหล็กออกไซด์และนิลที่ผลิตอลูมินาจำนวนเล็กน้อยยังคงหลงเหลืออยู่ในผลิตภัณฑ์ TiO2 ลดลงบางส่วนเป็นโลหะผสมเฟอร์โรซิลิกอนในระหว่างกระบวนการถลุง และส่วนใหญ่ยังคงอยู่ในคอรันดัมสีน้ำตาล ซึ่งเป็นปัจจัยหลักในการทำสีของคอรันดัมสีน้ำตาล CaO และ MgO นั้นลดได้ยากในระหว่างกระบวนการถลุง และ CaO และ MgO ส่วนใหญ่ในวัตถุดิบยังคงมีอยู่ในผลิตภัณฑ์ แม้ว่า Na2O และ K2O สามารถระเหยได้ที่อุณหภูมิสูงในระหว่างกระบวนการถลุงแร่ แต่ก็ไม่สามารถลดลงได้และยังคงอยู่ในคอรันดัมสีน้ำตาลซึ่งมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพ

คอรันดัมสีน้ำตาล

วัตถุดิบของคอรันดัมสีน้ำตาลประกอบด้วยเม็ดคริสตัล α-alumina และเฟสแก้วจำนวนเล็กน้อย คริสตัล α-alumina ประกอบด้วยสารละลายของแข็ง Al2O3 ที่มี Ti2O3 และเฟสแก้วส่วนใหญ่ประกอบด้วยไททาเนียมไดออกไซด์และซิลิกอนไดออกไซด์และอื่น ๆ ติดตามการเกิดออกซิเดชันที่มีอยู่ในเตาอาร์คไฟฟ้า物组合。 องค์ประกอบของวัสดุ ออกไซด์เหล่านี้เป็นเฟสแก้ว และมีความสามารถในการละลายต่ำในโครงสร้างผลึกของเมล็ดอลูมินา Ti2O3 เป็นออกไซด์ชนิดเดียวที่ Ti สามารถละลายได้ในเมล็ดอลูมินา TiO2 เป็นออกไซด์ที่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ของ Ti ในระหว่างการถลุงและการลดคอรันดัมสีน้ำตาล ส่วนหนึ่งของ TiO2 จะลดลงเหลือเป็นออกซิเดชันย่อยของไททาเนียม (Ti2O3) ที่สูงกว่า 1000 ℃ ออกซิเจนสามารถแพร่กระจายไปยังเมล็ด Ga-alumina ออกซิไดซ์ Ti2O3 ให้เป็น TiO2 ที่เสถียรกว่า จากนั้นห่อในเมล็ด α-alumina ดังนั้นไททาเนียมไดออกไซด์ส่วนใหญ่เป็น α-alumina สารละลายที่เป็นของแข็งของคริสตัล มีธัญพืชอยู่

TiO2 ที่มากเกินไปในคอรันดัมสีน้ำตาลไม่สามารถคงอยู่ในเฟสแก้วได้ แต่ทำปฏิกิริยากับอลูมินาเพื่อสร้างอะลูมิเนียมไททาเนต (TiO2·Al2O3) อะลูมิเนียมไททาเนตเป็นเฟสที่สามที่ส่วนต่อประสานระหว่างเกรน α-alumina กับเฟสแก้ว ความเหนียวของคอรันดัมสีน้ำตาลจะเพิ่มขึ้นตามการเติบโตของนิวเคลียสของผลึก TiO2 เฟส TiO2 ที่กระจายอย่างสม่ำเสมอในเกรนคริสตัล α-alumina จะทำให้อนุภาค α-alumina แกร่งขึ้น สารละลายคอรันดัมสีน้ำตาลแข็ง Ti2O3 ทำให้คอรันดัมสีน้ำตาลปรากฏเป็นสีน้ำเงิน

Ti2O3 เป็นออกไซด์ชนิดเดียวที่ Ti สามารถละลายได้ในเมล็ดอลูมินา TiO2 เป็นออกไซด์ที่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ของ Ti ในระหว่างการถลุงและการลดคอรันดัมสีน้ำตาล ส่วนหนึ่งของ TiO2 จะลดลงเหลือเป็นออกซิเดชันย่อยของไททาเนียม (Ti2O3) ที่สูงกว่า 1000 ℃ ออกซิเจนสามารถแพร่กระจายไปยังเมล็ด Ga-alumina ออกซิไดซ์ Ti2O3 ให้เป็น TiO2 ที่เสถียรกว่า จากนั้นห่อในเมล็ด α-alumina ดังนั้นไททาเนียมไดออกไซด์ส่วนใหญ่เป็น α-alumina สารละลายที่เป็นของแข็งของคริสตัล มีธัญพืชอยู่ TiO2 ที่มากเกินไปในคอรันดัมสีน้ำตาลไม่สามารถคงอยู่ในเฟสแก้วได้ แต่ทำปฏิกิริยากับอลูมินาเพื่อสร้างอะลูมิเนียมไททาเนต (TiO2·Al2O3) อะลูมิเนียมไททาเนตเป็นเฟสที่สามที่ส่วนต่อประสานระหว่างเกรน α-alumina กับเฟสแก้ว ความเหนียวของคอรันดัมสีน้ำตาลจะเพิ่มขึ้นตามการเติบโตของนิวเคลียสของผลึก TiO2 เฟส TiO2 ที่กระจายอย่างสม่ำเสมอในเกรนคริสตัล α-alumina จะทำให้อนุภาค α-alumina แกร่งขึ้น สารละลายคอรันดัมสีน้ำตาลแข็ง Ti2O3 ทำให้คอรันดัมสีน้ำตาลปรากฏเป็นสีน้ำเงิน