Qual è la relazione tra allumina, corindone e zaffiro?
①Allumina
In senso lato, molte persone considerano allumina un termine generico per ossidi di alluminio, idrossidi di alluminio e simili, che sono una classe di composti formati da alluminio, ossigeno e idrogeno.
In senso stretto, tuttavia, l'allumina, ovvero l'ossido di alluminio con formula chimica Al₂O₃, è un ossido che si colloca al secondo posto solo al biossido di silicio in termini di contenuto nella crosta terrestre. È ampiamente presente in minerali come il feldspato e la mica. Industrialmente, viene spesso estratta dalla bauxite, una materia prima minerale naturale, per ottenere l'allumina.
La struttura cristallina dell'allumina è complessa, con numerosi allotropi, che possono essere suddivisi in più di dieci forme cristalline come α, β, γ, δ, ε, ζ, η, θ, κ, λ, ρ e χ. Tra queste, α-Al₂O₃ è una fase stabile, mentre le altre forme cristalline sono fasi di transizione. Tutte queste fasi di transizione si trasformano nella fase α a 1200 °C. Il processo di trasformazione comporta la rottura e la ricombinazione dei legami chimici, che rientra nella riorganizzazione del reticolo cristallino. Richiede un'enorme quantità di energia ed è un processo irreversibile. α-Al₂O₃ e γ-Al₂O₃ sono ampiamente utilizzati in ambito industriale.
L'α-Al₂O₃, comunemente noto come corindone, appartiene al sistema cristallino trigonale con una densità di 3,96-4,01 g/cm³. È un materiale inorganico non metallico con proprietà chimiche estremamente stabili, caratterizzato da elevata durezza (durezza Mohs 9), elevato punto di fusione (2050 °C), elevata resistenza, buona resistenza all'usura, eccellente resistenza alla corrosione e alta resistività. Pertanto, la micropolvere di α-Al₂O₃ è ampiamente utilizzata in settori quali materiali refrattari, ceramiche speciali, materiali abrasivi, industria chimica ed elettronica.
γ-Al₂O₃ ha una struttura a spinello difettosa con un numero insufficiente di ioni alluminio e appartiene all'allumina attivata. È ampiamente utilizzato nella famiglia dell'allumina e svolge un ruolo cruciale nei campi dell'adsorbimento, dei catalizzatori e dei loro vettori.
②Corindone
Corindone è il nome di un minerale prezioso, un cristallo di α-Al₂O₃ presente in natura. Il corindone puro è incolore e impeccabile, ma è piuttosto raro. Il corindone naturale contiene generalmente tracce di Fe, Ti, Cr, Ni, ecc., presentando quindi diversi colori come nero, blu scuro, blu-grigio, giallo-grigio, marrone, beige e così via.
Il corindone può essere suddiviso in corindone di qualità gemma e corindone industriale in base alle sue diverse applicazioni. Il corindone industriale è utilizzato principalmente nel campo dei materiali abrasivi di alta qualità e può essere trasformato in mole abrasive, dischi abrasivi, carta abrasiva e polvere abrasiva. Viene utilizzato per la lucidatura e la lavorazione di prodotti metallici e può essere utilizzato come cuscinetto per le parti a rotazione rapida di strumenti di precisione. La polvere di corindone ultrafine è ampiamente utilizzata per la levigatura e la riparazione del vetro ottico di strumenti di precisione.
A causa della scarsità di corindone naturale per soddisfare la domanda, il corindone artificiale è emerso nell'industria. Le principali differenze tra questi prodotti di corindone risiedono nel diverso contenuto di allumina e nei diversi processi di produzione.
Corindone marrone
La fase principale del corindone marrone è Al₂O₃ (che rappresenta il 94,5% - 97%), mentre le impurità includono SiO₂, CaO, Fe₂O₃, MgO, ecc. È di colore marrone. Grazie all'elevata durezza, alla tenacità relativamente elevata e al basso costo, è uno degli abrasivi più comunemente utilizzati nel campo della rettifica e viene spesso utilizzato per la rettifica di materiali in acciaio ordinari.
Corindone bianco
Il corindone bianco (WA) si ottiene dalla polvere di allumina mediante fusione e cristallizzazione. Rispetto al corindone marrone, presenta requisiti più elevati in termini di isolamento termico e permeabilità all'aria nei forni ad arco elettrico durante la produzione. È di colore bianco puro con elevata purezza, ma presenta pori residui nei suoi cristalli. È duro e fragile, e i suoi grani abrasivi si rompono facilmente durante la molatura, ma genera poco calore. È adatto per la molatura di acciaio temprato, acciaio ad alto tenore di carbonio, ecc.
Corindone microcristallino
Il processo di fusione del corindone microcristallino (MA) è pressoché identico a quello del corindone bruno, ma richiede che il liquido fuso venga temprato con appositi metodi. Le particelle abrasive risultanti sono composte da numerosi minuscoli granuli cristallini con una granulometria inferiore a 300 μm. Grazie alla sua maggiore tenacità, alle proprietà autoaffilanti e alla maggiore resistenza, è adatto alla rettifica di acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, ecc.
Corindone di zirconia
Il corindone di zirconia (ZA) si ottiene fondendo polvere di bauxite o allumina e zircone in un forno ad arco elettrico, con ZrO₂ che rappresenta il 25% - 45%. Rispetto ad altri tipi di abrasivi, ha un'eccellente tenacità e può essere utilizzato per carichi pesanti e per la rettifica di precisione.
Corindone nero
Il corindone nero (BA), noto anche come smeriglio artificiale, si ottiene mescolando e sinterizzando bauxite e coke. Contiene ossido di ferro e una piccola quantità di impurità, ed è economico, ma ha una bassa durezza e scarse prestazioni di taglio.
3.Zaffiro e rubino
Zaffiri e rubini sono in realtà corindoni di alta qualità drogati con piccole quantità di ossidi diversi. I rubini sono cristalli di corindone trasparenti di grado gemma nella serie rossa, mentre gli zaffiri sono cristalli di corindone trasparenti di grado gemma in vari colori tranne il rosso. È importante notare che gli zaffiri non sono solo blu.
Oltre a essere utilizzato come pietra preziosa, lo zaffiro, grazie alle sue eccellenti proprietà fisiche, chimiche e ottiche, è stato ampiamente utilizzato in tecnologie all'avanguardia, come laser a stato solido, finestre a infrarossi, wafer di substrato per chip semiconduttori e trattamenti medici.
④Conclusione
L'allumina, ovvero il triossido di alluminio, ha formula chimica Al₂O₃. Presenta numerose varianti polimorfiche, tra cui α-Al₂O₃ e γ-Al₂O₃.
Il corindone è il nome di un minerale prezioso, un cristallo di α-Al₂O₃ presente in natura. A causa della scarsità di corindone naturale per soddisfare la domanda, nell'industria è emerso il corindone artificiale, che si divide in corindone monocristallino e corindone policristallino.
Gli zaffiri e i rubini sono monocristalli di α-Al₂O₃ che presentano colori diversi dovuti al drogaggio con piccole quantità di diversi ossidi e sono anche un tipo di corindone monocristallino di alta qualità.