Brevet FR2851558A1 — publié le 20040827

La présente invention concerne un procédé de production de poudre d'alumine a. Une poudre d'alumine a est un composé de l'aluminium représenté par la formule A1203 et qui est utilisé largement, 5 par exemple comme matière première pour la production d'un corps fritté, tel qu'un tube translucide. Une poudre d'alumine a doit avoir une teneur élevée en phase ax et une surface spécifique BET relativement élevée, car un corps fritté de résistance mécanique élevée est facilement obtenu 10 et une telle poudre d'alumine a peut être facilement dispersée dans l'eau. On connaît déjà, comme procédés de production de poudre d'alumine a, par exemple, des procédés de calcination d'un hydrate d'alumine en présence d'un cristal germe 15 ("Mineralogy Association Magazine", Vol. 19, ne 1, pages 21 à 41 et demande mise à l'inspection publique de brevet japonais JP-A-62- 128 918). Cependant, dans le procédé décrit, il est difficile d'obtenir une poudre d'alumine ax ayant une teneur élevée en phase ax et une surface spécifique 20 BET relativement élevée. Les inventeurs ont étudié un procédé de production d'une poudre d'alumine a et ont exécuté l'invention. L'invention concerne un procédé de production d'une poudre d'alumine ax et plus précisément un procédé de pro25 duction d'une poudre d'alumine aL qui comprend une étape de calcination d'un sel d'alumine en présence d'un cristal germe entre 600 et 890 'C. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va 30 suivre d'exemples de réalisation, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 représente une micrographie électronique par transmission d'une poudre d'alumine aL obtenue dans l'exemple 1; et la figure 2 représente un spectre de diffraction des rayons X d'une poudre d'alumine a obtenue dans l'exemple 1. Le sel d'aluminium utilisé dans le procédé de production selon l'invention est par exemple un sel minéral d'aluminium, tel qu'un nitrate d'aluminium, un sulfate d'aluminium, un sulfate d'aluminium et d'ammonium ou un hydroxyde de carbonate d'aluminium et d'ammonium, ou un nitrate correspondant, un sel organique d'aluminium tel que 5 l'oxalate d'aluminium, l'acétate d'aluminium, le stéarate d'aluminium, le lactate d'aluminium et le laurate d'aluminium, ou un hydrate correspondant, et de préférence un sel minéral d'aluminium ou un hydrate, très avantageusement le nitrate d'aluminium ou un de ses hydrates. Des exemples de cristal germe sont des oxydes métalliques tels que l'alumine a (A1203), la diaspore (AlOOH), l'oxyde de fer (Fe203), l'oxyde de chrome (Cr2o3) et l'oxyde de titane (TiO2). Ces cristaux germes peuvent être utilisés seuls ou en combinaison d'au moins deux. Le cristal germe a 15 de préférence un petit diamètre moyen des particules primaires, le diamètre moyen des particules primaires étant habituellement supérieur ou égal à 0,01 pm et inférieur ou égal à 0,5 pm environ, avec une surface spécifique BET habituellement supérieure ou égale à 12 m2/g et de préférence 20 à 15 m2/g et inférieure ou égale à 150 m2/g. L'alumine ax utilisée comme cristal germe peut être préparée par exemple par calcination préalable d'hydroxyde d'aluminium obtenu par hydrolyse d'isopropoxyde d'aluminium et broyage de l'hydroxyde d'aluminium calciné, puis par calcination de 25 l'hydroxyde d'aluminium et broyage de celui-ci. La diaspore, l'oxyde de fer, l'oxyde de chrome et l'oxyde de titane peuvent être préparés par exemple par un procédé de broyage d'un produit disponible dans le commerce. La quantité de cristal germe est habituellement d'au 30 moins 1 % en poids et de préférence d'au moins 2 % et très avantageusement d'au moins 4 % en poids, et au plus de 24 % en poids habituellement, pour 100 parties en poids de la quantité totale du sel d'aluminium et du cristal germe de l'oxyde d'un ingrédient métallique. Dans le procédé de production d'une poudre d'alumine ax selon l'invention, le sel d'aluminium précité est calciné en présence d'un cristal germe. Dans le procédé de production, le cristal germe est de préférence mélangé au sel d'aluminium précité. Le mélange peut être avantageusement réalisé par exemple par un procédé dans lequel le sel d'aluminium est ajouté à un solvant pour 5 l'obtention d'une solution ou d'une suspension, un cristal germe lui est alors ajouté, et le solvant est ensuite chassé. Grâce au mélange précité, un sel d'aluminium dans lequel des cristaux germes sont dispersés uniformément est obtenu. Au cours du mélange, un cristal germe peut être dispersé dans un solvant avant l'addition à la solution ou suspension précitée, et le solvant est ensuite chassé. Le mélange peut en outre être réalisé aussi par un procédé dans lequel un cristal germe est ajouté à un sel 15 d'aluminium, et le mélange est agité. L'agitation peut être avantageusement réalisée à l'aide d'un appareil tel qu'un granulateur vertical ou un mélangeur Henshel. Dans ce mélange, un cristal germe peut être dispersé dans un solvant avant addition au sel précité d'aluminium, et le solvant est 20 ensuite chassé. La calcination est exécutée à des températures d'au moins 600 'C et de préférence 700 C et inférieures ou égales à 890 'C. La calcination est habituellement réalisée à l'air ou dans un gaz inerte (azote gazeux, argon gazeux et 25 analogues). La calcination peut être réalisée à l'air dont la pression partielle de vapeur d'eau est réglée, par exemple dans l'air ayant une pression partielle de vapeur d'eau inférieure ou égale à 600 Pa. Le temps de calcination peut être celui qui est nécessaire à la transformation d'un 30 sel d'aluminium en alumine a, et varie avec la nature et la quantité de la matière première de sel d'aluminium, le type du four, décrit dans la suite, la température de calcination et l'atmosphère de calcination, et ce temps est habituellement d'environ 10 min au moins à 24 h au plus. Un appareil 35 utilisé pour la calcination peut être avantageusement d'un type qui permet la calcination d'un sel d'aluminium dans les conditions précitées, et on peut envisager un four statique, un four à lit fluidisé et analogues. Cet appareil peut travailler en continu ou non. Des exemples particuliers de fours sont un four électrique tubulaire, un four électrique du type en caisson, un four tunnel, un four du lointain infrarouge, un four à microondes, un four continu, un four 5 réfléchissant, un four rotatif, un four à sole à rouleaux et analogues. Une poudre d'alumine a obtenue par calcination peut être broyée pour l'obtention d'un corps fritté de densité élevée. Le broyage peut être réalisé avec par exemple un 10 pulvérisateur, par exemple un broyeur vibrant, un broyeur à boulets ou un pulvérisateur à circulation d'air, par exemple à projection. En outre, une poudre d'alumine a obtenue par calcination ou soumise au broyage précité peut subir un classement. Une poudre d'alumine a obtenue par le procédé de production selon l'invention a une surface spécifique BET habituellement au moins égale à 13 m2/g environ et de préférence à 15 m2/g environ. D'autre part, lorsque la surface spécifique BET de la poudre d'alumine a est trop 20 élevée, son aptitude à la dispersion dans l'eau peut être réduite dans certains cas si bien que cette surface est de préférence inférieure ou égale à 30 m2/g environ. En outre, dans une poudre d'alumine a, la phase cristalline principale est une phase a et le rapport a est habituellement d'environ 25 93 % au moins et de préférence d'environ 95 % au moins. En outre, la poudre d'alumine a est sous forme de fines particules et son diamètre particulaire primaire moyen est habituellement au moins égal à 0,05 pim environ et inférieur ou égal à 1 pnm environ. La poudre d'alumine a obtenue par le procédé de production selon l'invention a une surface spécifique BET élevée et un rapport a élevé comme décrit précédemment, et est donc utile comme matière première pour la production d'un corps fritté d'alumine a. Le corps fritté résultant 35 d'alumine a convient comme organe qui nécessite une grande résistance mécanique, tel qu'un outil de coupe, une biocéramique et un panneau de blindage. Ce corps fritté d'alumine a, du fait de sa stabilité chimique telle que son excellente résistance à la corrosion, est utilisé comme élément d'un appareil de production de semi-conducteurs, tel qu'un appareil de manutention de tranches, comme élément électronique tel qu'un capteur d'oxygène, comme tube trans5 lucide, par exemple pour lampe à vapeurs de sodium et lampe à halogénure métallique, ou comme filtre céramique. Un filtre céramique est utilisé pour l'extraction des ingrédients solides contenus dans les gaz d'échappement, pour la filtration de l'aluminium fondu, pour la filtration des 10 aliments (par exemple de la bière) ou pour la pénétration sélective d'un gaz produit lors du traitement du pétrole, tel que CO, C02, N2, 02 et H2 sous forme gazeuse. La poudre d'alumine a obtenue par un procédé de production selon l'invention est utilisée comme adjuvant, 15 développateur ou charge d'une résine avec augmentation de la propriété de nettoyage de tête et de la résistance au frottement par addition à une couche d'application d'un matériau magnétique du type appliqué. La poudre d'alumine a peut être aussi utilisée comme matériau de polissage. Par 20 exemple, une suspension obtenue par dispersion d'une poudre d'alumine a dans un fluide tel que l'eau convient pour le polissage de composants semi-conducteurs et le polissage d'un substrat de disque dur. Un ruban de polissage obtenu par revêtement de la surface d'un ruban par une poudre 25 d'alumine a convient pour un polissage précis d'un disque dur et d'une tête magnétique. En outre, une poudre d'alumine a est utilisée comme adjuvant pour des cosmétiques, comme adjuvant pour des garnitures de frein ou comme support de catalyseur, et est 30 aussi utilisée comme matériau de corps fritté conducteur de l'électricité et de corps fritté conducteur de la chaleur. EXEMPLES Les exemples qui suivent illustrent l'invention plus en détail sans en limiter la portée. Les propriétés phy35 siques d'une poudre d'alumine a ont été mesurées par les procédés suivants. Rapport a (%) Il a été calculé d'après la formule suivante (1) à partir de la résistance mécanique maximale Ia(102) d'une phase d'alumine a dans le plan (102) et la résistance 5 mécanique maximale 10(440) d'une phase d'alumine O dans le plan (440) mesurée d'après un spectre de diffraction obtenu par utilisation d'un diffractomètre à rayons X: Rapport a = '(102/ ( I(102) + Io440>) *10 (%) (1) Surface spécifique BET (m2/g) Elle a été déterminée par la méthode d'adsorption d'azote. Diamètre moyen des particules primaires (pim) Sur une micrographie électronique par transmission d'une poudre d'alumine a, le diamètre maximal suivant une 15 direction constante de chaque particule primaire pour 20 particules quelconques ou plus a été mesuré et la valeur moyenne des valeurs mesurées a été calculée. Exemple 1 Préparation d'une suspension de cristaux germes De l'hydroxyde d'aluminium obtenu par hydrolyse d'isopropoxyde d'aluminium a subi une calcination préalable pour l'obtention d'une alumine de transition dans laquelle la phase cristalline principale est la phase 0 et contenant 3 % en poids d'alumine a, et cette alumine de transition a été 25 broyée dans un broyeur à projection pour l'obtention d'une poudre ayant une masse volumique apparente de 0,21 g/cm3. g de cette poudre ont été chargés dans un four ayant une capacité de 8 1 (four atmosphérique tubulaire "lTubular atmospheric furnacen fabriqué par Iotoyama K.K.) et 30 de l'air sec ayant un point de rosée de -15 C (pression partielle de vapeur d'eau 165 Pa) a été introduit à raison de 1 1/min dans le four, et la poudre a été chauffée jusqu'à 1 170 DC avec maintien du point de rosée de l'atmosphère dans le four à -15 C, cette température étant maintenue 35 pendant 3 h, avant refroidissement progressif et obtention d'une substance d'alumine ainsi calcinée, et cette substance d'alumine calcinée a été broyée avec un broyeur vibrant (matériau de broyage: alumine) pour l'obtention d'alumine a ayant une surface spécifique BET de 16,0 m2/g. parties en poids de cette alumine a ont été ajoutées à 80 parties en poids d'acide nitrique à pH 4, et 5 une dispersion a été réalisée pendant 3 h avec un broyeur à boulets rempli de billes d'alumine de 2 mm de diamètre, pour l'obtention d'une suspension de cristaux germes. Production de poudre d'alumine a 375,13 g (1 mole) d'hydrate de nitrate d'aluminium 10 [Al(NO3)3.9H20 fabriqué par Wako Pure Chemical Industries, Ltd.] ont été dissous dans de l'eau pure pour l'obtention de 1 000 cm3 d'une solution aqueuse de nitrate d'aluminium. A 100 cm3 de la solution aqueuse de nitrate d'aluminium on a ajouté 2,83 g (quantité de A1203 = 0,566 g) de la suspension 15 précitée de cristaux germes, et ce mélange a été chargé dans une enceinte d'un évaporateur rotatif. La pression de l'atmosphère dans l'enceinte a été réduite et l'enceinte a été chauffée par de l'eau à 75 C afin que l'eau du mélange soit chassée et laisse une poudre. 100 parties en poids de 20 cette poudre contenaient 10 parties en poids d'alumine (A1203) comme cristaux germes. La poudre a été chargée dans un creuset d'alumine et le creuset d'alumine a été placé dans un four électrique du type d'un caisson. Elle a été calcinée pendant 3 h à l'air à 850 'C. La poudre d'alumine 25 ax résultante avait un diamètre moyen des particules primaires de 96 nm. Le rapport a et la surface spécifique BET de cette poudre d'alumine a sont indiqués dans le tableau 1. La figure 1 représente une photographie de la poudre d'alumine a. Tableau 1 Rapport a Surface spécifique BET (%) (m2/g) Exemple 1 98 15,9 Exemple 2 97 13,3 Exemple comparatif 1 99 10, 1 Exemple 2 Les mêmes opérations que dans l'exemple 1 ont été exécutées, mais la température de calcination a été portée à 890 'C. Les propriétés de la poudre d'alumine a, résultante sont indiquées dans le tableau 1. Exemple comparatif 1 Les mêmes opérations que dans l'exemple 1 ont été exécutées mais la température de calcination a été portée à 925 C. Les propriétés de la poudre résultante sont indi10 quées dans le tableau 1. Exemple 3 g d'hydrate de nitrate d'aluminium [Al(NO3)3.9AH20 fabriqué par Waco Pure Chemical Industries, Ltd.] et 1,5 g d'alumine ayant une surface spécifique BET de 16,0 m2/g 15 obtenue dans l'exemple 1 (préparation d'une suspension de cristaux germes) ont été mélangés avec un mortier pour l'obtention d'une poudre. 100 parties en poids de cette poudre contenaient 10 parties en poids d'alumine (A1203) comme cristaux germes. La poudre a été chargée dans un creuset d'alumine et le creuset d'alumine a été placé dans un four électrique du type caisson puis calciné pendant 3 h à l'air à 870 C. La poudre d'alumine a résultante avait un diamètre moyen de particules primaires de 110 nm. Le rapport aX et la surface 25 spécifique BET de cette poudre d'alumine ax sont indiqués dans le tableau 2. Exemple 4 Les mêmes opérations que dans l'exemple 3 ont été exécutées mais la température de calcination a été portée à 30 850 C. Les propriétés de la poudre d'alumine a résultante sont indiquées dans le tableau 2. Tableau 2 Rapport a Surface spécifique BET (%) (m2/g) Exemple 3 96 17,4 Exemple 4 97 18,9 Exemple comparatif 2 De l'hydrate de nitrate d'aluminium [Al(NO3)3.9H20 fabriqué par Waco Pure Chemical Industries Ltd, Guaranteed Reagent] a été chargé dans un creuset d'alumine sans addi5 tion de cristaux germes, et le creuset d'alumine a été placé dans un four électrique du type caisson, puis calciné pendant 3 h à l'air à 870 C. La poudre résultante avait un spectre de diffraction des rayons X ne contenant aucun pic indiquant la présence d'une phase a. Les propriétés de cette 10 poudre sont indiquées dans le tableau 3. Exemple comparatif 3 Les mêmes opérations que dans l'exemple comparatif 2 ont été exécutées mais la température de calcination a été portée à 900 C. Les propriétés de la poudre résultante sont 15 indiquées dans le tableau 3. Exemple comparatif 4 Les mêmes opérations que dans l'exemple comparatif 2 ont été réalisées mais la température de calcination a été portée à 950 C. Les propriétés de la poudre résultante sont 20 indiquées dans le tableau 3. Exemple comparatif 5 Les mêmes opérations que dans l'exemple comparatif 2 ont été exécutées mais la température de calcination a été portée à 970 C. Les propriétés de la poudre résultante sont 25 indiquées dans le tableau 3. Tableau 3 Rapport a Surface spécifique BET (%) (m2/g) Exemple comparatif 2 O 111 Exemple comparatif 3 0 107 Exemple comparatif 4 91 41 Exemple comparatif 5 98 9,9 Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés qui viennent 35 d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de production de poudre d'alumine a, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de calcination d'un sel d'aluminium en présence d'un cristal germe entre 600 et 890 'C. 2. Procédé de production d'une poudre d'alumine ax, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: le mélange d'un sel d'ammonium à un cristal germe, et la calcination du mélange résultant entre 600 et 10 890 'C. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le sel d'aluminium est au moins un sel choisi dans le groupe formé par les sels minéraux d'aluminium, leurs hydrates, les sels organiques d'aluminium, et 15 leurs hydrates. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le sel minéral d'aluminium est au moins un sel choisi dans le groupe qui comprend le nitrate d'aluminium, le sulfate d'aluminium, le sulfate d'aluminium et d'ammonium et 20 l'hydroxyde de carbonate d'aluminium et d'ammonium. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le sel organique d'aluminium est au moins un sel choisi dans le groupe qui comprend l'oxalate d'aluminium, l'acétate d'aluminium, le stéarate d'aluminium, le lactate d'aluminium 25 et le laurate d'aluminium. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le sel minéral d'aluminium est le nitrate d'aluminium. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le cristal germe est au moins un 30 cristal choisi dans le groupe formé par l'alumine ax, la diaspore, l'oxyde de fer, l'oxyde de chrome et l'oxyde de titane. 8. Procédé selon l'une des revendications i et 2, caractérisé en ce que le cristal germe a une surface 35 spécifique BET d'au moins 12 M2/g. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le cristal germe a une surface spécifique BET comprise entre 15 et 150 M2/g.