Hydrate d'alumine

L'hydrate d'alumine, également appelé trihydroxyde d'aluminium (ATH), est une poudre blanche utilisée comme retardateur de flamme et suppresseur de fumée lorsqu'elle est ajoutée à des polymères tels que le caoutchouc et la moquette. Il est couramment utilisé comme ingrédient.

La décomposition thermique de la boehmite et de la gibbsite conduit à des formes lamellaires ou fibreuses d'hydrate d'alumine, selon la méthode de préparation, qui peuvent ensuite être converties par traitement hydrothermal en bayerite ou en matériaux g-Al2O3.

1. Retardateur de flammes

Le corindon (a-Al2O3), polymorphe naturel de l'alumine, est dur et chimiquement inerte. Il présente une surface spécifique extrêmement élevée de 5m2/g-1 et constitue la principale matière première utilisée pour la fabrication d'abrasifs. Les alumines de type G, en revanche, sont plus réactives que le corindon et sont utilisées comme supports de catalyseurs ; elles peuvent être produites par traitement thermique de la gibbsite ou de la boehmite et présentent différentes surfaces BET (N2).

Les alumines commerciales sont produites à partir de gibbsite en utilisant le procédé Bayer, qui implique une lixiviation suivie d'une précipitation par ensemencement de gibbsite purifiée. Ce procédé permet d'obtenir un ensemble de petits cristaux sphériques ainsi que des particules plus grandes composées de cristaux tabulaires et prismatiques formant des agrégats.

Ces alumines peuvent être identifiées par la présence de quatre polymorphes d'Al(OH)3 avec des structures tabulaires pseudo-hexagonales planaires, partageant toutes une structure cristalline similaire avec deux rangées d'octaèdres se partageant les bords et reliés par une rangée de cinq groupes hydroxyles pontants qui les connectent (figure 3.1). Ils se distinguent par leurs séquences d'empilement et la géométrie des liaisons hydrogène entre les couches et à l'intérieur des couches, ainsi que par l'occupation variable des sites non spinelles par rapport à ceux partagés entre les tétraèdres et les octaèdres (figures 3.1).

Le chauffage sous pression de vapeur d'eau contrôlée peut convertir le g-Al(OH)3 en a-Al(OH)3, plus stable, ce qui facilite l'adsorption et la restructuration des structures de surface. Une température plus basse et une pression de vapeur d'eau plus élevée facilitent cette transformation en libérant les molécules d'eau liées à la surface de l'alumine, laissant les hydroxyles libres exposés à sa surface pour l'absorption des gaz et le réarrangement structurel.

Les hydrates d'alumine sont bien connus pour leur capacité à adsorber les gaz tout en servant de retardateurs de flamme, leur comportement dans l'air dépendant à la fois de la nature du gaz adsorbé et de sa forme.

En général, les alumines à surface plus élevée ont tendance à présenter de meilleures propriétés ignifuges que celles à surface plus faible. Ces différences sont probablement liées à l'augmentation de leur surface, qui permet à plus d'oxygène d'entrer dans leurs pores ; leur hydratation est déterminée par les conditions de température et d'humidité pendant la production, ce qui influence leur structure et leurs propriétés.

2. Anti-fumée

Les propriétés anti-fumée de l'alumine sont étroitement liées à sa capacité à adsorber les gaz volatils, ce qui fait de l'alumine un excellent agent de dessiccation et de récupération pour divers gaz tels que le sulfure d'hydrogène (H2S). En outre, le traitement thermique préalable de ce matériau s'est avéré très efficace pour ces applications et lui permet d'absorber et de retenir de grandes quantités de H2S à des températures élevées, l'absorption augmentant avec la température.

L'adsorption du H2S par l'alumine dépend de sa structure ; les structures désordonnées ont tendance à présenter une activité plus faible que les structures plus ordonnées. De nombreux procédés ont été mis au point pour produire des formes hautement ordonnées d'alumine hydratée pour des applications anti-fumée, généralement par traitement thermique d'une forme d'hydroxyde, d'oxyde-hydroxyde ou de gel d'alumine hydraté. En outre, ses propriétés d'adsorption dépendent fortement de la manière dont il a été chauffé et de la température à laquelle il a été chauffé - les meilleurs résultats étant obtenus à des températures inférieures à 600 degrés Celsius.

En particulier, l'alumine exposée à la vapeur d'eau perd rapidement et irrévocablement sa surface BET (Sing, 1973). Le trempage de gels d'alumine hydrique microporeux dans de l'eau liquide entraîne la formation de bayerite non poreuse ainsi qu'une dégradation rapide de la surface spécifique (Sing, 1973).

La gibbsite, une forme très poreuse d'Al2O3, peut être produite commercialement selon le procédé Bayer par lixiviation d'une solution d'aluminate caustique chaude additionnée d'un ensemencement. La gibbsite présente généralement des structures cristallines en plaques et en prismes ; toutefois, il est difficile d'obtenir de la gibbsite pure à partir de ce processus industriel en raison des faibles concentrations de cations de métaux alcalins qui ne peuvent pas être éliminées par lavage à l'aide de solutions de HCl diluées.

Diverses méthodes ont été mises au point pour produire des alumines à surface élevée sans utiliser des quantités importantes de métaux alcalins. Il s'agit généralement de techniques "sol-gel" qui utilisent l'hydrolyse de l'oxyde d'aluminium pour former un gel qui est vieilli avant d'être séché thermiquement, puis transformé par voie hydrothermique pour produire de l'a-Al2O3 en poudre avec des distributions granulométriques diverses.

3. Amélioration de l'opacité

En tant que charge, l'hydrate d'alumine améliore l'opacité des émaux grâce aux bulles de gaz qui se diffusent dans les surfaces de verre pour absorber la lumière. En outre, cette charge contribue à améliorer le finissage des émaux en favorisant la coalescence de bulles de gaz finement dispersées qui pénètrent dans l'émail fondu.

L'hydrate d'alumine peut également être utilisé dans les composites polymères en tant qu'améliorateur de barrière. Lorsqu'il est mélangé à des polymères non polaires, ses particules peuvent être dispersées uniformément sans former d'agrégats, ce qui permet d'éviter toute érosion en cas d'impact.

L'hydrate d'alumine (Al2O3) est une forme d'alumine présentant une surface spécifique et un volume de pores élevés, ce qui lui confère des propriétés amphotères telles que des propriétés basiques et acides. Produite par réaction de l'alumine avec de l'acide chlorhydrique et de l'eau, la poudre d'hydrate d'alumine est souvent fournie sous la forme d'une fine poudre blanche qui convient à des applications telles que les céramiques, les réfractaires et les matériaux industriels.

L'hydrate d'alumine possède une structure de surface complexe due à la présence de groupes hydroxyles et de molécules d'eau coordonnées, leur présence combinée créant une structure de surface complexe. Toutefois, lorsqu'il est exposé à l'air, les hydroxyles sont éliminés par exposition, laissant des sites Al3 + à haute énergie exposés à sa surface ; lors des processus d'hydratation ultérieurs, ces sites sont toutefois remplacés par des cations à haute énergie à une vitesse extrêmement rapide, ce qui permet de réduire les temps de coulée lorsque les produits moulés fabriqués avec ce matériau sont coulés.

Les pâtes d'argile et les glaçures font souvent appel à ce matériau car sa température de fusion est beaucoup plus élevée que celle de l'alumine calcinée, bien qu'il ne faille en ajouter que de petites quantités car une trop grande quantité peut réduire la fluidité de la boue et en augmenter la viscosité. En outre, cet additif favorise l'opacité et augmente l'intensité de la couleur lorsqu'il est utilisé pour colorer certains émaux roses.

Les surfactants peuvent contribuer à améliorer l'opacité de la production d'hydrate d'alumine en réduisant la présence d'eau à sa surface et en tirant parti de sa surface spécifique élevée.

4. Remplissage

La gibbsite (g-Al2O3) s'oppose à la boehmite non poreuse, qui présente une structure inflexible composée de cristaux durs et rigides. La structure platine de la gibbsite se caractérise par de petits cristaux qui forment des structures tabulaires pseudo-hexagonales sur lesquelles des plaques et des prismes s'assemblent pour former des plaques tabulaires pseudo-hexagonales et des prismes avec des structures tabulaires pseudo-hexagonales ressemblant à des structures de placage pseudo-hexagonales sur lesquelles elle repose en tant que matière première dans la production industrielle d'alumine.

À des températures comprises entre 220 et 600 degrés Celsius, la liaison ionique dans l'hydrate d'alumine commence à se rompre, libérant des molécules d'eau qui contribuent à ses propriétés ignifuges inhérentes.

L'hydratation et la calcination de l'hydrate d'alumine produisent du trihydroxyde d'alumine amphotère qui se dissout facilement dans les acides et les alcalis, ce qui fait de l'hydrate d'alumine un matériau de remplissage extrêmement polyvalent.

La texture poudreuse ou granuleuse de l'hydrate d'alumine le rend plus facile à travailler pour les potiers que la vermiculite ou d'autres charges plus grossières, et certains potiers le préfèrent à la vermiculite ou à d'autres charges telles que la vermiculite. L'hydrate d'alumine est un ingrédient essentiel dans de nombreuses recettes d'ouate pour fours à argile car il aide à empêcher l'argile de coller à ses étagères pendant la cuisson - il suffit de saupoudrer légèrement l'étagère avec un peu d'hydrate d'alumine avant la cuisson pour éliminer la tension superficielle et permettre un mouvement libre à mesure que la tension superficielle diminue - dans certains fours, il agit également comme un isolant contre le transfert de chaleur de son environnement, réduisant le transfert de chaleur pendant la cuisson, réduisant le transfert de chaleur en contrôlant son utilisation comme isolant à partir de ses capacités de transfert de chaleur en tant qu'isolant entre les matériaux utilisés.