El corindón es una forma cristalina de óxido de aluminio (Al2O3 ) que normalmente contiene trazas de hierro , titanio , vanadio y cromo . [3] [4] Es un mineral formador de rocas . Es un material naturalmente transparente , pero puede tener diferentes colores dependiendo de la presencia de impurezas de metales de transición en su estructura cristalina. [7] El corindón tiene dos variedades de gemas principales: rubí y zafiro . Los rubíes son rojos debido a la presencia de cromo, y los zafiros exhiben una gama de colores dependiendo del metal de transición que esté presente. [7] Un tipo raro de zafiro, el zafiro padparadscha , es de color rosa anaranjado.
El nombre "corindón" se deriva de la palabra tamil - dravídica kurundam (rubí-zafiro) (que aparece en sánscrito como kuruvinda ). [8] [9]
Debido a la dureza del corindón (se define que el corindón puro tiene 9,0 en la escala de Mohs ), puede rayar casi todos los demás minerales. Se utiliza comúnmente como abrasivo en papel de lija y en herramientas grandes que se utilizan para mecanizar metales, plásticos y madera. El esmeril , una variedad de corindón sin valor como piedra preciosa, se utiliza comúnmente como abrasivo. Es una forma granular negra de corindón, en la que el mineral está íntimamente mezclado con magnetita , hematita o hercinita . [6]
Además de su dureza, el corindón tiene una densidad de 4,02 g/cm3 ( 251 lb/pie cúbico), que es inusualmente alta para un mineral transparente compuesto de elementos de baja masa atómica, aluminio y oxígeno . [10]
El corindón se encuentra como mineral en esquistos de mica , gneis y algunos mármoles en terrenos metamórficos . También se encuentra en intrusivos de sienita ígnea con bajo contenido de sílice y sienita nefelínica . Otras apariciones son como masas adyacentes a intrusivos ultramáficos , asociadas con diques de lamprófiros y como cristales grandes en pegmatitas . [6] Se encuentra comúnmente como mineral detrítico en arenas de arroyos y playas debido a su dureza y resistencia a la intemperie. [6] El monocristal de corindón más grande documentado medía aproximadamente 65 cm × 40 cm × 40 cm (26 in × 16 in × 16 in), y pesaba 152 kg (335 lb). [11] El récord ha sido superado desde entonces por ciertas bolas sintéticas . [12]
El corindón para abrasivos se extrae en Zimbabue, Pakistán, Afganistán, Rusia, Sri Lanka e India. Históricamente se extraía de depósitos asociados con dunitas en Carolina del Norte , EE. UU., y de una sienita nefelina en Craigmont, Ontario . [6] El corindón de grado esmeril se encuentra en la isla griega de Naxos y cerca de Peekskill, Nueva York , EE. UU. El corindón abrasivo se fabrica sintéticamente a partir de bauxita . [6]
Se han descubierto en China cuatro hachas de corindón que datan del año 2500 a. C. de la cultura Liangzhu y de la cultura Sanxingcun (esta última ubicada en el distrito de Jintan ). [13] [14]
El proceso Verneuil permite la producción de gemas de zafiro y rubí monocristales impecables de un tamaño mucho mayor que el que se encuentra normalmente en la naturaleza. También es posible cultivar corindón sintético de calidad gema mediante el crecimiento por flujo y la síntesis hidrotermal . Debido a la simplicidad de los métodos involucrados en la síntesis de corindón, grandes cantidades de estos cristales se han vuelto disponibles en el mercado a una fracción del costo de las piedras naturales. [17]
El corindón sintético tiene un impacto ambiental menor que el corindón natural al evitar la minería destructiva y conservar los recursos. [18] [19] Sin embargo, su producción consume mucha energía, lo que contribuye a las emisiones de carbono si se utilizan combustibles fósiles, e involucra productos químicos que pueden presentar riesgos. [20]
Además de sus usos ornamentales, el corindón sintético también se utiliza para producir piezas mecánicas (tubos, varillas, cojinetes y otras piezas mecanizadas), ópticas resistentes a los arañazos, cristales de relojes resistentes a los arañazos , ventanas de instrumentos para satélites y naves espaciales (debido a su transparencia en el rango ultravioleta e infrarrojo) y componentes láser . Por ejemplo, los espejos principales del detector de ondas gravitacionales KAGRA son zafiros de 23 kg (50 lb), [21] y Advanced LIGO consideró espejos de zafiro de 40 kg (88 lb). [22] El corindón también se ha utilizado en el desarrollo de armaduras cerámicas gracias a su alta resistencia. [23]
El corindón cristaliza con simetría trigonal en el grupo espacial R 3 c y tiene los parámetros reticulares a = 4,75 Å y c = 12,982 Å en condiciones estándar. La celda unitaria contiene seis unidades de fórmula. [4] [24]
La tenacidad del corindón es sensible a la rugosidad de la superficie [25] [26] y a la orientación cristalográfica. [27] Puede ser de 6 a 7 MPa·m 1/2 para cristales sintéticos, [27] y alrededor de 4 MPa·m 1/2 para naturales. [28]
En la red de corindón, los átomos de oxígeno forman un empaquetamiento hexagonal cerrado ligeramente distorsionado , en el que dos tercios de los sitios octaédricos entre los iones de oxígeno están ocupados por iones de aluminio. [29] La ausencia de iones de aluminio de uno de los tres sitios rompe la simetría del empaquetamiento hexagonal cerrado, reduciendo la simetría del grupo espacial a R 3 c y la clase cristalina a trigonal. [30] La estructura del corindón a veces se describe como una estructura pseudohexagonal. [31]
El módulo de Young del corindón (zafiro) ha sido reportado por muchas fuentes diferentes con valores que varían entre 300 y 500 GPa, pero un valor comúnmente citado usado para cálculos es 345 GPa. [32] El módulo de Young depende de la temperatura, y ha sido reportado en la dirección [0001] como 435 GPa a 323 K y 386 GPa a 1,273 K. [32] El módulo de corte del corindón es 145 GPa, [33] y el módulo volumétrico es 240 GPa. [33]
Las fibras de corindón monocristalino tienen aplicaciones potenciales en compuestos de alta temperatura, y el módulo de Young depende en gran medida de la orientación cristalográfica a lo largo del eje de la fibra. La fibra exhibe un módulo máximo de 461 GPa cuando el eje c cristalográfico [0001] está alineado con el eje de la fibra, y módulos mínimos de ~373 GPa cuando una dirección a 45° del eje c está alineada con el eje de la fibra. [34]
La dureza del corindón medida por indentación a cargas bajas de 1-2 N se ha reportado como 22-23 GPa [35] en los principales planos cristalográficos: (0001) (plano basal), (10 1 0) (plano romboédrico), (11 2 0) (plano prismático) y (10 1 2). La dureza puede caer significativamente bajo altas cargas de indentación. La caída con respecto a la carga varía con el plano cristalográfico debido a la diferencia en la resistencia a la fisura y la propagación entre direcciones. Un caso extremo se ve en el plano (0001), donde la dureza bajo carga alta (~1 kN) es casi la mitad del valor bajo carga baja (1-2 N). [35]
El corindón policristalino formado a través de sinterización y tratado con un proceso de prensado isostático en caliente puede alcanzar tamaños de grano en el rango de 0,55-0,7 μm, y se ha medido que tiene una resistencia a la flexión de cuatro puntos entre 600 y 700 MPa y una resistencia a la flexión de tres puntos entre 750 y 900 MPa. [36]
Debido a su prevalencia, el corindón también se ha convertido en el nombre de un tipo de estructura principal ( tipo corindón ) que se encuentra en varios compuestos binarios y ternarios . [37]
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