Brevet FR2563512A1 — publié le 19851031

"Procédé pour la fabrication rie poudre frittable de -LiAlO2 et son utilisation" L'invention concerne un procédé pour la fabrication de poudre frittable de 4-LiA102 avec une pureté de phase d'un ordre de grandeur de 99 %, dans lequel on dissout de l'aluminium métal dans une solution aqueuse d'hydroxyde de lithium. Les matières céramiques oxydées contenant du lithium, par exemple l'aluminate de lithium, ont déjà été proposées comme matières fertiles pour des réacteurs à fusion pour l'obtention du tritium. Pour fabriquer LiA10i, on a, la plupart du temps, finement broyé et mélangé des poudres solides de Li2CO3 et d'A1203, et les a soumises soit par voie sèche, par exemple sous la forme de boulettes comprimées, soit sous la forme d'une suspension avec de l'eau, à un traitement thermique qui comprenait un séchage et une calcination à une temperature élevée. Le broyage des substances de départ était poursuivi pendant plusieurs heures. Ensuite le produit broyé était comprimé et homogénéisé par diffusion pendant un à deux jours pour la calcination. I1 faJlait ensuite broyer encore une fois le produit afin de pouvoir obtenir la poudre frittable dés!.rée. La mouture et le broyage, non seulement des substances de départ, maïs aussi du produit de la réaction calciné, peut être une source d'introduction d'impuretés. D'autre part, dans ces réactions entre matières solides, on ne peut compter obtenir en général que des proportions de 90 à 95 % de la phase recherchée, dans le produit final. Enfin la conductivité thermique du LiAl02 produit, néces- saire pour l'obtention du tritium, est défavorablement affectée par la présence d'autres phases. Il a été considéré, en conséquence, comme souhaitable de réaliser un procédé simple pour la fabrication de4"-LiA102, avec lequel on puisse éviter la présence d'impu- retés dans le produit final ainsi que diminuer le temps important (environ 3 à 4 jours) que demande le procédé appartenant à l'état actuel de la technique. Pour supprimer les étapes de broyage et de diffusion pour calcination, il a été proposé de faire se dérouler la plus grande partie possible des opérations en solution aqueuse. Il est connu que l'on peut dissoudre l'aluminium avec des solutions aqueuses de LIOH (Gmelin's Han'buch der Anorganischen Chemie, System Nr. 35, Aluminium, Partie A (1934, Réimpression 1953), page 408, Verlag Chemie GmbH, Weinheim). Il y est rapporté qu'après que l'on a porté à l'ébullition une telle solution, il doit se déposer un aluminate difficilement soluble répondant à la formule LiH(102)2. 5H20. On ne parle pas dans ce document de la fabrication de y-LiAl02. L'invention a pour objet de réaliser un procédé simple et amélioré pour la fabrication de4-LiA102, dans lequel la plus grande partie possible des opérations se passe dans une solution aqueuse et dans lequel on obtient, en relativement peu de temps, une poudre, ayant une bonne aptitude au frittage, de l'aluminate de lithium voulu, en phase pratiquement pure. A cet effet, l'invention propose un procédé o: a) la suspension qui se forme par la précipitation produite pendant la réaction en solution est séchée par atomisation, sans traitement intermédiaire, directement, au moyen d'air, une température qui se situe entre 200 et 450 C, et b) aussitôt après la matière sèche est calcinée à une température entre 850 et 1100 C se transformant ainsi en L -LiA102. La dissolution de l'aluminium métal dans la solution de LiOH s'opère avantageusement sous agitation constante. I1 n'est pas absolument nécessaire de chauffer la solution, toutefois le précipité de l'hydroxoaluminate de lithium obtenu suivant l'équation 2LiOH + 2A1 t aq = Li [A12(OH)7]. nH20 + LiOH + aq ne se présentera pas en grains trop grossiers si la solu- tion a été chauffée préalablement à environ 40 à 50 C. Si l'étape d'atomisation est effectuée à une température de l'ordre de 350 à 400 C, et l'étape de calcination à la température préférée de 900 C, on obtiendra des particules de poudre dont le diamètre extérieur sera situé entre 5 et 15/u. L'utilisation duY-LiA102 fabriqué par le procédé suivant l'invention comme matière fertile dans les réacteurs à fusion, apporte avec elle des avantages inattendus pour l'obtension de tritium, car la poudre obtenue se fritte convenablement et peut être transformée en pièces moulées présentant des densités pouvant aller jusqu'à 95 % de la densité théorique. L'invention est expliquée plus en détail ci-après d'après un exemple de réalisation. Exemple: Conformément à l'équation de réaction 2 Li0H + 2 A1 aq --*Li [Al2(0H),]. n H20 + LiOH + aq on a préparé les charges résumées dans le tableau en dissolvant de l'aluminium métal dans une solution aqueuse d'hydroxyde de lithium, sous agitation constante, à la température ambiante: Tableau: charges destinées à l'atomisation d'aluminate de lithium: No. LiOH AlMétal H20 Li [A12(OH)7] nombre (g) (g) (cm) (g/l) de charges 1 23,95 26,98 1000 90 1 2 47,90 53,96 1750 100 1 Dans la charge N 2, on a utilisé de la feuille d'aluminium fabriquée industriellement, dans la charge 1, une bande d'aluminium de grande pureté (Fa.Merck). Le LiOH peut être utilisé aussi bien sous la forme anhydre que sous la forme d'hydroxyde contenant son eau de cris- tallisation (LiOH. H20) pour la préparation de la solution aqueuse. L'atomisation de la suspension qui s'est formée constituée d'heptahydroxoaluminate de lithium très finement dispersé dans la solution d'hydroxyde de lithium s'est opérée dans un ordre de grandeur de la température de 250 à 400 C. Le rendement en poudre atomisée, qui est un mélange stoechiométrique d'hydroxoaluminate de lithium et d'hydroxyde de lithium se monte toujours à plus de 90 %. En raison des manipulations à l'air, des solutions d'hydroxyde de lithium et des suspensions, les poudres contiennent jusqu'à 5 % en poids de constituant carbonate qui sera éliminé pendant l'opération de calcination. Au cours de la calcination de la poudre (deux heures), il se forme, à partir du mélange de poudres stoechiométrique, finement dispersé, le monoaluminate de lithium recherché. Suivant la température de calcination, on observe ici la formation de mélanges de c- - et e-LiAlO2 (à 600OC),d et?-LiA102 (à 800eC) et de Y-LiAlO02 pur (au-dessus de 900 C). Les poudres calcinées à 9000C peuvent être compactéés par pressage et frittage, à environ 1250 C jusqu'à 80 à 85 %, et, à 1450 C, en six heures, jusqu'à à 95 X de la densité théorique. Les échantillons frittés étaient toujours constitués de 4-LiA102 monophasé. R E V E N D I C A T I 0 N 5 1 ) Procédé pour la fabrication de -LiA102 en poudre frittable avec une pureté de phase d'un ordre de grandeur de 99 %, o on dissout de l'aluminium métal dans une solution aqueuse d'hydroxyde de lithium, caractérisé en ce que: a) la suspension qui se forme par la précipitation produite pendant la réaction en solution est séchée par atomisation, sans traitement intermédiaire, directement, au moyen d'air, à une température qui se situe entre 200 et 450 C, et b) aussitôt après la matière sèche est calcinée à une température entre 850 et 1100 C se transformant ainsi en /LiAlO02 À 2 ) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise la poudre, apte au frittage, de LiAlO2 pur, comme matière fertile pour des réacteurs à fusion, pour la production de tritium.