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Alumina, zircona y grafito - propiedades



ALUMINA
La alúmina es el óxido de aluminio (Al2O3).
Junto con la sílice, es el componente más importante en la constitución de las arcillas y los barnices, confiriéndoles resistencia y aumentando su temperatura de maduración. El óxido de aluminio existe en la naturaleza en forma de corindón y de esmeril. Tiene la particularidad de ser mas duro que el aluminio (el punto de fusión de la alúmina es mayor que el del aluminio).

Estructura cristalina
Los cristales de óxido de aluminio presentan un sistema cristalino hexagonal y de tamaño muy fino (nm).

 
Propiedades

Densidad: 3 g/cm³. Dureza Vickers: 1500-1650 kgf mm². Módulo de elasticidad: 300-400 GPa.



Proceso de producción
La industria emplea el proceso Bayer para producir alúmina a partir de la bauxita.
La alúmina es vital para la producción de aluminio (se requieren aproximadamente dos toneladas de alúmina para producir una tonelada de aluminio). En el proceso Bayer, la bauxita es lavada, pulverizada y disuelta en sosa cáustica (hidróxido de sodio) a alta presión y temperatura; el líquido resultante contiene una solución de aluminato de sodio y residuos de bauxita que contienen hierro, silicio, y titanio. Estos residuos se van depositando gradualmente en el fondo del tanque y luego son eliminados. Se los conoce comúnmente como 'barro rojo'. La solución de aluminato de sodio clarificada es bombeada dentro de un enorme tanque llamado precipitador. Se añaden finas partículas de alúmina con el fin de inducir la precipitación de partículas dealúmina puras (proceso de siembra), una vez que el líquido se enfría. Las partículas se depositan en el fondo del tanque, se remueven y luego

son sometidas a 1100°C en un horno o calcinador, a fin de eliminar el agua que contienen, producto de la cristalización. El resultado es un polvo blanco, alúmina pura. La sosa cáustica es devuelta al comienzo del proceso y usada nuevamente.

Aplicaciones
La industria del aluminio primario utiliza la alúmina fundamentalmente como materia prima básica para la producción del aluminio. Además, la alúmina se utiliza de manera complementaria para:  Aislante térmico para la parte superior de las cubas electrolíticas.  Revestimiento de protección para evitar la oxidación de los ánodos de carbono.  Absorción de las emisiones provenientes de las cubas.  También es utilizada para el secado del aire comprimido ya que tiene la propiedad de adsorber y desorber el agua.  En el área sanitaria de las prótesis dentales, se utiliza como base de la estructura de coronas y puentes proporcionando gran dureza y resistencia, ligereza y translucidez.  En molinos de esmaltes cerámicos como piedras de molienda ( a modo de las piedras que engullen las aves para triturar los granos en la molleja). Su regeneración (para el caso de la adsorción/desorción) es con aire seco y caliente y tiene una temperatura de punto de rocío de -40°C.



ZIRCONA
La circonia cúbica es la forma cristalina cúbica del óxido de zirconio ZrO2. El material sintetizado es duro, sin fallas ópticas, ygeneralmente incoloro, pero puede hacerse en una variedad de colores diferentes. No debe ser confundido con el zircón, que es un silicato de zirconio (ZrSiO4). Debido a su bajo costo, durabilidad, y semejanza visual muy cercana al diamante, la zirconia cúbica sintética se ha mantenido como el más importante competidor gemológico y económico del diamante, desde 1976. Su principal competencia como gema sintética es un material más recientemente cultivado, la moissanita sintética.

Aspectos técnicos
Como su nombre lo implica, la zirconia cúbica es cristalográficamente isométrico y, como el diamante también es isométrico, es un atributo importante de un potencial simulante de diamante. Durante la síntesis, el óxido de zirconio podría formar cristales monoclínicos, forma más estable bajo condiciones atmosféricas normales. Se requiere un estabilizador para la formación del cristal cúbico; típicamente puede ser óxido de itrio o calcio, el tipo y cantidad de estabilizador usado depende de las múltiples recetas de los fabricantes individuales. En consecuencia, las propiedades físicas y ópticas de la zirconia cúbica sintetizada varía, siendo los valores en rangos. Es una sustancia densa, con una gravedad específica entre 5 y 6,0 al menos 1,6 veces más denso que el diamante. La circonia cúbica es relativamente dura, con un valor de 8 en la escala de Mohs- mucho más dura que la mayoría de gemas naturales.1 Su índice de refracción es alto, a 2 -2,18 (intervalo B-G, comparado con 2,42 para los diamantes), y su lustre essubdiamantino. Sudispersión óptica es muy alta, a 0,058 - 0,066, excediendo el del diamante (0,044). La circonia cúbica exhibe fractura concoidal. Bajo luz ultravioleta de onda corta, la zirconia cúbica suele luminescer amarillo, amarillo verdusco, o beige. A longitudes de onda más largas en el UV, el efecto disminuye significativamente, viéndose a veces un brillo blanquecino.

GRAFITO
El grafito es una de las formas alotrópicas en las que se puede presentar el carbono junto al diamante y los fulerenos.
A presión atmosférica y temperatura ambiente es más estable el grafito que el diamante, sin embargo la descomposición del diamante es tan extremadamente lenta que sólo es apreciable a escala geológica. Fue nombrado por Abraham Gottlob Werner en el año 1789 y el término grafito deriva del griego γραφειν (graphein) que significa escribir. También se denomina plumbagina y plomo negro. El grafito se encuentra en yacimientos naturales y se puede extraer, pero también se produce artificialmente. El principal productor mundial de grafito es China, seguido de India y Brasil.

Estructura
En el grafito los átomos de carbono presentan hibridación sp2, esto significa que forma tres enlaces covalentes en el mismo plano a un ángulo de 120s (estructura hexagonal) y que un orbital Π perpendicular a ese plano quede libre (estos orbitales deslocalizados son fundamentales para definir el comportamiento eléctrico del grafito) . El enlace covalente entre los átomos de una capa es extremadamente fuerte, sin embargo las unionesentre las diferentes capas se realizan por fuerzas de Van der Waals e interacciones entre los orbitales Π, y son mucho más débiles. Se podría decir que el grafito son varias capas de grafeno montadas. Esta estructura laminar hace que el grafito sea un material marcadamente anisótropo.

Propiedades
Es de color negro con brillo metálico, refractario y se exfolia con facilidad. En la dirección perpendicular a las capas presenta una conductividad de la electricidad baja y que aumenta con la temperatura, comportándose pues como un semiconductor. A lo largo de las capas la conductividad es mayor y aumenta proporcionalmente a la temperatura, comportándose como un conductor semimetálico.



Aplicaciones

El grafito es un material refractario y se emplea en ladrillos, crisoles, etc. Al deslizarse las capas fácilmente en el grafito, resulta ser un buen lubricante sólido. Se utiliza en la fabricación de diversas piezas en ingeniería, como pistones, juntas, arandelas, rodamientos, etc. Este material es conductor de la electricidad y se usa para fabricar electrodos. También tiene otras aplicaciones eléctricas. Se emplea en reactores nucleares, como moderadores y reflectores. El grafito mezclado con una pasta sirve para fabricar lápices. Es usado para crear discos de grafito parecidos a los de discos vinilo salvo por su mayor resistencia a movimientos bruscos de las agujas lectoras. Se puede crear Grafeno, el material más conductor y resistente que existe, futuro sustituto del silicio en la fabricación de chips.




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