Brevet FR2116538A1 — publié le 19720713

i 2116538 On sait déjà que, lorsque 1'hydrargillite qui est un hydroxyde d'aluminium du commerce connu également sous le nom d'hydroxyde d'aluminium de Bayer, est partiellement déshydratée, elle forme des produits intermédiaires actifs qui sont plus réactifs que le matériau de 5 départ. Une déshydratation complète par calcination prolongée à température élevée conduit finalement à la formation d'une a-alumine relativement inerte qui a une structure de corindon. Les produits commerciaux connus sous le nom de "oxyde d'aluminium actif" sont préparés par chauffage d'hydroxyde d'aluminium 10 A1(0H)^ dans un four rotatif ou en lit fluidisé, les températures et les temps de séjour étant choisis de façon que l'oxyde d'aluminium produit contienne encore environ 10 % d'eau résiduelle. Selon le brevet de la République Fédérale d'Allemagne n° 1.028.106 ou le brevet français n° 1.108.011, on prépare un oxyde 15 d'aluminium actif sous forme ^ ayant une teneur en eau résiduelle de 0,35 à i,75 % seulement par un procédé selon lequel on chauffe rapidement de 1'hydroxyde d'aluminium en poudre fine dans un courant chaud de gaz à 800-1000°C, pendant quelques secondes, l'oxyde d'aluminium atteignant une température de 320 à 520^0. Cet oxyde d'aluminium se caractérise par une 2 20 surface spécifique de 125 à 260 m /g déterminée selon la méthode de BrUnauer Emmet et Teller (méthode BET) et une absorption d'eau maximale à 50 % d'humidité relative de 15 %. Lorsqu'on.le chauffe à une température supérieure à 900°C environ, il se modifie progressivement pour donner directement 1'alumine a. 25 La demanderesse a découvert selon la présente invention un nouveau type d'oxyde d'aluminium à haute activité et un procédé de préparation de cet oxyde selon lequel on calcine de 1'hydroxyde d'aluminium (hydrargillite) par chauffage rapide dans un courant de gaz chaud. Cet oxyde d'aluminium à haute activité selon l'invention offre le diagramme aux rayons X 30 fortement perturbé de l'oxyde d'aluminium Xet a une surface spécifique 2 de 250 à 400 m /g pratiquement,selon la méthode BET, une teneur en eau résiduelle de 2 à 1.0 %, de préférence de 3 à 8 %, et une capacité d'absorption d'eau à 50 % d'humidité relative supérieure à 10 % et, de préférence, supérieure à 15 %. Le procédé est caractérisé en ce qu'on chauffe l'hydroxyde 35 d'aluminium (hydrargillite) à une température de 350 à 800°C, de préférence de 500 à 700°C, avec un temps de séjour d'environ 0,1 à 2 s, de préférence de 0,1 à 1 s, dans une zone de turbulence élevée d'un courant de gaz chaud pénétrant dans le réacteur à une température de 500 à 1200°C et à une vitesse de 30 à 150 m/s. 71 43583 2 2116538 Un appareillage particulièrement approprié au procédé selon l'invention est constitué d'un appareil conique à symétrie axiale dans lequel le gaz chaud est injecté tangentiellement à l'extrémité étroite et produit alors un courant en spirale de vitesse élevée le long 5 de la paroi en direction de l'extrémité large où une partie du courant est renvoyée dans la direction axiale. L'hydroxyde d'aluminium est avantageusement injecté axialement à l'extrémité large de l'appareil de calcination et transporté par le courant de retour. Dans la zone de turbulence élevée formée entre le courant en spirale le long de la paroi et le courant de 10 retour axial du gaz chaud, l'hydroxyde d'aluminium est chauffé à la température de sortie du gaz et pratiquement déshydraté. Un appareil approprié est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3.021.195. Le procédé selon l'invention diffère du procédé de chauffage déjà connu en ce qu'il prévoit un chargement plus 3 15 important en produit du courant de gaz chaud, à plus de 150 g/m , en ce que l'hydroxyde d'aluminium pénètre directement dans la zone de température et en ce que le produit calciné quitte le réacteur en 0,1 à 2 s environ, de préférence en moins de 1 s, après avoir été chauffé à une température de 350 à 800°C, et est déposé dans un cyclone disposé après l'appareil de 20 calcination alors que, dans l'appareil utilisé pour le procédé usuel, l'hydroxyde d'aluminium est préchauffé à l'aide des gaz chauds résiduaires et pénètre alors seulement dans un courant frais de gaz chaud par l'intermédiaire d'un cyclone, ce courant de gaz chaud l'injectant tangentiellement dans l'extrémité supérieure, large, de la chambre de réaction proprement dite, 25 qui est un cyclone, à partir de laquelle le produit calciné est alors déchargé axialement à la base, comme dans les opérations usuelles dans les cyclones. Le produit obtenu par le procédé usuel est un oxyde rr\ 2 d'aluminium de structure "\ ayant une surface spécifique de 125 m /g seulement, selon la méthode BET, après avoir été calciné a une température de 500°C, 30 alors que les produits obtenus par le procédé selon l'invention ont une surface s de 800°C. 2 surface supérieure à 300 m /g même après avoir été chauffés à une température Le procédé selon l'invention peut être non seulement utilisé pour le traitement d'hydroxyde d'aluminium sec usuel disponible 35 dans le commerce, mais également d'hydroxyde d'aluminium encore humide après filtration, ayant une teneur en humidité atteignant pratiquement 10 %, Les matériaux humides, granuleux, de ce type peuvent être atomisés dans le courant de retour de la chambre de réaction à l'aide d'un injecteur à air 71 43583 3 2116538 comprimé et ils sont divisés de façon suffisamment fine dans la zone de turbulence pour permettre l'élimination de l'eau libre et l'hydratation partielle de l'hydroxyde en une étape. Naturellement, on peut, si on le désire, réaliser un séchage préliminaire à l'aide des gaz résiduaires 5 provenant de l'étape de calcination, par exemple dans un séchoir à lit fluidisé. L'avantage obtenu par l'économie thermique est compensé par l'inconvénient d'une étape supplémentaire. Cependant, si on réalise un séchage préliminaire, il est essentiel d'éviter l'élimination partielle de l'eau d'hydratation si on veut obtenir un oxyde d'aluminium très 10 fortement actif. En raison de sa réactivité élevée, l'oxyde d'aluminium actif préparé selon l'invention peut être avantageusement utilisé comme adsorbant, comme support de catalyseur ou comme matériau de départ pour la préparation de sels d'aluminium. Selon le diagramme aux rayons X 15 (Debye-Scherrer), l'oxyde d'aluminium fortement actif selon l'invention possède une structure cristalline fortement perturbée d'oxyde d'aluminium X qui, comme l'oxyde est relié à la forme y. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. 20 EXEMPLE 1 De l'hydroxyde d'aluminium est atomisé axialement dans l'extrémité supérieure, large, d'une chambre de réaction conique 3 de capacité environ 15 1 à 1 'aide d'un injecteur travaillant avec 10 à 20 m normaux/h d'air comprimé. Un gaz de combustion correspondant à 120 m"5 normaux 25 d'air est introduit tangentiellement à l'extrémité inférieure de la chambre de réaction à une vitesse d'écoulement d'environ 70 m/s. Les particules calcinées d'hydroxyde d'aluminium quittent le réacteur tangentiellement à l'extrémité supérieure après un temps de séjour inférieur à 1 s et sont déposées dans un cyclone disposé après le réacteur. Le gaz de combustion 30 est produit dans un brûleur disposé en face du réacteur et pénètre dans la chambre de réaction aux températures indiquées dans le tableau ci-après. Par variation appropriée du débit d'alimentation de l'hydroxyde d'aluminium pénétrant dans la chambre de réaction par l'intermédiaire d'un convoyeur à vibrations, la température à laquelle le gaz quitte la chambre de réaction 35 est ajustée aux valeurs indiquées dans le tableau ci-après par la quantité de chaleur utilisée pour l'augmentation de la température et l'élimination de l'eau d'hydratation. Les propriétés de l'oxyde d'aluminium actif obtenu sont indiquées dans le tableau. 71 43583 4 2116538 10 15 20 25 30 35 Essai Température du gaz n° Propriétés de l'oxyde d'aluminium entree °C sortie °C surface spécifique 2, m /g pertes à la calcination % absorption d'eau à 50 % d'humidité relative % 1 830 400 351 10,3 15 2 870 500 388 5,9 17,8 3 950 600 365 4,4 18,1 4 950 800 347 4,1 17,0 5 1040 1000 250 1,3 12,0 230 6,9 13,5 Poudre de A120 actif, 1?Q produit commercial Perles de Al^ actif, produit commercial ' Al 0, obtenu par chauffage de l^hydroxyde à 385°C dans un récipient plat de quartz On utilise à titre comparatif deux produits disponibles dans le commerce et une préparation obtenue par chauffage d'une couche mince d'hydroxyde d'aluminium dans un récipient plat de quartz. EXEMPLE 2 De l'hydroxyde d'aluminium est injecté axialement à la partie supérieure à l'aide d'un injecteur à air comprimé dans une chambre de réaction conique à revêtement de briques de capacité environ 500 1 dans laquelle un gaz de combustion est introduit tangentiellement à partir du bas de façon analogue à la méthode utilisée dans l'appareil de plus faible capacité de l'exemple 1. La poudre, qui est une poudre s'écoulant très facilement, est introduite dans l'appareil à partir d'un silo au moyen d'un canal à plusieurs compartiments. On réalise la combustion chaude du gaz en brûlant un gaz naturel dans une chambre de combustion à revêtement de briques disposée avant la chambre de réaction. On utilise une soufflerie pour porter le gaz naturel et l'air de combustion à la pression nécessaire pour vaincre la résistance d'écoulement. L'oxyde d'aluminium actif calciné quittant la chambre de réaction tangentiellement à l'extrémité supérieure en même temps que le gaz de combustion est séparé du courant de gaz dans des cyclones disposés après la chambre de réaction et introduit dans un courant d'air à travers des canaux à plusieurs compartiments, cet air servant à la fois au transport et au refroidissement du matériau.' Le courant 71 43583 s 2116538 d'air entraîne l'oxyde pneumatiquement dans un silo. La combustion de 50 m normaux de gaz naturel avec environ 900 m normaux d'air par heure donne une température d'entrée dans le réacteur de 900°C. La température de sortie est maintenue à 500°C par introduction d'environ 250 kg d'hydroxyde d'aluminium par heure. Après avoir été convoyé pneumatiquement par de l'air atmosphérique qui n'a pas été séché, 1'oxyde'd'aluminium calciné a une teneur en eau résiduelle, déterminée par les pertes à la calcination, de 6,3 7°. La surface 2 spécifique déterminée selon la méthode BET est de 354 m /g et l'absorption d'eau dans l'air à 50 % d'humidité relative est de 16 °L. 71 43583 6 2116538 REVENDICATIONS 1. Oxyde d'aluminium actif, caractérisé en ce qu'il possède une structure cristalline perturbée d'oxyde d'aluminium % , une 2 5 surface spécifique de 250 à 400 m /g (calculée selon la méthode de Brtinauer Emmet et Teller), une teneur en eau résiduelle de 2 à 10 % et une capacité d'absorption d'eau à 50 % d'humidité atmosphérique relative supérieure à 10 %. 2. Oxyde d'aluminium selon la revendication 1, 10 caractérisé en ce qu'il a une teneur en eau résiduelle de 3 à 8 %. 3. Oxyde d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il a une capacité d'absorption d'eau à 50 % d'humidité atmosphérique relative supérieure à 15 %. 4. Procédé de préparation d'un oxyde d'aluminium actif 15 selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on chauffe de l'hydroxyde d'aluminium à une température de 350 à 800°C, pendant un temps de séjour de 0,1 à 2 s, dans une zone de haute turbulence d'un courant de gaz chaud pénétrant dans ladite zone à une température de 500 à 1200°C, la vitesse d'introduction dans le réacteur du courant de gaz chaud étant de 30 à 150 m/s. 20 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'hydroxyde d'aluminium est chauffé à une température de 500 à 700°C. 6. . Oxyde d'aluminium actif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on le prépare par un procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5.