산화 알루미늄

산화 알루미늄 (Aluminium oxide)은 알루미늄과 산소의 화합물로, 화학식은 Al₂O₃이다. 커먼덤(강옥)의 주성분이며, 다양한 결정형으로 존재한다. 무색 또는 흰색을 띠는 고체이며, 물에 녹지 않는다. 높은 경도와 내열성, 화학적 안정성이 뛰어나 산업 전반에 걸쳐 널리 사용된다.

특성

• 화학적 특성: 양쪽성 산화물로, 산과 염기 모두와 반응한다. 예를 들어, 염산과 반응하여 염화 알루미늄을 생성하고, 수산화나트륨과 반응하여 알루민산 나트륨을 생성한다.
• 물리적 특성: 매우 높은 경도를 가지며, 커먼덤 결정은 모스 경도 9로 다이아몬드 다음으로 단단하다. 녹는점은 약 2072°C이며, 끓는점은 약 2977°C이다. 전기 절연성이 우수하다.
• 결정 구조: 다양한 결정형을 가지며, 가장 일반적인 형태는 α-Al₂O₃ (커먼덤)이다. γ-Al₂O₃, δ-Al₂O₃, θ-Al₂O₃ 등 다른 형태도 존재하며, 이들은 주로 촉매 지지체나 흡착제로 사용된다.

제조

• 바이어 공정: 보크사이트 광석에서 알루미늄을 추출하는 과정에서 생성된다. 보크사이트를 수산화나트륨 용액으로 처리하여 알루민산 나트륨 용액을 얻고, 이 용액에서 수산화알루미늄을 침전시킨 후 가열하여 산화 알루미늄을 얻는다.
• 기타 방법: 알루미늄 금속을 직접 산화시키거나, 알루미늄 화합물을 열분해하여 얻을 수도 있다.

활용

• 연마재: 높은 경도를 이용하여 연마재, 절삭 공구, 연삭 휠 등에 사용된다.
• 내화물: 높은 내열성을 이용하여 내화 벽돌, 도가니, 고온 반응 용기 등에 사용된다.
• 세라믹: 다양한 세라믹 제품의 원료로 사용된다. 예를 들어, 반도체 기판, 절연체, 인공 뼈 등에 사용된다.
• 촉매 및 촉매 지지체: 높은 표면적과 화학적 안정성을 이용하여 촉매 및 촉매 지지체로 사용된다.
• 흡착제: 기체 또는 액체로부터 특정 물질을 흡착하는 데 사용된다.
• 필러: 플라스틱, 페인트, 고무 등의 강도와 내마모성을 향상시키는 필러로 사용된다.
• 보석: 커먼덤 결정이 불순물을 함유할 경우 루비(크롬), 사파이어(철, 티타늄) 등의 보석이 된다.
• 의료: 인공 관절, 치과용 임플란트 등 생체 재료로 사용된다.

안전성

산화 알루미늄은 일반적으로 안전한 물질로 간주되지만, 분진 형태로 흡입할 경우 폐에 자극을 줄 수 있다. 따라서 작업 환경에서는 적절한 환기 시설을 갖추고, 필요에 따라 보호 장비를 착용해야 한다.