Formule chimique de l'alumine

L'oxyde d'aluminium (alumine) est un composé chimique inorganique composé d'aluminium et d'oxygène qui se trouve à l'état naturel dans les minéraux de corindon ou de bauxite.

L'alumine pure est l'un des oxydes d'aluminium les plus courants. Elle est produite par lixiviation à partir de mines de bauxite ou de solutions contenant de la soude caustique et de l'oxyde d'aluminium hydraté.

Formule chimique

Al2O3 est la formule chimique de l'alumine. Deux atomes d'aluminium se combinent à deux atomes d'oxygène pour former ce composé, communément appelé corindon ou oxyde d'aluminium sous sa forme cristalline. L'alumine est un réactif chimique inorganique qui a de nombreuses utilisations industrielles et commerciales. Elle se dissout facilement dans les acides et les bases et se présente sous la forme d'un solide blanc doté d'excellentes propriétés de conductivité thermique, ce qui la rend utile dans de nombreux domaines de l'industrie. L'alumine répond aux besoins d'isolation électrique tout en étant un excellent matériau de conductivité thermique largement utilisé dans les matériaux céramiques et en étant elle-même un isolant électrique ! L'alumine est un composant clé des matériaux céramiques et possède diverses propriétés qui rendent son utilisation courante dans toutes les industries, ce qui en fait un réactif chimique inorganique aux multiples usages dans toutes les industries !

L'alumine peut être extraite de la bauxite par le procédé Bayer et raffinée pour produire des matériaux de haute pureté utilisés dans l'électronique et les applications de matériaux avancés. Les matériaux réfractaires qui recouvrent les équipements à haute température, tels que les fours, dépendent également de ce matériau, tandis que sa dureté en fait un abrasif important utilisé pour fabriquer des produits tels que le papier de verre, les meules et les outils de coupe.

Parmi les autres formes d'alumine, on trouve les alumines activées et les alumines gamma, toutes deux déshydratées pour éliminer l'eau, avec des cristaux hexagonaux. Lorsqu'elles sont chauffées pendant la calcination, ces formes se transforment en diverses formes polymorphes ; leurs structures cristallines uniques déterminent si elles fonctionnent ou non.

L'alumine a de nombreuses applications : abrasif, filtre, support de catalyseur dans certains processus, réfractaire, isolant et additif dans les céramiques. En outre, les argiles l'incorporent souvent pour améliorer la résistance et la perméabilité en tant qu'additif, tandis que le mélange avec des particules de zircone ou des whiskers de carbure de silicium améliore sa ténacité.

L'alumine est présente dans de nombreux produits de consommation, depuis le dentifrice et les ciments dentaires jusqu'aux produits alimentaires, en tant qu'agent abrasif ou dispersant. Elle est également utilisée dans des procédures médicales telles que l'hémodialyse. Comme pour toute poussière fine ou forme de poudre de la substance, son inhalation est potentiellement dangereuse pour les systèmes respiratoires.

Propriétés physiques

L'alumine (CaO3) est un matériau dur et inerte doté d'excellentes propriétés physiques. Celles-ci comprennent sa résistance à la contrainte, à la déformation et à la traction sous l'effet de la pression et du poids. L'alumine présente une résistance à la compression très élevée tout en ayant un point de fusion bas, ce qui lui permet de prendre diverses formes pour différentes utilisations. En outre, l'alumine ne conduit pas l'électricité et possède d'excellentes propriétés de résistance thermique, ce qui la rend idéale pour l'isolation des fours ou le revêtement des bougies d'allumage.

L'alumine se trouve à l'état naturel sous forme de corindon ou de bauxite et est extraite par le procédé Bayer pour un raffinage ultérieur, qui permet d'extraire les minéraux d'hydroxyde d'aluminium que sont la gibbsite, le diaspore, la boehmite et la titane. La bauxite est la principale source d'alumine pure utilisée industriellement comme abrasif pour le papier de verre ainsi que comme isolant électrique, matériau de support des catalyseurs dans les réfractaires, céramiques, catalyseurs, peintures et pigments, tandis que les saphirs et rubis en corindon de qualité gemme contiennent souvent du fer et du titane qui leur donnent leurs teintes uniques à partir de traces présentes dans leur composition.

L'alumine en phase alpha, caractérisée par une forte liaison ionique entre ses atomes constitutifs, présente une structure de réseau de Bravais trigonale irrégulière, chaque atome d'aluminium remplissant les deux tiers d'un interstice octaédrique et un tiers étant rempli par des ions d'oxygène - ce qui fait de cette forme la forme la plus stable. Il existe d'autres formes cristallines, mais toutes reviennent à la phase alpha à des températures élevées et redeviennent des céramiques d'alumine stables qui possèdent des propriétés mécaniques supérieures avec des densités allant jusqu'à des niveaux de pureté de 90%.

Les céramiques d'alumine sont très résistantes à la corrosion par l'eau, les acides et les bases, ainsi qu'à l'abrasion par la plupart des produits chimiques et des solvants. Leur réfractarité dépasse celle de la plupart des céramiques à base d'oxyde ; en fait, elles se targuent d'avoir la plus grande résistance de toutes, la plus grande rigidité, les meilleures propriétés diélectriques, de ne pas être affectées par les atmosphères sulfureuses et de ne pas être affectées par les chocs thermiques.

Utilisations

L'alumine (Al2O3) est un matériau réfractaire avancé appartenant au groupe des oxydes des céramiques techniques. Il possède de solides propriétés mécaniques, thermiques, électriques et chimiques, ainsi qu'une grande durabilité et un point de fusion extrêmement élevé. La forme cristalline corindon de l'alumine constitue la base des pierres précieuses telles que les rubis, les saphirs et les émeraudes dont les couleurs proviennent d'éléments tels que le chrome ou le fer dans sa composition minérale ; l'alumine sert également d'excellent matériau de polissage en raison de sa dureté de niveau 8.

Les céramiques techniques à base d'alumine liée sont souvent utilisées dans des applications difficiles qui exigent une résistance à l'usure, une stabilité à la température et une conductivité thermique supérieures à celles des céramiques standard. En outre, les céramiques techniques offrent une plus grande résistance aux produits chimiques et à l'abrasion que les minéraux naturels tels que le feldspath et la silice.

La bauxite, qui contient 30-55% Al2O3, est la principale source d'alumine. Extraite de la terre et traitée par le procédé Bayer - dissolution dans de la soude caustique avant filtrage pour éliminer les impuretés -, elle produit de l'hydrate d'alumine, qui peut être transformé en oxyde d'aluminium anhydre.

L'alumine anhydre peut être broyée en particules fines et grossières pour être utilisée dans les réfractaires, où les particules fines remplissent les vides entre les particules plus grosses afin d'améliorer la densité et de réduire la porosité. L'alumine peut également être combinée avec des matières premières minérales de zircone pour former des outils de coupe composites ; mélangée à de la magnésie, elle crée de l'alumine translucide utilisée dans les réverbères à vapeur de sodium.

L'alumine est également présente dans les thermocouples, utilisés pour mesurer des températures extrêmes par l'effet Seebeck. Un thermocouple se compose de deux fils métalliques reliés entre eux et exposés à des températures extrêmes, tandis qu'un fil reste protégé par une gaine d'alumine ; cela empêche le développement d'un potentiel électrique qui perturberait la lecture des signaux du thermocouple. Parmi les autres applications de l'alumine figurent la fabrication de réfractaires, d'abrasifs et de procédés de polissage, ainsi que la fabrication de zéolithes et de revêtements de titane utilisés pour enrober les pigments.

Sécurité

L'alumine est utilisée dans de nombreuses applications, des abrasifs aux céramiques, en passant par le polissage, les composés de polissage, les outils de polissage, les composés de polissage, les produits de polissage, les machines de polissage, les composés de polissage et les matériaux réfractaires. L'alumine joue également un rôle essentiel dans les revêtements métalliques résistants à la corrosion, en tant que revêtement sur des substrats métalliques, ainsi que dans les dispositifs électroniques tels que les transistors à électron unique et les dispositifs d'interférence quantique supraconducteurs, où une couche isolante entre le silicium sur des substrats en saphir pour les transistors à électron unique, en tant que couche isolante entre les couches de silicium utilisées sur des substrats en saphir contenant du silicium sur des substrats en saphir pour améliorer la résistance à la corrosion tout en agissant comme un isolant dans les dispositifs électroniques utilisant des composants électroniques assemblés sur des substrats en saphir et des dispositifs d'interférence quantique supraconducteurs.

Pour produire de l'alumine, la bauxite broyée et lavée est combinée à de la soude caustique pour former une boue, puis chauffée à environ 530 degrés Celsius pour former une solution d'hydroxyde d'aluminium, qui est ensuite pompée dans des réservoirs de précipitation avant d'initier des réactions qui permettent aux cristaux solides d'oxyde d'aluminium de croître et d'être finalement retirés de la solution lorsque son épaisseur atteint le niveau approprié.

Les travailleurs qui manipulent de l'alumine doivent utiliser des équipements de protection individuelle appropriés, notamment des lunettes et des gants, afin d'éviter les accidents ou les blessures dus à une mauvaise manipulation. Ils doivent également savoir où se trouvent les installations d'urgence telles que les douches oculaires et les douches de sécurité, ainsi que les procédures à suivre en cas de déversement ou d'incendie.

Les travailleurs actifs de l'alumine doivent maintenir un environnement de travail propre et sec et éviter d'inhaler des particules de poussière susceptibles de provoquer une irritation des poumons et d'autres problèmes de santé, notamment la bronchite. L'inhalation d'alumine présente un risque particulier, car elle peut pénétrer par les conduits nasaux et pharyngés et, avec le temps, entraîner une bronchite industrielle chronique et une fibrose pulmonaire.

L'exposition à l'alumine en suspension dans l'air peut provoquer une irritation de la peau et une dermatite. Par conséquent, les personnes exposées doivent se laver les mains immédiatement après l'avoir manipulée et celles qui travaillent avec ce matériau doivent porter un respirateur pour éviter d'en respirer les particules.

L'alumine activée doit être stockée dans des conteneurs hermétiques à l'abri de l'humidité, à l'écart des sources d'air telles que les ventilateurs et les évents, et à l'écart des zones fréquentées par des travailleurs utilisant des produits chimiques aux propriétés similaires, tels que les acides et les alcalis ; elle ne doit pas être conservée à proximité de ces matériaux, car elle pourrait les absorber et produire des gaz dangereux.