¿Cuál es la relación entre la alúmina, el corindón y el zafiro?
①Alúmina
En un sentido amplio, muchas personas consideran que la alúmina es un término general para los óxidos de aluminio, hidróxidos de aluminio y similares, que son una clase de compuestos compuestos de aluminio, oxígeno e hidrógeno.
En sentido estricto, la alúmina, concretamente el óxido de aluminio con la fórmula química Al₂O₃, es un óxido que ocupa el segundo lugar, después del dióxido de silicio, en cuanto a contenido en la corteza terrestre. Se encuentra ampliamente en minerales como el feldespato y la mica. Industrialmente, se suele extraer de la bauxita, una materia prima mineral natural, para obtener alúmina.
La estructura cristalina de la alúmina es compleja, con muchos alótropos, que pueden dividirse en más de diez formas cristalinas como α, β, γ, δ, ε, ζ, η, θ, κ, λ, ρ y χ. Entre ellas, α-Al₂O₃ es una fase estable, mientras que las demás formas cristalinas son fases de transición. Todas estas fases de transición se transformarán en la fase α a 1200 °C. El proceso de transformación implica la ruptura y recombinación de enlaces químicos, que pertenece a la reorganización reticular. Requiere una gran cantidad de energía y es un proceso irreversible. α-Al₂O₃ y γ-Al₂O₃ han sido ampliamente utilizados en la industria.
El α-Al₂O₃, comúnmente conocido como corindón, pertenece al sistema cristalino trigonal con una densidad de 3,96–4,01 g/cm³. Es un material inorgánico no metálico con propiedades químicas extremadamente estables, que se caracteriza por su alta dureza (dureza Mohs 9), alto punto de fusión (2050 °C), alta resistencia mecánica, buena resistencia al desgaste, excelente resistencia a la corrosión y alta resistividad. Por lo tanto, el micropolvo de α-Al₂O₃ se utiliza ampliamente en campos como los materiales refractarios, la cerámica especial, los materiales abrasivos, la industria química y la electrónica.
El γ-Al₂O₃ presenta una estructura de espinela defectuosa con una cantidad insuficiente de iones de aluminio y pertenece a la alúmina activada. Se utiliza ampliamente en la familia de las alúminas y desempeña un papel crucial en los campos de la adsorción, los catalizadores y sus portadores.
2Corundo
El corindón es el nombre de una gema, un cristal de α-Al₂O₃ presente de forma natural en la naturaleza. El corindón puro es incoloro e impecable, pero es bastante raro. El corindón natural generalmente contiene trazas de Fe, Ti, Cr, Ni, etc., por lo que presenta diferentes colores, como negro, azul oscuro, gris azulado, gris amarillento, marrón, tostado, etc.
El corindón se divide en corindón de grado gema y corindón industrial según su uso. El corindón industrial se utiliza principalmente en el campo de los materiales abrasivos de alta calidad y se puede transformar en muelas, discos de amolar, papel abrasivo y polvo abrasivo. Se utiliza para pulir y procesar productos metálicos, y como cojinete para las piezas de rotación rápida de instrumentos de precisión. El polvo de corindón ultrafino se utiliza ampliamente para el pulido y la reparación de vidrio óptico de instrumentos de precisión.
Debido a la escasez de corindón natural para satisfacer la demanda, ha surgido en la industria el corindón artificial. Las principales diferencias entre estos productos de corindón residen en los distintos contenidos de alúmina y sus distintos procesos de fabricación.
Corindón marrón
La fase principal del corindón marrón es Al₂O₃ (representando entre el 94,5 % y el 97 %), y las impurezas incluyen SiO₂, CaO, Fe₂O₃, MgO, etc. Su color es marrón. Con alta dureza, tenacidad relativamente alta y bajo costo, es uno de los abrasivos más utilizados en el rectificado y se utiliza a menudo para rectificar aceros comunes.
Corindón blanco
El corindón blanco (WA) se fabrica a partir de polvo de alúmina mediante fusión y cristalización. En comparación con el corindón marrón, presenta mayores requisitos de aislamiento térmico y permeabilidad al aire en hornos de arco eléctrico durante su producción. Es de color blanco puro y de alta pureza, pero presenta poros residuales en sus cristales. Es duro y quebradizo, y sus granos abrasivos se rompen fácilmente durante el rectificado, pero genera poco calor. Es adecuado para el rectificado de acero templado, acero con alto contenido de carbono, etc.
Corindón microcristalino
El proceso de fundición del corindón microcristalino (MA) es prácticamente igual al del corindón marrón, pero requiere el enfriamiento rápido del líquido fundido. Las partículas abrasivas resultantes están compuestas por numerosos granos cristalinos diminutos con un tamaño de partícula inferior a 300 μm. Gracias a su mayor tenacidad, autoafilado y resistencia, es adecuado para el rectificado de acero al carbono, acero inoxidable, etc.
Corindón de zirconio
El corindón de zirconio (ZA) se fabrica fundiendo polvo de bauxita o alúmina y circón en un horno de arco eléctrico, con una proporción de ZrO₂ del 25 % al 45 %. En comparación con otros tipos de abrasivos, presenta una excelente tenacidad y se puede utilizar para el rectificado de alta carga y precisión.
Corindón negro
El corindón negro (BA), también conocido como esmeril artificial, se obtiene mezclando y sinterizando bauxita y coque. Contiene óxido de hierro y una pequeña cantidad de impurezas, y es económico, pero presenta baja dureza y un rendimiento de corte deficiente.
③Zafiro y rubí
Los zafiros y rubíes son corindones de alta calidad dopados con pequeñas cantidades de diferentes óxidos. Los rubíes son cristales transparentes de corindón de grado gema de la serie roja, mientras que los zafiros son cristales transparentes de corindón de grado gema de varios colores, excepto el rojo. Cabe destacar que los zafiros no son solo azules.
Además de utilizarse como piedra preciosa, el zafiro, con sus excelentes propiedades físicas, químicas y ópticas, se ha aplicado ampliamente en tecnologías de vanguardia como láseres de estado sólido, ventanas infrarrojas, obleas de sustrato para chips semiconductores y tratamientos médicos.
④Conclusión
La alúmina, concretamente el trióxido de aluminio, tiene la fórmula química Al₂O₃. Presenta numerosas variaciones polimórficas, siendo α-Al₂O₃ y γ-Al₂O₃ las más comunes.
El corindón es el nombre de un mineral gema, un cristal de α-Al₂O₃ presente de forma natural en la naturaleza. Debido a la escasez de corindón natural para satisfacer la demanda, ha surgido en la industria el corindón artificial, que se divide en corindón monocristalino y corindón policristalino.
Los zafiros y rubíes son monocristales de α-Al₂O₃ que presentan diferentes colores debido al dopaje con pequeñas cantidades de diferentes óxidos, y también son un tipo de corindón monocristal de alta calidad.