Brevet FR2534898A1 — publié le 19840427

PROCEDE D'OBTI Oi ZN DE TR FDIXYDE D'ALUMRMJM DE DIAMETR M EAN IS E-A LA DEDVNE DANS L'INTERVALLE DE 2 à 100 MICRONS L'invention concerne un procédé d'obtention de trihydroxyde d'alumi- nium, ayant un diamètre médian réglé à la demande, dans l'intervalle de 2 à 100 microns, à distribution unimodale et de faible dispersion, par décomposition à chaud d'une solution sursaturée d'aluminate de sodium en présence-d'un germ auxiliaire, lui-mêne obtenu par décom- position d'une solution sursaturée d'aluminate de sodium en présence de trihydroxyde d'aluminium broyé disposant d'une surface spécifi- que B E T, développée par le broyage, au moins égale à un mètre carré par grame. Depuis longtemps déjà, il est connu de réaliser la précipitation du trihydroxyde d'aluminium d'une solution d'aluminate de sodium sursa- turée par l'ajout d'une amorce constituée par du trihydroxyde d'alu- minium antérieurement cristallisé, car, sans am Drçage, la génération spontanée de germes cristallins au sein d'une telle solution se ré- vèle extrêmement lente et difficile à réaliser, voire même inexistan- te selon les conditions de température et de concentration du milieu traité. C'est pourquoi, il est de pratique courante, dans le procédé Bayer, de favoriser la précipitation du trihydroxyde d'aluminium à partir des solutions d'aluminate de sodium sursaturées résultant de l'atta- que alcaline de minerais alumineux grâce au recyclage d'une fraction inmportante du trihydroxyde d'aluminium obtenu dans un cycle précédent. Mais, tel qu'il est réalisé, ce procédé d'amorçage conduit, non seu- lement au recyclage d'une quantité très importante de trihydroxyde d'aluminium antérieurement précipité, mais surtout à l'obtention de grains de trihydroxyde d'aluminium de grosseur éminement variable, dont il est difficile de contrôler la taille médiane et la dispersion autour de cette valeur, par le fait que la dimension des grains de trihydroxyde d'aluminium augmente au cours des cycles consécutifs et provoque la formation de germes nouveaux selon un rythme périodique. -2- Mais, l'hcir de l'art souhaite pouvoir produire, pour des applica- tions particulières, du trihydroxyde d'aluminium dont la d'insion des particules précipitées soit maitrisée, c'est-à-dire dont la granu- lcenétrie soit de faible dispersion autour de la dimension mdiane. En effet, certaines applications du trihydroxyde d'alumnium exigent une granulométrie qui leur est spécificgqe, en particulier pour les applications telles que, par exemple, les charges ignifugeantes pour les polymères synthétiques, les abrasifs doux en cosmétologie, les supports catalytiques - Par le ncombre de publications faites dans ce domaine, la littérature spécialisée révèle 1 ' importance et la complexité des recherches me- néesparl ore de l'art pour tenter d'apporter des solutions, indus- triellement valables, aux inconvénients précités, et se rendre meaitre de la taille des particules de trihydroxyde d'aluminium. Parmi les ncabreuses solutions proposées, certaines débouchent sur l'utilisation de moyens mécaniques et d'autres, en plus grand nombre, sur des procdés utilisant les ressources de la chimie. Le premier groupe, faisant usage de moyens mécaniques, concerne la pro- duction de trihydro:xyde d'aluminium, dont le diamètre médian est géné- ralement oernris entre 6 et 30 microns, par broyage d'un trihydroxyde d'aluminium grossier, obtenu selon le procédé Bayer Un tel procédé est décrit dans le brevet français 2 298 510 qui revendique l'obtention d'un hydroy-de d'aluminium destiné à la cosmétologie, dont le diamètre moyen est inférieur à 25 microns, par broyage d'un hydroxyde grossier en présence d'un acide organique Si un tel procédé peut être utilisé dans l'obtention d'un hydroxyde d'aluminium ayant un diamètre moyen supérieur à 15 microns parce qu'il reste raisonnable en consommation d'énergie et en investissement technmologique, dès lors que l'on veut produire un hydroxyde d'aluminium de diamètre moyen beaucoup plus pe- tit, tel que compris entre 15 et I micron, l'application d'un tel mo- yen est d'autant plus coûteux que le diamètre moyven recherché est plus faible car il conduit alors à une augmentation très rapide de la ca- pacité de broyage et de la consommation d'énergie. -3- Le deuxième groupe, faisant usage des ressources de la chimie, propo- se des procédés poursuivant le but d'obtenir un trihydroxyde d'alu- minium disposant d'une granulométrie réglée et consistant à effectuer la décomposition des solutions d'aluminate de sodium sursaturées en présence de trihydroxyde d'aluminium très fin qui joue le rôle d'amor- ce, dont la taille des particules va broître au cours des diverses étapes de précipitation. Un premier procédé, à plusieurs étapes, décrit dans le brevet français 1 290 582, consiste d'abord à préparer la matière d'amorçage formée de trihydroxyde d'aluminium à grains très fins et réguliers, puis à uti- liser cette matière d'amorçage pour décomposer par étapes successives une solution sursaturée d'aluminate de sodium La préparation de la matière d'amorçage s'effectue par dilution soudaine et brutale d'une solution d'aluminate de sodium, fortement concentrée ayant un rapport moléculaire NÈ 0/A 1203 aussi proche que possible de l'unité, en provo- quant ainsi une forte sursaturation du trihydroxyde d'aluminium qui se sépare sous la forme d'un gel Ce gel est formé de sphérules gonflées d'eau, contenant de nombreux germes microscopiques d'alumine ayant un diamètre moyen compris entre 0,3 et 0,5 micron. Des lors que la matière d'amorçage à grains très petits est préparée, elle se présente sous l'aspect d'une suspension aqueuse dans sa solu- tion mère dans laquelle est introduite, par étape, la solution aqueuse d'aluminate de sodium sursaturée à décoriposer, chaque étape d'intro- duction étant suivie de plusieurs heures d'agitation Cette agitation, après l'ultime introduction de la solution à décomposer, est mainte- nue jusqu'à l'achèvement de la décomposition. Un autre procédé, décrit dans le brevet français 1 525 133, consiste, d'abord, à préparer une amorce primaire très fine et très active de trihydroxyde d'aluminium par décomposition d'une solution diluée d'alu- minate de sodium en présence d'une faible quantité d'un gel d'alumine préparé par neutralisation d'une solution d'aluminate de sodium au moyen d'un acide minéral, puis à utiliser cette amorce primaire pour décomposer une solution d'aluminate de sodium sursaturée, ensuite à séparer le trihydroxyde d'aluminium précipité et l'utiliser comme -4- amoroe pour décomposer une autre solution d'aluminate de sodium sursa- turée et, enfin, à répéter ce processus jusqu'à ce que les particules du trihydroxyde d'aluminium précipité aient atteint la dimension sou- haitée. Un dernier procédé, révélé par le brevet français 2 041 750, consiste d'abord à produire une amorce très fine par carbonatation d'une solu- tion d'aluminate de sodium sous température contrôlée jusqu'à complète neutralisation, en provoquant ainsi la formation d'un gel d'alumine et la transformation du gel 'd'alumine en une phase cristalline stable en réalisant la mise en suspension de ce gel dansune:s olution d'a Xuminate d Escdiumnsusaturge,-dite suspension étant maintenue sous agitation pen- dant un laps de temps suffisant, puis à utiliser ladite amorce pour préparer un trihydroxyde d'aluminium de granulométrie souhaitée par déconmposition d'une solution d'aluminate de sodium sursaturée. Ainsi, à travers les diverses publications connues, faisant usage des ressources de la chimie, il apparaît que lesprocédés proposés pour tenter d'aboutir à la production d'un trihydroxyde d'aluminium de gra- nulcmétrie réglée par précipitation à partir d'une solution chaude d'aluminate de sodium sursaturée, passent par la préparation d'un gel d'alumine et sa transformation en une phase cristalline stable dont la taille des particules d'hydroxyde d'aluminium va croître au cours des diverses étapes de précipitation Mais, l'homme de l'art est dans l'obligation de constater que les procédés proposés fournissent des solutions incomplètes et peu satisfaisantes, car ils conduisent à la production de particules de trihydroxyde d'aluminium dont la taille est insuffiserment maîtrisée en raison de la mauvaise reproductibilité des qualités du gel et de la faible stabilité dudit gel dans le temps. C'est pourquoi, forte des inconvénients précités, la demanderesse, poursuivant ses recherches, a trouvé et mis au point un procédé d'ob- tention de trihydroxyde d'aluminium ayant un diamètre médian réglé à la demande dans l'intervalle de 2 à 100 microns, par décomposition à chaud d'une solution d'aluminate de sodium sursaturée en pré- sence d'amorce, ledit procédé étant exempt des inconvénients précités. b.- -5- Le procédé selon l'invention, d'obtention du trihydroxyde d'aluminium diamètre médian réglé à la demande dans l'intervalle de 2 à 100 mi- crons, se caractérise en ce que, dans une premiere étape, on soumet du trihydroxyde d'aluminium à un broyage jusqu'à l'obtention d'un tri- hydroxyde d'aluminium broyé ayant une surface spécifique BET dévelop- pée par le broyage au moins égale à un m 2/g, puis on introduit lé tri- hydroxyde broyé dans une fraction chaude d'une solution sursaturée d'aluminate de sodium en une quantité telle que la surface totale du trihydroxyde broyé introduit soit d'au moins 10 mètres carré par litre de ladite fraction, et on soumet à agitation la suspension ainsi for- mee pendant un temps conduisant à la précipitation d'au moins 10 % en poids de l'alumine présente dans la solution d' aluminate de sodium sursaturée sous la forme de particules de trihydroxyde d'aluminium constituant un germe auxiliaire et, dans une seconde étape, on effec- tue la déconposition de la fraction restante de la solution d'alumi- nate de sodium sursaturée en présence du germe auxiliaire, décomposi- tion conduisant à la précipitation du trihydroxyde d'aluminium ayant le diamètre médian souhait Sé, par mise sous agitation de la suspension formée, jusqu'à l'obtention d'un rapport pondérai A 1203 dissoute/%Ta 20 caustique au plus égal à 0,8. Pour faciliter la description ultérieure de l'invention, il est néces- saire de rappeler que la concentration en Na 20 caustique en gramme par litre de la solution d'aluminate de sodium exprime, coame celà est bien connu, la quantité totale de Na 20 présent dans ladite solution sous la forme liée d'aluminate de sodium et sous la forme libre d'hy- droxyde de sodium. Au cours de ses recherches, la demanderesse, essayant d'améliorer les procédés proposés par l'art antérieur qui préconisent l'usage de gel d'alumine, a tenté de substituer audit gel, du trihydroxyde d'alumi- nium préalablement broyé Elle a alors observé avec un vif intér:t que l'introduction de ce trihydroxyde d'aluminium broyé dans une solution d'aluminate de sodium sursaturée entraînait la précipitation d'un tri- hydroxyde d'aluminium dont le diamètre médian était nettement inférieur au diamètre médian du trihydroxyde d'aluminium broyé qu'elle avait in- troduit, alors que, selon sa connaissance de l'art antérieur, elle s'attendait à une augmentation du diamètre médian Dès lors, allant _ 5348 9 plus loin dans ses recherches, la demanderesse a ouluu vérifier la portée de cette observation et, pour ce faire, dans de nouvelles expé- riences, a substitué au trihydrtx 3 yde dalu-iiun broyé, un trihydro- xyde d'alumirni précipité, de r&me diamètre médian et de répartition quasiment identique Elle a alors constaté que, dans ce dernier cas, il se produisait, de mne que dans les procédés de l'art antérieur, une augmantation iiportante du diarmitre médian du trihydroxyde d'alu- minium qui précipitait. Ainsi, la de deresse a pu constater que l'utilisation du trihvdrc- Dnyde d alum/nium broyé dans la décc 3 osition d'une solution d'aliumina- te de sodium sursaturee, avait un caporteoent très différent de celui d'un trihydroxyde d'almi Lnium non broyé, de Aer granulométrie. Dès lors, poussant plus loin ses recherches, la demanderesse a été amenée à utiliser comme germe auxiliaire, le produit précipité lors de la déoeposition d'une solution d'aluminate de sodium en présence de triliydrxyde d'alumn/ium broyé, et a constaté qu'elle pouvait obte- nir un précipité de trihydroxyde d'aluminium de granulométrie réglée en pratiquant la décomposition d'une solution d'aluminate de sodium en présence ddit germe auxiliaire. Enfin, pour mieux connaître les paramètres intervenant dans le procé- dé selon l'invention, la demanderesse a complété ses recherches dans le but de maîtriser les conditions les plus favorables à l'obtention d'un trihydroxyde d'aluminium ayant une granulométrie réglée à la demande. La surface spécifique BET développée par le broyage est donnée par la différence entre la surface spécifique du trihydroxyde d'aluminium broyé et la surface spécifique de ce trihydroxyde d'aluminium avant qu'il soit soumis à l'opération de broyage Comme celà a déjà été exprimé, la surface spécifique BET, développée lors du broyage du tri- hydroxyde d'aluminium, doit être au moins égale à 1 mètre carré par grarne Elle est généralement comprise entre 2 et 20 m 2 par gramme et, préférentiellement, choisie entre 3 et 8 m 2 par gramme. -7- Le broyage du trihydroxyde d'aluminium, réalisé au moyen de tout appa- reil connu de l'homme de l'art, peut être effectué à sec, mais il peut se révéler souhaitable qu'il soit réalisé en une: phase liquide Dans ce dernier cas, la phase liquide utilisée pour mettre le trihydroxyde en suspension est un milieu aqueux qui peut être de l'eau. on La solution d'aluminate de sodium sursaturée, traitée selon le procédé de l'invention, résulte généralement de l'attaque alcaline à chaud d'un minerai alumineux, tel que la bauxite selon le procédé Bayer, largement décrit dans la littérature spécialisée et bien connu de l'homme de l'art Mais, cette solution peut être également d'origine synthétique Quelle que soit son origine, la solution d'aluminate de sodium sursaturée dispose en général d'une concentration en Na 20 caustique comprise entre 50 et 200 grammnes et, préférentiellement, en- tre 90 et 170 grammes de Na 20 par litre de solution d'aluminate de so- dium à décomposer. De plus, il est souhaitable que cette solution d Caluminate de sodium sursaturée dispose d'un rapport pondéral A 1203 dissout/Na 20 caustique compris entre 0,8 et 1,3 mais, préférentiellement, compris entre 1,0 et 1,2. Selon la première étape du procédé, la fraction de la solution d' alu- minate de sodium sursaturée dans laquelle est introduit le trihydro- xyde d'aluminium broyé représente au plus 90 % en volume et, préféren- tiellement, de 5 à 50 % en volume de la quantité totale de ladite so- lution à décomposer. De même, la quantité de trihydroxyde d'aluminium, broyé selon les tech- niques connues de l'homme de l'art et introduit au cours de la première étape dans la fraction de la solution d'aluminate de sodium sursaturée à décomposer, est telle que la surface totale du trihydroxyde d'alumi- nium broyé et introduit dans ladite solution, soit comprise entre 20 et 400 m 2 par litre et, préférentiellement, comprise entre 40 et 150 m 2 par litre de solution d'aluminate de sodium sursaturée. Dès lors que le trihydroxyde d'aluminium broyé est introduiten quantité Z 534898 -8- adéquate dans la fraction chaude de la solution sursaturée d'aluminate de sodium, la suspension ainsi créée est mise sous agitation et main- tenue dans cet état pendant un temps tel que généralement 15 à 75 % en poids, et préférentiellement 40 à 60 % en poids de 1 'alumine pré- sente dans la solution d'aluminate de sodium sursaturée précipite sous la forme de particules de trihydroxyde d'aluminium constituant le germe auxiliaire. La suspension aqueuse du germe auxiliaire pxtéCentuel Iement érésumtis àureséparation liquide-solide au cours de laquelle la phase solide est isolée en vue de son utilisation dans la deuxième étape du procédé. Selon la deuxième étape du procédé, la fraction restante de la solu- tion d'alumnate de sodium sursaturée, qui n'a pas été soumise à la première étape, est décomposée en présence du germe auxiliaire qui est introduit, soit sous la forme solide, après qu'ait été effectuée la séparation liquide-solide à l'issue de la première étape, soit sous la forme de la suspension aqueuse dudit germe auxiliaire recueillie avant que soit effectuée la séparation. Cette décc Orosition se déroule en milieu soumis à agitation et est poursuivne jusqu'à l'obtention d'un rapport pondéral A 1203 dissoute/ Na 20 causticue généralement compris entre 0,75 et 0,40 et, préféren- tiellement entre 0,70 et 0,45. Lors de la seconde étape, la rmise en présence du germe auxiliaire et de la fraction restante de la solution d'aluminate de sodium sursaturée pour réaliser la suspension et en assurer la décomposition, peut s'ef- fectuer en introduisant: soit la totalité de ladite fraction restante en une seule fois, soit des parties de ladite fraction restante, en au moins deux fois. Ainsi, la décomposition de la fraction restante de la solution d'alumi- nate de sodium sursaturée, lors de la deuxième étape du procédé selon l'invention, en présence du germe auxiliaire provenant de la première étape, conduit, à l'issue de ces deux étapes, à la précipitation de trihydroxyde d'aluminium ayant le diamètre médian souhaité. 2.534898 La décomposition des fractions de la solution d'aluminate de sodium sursaturée dans l'une et l'autre étape du procédé s'effectue à une température généralement comprise entre 30 C et 80 C, mais préféren- tiellement comprise entre 45 C et 65 Co En pratique, les deux étapes du procédé d'obtention du trihydroxyde d'aluminium de diamètre médian réglé à la demande dans l'intervalle de 2 à 100 microns, se déroulent selon les séquences suivantes: a) Dans la première étape: a-1 On soumet du trihydroxyde d'aluminium à un broyage jusqu'à l'obtention d'un trihydroxyde d'aluminium broyé ayant une surface spé- cifique BET développée par le broyage au moins égale à lm 2/g. a-2 On introduit le trihydroxyde d' aluminium broyé dans une frac- tion chaude d'une solution sursaturée d'aluminate de sodium en une quantité telle que la surface totale du trihydroxyde introduit soit d'au moins 10 m 2/1 de la solution sursaturée d'aluminate à décomposer. a-3 On met sous agitation la suspension créée dans la séquence a-2 pendant un temps conduisant à ce qu'au moins -10 % en poids de l'alumine présente dans la solution d aluminate précipite sous la for- me de trihydroxyde d'aluminium constituant le germe auxiliaireo b) Dans la deuxième étape: b-1 On met en présence le germe auxiliaire provenant de la séquen- ce a-3 et la fraction restante de la solution d'aluminate de sodium sursaturée. b-2 uisr oneffectue la décomposition à chaud de la fraction res- tante d'aluminate de sodium sursaturée en présence dudit germe en sou- mettant la suspension de b-l à une agitation qui est maintenue jusqu'à l'obtention d'un rapport pondéral A 1203 dissoute/Na 20 caustique au plus égal à 0,8, décomposition conduisant à la précipitation du trihy- droxyde d'aluminium ayant le diamètre médian souhaité. Le procédé suivant l'invention d'obtention de trihydroxyde d'aluminium de diamètre médian réglé à la demande selon deux étapes, l'une de pré- paration d'un germe auxiliaire et l'autre de la décomposition d'une solution d'aluminate de sodium sursaturée en présence dudit germe, peut se pratiquer aussi bien en continu qu'en discontinu. t 534898 -10- Les caractéristiques essentielles de l'invention seront mieux perçues grâace à la description des exemples ci-dessous: EMPLE 1: Cet exemple illustre la possibilité, selon l'invention, de produire des particules de trihydroxyde d'aluminium, de diamètre i-idian réglé à la demande, par l'usage de quantités variables de germe auxiliaire lors de la décomposition de la solution d'aluminate de sodium sursa- turée. Pour ce faire, et dans la première étape du procédé selon l'invention, on a prélevé du trihydroxyde d'alui Luinilm, industriel provenant de l'at- taque alcaline d'une bauxite selon le procédé Bayer Puis, dans le but d'en effectuer le broyage, on a réalisé une suspension aqueuse dudcit trihydroxyde d'aluminium à 350 g/l de matière sèche. Le broyage a été effectué au moyen d'un appareillage de ype connu composa d'un cylindre à axe de rotation horizontal, d'un diamètre uti- le de 100 r: dont le support de broyage était constitué par des billes d'acier On a ainsi soumis à broyage un litre de la suspension précitée au moyen de 2 kg de billes ayant un diamètre de 9 m et de 1 kg de bil'-'-es ayant un diamètre de 6 mm. Après un ts de broyage de 10 h, on obtenait des particules de tri- hydroxyde d'aluminium broyées ayant une surface BET de 8,6 m 2/g mesu- rée selon la méthode décrite dans les normes AFNOR NF X 11-621 et X 11-622, ainors que le trihydroxyde d'aluminium disposait d'une sur- face BET avant broyage de 0,10 m 2/g. Par la suite, et pour preparer le germe auxiliaire, on a utilisé une solution d'aluminate de sodium sursaturée, provenant du procédé Bayer, qui avait la composition suivante en gramne par litre: -A 12 3: 176 g/l Na 20 caustique:160 g/l Rapport A 1203/Na 20 caustique: 1,1 Na 20 carbonaté: 14 g/l C organique: 7 g/1 Ci: 9 g/1 On a alors introduit 3 litres de ladite solution dans un réacteur ap- proprié et 45 g de trihydroxyde d'aluminium broyé (sous fonrme de sus- pension dans l'eau), de telle manière que l'on dispose de 15 g de -11trihydroxyde d'aluminium broyé par litre de solution d'aluminate de sodium sursaturée à décomposer La suspension ainsi réalisée était mise sous agitation au moyen d'un agitateur à axe vertical, à larges pales, tournant à 60 tours/minute La température de la suspension était maintenue à 60 C tout au long de l'opération de décomposition qui a duré 48 h. A l'issue de la décomposition, le rapport pondérai A 1203 dissout/Na 20 caustique était de 0,6 indiquant que 45 % de l'alumine en solution avait précipité. Le trihydroxyde d'aluminium recueilli à l'issue de cette première éta- pe, puis lavé et séché, constituait le germe auxiliaire mis en oeuvre dans la deuxième étape du procédé, et disposait d'un diamètre médian de 1, 8 micron, qui a été mesuré par la méthode dite de "granulométrie à laser" au moyen d'un appareil CILAS 715. Dans la deuxième étape du procédé selon l'invention, on a réalisé en présence du germe auxiliaire précité, la décomposition de la solution d'aluminate de sodium précitée, provenant du procédé Bayer, en utili- sant le même appareillage et en pratiquant les mêmes conditions expéri- mentales de vitesse d'agitation, de température et de temps que dans la première étape du procédé. Cinq essais de décomposition, réalisé chacun sur 2 litres de la solu- tion d'aluminate de sodium sursaturée ont été effectués en présence du germe auxiliaire introduit en quantité croissante. A l'issue de la décomposition, le trihydroxyde d'aluminium recueilli pour chaque essai, était lavé, séché et soumis à la détermination du diamètre médian par la méthode de "granulométrie à laser". Tous les résultats ont été consignés dans le tableau I ci-après: -12- TABLEAU I Ainsi, le diamètre médian du trihydroxyde d'aluminium recueilli à l'issue des deux étapes du procédé dépend de la quantité de germe auxiliaire utilisée lors de la deuxième étape de décomposition. EXEMPLE 2 Cet exemple illustre la possibilité de produire, à la demande, selon le procédé de l'invention, du trihydroxyde d'aluminium de grand dia- mètre nrédian (produit gros). Dans la premièere étape du procédé selon l'invention, on a prélevé du trihydroxyde d'aluminium industriel provenant de l'attaque alcaline d'une bauxite selon le procédé Bayer Puis, dans le but d'en effectuer le broyage, an a réalisé une suspension aqueuse dudit trihydroxyde d'aluminium à 350 g/l de matière sèche. Le broyage a été effectué dans le même appareillage et selon le nmme -_ protocole cue dcn S xeifpfe E a air-soumis à un broydg I i i- tre de la suspension précitée au moyen de 2 kg de billes ayant un dia- mètre de 9 rmm et 1 kg de billes ayant un diamètre de 6 mm Apres un temps de broyage de 1 h et trente minutes, on obtenait des particules de trihydroxyde d'aluminium broyées ayant une surface BET de 2,6 m 2/g alors que le trihydroxyde d'aluminium disposait d'une surface BET avant broyage de 0,1 m 2/g. Par la suite, et pour préparer le germe auxiliaire, on a utilisé une solution d'aluminate de sodium sursaturée provenant du procédé Bayer qui avait la même composition que celle citée dans l'exemple 1. QUANTITE DE GRME AUXI DIAMETRE MEDIAN DU TRI- LIAIRE en g/1 DE SOLU HYDROXYDE D'ALL 4 INIEM 4 TION A DECOMEPOSER PRODUIT * Essai 1 5 38,0 Essai 2 15 12,2 Essai 3 25 7,5 Essai 4 35 5,0 Essai 5 55 4, 0 L 534898 -13- On a alors introduit 2 litres de ladite solution dans un réacteur ap- proprié et 30 g du trihydroxyde d'aluminium broyé (sous forme de sus- pension dans l'eau) de telle manière que l'on dispose de 15 g de tri- hydroxyde d'aluminium broyé par litre de solution d'aluminate de so- dium sursaturée à décomposer La suspension ainsi réalisée était mrise sous: agitation au moyen d'un agitateur à axe vertical, à lar- ges pales, tournant à 60 tours/mno La température de la suspension était maintenue à 60 C tout au long de l'opération de décomposition qui a duré 48 h. A l'issue de la décompositions le rapport pondéral A 2 103 dissout/ Na 20 caustique était de 0,65 indiquant ainsi que 41 % de 'alumine en solution avait précipité. Le trihydroxyde d'aluminium recueilli constituant le germe auxiliaire mis en oeuvre dans la deuxième étape avait un diamètrenmédian de 3,9 microns. Dans la deuxième étape du procédé selon l'invention, on a réalisé la décomposition d'une solution d'aluminate de sodium, de mime origine et de méme composition que dans l'exemple 1, en présence du germe auxi- liaire provenant de la première étape et utilisé à raison de 5 g/l de ladite solution. La déccmposition réalisée sur un volume de 2 litres de ladite solution était conduite dans le même appareillage et en pratiquant les mnmes conditions expérimentales de vitesse d'agitation, de température et de temps que dans la première étape du procédé. A l'issue de cette deuxième étapes le rapport entre la masse de tri- hydroxyde d'aluminium recueilli, lavé et séché, et la masse de trihy- droxyde d'aluminium broyé et utilisé dans la première étape du procédé était de 170. En outre, le trihydroxyde d'aluminium, recueilli à l'issue de ladite deuxième étape était soumis à la détermination du diamètre médian par la méthode de "granulométrie à laser" qui avait été également appli- quée au trihydroxyde d'aluminium broyé et au germe auxiliaire recueilli à l'issue de la première étape et ce, dans le but d'effectuer une ana- lyse comparative des résultats. 5348-98 -14- Les résultats des analyses granuioirtrique-s du trihyydroxyde d'alumni- nium prélevé après broyage, après la première décomposition (germe auxiliaire) et après ia deuxième décoriosition ont été réunis dans le tableau II ci-après TABLEAU II DIAMET-RE N TRIHYDIRXYDE D'A 1 GEMOE AUXIEAIRE TRIH Yf DROXYDE D'Ai ICMN BROYE: % PASSR'f % PASSANP T PRODUIT: % PAS- INFERIEUR A: RIEUR A: SAT INEEIEUR A 1 4,4 11,5 1,3 2 10, 6 27,6 1,9 3 16,7 42,3 2,3 4 22,8 52,2 3,0 6 33,5 59,9 4,2 8 43,3 63,5 5,6 12 61,0 71,3 7,9 16 73,0 78,7 8,9 24 85,0 87,6 9,0 32 91,0 92,5 14,0 48 96,0 95,7 38,0 64 98,0 98,0 57,0 96 100,0 100,0 75,0 128 100,0 100,0 90,0 DIAMORE. DIAN d N 10 3,9 58 micron f Ainsi, ce tableau montre que le diamètre médian du germe auxiliaire utilisé dans ia deuxième étape est plus petit que le diamètre médian du produit broyé conduisant à l'obtention du germe auxiliaire. De plus, ce tableau montre qu'il est possible d'obtenir à la demande un trihydcroxyde d'aluminium de grand diamètre. EXEUPLE 3: Cet exeemple illustre la possibilité de produire, à la de -ande, selon le procédé de l'invention, du trihydroxyde d'aluminium de petit dia- mètre médian. t -15- Dans la première étape du procédé selon l'invention, on a utilisé du trihydroxyde d'aluminium industriel provenant du procédé Bayer Puis, dans le but d'en effectuer le broyage, on a réalisé une suspension aqueuse dudit trihydroxyde d'aluminium à 350 g/l de matière sèche. Le broyage a été effectué avec le mxnme appareillage et selon les rmnes valeurs de consigne que dans l'exemple 1. Après un temps de broyage de 3 h, on obtenait des particules de trihy- droxyde d'aluminium broyées ayant une surface BET de 4 m 2/g alors que le trihydroxyde d'aluminium destiné à ce broyage disposait d'une surface BET de 0,1 m 2/g. Par la suite, et pour préparer le germe auxiliaire, on a utilisé une solution d'aluminate de sodium sursaturée provenant du procédé Bayer, qui avait la même composition que celle citée dans l'exemple 1. On a alors introduit 2 litres de ladite solution et 36 g du trihydro- xyde d'aluminium broyé (sous forme de suspension dans 1 'eau) de telle manière que l'on dispose de 18 g de trihydroxyde d'aluminium broyé par litre de solution d'aluminate de sodium sursaturée à décomposer. La suspension ainsi réalisée était mise sous agitation au moyen d'un agitateur à axe vertical, à larges pales; tournant à 60 tours/rn La température de la suspension était maintenue à 60 C tout au long de l'opération de décomposition qui a duré 48 h. A l'issue de la décomposition, le rapport pondéral A 1203 dissout/Na 20 caustique était de 0,62 indiquant ainsi que 43 % de l'alumine en so- lution avait précipité. Le trihydroxyde d'aluminium produit constituait le germe auxiliaire mis en oeuvre dans la deuxième étape du procédé; il disposait d'un diamètre médian égal à 1,9 micron. Dans la deuxième étape du procédé selon l'invention, on a réalisé la décomposition d'une solution d'aluminate de sodium, de même origine et de même composition que dans l'exemple 1, en présence de 70 g de germe auxiliaire par litre de solution d'aluminate de sodium sursa- turée à décomposer. Pour ce faire, on a ajouté à 52 % en volume de la suspension de germe auxiliaire provenant de la première étape, 2 litres de la solution 2 534898 -16- d'aluminate de sodium sursaturée décrite dans l'exemple 1 et dont la température était de 50 C La décoaposition était conduite dans le même appareillage et en pratiquant les mèmes autres conditions expé- rimentales de vitesse d'agitation et de temps que dans la première étape du procédé. A l'issue de cette deuxième étape, le rapport entre la masse du trihy- droxyde d'aluminium recueilli, lavé et séché, et la masse de trihy- droxyde d'aluminium broyé et utilisé dans la première étape était de 25. En outre, le trihydroxyde d'aluminium recueilli à l'issue de ladite deuxième étape était soumis à la détermination du diamètre médian par la méthode de "granulométrie à laser" qui avait été également appli- quée au trihydroxyde d'aluminium broyé et au germe auxiliaire re- cueilli à l'issue de la première étape et ce, dans le but d'effectuer une analyse comparative des résultats. Les résultats des analyses granulamétriques du trihydroxyde d'alumi- nium prélevé après broyage, après la première décomposition (germe au- xiliaire) et après la deuxième décomposition ont été réunis dans le tableau iii ci-après: TABLEAU III DIAMETRE E Nt IIYHYDROXYDE GERME AUXILIAIRE: TRIYDROXYDE D'Ai MICIRON D'Ai BROYE: % % PASSANT INFE PRODUIT % PAS- l PASSANTINFE l EUR A: SANT INFERIEUR A RIEUR A: 1 5,9 23,5 10,9 2 14,8 52,3 20,7 3 24,5 68,0 33,4 4 33,7 76,5 49,9 6 49,3 83-,1 76,8 8 61,4 86,9 90,0 12 79,2 92,6 97,9 16 89,2 95,6 100 24 95,9 96,8 100 32 98,3 97,0 100 48 99,7 97,6 100 64 100 98,0 100 96 100 100 100 128 100 100 100 DIATRE M 6 D/AN MEDIAN 6,1 1,9 4 d en -17- Ainsi, ce tableau montre l'évolution du diamètre médian du trihydro- xyde d'aluminium broyé, du germe auxiliaire obtenu et du trihydroxyde d'aluminium produit à l'issue de la deuxième étape du procédé. En outre, ce tableau confirme l'obtention à la demande d'un produit final de faible diamètre médian, en faisant intervenir une grande quan- tité de germe auxiliaire dans la deuxième étape du procédé EXEMPLE 4: Cet exemple illustre la possibilité de produire à la demande du trihy- droxyde d'aluminium dont les particules ont, non seulement un diamètre médian réglé, mais encore dont les diamètres des particules sont fai- blement disperses. Dans la première étape du procédé selon l'invention, on a utilisé du trihydroxyde d'aluminium industriel provenant du procédé Bayer Puis, dans le but d'en effectuer le broyage, on a réalisé une suspension aqueuse dudit trihydrate d'aluminium à 350 g/l de matière sèche. Le broyage a été effectué au moyen du même appareillage que dans les exemples precédents et selon le même protocole. Après un temps de broyage de 3 h, on obtenait des particules de trihy- droxyde d'aluminium broyés ayant une surface BET de 4 m 2/g, alors qcrue le trihydroxyde d'aluminium disposait d'une surface BET avant broyage de 0,10 mn 2/g. Par la suite, et pour préparer le germe auxiliaire, on a utilisé une solution d'aluminate de sodium sursaturée provenant du procédé Bayer, qui avait la même composition que celle citée dans l'exemple 1. La charge de trihydroxyde d'aluminium broyé, qui était introduite dans la solution d'aluminate de sodium était de 15 g/l, les conditions de température ( 60 C) et de temps ( 48 h) étaient les mêmes que dans l'exem- ple 1 - A l'issue de la décomposition, le rapport pondéral A 1203 dissout/Na 20 caustique était de 0,62 indiquant, ainsi que 43 % de l'alumine en solu- tion avait précipité. Le trihydroxyde d'aluminium produit constituait le germe auxiliaire 253489: -18- mis en oeuvre dans la deuxième étape du procédé il disposait d'un diamètre médian égal à 2 microns. Dans la deuxième étape du procédé selon l'invention, on a réalisé la décomposition sous agitation d'une solution d'alumrinate de sodiam, de méte origine et de m Wre composition que dans l'exewple 1, en présence du germe auxiliaire. Pour ce faire, on a ajouté à la suspension de germe auxiliaire prove- nant de la première étape, une quantité de la solution d'alumn;ium de sodium sursaturée décrite dans l'exe Mple 1, égale à 18 fois le volume de la suspension dudit germe, cet ajout -étant effectué en trois pério- des de 24 h chacune La quantité de ladite solution ajoutée au cours de chaque période représente 15 %, 30 O et 55 % en volu-e de la quan- tité totale de la solution d'aluminate sursaturée à introduire. La décorposition était conduite dans un appareillage honothétique, 15 fois plus gra-d que l'appareillage utilisé dans la première étape et en pratiquant les mèmes autres cornditions expérimentales de tempeiratu- re et de te s que dans cette première étape du procédé. A l'issue de cette deuxième étape, le trihydroxyde d'aluminium re- cueilli était soumis à la détermi Lnation du diamètre médian par la mé- thode de "granulométrie à laser", dont les résultats sont consignés dans le tableau IV ci-après en même tenms que ceux concernant un pro- duit de rême diamètre médian, obtenu lors de la deuxième décoposi- tion par l'ajout en une seule fois de la solution d'alurminate de so- dium sursaturée à la suspension du germe auxiliaire. s X' 2 534898 -19- TABLEAU IV Ainsi, ce tableau révèle que l'on obtient une granulométrie plus res- serrée en pratiquant l'ajout de la solution d'aluminate de sodium en plusieurs fois, grâce en particulier à l'observation du paramètre dis- persion "e" qui est le rapport de la différence du diamètre d 75 et du diamètre d 25, au diamètre médian d 50. EXEDIPLE 5: Cet exemple illustre la production industrielle de trihydroxyde % PASSANT INFERIEUR A DIAMETRE EN MICRON: TRIHYDROXYDE D'Ai TRIHYDROXYDE D 'A 1 PRODUIT PAR AJOUT, PRODUIT PAR AJOUT, EN 3-FOIS, DE LA EN 1 FOIS, DE LA SOLUTION D'2 ALUMI SOLUTION D'ALUMINATE NATE DE SODIUM DE SODIUM 1 3,2 3,2 2 3,2 4,4 3 3,2 5,0 4 3,7 6,1 6 4,7 7,3 8 4,8 8,5 12 7,1 16,9 16 18,3 29,6 24 54,1 57,3 32 82,9 77,5 48 100 90,5 64 100 93,5 )IAMETRE MEDIAN d 50 E 4 MICRON 23 21,6 )ISPERSION d d 5 O = 75 025,05 0,76 d 50 -20- d'aluminium de granulométrie réglée à la demande par la mise en oeu- vre du procédé en deux étapes selon l'invention, c'est-à-dire par dé- couposition d'une solution d'aluminate de sodium sursaturée en pré- sence d'un germe auxiliaire. Dans la première étape du procédé, on a utilisé du trihydroxyde d'alu- minium industriel obtenu par le procédé Bayer, qui a été soumis à une opération de broyage dans un broyeur vibrant de type connu (PALIA U de H Uir OLT) traitant un volume de suspension correspondant à 22 ki- los à l'heure de matière sèche Ce broyage conduisait à l'obtention d'un hydrate broyé ayant une surface BET développée par broyage égale à 4 m 2/g. Par la suite, et pour préparer le germe auxiliaire, il a été fait usa- ge d'un bac de 160 m 3 muni d'un agitateur à axe vertical tournant à la vitesse de 7 tours/m, capable de maintenir sous agitation une suspen- sion occupéat une faible fraction du volume total dudit bac En outre, la solution d'aluminate de sodium sursaturée à décomposer était prélé- vée sur le circuit d'une usine Bayer, la concentration en A 1203 étant de 165 g/l, tandis que celle de Na 20 caustique était de 150 g/l don- nant un rapport pondéral A 1203 dissout/Na 20 caustique égal à 1,1. On a alors introduit dans le bac précité, 33 m 3 de ladite solution d'aluminate de sodium sursaturée, la température du milieu étant ajus- tée à 55 C Puis, on a également introduit par pompe 500 kg de trihy- droxyde d'a i 7 inium broyé en suspension dans 1 m 3 d'eau, la quantité de trihvdr-xyvde d'aluminium broyé étant alors de 15 g/l Apres 40 h de maintien à 55 C, le rapport pondéral A 1203 dissout/Na 20 caustique était de 0,57 La teneur en matière sèche était de 137 g/l de trihy- droxyde d'aluminium précipité et le diamètre médian de ce germe auxi- liaire était de 2,2 microns. Dans la deuxième étape du procédé selon l'invention, on a ajouté à la suspension obtenue dans la première étape 120 m 3 d'une solution d'alu- minate de sodium sursaturée à 60 C. Le milieu ainsi obtenu a été maintenu à cette température et sous -21agitation pendant 40 h A la fin de cette deuxième étape, le rapport pcidéral A 203 dissout/Na 2 Q caustique était de 0,635. La granulomitrie du produit fini était la suivante - Cette granulométrie offrait un diamètre médian de 7,2 microns et une faible dispersion des diamètres autour de cette valeur. %i PCSN 1 2 3 4 6 98 12 % ASAM 10 14115122 41164 9 O _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ U _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 5348 S -22- REVE DICATTI ONS 1 / Procédé d'obtention de trihydro Jyde d'aluminium, de diamètre mé- dian réglé la demande dans l'intervalle de 2 à 100 microns, à répar- tition unimodale et de faible dispersion, consistant à effectuer à chaud la décomposition d'une solution sursaturée d'alu-inate de sodium en présence d'une amorce constituées de trihydroxyde d'aluminium, puis la séparation des phases solide et liquide résultantes etla récupéra- tion de la phase solide consituée par le trihydroxyde d'aluminium précipité, caractérisé en ce que, dans une première étape, on soumet du trihydrorde d'aluminium à un broyage jusqu'à l'obtention d'un trihydr-oxyde d'aluninium broyé ayant une surface spacifique BET déve- loppée par le broyage au moins égale à 1 m 2/g, puis on introduit le trilhydroxyde broyé dans une fraction chaude de la solution sursaturée d'aluminate de sodium en une quantité telle que la surface totale du trihydroxyde broyé introduit soit d'au moins 10 m 2/1 de ladite frac- tion, et on soumet à agitation la suspension ainsi formée pendant un temps conduisant à la précipitation d'au moins 10 %O en poids de l'alu- * mine prése-nte dans la solution d'aluminate de sodium sursaturée sous la forme de particules de trihydroxyde d'aluminium constituant un germe auxiliaire et, dans une seconde étape, on effectue la décomposi- tion de la fraction restante de la solution d'aluminate de sodium sursaturêe en présence du germe auxiliaire, décomposition conduisant à la précipitation du trihydroxyde d'aluminium ayant le diamètre mé- dian souhaita par mise sous agitation de la suspension formée jusqu'à l'obtention d'un rapport pondéral A 1203 dissout/Na 20 caustique au plus égal _ 0,8. 2 / Prccédé d'obtention de trihydroxyde d'aluminium, de diamètre rmé- dian réglé à la demande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface spécifique BET développée par le broyage est comprise entre 2 et 20 m 2/g et, préférentiellement entre 3 et 8 m 2/g. 3 / Procédé d'obtention de trihydroxyde d'alumirium, de diamètre mé- dian réglé à la demande selon la revendication 1 r caractérisé en ce que le broyage du trihydroxvyde d'aluminium est effectué à sec. -23- 4 / Procédé d'obtention de trihydroxyde d'aluminium, de diamètre mé- dian réglé à la demande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le broyage du trihydroxyde d'aluminium est réalisé en suspension dans un milieu aqueux. / Procédé d'obtantion de trihydroxyde d'aluminium, de diamètre mé- dian réglé à la demande, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la solution chaude d'aluminate de sodium sursatu- rzée une-concentratiorieh Na 2 O:caustique:comprise eatre 50 g/l et 200 g/l et, préférentiellement entre 90 g/l et 170 g/l. 6 / Procédé d'obtention de trihydroxyde d'aluminium, de diamètre mé- dian réglé à la demande, selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que la solution d'aluminate de sodium sursaturée a un rapport pondéral A 1203 dissout/Na 20 caustique compris entre 0,8 et 1,3 et, préférentiellement entre 1,0 et 1,2. 7 / Procédé d'obtention de trihydroxyde d'aluminium, de diamètre mé- dian réglé à la demande, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la fraction de la solution d'aluminate de so- dium sursaturée mise en oeuvre dans la première étape représente au plus 90 % en v Dlume et, préférentiellement, de 5 à 50 % en volume de la quantité totale de ladite solution à décomposer. 8 / Procédé d'obtention de trihydroxyde d'aluminium, de diamètre mé- dian réglé à la demande, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la quantité de trihydroxyde d'aluminium broyé utilisée dans la première étape pour la décomposition de la fraction de la solution d'aluminate de sodium sursaturée est telle que la sur- face totale du trihydroxyde d'aluminium broyé et introduit, est com- prise entre 20 et 400 m 2/1 et, préférentiellement entre 40 et 150 m 2/1 de la fraction de la solution d'aluminate de sodium sursaturée à dé- composer. 9 / Procédé d'obtention de trihydroxyde d'aluminium, de diamètre mé- dian réglé à la demande, selon l'une quelconque des revendications 1 à G, caractérisé en ce que la suspension créée dans la première étape -24est mise sous agitation et maintenue dans cet état pendant un temps tel que 15 à 75 % bn poids et, préférentiellement 40 à 60 % en poids de l'alumine présente dans la solution d'aluminate de sodium sursaturée précipite sous la forme de particules de trihydroxyde d'aluminium cons- tituant le germe auxiliaire. / Procédé d'obtention de trihydroxyde d'aluminium, de diamètre mé- dian réglé à la demande, selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la suspension résultant de la première étape est soumise à une séparation liquide-solide, puis la phase solide est mise en présence, dans la deuxième étape, de la fraction restante de la solution sursaturée d'aluminate de sodium. 11 / Procédé d'obtention de trihydroxyde d'aluminium, de diamètre mé- dian réglé à la demande, selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la suspension résultant de la première étape est mise en presence, dans la deuxième étape, de la fraction restante de la solut _on sursaturée d'aluminate de sodium - 12 / Procédé d'obtention de trihydroxyde d'aluminium, de diamètre mé- dian réglé à la demande, selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la décomposition de la fraction restante de la solution d'aluminate de sodium sursaturée dans la deuxième étape est poursuivie, sous agitation, jusqu'à l'obtention d'un rapport pon- déral A 1203 dissout/Na 20 caustique compris entre 0,75 et 0,40 et, pré- férentie-i =ent, entre 0,70 et 0,45. 13 / Procédé d'obtention de trihydroxyde d'aluminium, de diamètre mé- dian réclé à la demande, selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la décomposition des fractions de la solu- tion d'aluminate de sodium sursaturée dans les deux étapes s'effectue à une température comprise entre 30 C et 80 C et, préférentiellement, entre 45 C et 65 C. 14 / Procédé d'obtention de trihydroxyde d'aluminium, de diamètre mé- dian réglé à la demande, selon l' rune quelconque des revendications 1 à- 13, caractérisé en ce que la mise en présence du germe auxiliaire et -25- de la fraction restante de la solution d'aluminate de sodium sursatu- rée dans la deuxième étape s'effectue en introduisant la totalité de ladite fraction restante en une seule fois. 15 / Procédé d'obtention de trihydroxyde d'aluminium, de diamètre mé- dian réglé à la demande, selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la mise en présence du germe auxiliaire et de la fraction restante de la solution d'aluminate de sodium sursaturée dans la deuxième étape s'effectue en introduisant ladite fraction res- tante en au toins deux fois.