Este documento presenta información sobre la alúmina, incluyendo sus propiedades físicas y químicas, su estructura cristalina, diferentes tipos como la alúmina activada y alúmina tabular, su preparación a partir de la bauxita y su uso como catalizador y soporte para catalizadores industriales y de laboratorio. También resume una investigación reciente sobre un catalizador de platino soportado en alúmina cryogel para la remoción de metano en gases de escape industriales.

1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CIUDAD MADERO
DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN
TÓPICOS DE NUEVOS MATERIALES CATALÍTICOS
DAVID MACIAS FERRER
G86070090
Presenta:
ALÚMINA

2. Generalidades
 Alúmina es un oxido anfótero de Aluminio cuya fórmula química es Al2O3
Fig. 1 Oxido de Aluminio1

3. Generalidades
 El oxido de aluminio existe en la naturaleza en forma de corindón.
 Ciertas piedras preciosas, como el rubí, el zafiro, son formas de alúmina
coloreadas por indicios de óxidos de metales pesados.
Fig. 3 Zafiro3
Fig. 2 Rubí2
Fig. 4 Corindón4

4. Generalidades
 El oxido de aluminio fundido y vuelto a cristalizar es idéntico en sus
propiedades químicas y físicas al corindón natural. Solo le superan en
dureza al diamante y algunas sustancias sintéticas, concretamente el
carborundo o carburo de silicio.
Fig. 5 Alúmina5

5. Estructura Cristalina
Fig. 6 Estructura
Cristalina de la Alúmina6

6. Propiedades7
Alúmina (99.8% de pureza)
Propiedades Físicas Magnitud/Descripción
Densidad 3.92 g/cm3, or 244 lb/ft3
Apariencia Sólido blanco
Olor Inodoro
Estructura cristalina Trigonal
Dureza Vickers 1500-1650 kgf mm²
Propiedades Térmicas Magnitud
Capacidad calorífica específica 860 J/kg-°K
Conductividad térmica 30 W/m-°K
Expansión térmica 20 @ 1000°C 8.2 µm/m-°K
Punto de recocido 2100 °C
Temperatura máxima de uso continuo 1700 °C

7. Propiedades (Cont.)
Alúmina (99.8% de pureza)
Propiedad Mecánicas Magnitud
Módulo de compresibilidad 220 GPa, or 31 106 psi
Resistencia a la compresión 2700 MPa, or 390 103 psi
Modulo de Young 370 GPa, or 53 106 psi
Resistencia a la flexión 380 MPa, or 55 103 psi
Resistencia a la fractura 4.5 MPa-m1/2
Radio de Poisson 0.22
Módulo de cizallamiento 180 GPa, or 26 106 psi
Resistencia a la tracción (último) 170 MPa, or 24 103 psi

8. Propiedades (Cont.)
Alúmina (99.8% de pureza)
Propiedades Eléctricas Magnitud
Constante dieléctrica (Permitividad 9.8
relativa) Bajo rango Mhz
Resistencia dieléctrica 8.6 MV/m, or 210 V/mil
Resistividad eléctrica 12 10x Ω-m
Propiedades Químicas y Electroquímicas Magnitud/Descripción
Entalpía estándar de formación −1675.7 kJ·mol−1
Entropía molar estándar 50.92 J·mol−1·K−1
Resistividad eléctrica 12 10x Ω-m
Solubilidad en agua Insoluble

9. Propiedades (Cont.)
Alúmina (99.8% de pureza)
Propiedades Físicas como Soporte Magnitud
Catalítico
Superficie específica 100-300 cm3/g-1
Volumen de poros 0.4-0.5 cm2/g-1
Tamaño de poros 6-40 nm
Fig. 7 Imagen (SEM) ,
tomada de
Nature Materials8

10. Tipos de Alúminas
Alúmina Activada o Adsorbente
 La alúmina activada es una forma porosa y adsorbente que se produce
calentando los hidratos a cierta temperatura, suficiente para expulsar la
mayor parte del agua combinada. Es necesario regular el calentamiento,
pues si la temperatura es demasiado alta no se obtiene la extensión máxima
de superficie
Fig. 8 Alúmina activada,
comercialmente su precio
oscila entre los $1000 y
$1500 USD por tonelada9

11. Alúmina Activada o Adsorbente (Cont.)
 La alúmina activada es un material con buenas propiedades de adsorción
de fluoruros del agua y constituyen el material adsorbente mas usado para
este fin.
 Los tipos muy adsorbentes o alúminas activadas se expanden en forma
granular y de tabletas de tamaño apropiado para lechos catalizadores fijos
 La magnitud de su superficie depende del método de preparación y del
grado de activación. Las formas comerciales tienen entre 100 y 400m2 de
área por gramo.
 Algunas alúminas activadas tienen resistencia excepcional al calor y
conservan su área a 800°C.
 Esta clase de alúmina tiene actividad para muchas otras reacciones; por
ejemplo: la descomposición pirogenada (cracking), isomerización,
deshidrogenacion, desfluoración y desulfuración.
 Los óxidos de molibdeno, cromo y vanadio que impregnan la alumina
activada son buenos catalizadores de la deshidrogenacion.
 Los metales de actividad catalítica, como el níquel, el Hierro, cobalto y
platino, se emplean con soporte de alumina con el fin de elevar su potencia
de hidrogenación y de síntesis.

12. -Alúmina
 Esta variedad de alúmina tiene multitud de aplicaciones en la industria y
se producen diversas calidades conforme la necesidad. Uno de los
caracteres notables de la -Alúmina es su dureza, 9 de la escala de Mohs;
por consiguiente, puede servir bien como abrasivo.
 Entre otras aplicaciones de la -Alúmina son de mencionar su empleo
para lechos en el tratamiento de aceros especiales de aleación, como
fundente en la fusión de aceros especiales, componente de vidrios de poca
dilatación térmica y de vidriados para porcelana y como materia prima para
la fabricación de porcelanas dentales
Fig. 9 -Alúmina 10

13. Alúmina Tabular
 La alúmina tabular es una variedad porosa de poca área, que conserva su
porosidad a temperaturas comprendidas en el intervalo de fusión de la
alúmina. En vista de su gran estabilidad, se recomienda como portador de
agentes activos en reacciones en que no es necesaria gran superficie.
 Las reacciones de oxidación son de esta índole; por ejemplo: se puede
convertir naftaleno en anhídrido ftálico sobre alúmina o algún catalizador
con soporte de alúmina.
Fig. 10 Alúmina Tabular11

14. Alúmina Tabular (Cont.)
 Bolas de alúmina tabular calentadas a alta temperatura por combustión
superficial se usan en el cracking térmico de gases de hidrocarburos para la
obtención de olefinas.
 La alúmina tabular se prepara calentando alúmina calcinada por el
proceso Bayer, a temperatura no mucho menor del punto de fusión, y tiene
la forma cristalina del corindón. Se obtiene en tamaños que varían desde
terrones de unos 25mm hasta polvo pasado por el tamiz numero 300.
 Se usan también como portador de catalizadores cuando es indispensable
la estabilidad a altas temperaturas

15. Otros tipos de Alúminas
 PURALOX y CATALOX, son marcas registradas para los óxidos de Aluminio:
-Alúmina,  -Alúmina y  -Alúmina, derivados de la activación controlada
de alúminas altamente puras.
 Este tipo de alúminas, proveen una excelente actividad catalítica
específica, mayor aérea superficial, mayor estabilidad, además de una baja
pérdida por desgaste.
Fig. 11 -Alúmina,  -
Alúmina y  -Alúmina 12

16. Preparación de Alúmina13
 La alúmina se obtiene a partir de la Bauxita, mineral que contiene
principalmente hidróxidos de Aluminio.
 La Bauxita es purificada a través del proceso Bayer, que consiste en la
disolución de ésta en una base como la sosa cáustica, cal y agua.
 En el proceso de separación el hidróxido de Aluminio precipita, Luego se
calcina hasta eliminar la humedad obteniéndose así la alúmina como un
polvo blanco.

17. 1° La bauxita se transporta
desde la mina al lugar de
transformación (cerca de
puertos, ya que la mayoría
se importa).

18. 2° Se tritura y muele hasta
que queda pulverizada.

19. 3° Se almacena en silos
hasta que se vaya a
consumir.

20. 4° En un mezclador se
introduce bauxita en polvo,
sosa cáustica, cal y agua
caliente. Todo ello hace que
la bauxita se disuelva en la
sosa.

21. 5° En el decantador se
separan los residuos (óxidos
que se hallan en estado
sólido y no fueron atacados
por la sosa).

22. 6° En el intercambiador de
calor se enfría la disolución
y se le añade agua.

23. 7° En la cuba de
precipitación, la alúmina se
precipita en el fondo de la
cuba.

24. 8° Un filtro permite separar
la alúmina de la sosa.

25. 9° La alúmina se calienta a
unos 1200°C en un horno,
para eliminar por completo
la humedad.

26. 10° En el refrigerador se
enfría la alúmina hasta la
temperatura ambiente.

27. Alúmina como Catalizador y Soporte
para Catalizadores
 La alúmina cataliza una gran variedad de reacciones a escala industrial.
 En el proceso Claus* (empleado en la obtención del Azufre), se usa como
catalizador, para convertir los gases residuales de sulfuro de hidrógeno en
azufre elemental.
 También es útil para la deshidratación de alcoholes a alquenos.
 Alúmina sirve como un soporte de catalizador para muchos catalizadores
industriales, tales como los utilizados en la hidrodesulfuración y en algunos
procesos de polimerización.
* Patentado en 1883 por el científico Carl Friedrich Claus

28. Alúmina como Catalizador y Soporte
para Catalizadores (Cont.)
 A escala industrial, empresas como Yixing Yipu Catalyst Co.,Ltd, proveen
una serie de productos de alúmina que son ampliamente usados como
soportes para catalizadores.
Fig. 12 Soportes de
Alúmina14

29. Alúmina como Catalizador y Soporte
para Catalizadores (Cont.)
 A nivel de laboratorio, se pueden preparar los soportes para catalizadores
por el método de impregnación, por ejemplo:
Catalizador de deshidrosulfuración
Se obtiene por mezclado y aglomeración o por impregnación, sobre alúmina
se superficie elevada. Al salir de la calcinación puede tener 12.2% MoO3,
2.5% CoO y 85.3% Al2O3, con un volumen de poros de 0.6cm3/g que se
impregnan con 14.9g de paramolibdato de amonio y 9.9 Kg de Co(NO3)2
6H2O disueltos cada uno en el volumen necesario para dar 51 lts. De
solución. La operación se realiza en dos etapas; se hacen dos
impregnaciones, primero con los 51 l de paramolibdato, se seca y
posteriormente con la solución de nitrato de cobalto se calcina y compacta.
La activación se hace mediante sulfuración en el reactor15.

30. Investigaciones Recientes
 En el 2006 el investigador japonés Toshihiko Osaki, publica: “Highly
Functional Catalyst For Purification Of Industrial Exhaust Gases - Low
Tempe”16, donde muestra el desarrollo de un catalizador tipo cryogel
compuesto por platino soportado por alúmina, para remover metano del
aire por oxidación.
Fig. 13 Soportes de
Alúmina Cryogel16
Fig. 12 Actividad de la Oxidación de Metano
con y sin el catalizador Cryogel Pt/Alúmna16