एल्युमीनियम ऑक्साइड

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एल्युमीनियम(III) ऑक्साइड
(एल्युमीनियम ऑक्साइड)
IUPAC name एल्युमीनियम ऑक्साइड
Other names डाईएल्युमीनियम ट्राइऑक्साइड
एल्युमीनियम सेस्क्यूऑक्साइड
Identifiers
UNII LMI26O6933
Ec number 215-691-6
ChEMBL 4594252
Dtxsid DTXSID2041593
Drugbank DB11342
SMILES [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3]
PubChem CID 9989226
CAS Number 1344-28-1
ChemSpider 8164808
RTECS number BD1200000
Properties
Formula Al2O3
Molarmassround 2
Appearance सफेद ठोस
Odor गंधहीन[1]
Density 3.986 g/cm3 (α रूप; कमरे का तापमान)[2]
Solubility in water अघुलनशील (20 °C; α रूप)[1]
Melting point लगभग
Melting point 2327 K
Structure
Crystal structure त्रिकोणीय (α रूप)
Spacegroup R3c (संख्या 167)[3]
Coordination Al: अष्टफलकीय समन्वय (α रूप)[4]
Lattconst a 475.8 pm
Lattconst c 1299.1 pm
Unitcellformulas 6 (पारंपरिक षट्कोणीय सेल)
Thermochemistry
Heat capacity 79.0 J·mol−1·K−1 (Cp; α ठोस, 298.15 K, 100 kPa)
Std enthalpy of formation −1675.7 kJ·mol−1 (α ठोस, 298.15 K, 100 kPa)
Std molar entropy 50.92 J·mol−1·K−1 (α ठोस, 298.15 K, 100 kPa)
Pharmacology
Atccode suffix AX04
Hazards
PEL (permissible) US OSHA, 8-घंटे TWA (α-एल्युमिना): 15 mg/m3 (कुल धूल); 5 mg/m3 (श्वसनीय अंश)[5]
Flash point लागू नहीं (अदहनशील ठोस)[6]
Rel स्थापित नहीं[7]
Idlh निर्धारित नहीं[6]
Related
Other anions एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड
एल्युमीनियम सल्फाइड
एल्युमीनियम सेलेनाइड
एल्युमीनियम टेलुराइड
Other cations बोरॉन ट्राइऑक्साइड
गैलियम(III) ऑक्साइड
इंडियम ऑक्साइड
थैलियम(III) ऑक्साइड

एल्युमीनियम ऑक्साइड (जिसे एल्युमीनियम(III) ऑक्साइड भी कहा जाता है), जिसे आमतौर पर एल्युमिना कहा जाता है, एल्युमीनियम और ऑक्सीजन का एक अकार्बनिक यौगिक है जिसका रासायनिक सूत्र Al2O3 है। परिवेश की स्थितियों में, इसका ऊष्मागतिक रूप से स्थिर क्रिस्टलीय रूप α-Al2O3 है, जिसकी संरचना कोरंडम जैसी होती है।[8][9] रत्न-गुणवत्ता वाला कोरंडम माणिक और नीलम बनाता है। एल्युमीनियम ऑक्साइड कई मेटास्टेबल क्रिस्टलीय रूपों में भी पाया जाता है, जिन्हें आमतौर पर संक्रमणकालीन एल्युमिना कहा जाता है।[8][10]

कोरंडम कठोर होता है, एल्युमिना सिरेमिक विद्युत कुचालक होते हैं, और एल्युमीनियम ऑक्साइड उभयधर्मी होता है, जो एसिड और क्षार दोनों के साथ प्रतिक्रिया करता है।[11][12][13] औद्योगिक एल्युमिना को बेयर प्रक्रिया द्वारा बॉक्साइट से निकाला जाता है, और अधिकांश एल्युमिना का उपयोग हॉल-हेरौल्ट प्रक्रिया में एल्युमीनियम उत्पादन के लिए फीडस्टॉक के रूप में किया जाता है।[14][15]

अन्य महत्वपूर्ण उपयोगों में अपवर्तक (refractory) और इंजीनियरिंग सिरेमिक, अपघर्षक (abrasives) और पॉलिशिंग सामग्री, उत्प्रेरक और उत्प्रेरक समर्थन, सोखने वाले पदार्थ, इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल सामग्री, सुरक्षात्मक कोटिंग्स और प्रभाव रंजक, तथा कांच और बहुलक कंपोजिट के घटक शामिल हैं। विभिन्न अनुप्रयोग एल्युमीनियम ऑक्साइड के विभिन्न रूपों का उपयोग करते हैं, जो घने α-एल्युमिना सिरेमिक और एकल-क्रिस्टल नीलम से लेकर उच्च-सतह-क्षेत्र वाले संक्रमणकालीन एल्युमिना और पतली एल्युमीनियम-ऑक्साइड फिल्मों तक होते हैं।

प्राकृतिक घटना

Blue corundum crystal specimen on a neutral background
ब्राजील से कोरंडम का नमूना, लगभग 2 × 3 cm.

कोरंडम एल्युमीनियम ऑक्साइड का सबसे सामान्य प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला क्रिस्टलीय रूप है।[16] माणिक और नीलम कोरंडम की रत्न-गुणवत्ता वाली किस्में हैं जिनके रंग सूक्ष्म अशुद्धियों से उत्पन्न होते हैं। क्रोमियम के निशान माणिक को उनका गहरा लाल रंग देते हैं और उनके लेजर गुणों के लिए भी जिम्मेदार होते हैं। नीलम अन्य सूक्ष्म अशुद्धियों, जिनमें लोहा और टाइटेनियम शामिल हैं, द्वारा उत्पादित रंगों की एक श्रृंखला में पाए जाते हैं। एक अत्यंत दुर्लभ डेल्टा रूप प्राकृतिक रूप से डेल्टालाइट खनिज के रूप में पाया जाता है।[17][18]

इतिहास

1750 के दशक में, एंड्रियास सिगिस्मंड मार्गग्राफ ने फिटकरी (alum) से अवक्षेपित "पृथ्वी" को चूने से अलग के रूप में पहचाना; अवक्षेप एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड था।[19] लुई-बर्नार्ड गायटन डी मोरवेउ ने 1782 में फ्रांसीसी नाम एलुमाइन (alumine) का उपयोग किया।[20] 1789 में, एंटोनी लेवोइसियर ने सुझाव दिया कि ऐसी अपघटित न होने वाली "पृथ्वी" उन धातुओं के ऑक्साइड हो सकते हैं जिन्हें अभी तक अलग नहीं किया गया है।[21][22]

एलुमिना को 1860 से सलिंड्रेस में हेनरी सेंट-क्लेयर डेविल और उनके सहयोगियों द्वारा विकसित एक प्रक्रिया का उपयोग करके बॉक्साइट से निकाला गया था।[23] 1886 में हॉल-हेरौल्ट प्रक्रिया के विकास के बाद इलेक्ट्रोलाइटिक एल्युमीनियम उत्पादन के विस्तार ने शुद्ध एलुमिना की मांग बढ़ा दी।[24][25] कार्ल जोसेफ बेयर ने बाद में दो प्रमुख चरणों को कवर करने वाले पेटेंट के लिए आवेदन किया: 1887 में एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड का बीजित अवक्षेपण और 1892 में बॉक्साइट का दबाव पाचन। साथ में, इन विकासों ने बेयर प्रक्रिया का आधार बनाया।[26][27]

बीसवीं सदी के मोड़ पर, इलेक्ट्रिक भट्टियों ने फ्यूज्ड-एलुमिना अपघर्षक के व्यावसायिक उत्पादन को संभव बनाया।[28] 1902 में, अगस्त वर्नेउइल ने सिंथेटिक माणिक उगाने के लिए अपनी फ्लेम-फ्यूजन विधि की घोषणा की, जिसके बाद 1904 में एक विस्तृत विवरण दिया गया। इस प्रक्रिया ने एकल-क्रिस्टल कोरंडम के व्यावसायिक उत्पादन को सक्षम बनाया।[29][30]

उच्च-एलुमिना सिरेमिक का व्यावसायिक उत्पादन और उपयोग 1920 के दशक के अंत और 1930 के दशक की शुरुआत में बढ़ा; शुरुआती अनुप्रयोगों में स्पार्क प्लग इंसुलेटर और प्रयोगशाला उपकरण शामिल थे।[31] उच्च-एलुमिना स्पार्क-प्लग इंसुलेटर के उत्पादन के लिए उच्च-तापमान भट्टियों और बनाने की विधियों में सुधार की आवश्यकता थी।[32]

गुण

भौतिक और यांत्रिक गुण

कोरंडम (α-Al2O3) कठोर होता है और इसका उपयोग अपघर्षक के रूप में और काटने वाले उपकरणों में किया जाता है।[11]

घने α-एलुमिना सिरेमिक कठोर लेकिन भंगुर होते हैं, और उनकी मजबूती दोषों, सूक्ष्म संरचना और परीक्षण स्थितियों पर निर्भर करती है।[12][33] कम से कम 99.5% शुद्धता, कम से कम 98% सैद्धांतिक घनत्व और 5 μm के नाममात्र अनाज आकार वाले सिंटर्ड α-एलुमिना के लिए, एक प्रतिनिधि यंग मापांक (Young's modulus) कमरे के तापमान पर लगभग 400 GPa होता है।[33]

एलुमिना सिरेमिक की तापीय चालकता तापमान और सामग्री संरचना पर निर्भर करती है। उसी सिंटर्ड α-एलुमिना विनिर्देश के लिए, 20 °C पर मूल्यांकित तापीय चालकता 33 ± 2 W·m−1·K−1 है। अनिश्चितता एक अनुमानित संयुक्त मानक अनिश्चितता है।[34][35]

विद्युत और ऑप्टिकल गुण

एलुमिना सिरेमिक विद्युत कुचालक होते हैं। उनकी विद्युत प्रतिरोधकता तापमान बढ़ने के साथ घटती है।[12] उच्च-शुद्धता वाले सिंटर्ड एलुमिना के लिए, सापेक्ष पारगम्यता (relative permittivity) कमरे के तापमान पर और 9 GHz के आसपास माइक्रोवेव आवृत्तियों पर लगभग 10 होती है।[36] ढांकता हुआ नुकसान (dielectric loss) विशेष रूप से अशुद्धियों और सूक्ष्म संरचना के प्रति संवेदनशील होता है।[36][37]

एकल-क्रिस्टल α-एलुमिना के वैक्यूम-पराबैंगनी माप कमरे के तापमान पर लगभग 8.8 eV के ऑप्टिकल बैंड गैप का संकेत देते हैं।[38] ऑप्टिकल-गुणवत्ता वाला नीलम पराबैंगनी से लेकर दृश्य और अवरक्त (infrared) तक प्रकाश संचारित करता है।[39] यह द्विअपवर्तन (birefringence) प्रदर्शित करता है, इसलिए इसका अपवर्तक व्यवहार ध्रुवीकरण और प्रसार दिशा पर निर्भर करता है।[11][40] पॉलीक्रिस्टलाइन एलुमिना में, छिद्र और अलग-अलग उन्मुख द्विअपवर्तक अनाज प्रकाश को बिखेरते हैं; पर्याप्त रूप से घने, सूक्ष्म-अनाज वाले सिरेमिक फिर भी पारदर्शी हो सकते हैं।[41]

रासायनिक व्यवहार

एल्युमीनियम ऑक्साइड उभयधर्मी है और एसिड और क्षार दोनों के साथ प्रतिक्रिया करता है। जलीय घोल में, अम्लीय और क्षारीय स्थितियों के तहत γ-एलुमिना का विघटन निम्नलिखित सरलीकृत शुद्ध आयनिक समीकरणों द्वारा दर्शाया जा सकता है:[13]

AlA2OA3(s)+6HA+(aq)⟶2AlA3+(aq)+3HA2O(l)
AlA2OA3(s)+2OHA−(aq)+3HA2O(l)⟶2[Al(OH)A4]A−(aq)

यहाँ Al3+(aq) जलयोजित एल्युमीनियम(III) आयनों का प्रतिनिधित्व करता है, जबकि [Al(OH)4]− टेट्राहाइड्रॉक्सोएल्युमिनेट आयन है।[42] मौजूद घुली हुई प्रजातियां घोल की स्थितियों पर निर्भर करती हैं।[43]

α-एलुमिना को पारंपरिक रूप से पानी में अघुलनशील के रूप में वर्गीकृत किया गया है।[44] फिर भी, एलुमिना सामग्री और pH और तापमान जैसी स्थितियों के आधार पर विघटन और जलयोजन से गुजर सकता है।[43] लंबी अवधि के प्रयोगों में, पानी में निलंबित γ-एलुमिना को धीरे-धीरे एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड बेयराइट में बदलते देखा गया है।[45]

γ-एलुमिना की सतह में हाइड्रॉक्सिल समूह होते हैं, और पानी या तो आणविक रूप से या अतिरिक्त हाइड्रॉक्सिल बनाने के लिए विघटित होकर सोख सकता है।[13][46] गर्म करने से इनमें से कुछ समूह हट सकते हैं और उनका वितरण बदल सकता है।[47] समन्वय रूप से असंतृप्त सतह एल्युमीनियम केंद्र लुईस एसिड के रूप में कार्य करते हैं, जबकि ऑक्सीजन और हाइड्रॉक्सिल समूह बुनियादी साइटें प्रदान कर सकते हैं।[48] ये सतह गुण समर्थित उत्प्रेरक प्रजातियों के साथ सोखना और बातचीत को प्रभावित करते हैं।[13] सतह रसायन विज्ञान जलयोजन और इस बात पर भी निर्भर करता है कि कौन से क्रिस्टल चेहरे उजागर होते हैं, जिनमें से कुछ पुनर्गठित हो सकते हैं; इसलिए व्यक्तिगत सतह साइटों का विस्तृत असाइनमेंट उपयोग किए गए संरचनात्मक मॉडल और प्रयोगात्मक विधि पर निर्भर करता है।[49][47]

सतह फिल्में और पैसिवेशन

कमरे के तापमान पर ऑक्सीजन या शुष्क हवा के संपर्क में आने पर, एल्युमीनियम एक पतली, अनाकार ऑक्साइड फिल्म बनाता है जो सतह को पैसिवेशन (passivation) करती है और जंग को रोकती है। फिल्म कुछ नैनोमीटर मोटी होती है और संपर्क समय के साथ बढ़ती है।[50]

एनोडाइजिंग इस ऑक्साइड परत की मोटाई को बढ़ाती है और इलेक्ट्रोलाइट और प्रसंस्करण स्थितियों के चयन के माध्यम से इसकी आकृति विज्ञान को नियंत्रित करने की अनुमति देती है। परिणामी फिल्में आमतौर पर अनाकार होती हैं और या तो बाधा-प्रकार या छिद्रपूर्ण हो सकती हैं।[51]

एल्युमीनियम ऑक्साइड कुछ एल्युमीनियम-युक्त मिश्र धातुओं के संक्षारण प्रतिरोध में भी योगदान देता है। उदाहरण के लिए, सिंथेटिक समुद्री जल में कास्ट निकल-एल्युमीनियम ब्रॉन्ज पर बनी सुरक्षात्मक परतों में एल्युमीनियम ऑक्साइड और कॉपर ऑक्साइड पाया गया है।[52]

प्लाज्मा इलेक्ट्रोलाइटिक ऑक्सीकरण ऐसी कोटिंग्स का उत्पादन कर सकता है जिनमें क्रिस्टलीय α- और γ-एलुमिना के साथ-साथ अनाकार सामग्री भी होती है। ये कोटिंग्स अक्सर पारंपरिक एनोडाइज्ड कोटिंग्स की तुलना में कठोर होती हैं, हालांकि उनकी चरण संरचना और गुण प्रसंस्करण स्थितियों और कोटिंग सूक्ष्म संरचना पर निर्भर करते हैं।[53]

संरचना

|thumb |left |upright=1.2 |alt=नीले एल्युमीनियम परमाणुओं और लाल ऑक्सीजन परमाणुओं के एक दोहराव वाले नेटवर्क का तिरछा त्रि-आयामी दृश्य जो छड़ों द्वारा जुड़े हुए हैं। |α-Al2O3 (कोरंडम) की क्रिस्टल संरचना का बॉल-एंड-स्टिक मॉडल। एल्युमीनियम परमाणु नीले हैं और ऑक्सीजन परमाणु लाल हैं; गोले का आकार योजनाबद्ध है। ]] परिवेश की स्थितियों में, α-Al2O3, जिसकी संरचना कोरंडम जैसी होती है, थोक क्रिस्टलीय एल्युमीनियम ऑक्साइड का थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर रूप है।[8][9] ऑक्सीजन आयन एक लगभग हेक्सागोनल क्लोज-पैक्ड सरणी बनाते हैं, जिसमें एल्युमीनियम आयन अष्टफलकीय अंतरालों (octahedral interstices) के दो-तिहाई हिस्से पर कब्जा करते हैं। प्रत्येक एल्युमीनियम आयन एक विकृत अष्टफलक में छह ऑक्सीजन आयनों द्वारा समन्वित होता है।[8] कोरंडम त्रिकोणीय क्रिस्टल प्रणाली (trigonal crystal system) से संबंधित है और इसमें एक रॉम्बिक ब्रेविस लैटिस है, जिसका स्पेस ग्रुप R3c (संख्या 167) है। इसकी रॉम्बिक आदिम कोशिका (primitive cell) में Al2O3 की दो फॉर्मूला इकाइयाँ होती हैं, जबकि हेक्सागोनल सेटिंग में पारंपरिक कोशिका में छह इकाइयाँ होती हैं।[3]

कोरंडम में Al–O बंधों में कुछ सहसंयोजक चरित्र के साथ एक मजबूत आयनिक घटक होता है।[54][55]

एल्युमीनियम ऑक्साइड कई मेटास्टेबल क्रिस्टलीय रूपों में भी पाया जाता है, जिन्हें आमतौर पर संक्रमणकालीन एल्युमिना (transition aluminas) कहा जाता है। इनमें क्यूबिक γ और η चरण, मोनोक्लिनिक λ, θ, θ′ और θ″ चरण; हेक्सागोनल χ चरण; ऑर्थोरोम्बिक κ और δ चरण; और टेट्रागोनल δ′ चरण शामिल हैं।[8][10] कुछ संक्रमणकालीन एल्युमिना, विशेष रूप से γ-, δ- और χ-एल्युमिना का सटीक संरचनात्मक निर्धारण इस बात पर निर्भर करता है कि सामग्री कैसे तैयार की गई थी और किस संरचनात्मक मॉडल का उपयोग किया गया था।[56][57][58] γ-Al2O3 के महत्वपूर्ण तकनीकी अनुप्रयोग हैं, जिसमें उत्प्रेरक और उत्प्रेरक समर्थन के रूप में उपयोग शामिल है।[56] ऐतिहासिक नाम β-एल्युमिना वास्तव में सोडियम युक्त एल्युमिनेट को संदर्भित करता है, जिसे आमतौर पर आदर्श सूत्र NaAl11O17 द्वारा दर्शाया जाता है, न कि शुद्ध Al2O3 के किसी बहुरूप (polymorph) को।[59]

संक्रमणकालीन एल्युमिना तब बन सकते हैं जब एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड या ऑक्सीहाइड्रॉक्साइड को गर्म किया जाता है और वे पानी खो देते हैं; उत्पादित चरण अग्रदूत संरचना, क्रिस्टलीयता, अशुद्धियों और थर्मल इतिहास पर निर्भर करते हैं।[8] बोहेमाइट (Boehmite) आमतौर पर γ-एल्युमिना देता है, जिसके बाद और गर्म करने पर δ- और θ-एल्युमिना और अंततः α-एल्युमिना प्राप्त होता है, जिसमें परिवर्तन के दौरान कई चरण एक साथ मौजूद रह सकते हैं।[60] डायस्पोर (Diaspore) इस γ-, δ- और θ-एल्युमिना अनुक्रम से गुजरे बिना कोरंडम बनाता है।[61] गिब्सिट (Gibbsite) χ- और κ-एल्युमिना के माध्यम से परिवर्तित हो सकता है, या बोहेमाइट और बाद में γ-एल्युमिना बना सकता है।[8][62] बायर-प्रक्रिया (Bayer-process) कैल्सीनेशन के लिए प्रासंगिक तीव्र ताप स्थितियों के तहत, χ- से γ-एल्युमिना का मार्ग भी पसंदीदा हो सकता है।[63]

अपने गलनांक के पास तरल एल्युमीनियम ऑक्साइड की विवर्तन-आधारित मॉडलिंग इंगित करती है कि लगभग दो-तिहाई एल्युमीनियम परमाणु चार ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ समन्वित होते हैं और लगभग एक-तिहाई पांच के साथ, जबकि छोटे अंशों में तीन या छह ऑक्सीजन पड़ोसी होते हैं। सटीक अनुपात समन्वय को परिभाषित करने के लिए उपयोग की जाने वाली Al–O दूरी कटऑफ पर निर्भर करता है। इन मॉडलों में, लगभग 80% ऑक्सीजन परमाणु तीन या अधिक Al–O पॉलीहेड्रा के बीच साझा किए जाते हैं। अधिकांश पॉलीहेड्रा साझा कोनों द्वारा जुड़े होते हैं, जिसमें कम किनारे-साझाकरण (edge-sharing) कनेक्शन और चेहरे-साझाकरण (face-sharing) कनेक्शन का केवल एक बहुत छोटा अंश होता है।[64]

तरल में एल्युमीनियम का औसत समन्वय क्रिस्टलीय α-Al2O3 में पाए जाने वाले छह-गुना समन्वय से कम है।[64] तरल एल्युमिना का 2327 K के गलनांक पर घनत्व 2.93 g/cm3 बताया गया है।[65]

विवर्तन-आधारित मॉडल इंगित करते हैं कि, जैसे-जैसे तरल एल्युमिना ठंडा होता है और सुपरकूल्ड (supercooled) हो जाता है, चार-समन्वय एल्युमीनियम की कीमत पर पांच- और छह-समन्वय एल्युमीनियम के अंश बढ़ जाते हैं। यह तरल को अध्ययन किए गए अनाकार (amorphous) एल्युमिना नमूनों के लिए अनुमानित उच्च औसत समन्वय की ओर स्थानांतरित करता है।[4]

उत्पादन

बॉक्साइट, एल्युमीनियम का मुख्य अयस्क, मुख्य रूप से एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड और ऑक्सीहाइड्रॉक्साइड खनिजों से बना होता है, जिसमें गिब्सिट (Al(OH)3), बोहेमाइट (γ-AlO(OH)) और डायस्पोर (α-AlO(OH)) शामिल हैं। इसमें आयरन ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड, क्वार्ट्ज और मिट्टी के खनिज भी होते हैं।[66][67][68] बॉक्साइट जमा आमतौर पर लैटेराइट में होते हैं।[69]

एल्युमिना को बायर प्रक्रिया द्वारा बॉक्साइट से निकाला जाता है। पाचन (digestion) के दौरान, गर्म जलीय सोडियम हाइड्रॉक्साइड एल्युमीनियम युक्त खनिजों को घोलकर सोडियम एल्युमिनेट घोल बनाता है, जिसे लिकर कहा जाता है।[14] सरलीकृत शुद्ध आयनिक प्रतिक्रियाओं को टेट्राहाइड्रॉक्सोएल्युमिनेट आयन के संदर्भ में लिखा जा सकता है:[70]

Al(OH)A3(s)+OHA−(aq)⟶[Al(OH)A4]A−(aq)
AlO(OH)(s)+OHA−(aq)+HA2O(l)⟶[Al(OH)A4]A−(aq)

शेष बॉक्साइट अवशेष, जिसमें आयरन- और टाइटेनियम-युक्त खनिज और अन्य ठोस पदार्थ होते हैं, को बसने और निस्पंदन (filtration) द्वारा अलग किया जाता है।[71][72] प्रतिक्रियाशील सिलिका, जिसमें काओलिनाइट में सिलिका शामिल है, पाचन के दौरान घुल सकती है और फिर सोडियम एल्युमिनोसिलिकेट डीसिलिकेशन उत्पादों के रूप में अवक्षेपित हो सकती है, जिन्हें अवशेषों के साथ हटा दिया जाता है।[67]

स्पष्ट लिकर को ठंडा किया जाता है और एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड के अवक्षेपण को बढ़ावा देने के लिए गिब्सिट क्रिस्टल के साथ बीजित (seeded) किया जाता है। शुद्ध अवक्षेपण प्रतिक्रिया हाइड्रॉक्साइड आयनों को पुनर्जीवित करती है, जिससे क्षारीय लिकर को पुनर्चक्रित किया जा सकता है:[14][70]

[Al(OH)A4]A−(aq)⟶Al(OH)A3(s)+OHA−(aq)

अवक्षेपित गिब्सिट को फिर फ़िल्टर किया जाता है, धोया जाता है और एल्युमिना बनाने के लिए कैल्सीनेट (calcined) किया जाता है:[14]

2Al(OH)A3(s)→heatAlA2OA3(s)+3HA2O(g)

औद्योगिक फ्लैश कैल्सीनर आमतौर पर लगभग 1000–1100 °C पर काम करते हैं।[73]

स्मेल्टर-ग्रेड एल्युमिना आमतौर पर संक्रमणकालीन एल्युमिना और α-एल्युमिना का मिश्रण होता है, जिसमें अनुपात कैल्सीनेशन स्थितियों पर निर्भर करता है।[63] इसकी चरण संरचना इस बात को प्रभावित करती है कि यह एल्युमीनियम उत्पादन के लिए उपयोग किए जाने वाले पिघले हुए इलेक्ट्रोलाइट में कैसे घुलती है।[74] जब एल्युमिना का उपयोग स्मेल्टर गैसों से हाइड्रोजन फ्लोराइड की ड्राई स्क्रबिंग के लिए किया जाता है, तो सतह क्षेत्र और छिद्र संरचना भी महत्वपूर्ण होती है।[73][75]

लाइम-सोडा सिंटरिंग

लाइम-सोडा सिंटरिंग प्रक्रिया कुछ उच्च-सिलिका बॉक्साइट के लिए एक वैकल्पिक या पूरक मार्ग है। अयस्क को सोडियम कार्बोनेट और चूना पत्थर के साथ गर्म किया जाता है, जिससे घुलनशील सोडियम एल्युमिनेट बनता है जबकि कैल्शियम सिलिकेट्स में सिलिका बंध जाती है। सिंटर की गई सामग्री को फिर पानी या क्षारीय लिकर के साथ लीच किया जाता है, और अघुलनशील अवशेषों को हटा दिया जाता है। एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड को कार्बोनेशन द्वारा एल्युमिनेट लिकर से अवक्षेपित किया जाता है और बाद में एल्युमिना के लिए कैल्सीनेट किया जाता है।[14]

अनुप्रयोग

अधिकांश एल्युमिना का उपयोग हॉल-हेरोल्ट प्रक्रिया में एल्युमीनियम उत्पादन के लिए फीडस्टॉक के रूप में किया जाता है।[15] स्मेल्टिंग के लिए एल्युमिना को उन ग्रेडों से अलग किया जाता है जिनका उपयोग गैर-धातु अनुप्रयोगों जैसे रिफ्रैक्टरीज, सिरेमिक और अपघर्षक (abrasives) में किया जाता है।[76]

रिफ्रैक्टरीज और इंजीनियरिंग सिरेमिक

एल्युमिना सिरेमिक का उपयोग रिफ्रैक्टरी सामग्री और पहनने-प्रतिरोधी इंजीनियरिंग घटकों में किया जाता है।[12] एल्युमिना-सिलिका रिफ्रैक्टरीज का उपयोग भट्टी की अस्तर और थर्मल इन्सुलेशन के लिए किया जाता है।[77] एल्युमिना सिरेमिक के विद्युत अनुप्रयोगों में स्पार्क प्लग इंसुलेटर शामिल हैं।[32]

उच्च-शुद्धता वाले एल्युमिना सिरेमिक और एल्युमिना-ज़िरकोनिया कंपोजिट का उपयोग हिप रिप्लेसमेंट में असर वाले घटकों के रूप में किया जाता है, जिसमें फीमोरल हेड और एसिटाबुलर लाइनर शामिल हैं।[78]

एल्युमिना सिरेमिक का उपयोग कवच (armour) प्रणालियों में भी किया जाता है, जिसमें फाइबर या पॉलिमर बैकिंग से जुड़ी सिरेमिक प्लेटें शामिल हैं।[79]

एल्युमिना और एल्युमिना-मुलिट फाइबर का उपयोग उच्च-तापमान संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए सिरेमिक मैट्रिक्स कंपोजिट को सुदृढ़ करने के लिए किया जाता है।[80]

अपघर्षक और पॉलिशिंग

निर्मित एल्युमिना अपघर्षक, जिसमें फ्यूज्ड एल्युमीनियम ऑक्साइड शामिल है, का उपयोग बंधुआ अपघर्षक उपकरणों, लेपित अपघर्षक जैसे सैंडपेपर, और पॉलिशिंग यौगिकों में किया जाता है। महीन फ्यूज्ड-एल्युमिना पाउडर का उपयोग सटीक सतह परिष्करण के लिए किया जाता है।[81]

उत्प्रेरण और सोखना

संक्रमणकालीन एल्युमिना, जिसमें γ-एल्युमिना शामिल है, का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है, जबकि उच्च-सतह-क्षेत्र वाले एल्युमिना का उपयोग उत्प्रेरक समर्थन के रूप में किया जाता है।[56] सक्रिय एल्युमिना का उपयोग क्लॉस प्रक्रिया में उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है, जो हाइड्रोजन सल्फाइड को मौलिक सल्फर में परिवर्तित करता है।[82] γ- और θ-एल्युमिना दोनों इथेनॉल के एथिलीन में निर्जलीकरण को उत्प्रेरित करते हैं।[83]

सक्रिय एल्युमिना का उपयोग सोखने वाले (adsorbent) के रूप में भी किया जाता है, जिसमें क्रोमैटोग्राफी में गैस धाराओं से पानी निकालना शामिल है।[84][85]

इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल सामग्री

सिंगल-क्रिस्टल नीलम (α-Al2O3) का उपयोग सिलिकॉन ऑन सफायर इंटीग्रेटेड सर्किट में एक इन्सुलेटिंग सब्सट्रेट के रूप में किया जाता है।[86] अल्ट्राथिन एल्युमीनियम-ऑक्साइड फिल्में, जिनमें अनाकार AlOx शामिल है, का उपयोग सुपरकंडक्टिंग उपकरणों में टनल बैरियर के रूप में किया जाता है।[87] एल्युमीनियम-ऑक्साइड फिल्में, जिनमें एटॉमिक लेयर डिपोजिशन द्वारा जमा की गई फिल्में शामिल हैं, का उपयोग कैपेसिटर में ढांकता हुआ (dielectric) परतों के रूप में भी किया जाता है।[88]

पारभासी पॉलीक्रिस्टलाइन एल्युमिना का उपयोग कुछ उच्च-दबाव वाले सोडियम-वाष्प लैंप की डिस्चार्ज ट्यूबों के लिए किया जाता है।[89] कार्बन-डोप्ड एल्युमीनियम ऑक्साइड का उपयोग ऑप्टिकली स्टिमुलेटेड ल्यूमिनेसेंस डोजिमीटर में किया जाता है।[90]

कोटिंग्स और पिगमेंट

एनोडाइजिंग सजावटी और सुरक्षात्मक उद्देश्यों के लिए एल्युमीनियम पर एल्युमीनियम-ऑक्साइड कोटिंग्स बनाती है, जिसमें बेहतर पहनने का प्रतिरोध शामिल है।[51] प्लाज्मा इलेक्ट्रोलाइटिक ऑक्सीकरण भी इसी तरह ऑक्साइड कोटिंग्स का उत्पादन करता है जिसका उपयोग सतहों को फिसलने और घर्षण से बचाने के लिए किया जाता है।[53]

एल्युमिना प्रभाव पिगमेंट में टाइटेनियम डाइऑक्साइड या आयरन(III) ऑक्साइड की परतों के साथ लेपित α-एल्युमिना फ्लेक्स होते हैं, जो चमकदार और स्पार्कलिंग प्रभाव पैदा करते हैं।[91]

ग्लास और फिलर्स

एल्युमीनियम ऑक्साइड एल्युमिनोसिलिकेट ग्लास का एक घटक है, जिसमें डिस्प्ले सब्सट्रेट और रासायनिक रूप से मजबूत कवर ग्लास के लिए उपयोग की जाने वाली रचनाएं शामिल हैं।[92]

एल्युमिना पाउडर का उपयोग पॉलिमर में फिलर्स के रूप में किया जाता है, जिसमें थर्मल रूप से प्रवाहकीय और विद्युत रूप से इन्सुलेटिंग कंपोजिट शामिल हैं।[93] सौंदर्य प्रसाधनों में, एल्युमिना का उपयोग अपघर्षक, शोषक और अपारदर्शी घटक के रूप में किया जाता है।[94]

विनियमन

1990 में, संयुक्त राज्य पर्यावरण संरक्षण एजेंसी ने 1989 की रिपोर्टिंग वर्ष से प्रभावी, आपातकालीन योजना और सामुदायिक अधिकार-टू-नो अधिनियम की धारा 313 के तहत रिपोर्टिंग के अधीन रसायनों से एल्युमीनियम ऑक्साइड के गैर-तंतुमय रूपों को हटा दिया।[95] तंतुमय रूप टॉक्सिक्स रिलीज़ इन्वेंटरी रासायनिक सूची में बने हुए हैं।[96]

इन्हें भी देखें

संदर्भ

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बाहरी कड़ियाँ

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Aluminium oxide" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_oxide यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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