Oxyde d'aluminium Alumine

L'oxyde d'aluminium (alumine) constitue le matériau de base de nombreuses céramiques industrielles. Il possède des propriétés de dureté et de fragilité, un point de fusion élevé, une faible conductivité électrique et des propriétés de stabilité thermique exceptionnelles.

Le corindon est principalement constitué de cristaux rhomboédriques stables d'alumine (a-Al2O3) qui ont une forme cristalline stable appelée corindon-alumine, avec des traces de chrome qui lui donnent sa teinte rouge caractéristique, tandis que le fer et le titane apportent des teintes de saphir bleu pour les variétés de saphir bleu de qualité gemme telles que les rubis.

Métaux

L'oxyde d'aluminium alumine fait partie intégrante de la production de métaux et est utilisé pour produire des alliages métalliques d'aluminium. En raison de son point de fusion élevé et de ses excellentes propriétés de résistance thermique, les fours, les céramiques et les revêtements de four l'utilisent souvent. L'oxyde d'aluminium alumine joue également un rôle essentiel dans la production d'armures civiles et militaires en raison de sa solidité, de sa légèreté et de ses propriétés balistiques.

L'oxyde d'aluminium (alumine) est produit par le raffinage du minerai de bauxite dans une raffinerie d'alumine. Ce processus se déroule généralement dans de grands bâtiments rectangulaires d'une longueur estimée à un kilomètre, qui contiennent des centaines de cellules de réduction reliées à l'électricité par de gros câbles ; une fois combinées, ces cellules produisent du corindon ou de l'oxyde d'aluminium en tant que produit final.

Le corindon est la forme la plus répandue d'oxyde d'aluminium et le deuxième en termes de dureté après le diamant. Les formes de corindon de qualité gemme comprennent les rubis et les saphirs, qui doivent leurs riches couleurs à des traces d'impuretés telles que des atomes de chrome, de fer et de titane. Le corindon est l'ingrédient principal des outils de coupe et des nombreux abrasifs utilisés sur ses surfaces ; il existe également d'autres applications pour le corindon.

Les raffineries utilisent l'oxyde d'aluminium alumine comme base pour les réfractaires industriels utilisés dans des processus thermochimiques et thermomécaniques complexes, tels que le reformage autothermique pour la conversion d'hydrocarbures en gaz de synthèse (combustible de synthèse). Les céramiques d'alumine de haute pureté offrent une inertie chimique supérieure, nécessaire à la réussite de ces applications.

L'alumine est souvent utilisée comme catalyseur dans les raffineries pour faciliter les réactions qui s'y déroulent, notamment celles liées à la production de soufre élémentaire via le procédé Claus ou à la transformation des alcools en alcènes.

L'alumine est souvent ajoutée au ciment et aux produits en béton pour augmenter leur résistance à la traction, leur durabilité et leur résistance à la corrosion, ainsi que leur résistance aux facteurs environnementaux. L'alumine peut également être ajoutée aux adhésifs et aux produits d'étanchéité afin d'augmenter la force d'adhérence, la résilience et la résistance aux produits chimiques ; elle est en outre largement utilisée dans la fabrication d'implants dentaires et de prothèses.

Corindon

L'oxyde d'aluminium (également connu sous sa formule chimique Al2O3) est un composé universel aux multiples applications. Il constitue une matière première essentielle pour la production d'aluminium métallique et de céramiques industrielles. Il peut également être présent à l'état naturel sous forme de pierres précieuses telles que les rubis et les saphirs.

Le corindon est un oxyde d'aluminium doté d'une structure hexagonale complexe et d'une abondance d'ions oxygène, dont les deux tiers remplissent les interstices octaédriques disponibles, tandis que l'espace restant est occupé par des ions Al3+ qui se lient à d'autres atomes pour former une structure neutre sans les cations d'équilibrage de charge nécessaires à sa stabilisation.

Le corindon naturel se trouve dans les roches ignées, métamorphiques et sédimentaires. Sa source principale est la bauxite, qui produit des poudres d'alumine de grande pureté (>99,9% Al2O3) ; le corindon peut être extrait de cette source par le procédé Bayer ; les principaux gisements se trouvent en Australie, au Brésil, en Inde et au Myanmar (Birmanie).

Le corindon pur est également largement utilisé comme matériau abrasif dans l'industrie et au-delà, notamment dans le cadre des processus de fabrication de l'alumine de haute pureté. En raison de sa surface dure et durable, le corindon pur incorpore souvent de petites quantités de carbone, de dioxyde de silicium et d'oxyde de manganèse pour une résistance accrue à l'usure.

Le corindon peut également être utilisé comme catalyseur. L'absorption de l'eau et d'autres molécules polaires lui permet d'être utilisé en chromatographie d'adsorption ; en outre, ses propriétés catalytiques lui permettent d'éliminer le soufre du sulfure d'hydrogène, de déshydrater les alcools et d'isomériser les oléfines.

Les structures cristallines du corindon peuvent varier considérablement en raison des impuretés présentes dans sa composition, y compris les substituts élémentaires qui apportent des couleurs différentes. Le rubis et le saphir doivent leur couleur à des traces d'ions Fe2+ et de chrome qu'ils contiennent respectivement.

Le corindon est un matériau extrêmement résistant qui peut prendre différentes formes et tailles en fonction de son application. Il est usiné pour les produits abrasifs, ainsi que pour les applications nécessitant une résistance aux températures élevées et de bonnes propriétés d'isolation électrique. Grâce à des techniques de collage et de formage, il peut également produire un matériau d'alumine à grain fin présentant des propriétés de résistance à l'usure supérieures, qui possède d'excellentes caractéristiques de résistance à l'usure.

Retardateurs de flamme

L'oxyde d'aluminium est utilisé dans de nombreuses applications comme retardateur de flamme et est également souvent employé comme isolant sur les cartes de circuits imprimés (PCB) utilisées pour l'équipement électronique. La capacité de l'oxyde d'aluminium à bloquer les flux de courant électrique entre les composants assure la sécurité et l'isolation des systèmes électriques, tandis que ses propriétés isolantes réduisent les risques de court-circuit et d'endommagement des produits.

Les propriétés ignifuges de ce produit découlent de sa capacité à absorber et à libérer lentement la chaleur, ce qui permet d'éviter que les produits ne deviennent inflammables. Son utilisation pour remplacer les retardateurs de flamme organiques et halogénés est progressivement abandonnée en raison de leur impact négatif sur l'environnement.

Le trihydroxyde d'aluminium, plus communément appelé ATH, est un retardateur de flamme efficace à base d'hydroxyde d'aluminium largement utilisé aujourd'hui. Il offre une alternative efficace aux produits chimiques halogénés qui émettent des fumées toxiques lorsqu'ils sont décomposés, ainsi qu'aux problèmes environnementaux qu'ils créent lors de leur décomposition. Les composés d'hydroxydes métalliques ne sont pas toxiques et se décomposent en eau et en oxydes inertes lorsqu'ils sont chauffés ; en outre, ils sont plus respectueux de l'environnement que les composés organobromés tels que les polybromobiphényléthers (PBDE). Ces derniers sont devenus le pilier des produits chimiques ignifuges au cours des dernières années.

L'oxyde d'aluminium alumine subit de nombreux traitements au cours de sa production afin d'améliorer ses capacités ignifuges. Des silanes sont appliqués à sa surface pour éliminer les particules grossières et assurer une distribution uniforme de la taille des particules ; cela permet d'améliorer la dispersion avec divers matériaux et peut faciliter les processus de dispersion. Enfin, un traitement par choc thermique augmente encore les capacités d'ignifugation.

En plus de ses propriétés ignifuges, l'ATH présente une stabilité oxydative exceptionnelle qui peut prolonger la durée de vie des polymères et des autres produits qui entrent en contact avec lui. En outre, sa résistance à la migration dans des conditions de vieillissement par chaleur ou humidité modérées et sa surface élevée contribuent à améliorer les propriétés mécaniques lorsqu'il est mélangé à des polymères.

Plastiques

L'alumine est un matériau inerte utilisé dans la fabrication du verre ou le revêtement des métaux pour les isoler de la chaleur, ainsi que dans la fonte et le moulage de formes. L'oxyde d'aluminium peut également servir d'isolant thermique dans les fours et les bougies d'allumage. Son point de fusion élevé, sa faible densité et ses propriétés réfractaires permettent la production de céramiques.

Dure et bio-inerte, la céramique est le matériau de choix pour les roulements des prothèses de hanche, les implants dentaires et les renforts tissulaires. En outre, la céramique se retrouve dans des dispositifs médicaux tels que les genoux artificiels et les stents, ainsi que dans des équipements de laboratoire tels que les fours à creuset et d'autres outils.

Le corindon est une forme d'oxyde d'aluminium que l'on trouve dans les rubis et saphirs de qualité gemme aux couleurs profondes, tels que les rubis et saphirs du Brésil et du Sri Lanka. Cependant, leurs couleurs ne proviennent pas de l'oxyde d'aluminium pur, mais contiennent des traces d'impuretés telles que le fer ou le titane, qui leur donnent leurs teintes caractéristiques. En raison de sa dureté, l'oxyde d'aluminium peut également être transformé en abrasifs pour outils de coupe.

Dès que l'alumine se dissout dans l'eau, des groupes hydroxyles se forment et interagissent avec les protéines pour augmenter sa mouillabilité par rapport à divers alliages métalliques, ce qui fait de l'alumine un candidat idéal comme matériau de revêtement protecteur contre la corrosion. L'alumine est également fréquemment utilisée comme adjuvant d'argile dans les fours afin de produire des glaçures dures utilisées pour la décoration céramique et les traitements d'anodisation sur les composants en aluminium.

L'oxyde d'aluminium est utilisé dans la production d'abrasifs, de céramiques et de certains plastiques. En outre, il peut être fondu et mis en forme pour servir d'isolant dans les fours, de pièces métalliques coulées ou de gaines pour les thermocouples (instruments de mesure de la température). Ces instruments fonctionnent grâce à l'effet Seebeck : deux fils métalliques de températures différentes sont reliés à une extrémité par des joints soudés avant que leurs autres extrémités ne soient fixées à une pièce de céramique ou de matériau réfractaire qui empêche la perte de chaleur du métal le plus froid à l'extrémité la plus chaude, créant ainsi une différence de potentiel électrique qui peut être mesurée électroniquement à l'aide d'un appareil électronique.