Oxidiu de aluminiu - alumină

În esenţă, alumină pură (> 99,5%) a fost utilizată la începutul anilor 1970 ca

material pentru implanturi, în special pentru proteze artificiale în comun (mai ales şold) şi dinţi, datorita compatibilităţii sale excelente cu ţesuturile şi proprietăţile mecanice.

(în special frecarea şi uzura).

Ceramicile oxidice sunt cele mai utilizate materiale pentru implanturi. În ceramicile oxidice legătura predominantă între atomi este de natură ionică; ionii de oxigen sunt distribuiţi prin interstiţiile ionilor metalici. Oxidul reprezentativ al acestei grupe este alumina – Al2O3, cu faza sa cea mai stabilă .Al2O3, având temperatura de topire de 2050oC.

Compoziţie şi structură

Ceramica din oxid de aluminiu constituie un domeniu important al ceramicii

oxidice. Iniţial, au fost considerate produse din oxizi ceramici piesele sinterizate cu duritate şi rezistenţă ridicată faţă de coroziune obţinute din oxizi puri Al2O3, BeO, MgO şi lipsite de faza vitroasă. În prezent aparţin ceramicii oxidice feritele şi titanaţii datorită caracteristicilor lor electrice şi magnetice bune.

Ceramica oxidică se obţine din oxizii metalici şi combinaţiile acestora prin metode ceramice de fabricaţie (turnare din barbotină, presare uscată sau extrudare) sau prin metodele similare metalurgiei.

Oxidul de aluminiu este o masă albă, foarte greu fuzabilă şi insolubilă în apă. Al2O3 nativ (mineralul corund), cât şi oxidul obţinut sintetic şi apoi calcinat energic, se disting printr-o duritate mare şi prin insolubilitate în acizi. Oxidul de aluminiu (alumina sau aşa-numitul alundum) poate fi solubilizat prin topire cu alcalii sau cu K2S2O7.

Corindonul este un minereu foarte dur (după duritate cedează doar diamantului), care constă din oxid de aluminiu cristalin, deseori colorat de impurităţi în diferite culori: corundul roşu (datorită impurităţilor de Cr) se numeşte rubin, cel albastru (Ti, Fe) – safir. Diferite impurităţi pot condiţiona şi alte nuanţe ale corindonului (verde, galben, portocaliu, violet etc).

Datorită insolubilităţii Al2O3 în apă, hidroxidul corespunzător acestui oxid [Al(OH)3] nu poate fi obţinut decât pe cale indirectă (pornind de la săruri). El este un precipitat felatinos voluminos, de culoare albă, practic insolubil în apă, dar uşor solubil în acizi şi în baze tari. Hidroxidul de aluminiu are prin urmare un caracter amfoter. Dar atât proprietăţile bazice, cât şi în special proprietăţile acide, sunt destul de slabe. Hidroxidul de aluminiu este insolubil în exces de NH4OH.

In compoziţia chimică a ceramicii dentare este se constată prezenţa a patru grupe principale de oxizi:

- silicea – component majoritar, cuprinsă între 57 şi 70%;

- alumina – component principal care asigură stabilitatea chimică, cuprinsă între 8 şi 17%;

- oxizii metalelor alcaline, care reduc fragilitatea ceramicii;

- trioxidul de bor, care formează combinaţii complexe – borosilicaţii;

Procesul de obtinere

Cel mai frecvent proces de rafinare este procesul Bayer. Procesul Bayer implică dizolvare de bauxită zdrobita în hidroxid de sodiu (NaOH) sub presiune la temperaturi ridicate (Până la 300 ° C) pentru a forma o soluţie de aluminat de sodiu suprasaturată. Procesul Bayer este un proces de purificare la temperaturi ridicate aplicate pentru minereu de bauxită după ce a fost dizolvat într-o soluţie de hidroxid de sodiu fierbinte. Alumina a fost dezvoltata ca o alternativă pentru aliaje metalice chirurgicale pentru protezele de sold si implanturi dentare.

Procesul Bayer de producere a oxidului de aluminiu din bauxită se prezinta astfel:

În soluţia cu aluminat de sodiu se introduce:

• un curent de oxid de carbon(IV), care precipită hidroxidul de aluminiu:

2Na[Al(OH)4] + CO2 = 2Al(OH)3 + Na2CO3 + H2O

• sau cantităţi mici de Al(OH)3, care amorsează descompunerea aluminatului având rol de germen de cristalizare pentru separarea hidroxidului de aluminiu:

Na[Al(OH)4] = Al(OH)3 + NaOH

Hidroxidul de aluminiu obţinut se calcinează în cuptoare rotative la 1200°C când trece în oxid de aluminiu: 2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

Noroaiele roşii rămase de la separarea hidroxidului de Al conţin în afară de oxizi de fier şi siliciu, oxid de titan şi oxid de vanadiu, a căror extragere este o problemă luată în cercetare.

Universitatea Politehnica Bucuresti

Substante, materiale si sisteme biocompatibile