Brevet FR2000239A1 — publié le 19690905

la présente invention concerne une suspension aqueuse broyée de bauxite calcinée, ou de mélanges de bauxite calcinée et d'alumine obtenue par le procédé Bayer, ayant une forte teneur en substances solides et une faible teneur en eau en raison de la 5 présence de citrate d'ammonium ferrique ou de citrate d'ammonium ferrique et d'acide citrique, convenant pour être utilisée en particulier dans la formation de grains abrasifs frittés. la présente invention concerne un stade dtn procédé décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique U° 697 905 10 cLu 15 Janvier 1968 déposée par Herbert F.G. "VE1IZ. Dans la formation de suspensions destinées aux fins indiquées ci-dessus, dans lesquelles la bauxite calcinée est mélangée avec de l'eau et broyée Jusqu'à un état finement divisé, le mélange de bauxite calcinée et d'eau ne peut pas contenir plus de 45 pour cent en poids de bauxite calcinée sans devenir trop épais ou trop visqueux pour pouvoir être versé ou pompé, et ceci exige qu'un pourcentage important d'eau soit enlevé au cours du séchage de la suspension après le broyage aux billes« la capacité de production du broyeur et de l'équipement de séchage est limitée par le volume 20 relativemenygrand d'eau qui est incluse. Cette eau doit être éliminée ultérieurement par séchage par évaporation et rejetée, et ne contribue pas à la masse de produit utile en cours de fabrication. Il faut davantage d'énergie de combustible pour évaporer l'eau, et il est très souhaitable d'utiliser un minimum d'eau dans, la suspen-25 sion. le procédé de la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 697.905 précitée a également"pour but de fournir comme un produit intermédiaire, un gâteau de forte densité par séchage de la suspension par évaporation. Si l'on sèche cette suspension 30 fluide ne contenant que de la bauxite calcinée broyée/'de l'eau, la densité du gâteau résultant est très inférieure à celle obtenue en séchant la suspension à forte concentration de la^jfeéaente invention. la .Demanderessé a découvert que les suspensions aqueuses 35 broyées de bauxite calcinée ou de mélanges de bauxite calcinée et d'alumine obtenue par le procédé Bayer, présentant une fluidité suffisante pour être pompées ou versées, peuvent ; 69 00440 2 2000239 ferrique et de l'acide citrique, et que ces suspensions peuvent présenter de très fortes concentrations de substances solides. La concentration des substances solides peut être d'environ 78 pour cent du poids de la suspension et la teneur en eau peut être aussi 5 faible que 20,8 pour cent environ du poids de la suspension; Des suspensions ayant cette concentration présentent encore une fluidité étonnamment élevée et peuvent être pompées et versées. Elles peuvent être séchées par évaporation de 1'eau et donner des gâteaux secs présentant une forte densité et une grande cohérence 10 tout en ayant une résistance mécanique suffisante pour résister à une■manipulation mécanique normale au cours du traitement sans attrition excessive, et sous tous les autres rapports conviennent parfaitement bien à la production de grains abrasifs ftittés par le procédé- de la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 15 ©7 905 précitée. La bauxite est une alumine naturelle impure hydratée. Elle est normalement calcinée pour chasser l'eau associée. Pour la préparation des suspensions de l'invention, la Demanderesse utilise la bauxite calcinée. Aux fins de la présente invention, la bauxite 20 calcinée peut être utilisée telle quelle, ou elle peut être mélangée avec de 1'alumine obtenue par le procédé Bayer en des quantités atteignant 60 pour cent en poids duii mélange. Les mélanges ci-après de bauxite calcinée et d'alumine obtenue par le procédé Bayer doivent être considérés comme entrant dans la définition 25 de l'expression " bauxite calcinée ". La Demanderesse préfère utiliser la bauxite calcinée provenant de Surinam, mais de la bauxite calcinée provenant d'autres régions convient. La composition chimique de la bauxite calcinée de Surinam varie quelque peu, mais une analyse donnée à 30 titre d'exemple est là suivante : AlgO^ 86,72 °fo en poids SiÛ2 3,30 °fo en poids 5,28 io en poids TiO^ "" 3,73$ en poids 35 Perte au feu 6.9Tfo en poids 100,00$ en poids L'alumine obtaïue par le procédé Bayer est une forme pu 69 00440 3 2000239 rifiée blanche d'oxyde d'aluminium, produite d'une façon typique à l'état finement granulé. Une analyse donnée à titre d'exemple est la suivante : AlgO^ 99,2$ en poids 5 SiO^ 0,02 $> en poids PegO^ 0,03 e*i poids NagO 0,45 $ en poids Perte au feu 0,2 $ en poids La bauxite calcinée, comme celle définie ci-dessus, est 10 pulvérisée jusqu'à ce qu'elle soit de dimension satisfaisante pour être chargée dans un broyeur à billes. G'est-à-dire qu'elle peut présenter une dimension particulaire d'environ 0,59 mm ou moins, et la bauxite calcinée peut être réduite à cette dimension par un équipement classique, par exemple par broyage aux rouleaux. Lors-15 que la bauxite calcinée est utilisée à d'autres fins, comme pour des abrasifs pour fours électriques, les particules ayant la plus petite dimension peuvent être éliminées de la bauxite calcinée et conviennent aux fins de la présente invention sans broyage. La bauxite calcinée pulvérisée est placée dans un broyeur 20 à billes qui peut être du type à rotation ou à vibrationr:, On introduit également dans le broyeur à billes de l'eau et du citrate d'ammonium ferrique. On peut ajouter de l'acide citrique, si on le désire, et la Demanderesse préfère normalement l'incorporer dans la composition de la suspension. Les proportions des ingrédients , sur 25 la base de la totalité de la suspension, peuvent varier dans les gammes suivantes : Bauxite calcinée 45 à 80 pour cent en poids Eau 55 à 20 pour cent en poids Citrate d'ammonium ferrique 0,2 à 4,0 pourcent en poids 30 Acide citrique 0 à 0,5 pour cent en poids et la Demanderesse préfère préparer des suspensions contenant une très forte teneur en bauxite calcinée, et à titre d'exemple, la Demanderesse a constaté que la composition suivante était très satisfaisante. 35 Bauxite calcinée 78,0 pour cent en poids Eau 20,8 pour cent en poids Citrate d'ammonium ferrique 1,2 pour cent en poids' 69 00440 2000239 Un autre exemple de suspension satisfaisante est le suivant : Bauxite calcinée 77,9 pour cent en poids Eau . 20,8 pour cent en poids Citrate d'ammonium ferrique 1,2 pour cent en poids 5 Acide citrique 0,1 pour cent en poids Le mélange des ingrédients indiqués dans les porportions mentionnées est broyé aux billes. On peut utiliser des broyeurs à billes de construction classique, et ceux-ci sont du type à rota-ou à vibrations. Si l'on utilise le type à rotation, la Demanderes-10 se préfère qu'il soit chemisé d'une matière céramique, bien qu'on puisse' avoir recours à un broyeur non chemisé. Les milieux de broyage préférés sont des billes ou des tiges en matière céramique. On peut utiliser des billes en acier, mais on ne les préfère pas du fait que l'usure du métal au cours de broyage s'est avérée al-15 térer l'action de dispersion du citrate d'ammonium ferrique. La quantité et la dimension des milieux ainsi que la quantité de charge de suspension introduite dans le broyeur dépendent de la dimension, du type, et de la vitesse de rotation du broyeur. Le choix des milieux, de la-dimension et de la quantité, ainsi que 20 de la quantité de suspension en cours de broyage en une fois est déterminé par un essai et en se référant aux principes bien connus d'une pratique satisfaisante. Au cours du broyage, une'certaine quantité de chaleur est engendrée et un excès de chaleur affecte nuisiblement l'ac-25 tion de dispersion du citrate d'ammonium ferrique. Lorsque les conditions opératoires du broyeur provoquent un excès de chauffage,on peut faire circuler de l'eau froide sur les surfaces externes du broyeur pendant le fonctionnement,ce qui maintient le contenu du broyeur relativement froid. 30 A titre d'exëmple d'une réduction satisfaisante pour la mise en oeuvre de la présente invention, on prépare une quantité de suspension dans un broyeur horizontal du type à rotation. Ce broyeur est constitué par une plaque d'acier et n'est pas chemisé. Le broyeur a une longueur de 1,22 mètre et un diamètre interne de 35 1,37 mètre, et tourne à raison de 26 tours par minute. Comme milieux de broyage, on dispose dans 1b broyeur 1362 kg de tiges en matière céramique à base d'alumine d'une longueur de 20,6 mm et d'un diamètre de 20,6mm. Le mélange de la,suspension comprend 69 00440 5 2000239 340 kg â@ bauxite calcinée pulvérisée de Surinam, 91 litres d'eau, 5,25 kg de citrate d'ammonium ferrique, et 0,454 kg d'acide citrique. On fait tourner le broyeur pendant 24 heures à une vitesse de 26 tours par minute. L'extérieur du broyeur est inondé d'eau froide 5 pour dissiper l'excès de chaleur. Lorsque le broyage estjterminé, on enlève la.suspension dq/broyeur et on constate qu'elle est très fluide et peut être versée malgré une teneur en substances, solides voisine de 78 pour cent en poids. La dimension moyenne des particules de bauxite calcinée est de deux microns. 10 On verse cette suspension sous forme d'une couche mince et la sèche. Le gâteau sec résultant présente une densité de 2,12 g/cm et est cohérent et résistant du point de vue mécanique. On sèche une certaine quantité de bauxite calcinée broyée de Surinam qui a été broyée jusqu'à sensiblement la même dimension particulaire dans 15 l'eau seulement (40$ en poids de bauxite calcinée) et le gâteau mou résultant s'avère présenter une densité de l,22g/am seulement. Lorsqu'on pulvérise ce gâteau et qu'on tasse la poudre obtenue dans une matrice en acier à une pression de 705 kg/cm , la densité,du gâteau tassé est de l,68g/cm^. Il est évident que le séchage de la 20 suspension de la présente invention fournit un gâteau ayant à l'état non fritté une densité sensiblement supérieure à celle obtenue par compression de poudre de bauxite calcinée broyée à une pression 2 x de 705 kg/cm ,et qu'il suffit de la sécher jusqu'à obtention d'un solide sans aucune pulvérisation ni compression. 25 Le pouvoir de dispersion remarquable du citrate d'ammo nium ferrique dans les suspensions de bauxite calcinée n'est pas encore bien compris. La formule brute du citrate d'ammonium ferrique est ]?e(NH^)^(CgHj-0^)^, mais la composition peut s'en écarter considérablement. Il peut être décrit d'une façon générale comme 30 étant un composé de coordination complexe interne du type amino. On pense.que l'agencement moléculaire est tel qu'il existe une séparation efficace des charges, dans lequel les groupes ammonium chargés positivement sont absorbés sur les atomes d'oxygène à la surface des particules d1.oxyde d'aluminium. Les groupes citrate de 35 fer chargés négativement sont ainsi orientés vers l'extérieur de la surface et comprennent une double couche électrique qui rend efficacement toutes les particules d'oxyde d'aluminium chargées négativement. La dispersion provient de la répulsion mutuelle de toutes 69 00440 6 2000239 les particules. Une telle interprétation doit être spéculative à l'heure actuelle. D'autres exemples de suspensions de la présente- invention sont : 5 Bauxite calcinée 72,8 pour cent en poids Eau 26,4 pour cent en poids Citrate d'ammonium ferrique 0,8 pour cent en poids Alumine obtenue par le procédé.Bayer 38,1 pour cent en poids 10 Bauxite calcinée 38,1 pour cent en poids Eau 23,0 pour cent en poids Citrate d'ammonium ferrique 0,8 pour cent en poids Ces deux suspensions sont tout à fait satisfaisantes pour être utilisées dans la fabrication d'abrasifs frittés par le procédé 15 de la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique ÎT° 697 905 précitée. 69 00440 7 2000239 BET/EKDICATIONS 1 - Suspension aqueuse comprenant 45 à 80 pour cent en poids de bauxite calcinée, 20 à 55 pour cent en poids d'eau, et 0,2 à 4,0 pour cent en poids de citrate d'ammonium ferrique, qui 5 a été "broyé pour réduire les particules solides jusqu'à une dimension moyenne de 7 microns environ ou moins. 2 - Suspension aqueuse suivant la revendication 1, caractérisée en ce que de l'alumine obtenue par le procédé Bayer constitue jusqu'à 60 pour cent en poids de la bauxite calcinée. 10 3 - Suspension aqueuse suivant la revendication 1, carac térisée en ce qu'elle comprend 0 à 0,5 pour cent en poids d'acide citrique. 4 - Suspension aqueuse suivant la revendication 2, caractérisée en ce quîelle comprend 0 à 0,5 pour cent en poids d'acide 15 citrique. 5 - Suspension aqueuse contenant 72,0 à 79,0 pour cent en poids d'un groupe, constitué par la bauxite calcinée et l'alumine obtenue par le procédé Bayer, dans laquelle l'alumine obtenue par le procédé Bayer peut constituer 0 à 60 pour cent en poids de la bauxi- 20 te calcinée et de l'alumine obtenue par le procédé Bayer combinées, 20,0 à 27,0 pour cent en poids d'eau, 0,6 à 1,2 pour cent en poids de citrate d'ammonium ferrique et 0 à 0,2 pour cent en poids d'acide citrique, qui a été broyée pour réduire les particules solides jusqu'à une dimension moyenne de 4 microns ou moins, ladite suspen- 25 sion pouvant être pompée.