Alumine : Je ne peux pas coexister avec le sodium !
L'alumine haute température est fabriquée à partir d'hydrate d'alumine industriel comme matière première principale, par calcination pour déshydratation et transformation en phase cristalline. L'hydrate d'alumine industriel étant préparé en milieu alcalin, l'alumine haute température contient inévitablement une certaine quantité d'impuretés.
Dangers de l'oxyde de sodium
Parmi ces facteurs, la teneur en impuretés d'oxyde de sodium est le principal critère de classement des produits d'alumine haute température et influence largement les indicateurs physiques et chimiques, la qualité du produit et les performances des applications des produits en aval. Par exemple :
Lorsque l'alumine haute température est utilisée comme céramique résistante à l'usure, la teneur en Na₂O affecte directement la résistance à la compression et l'isolation électrique des produits en alumine. En général, plus la teneur en Na₂O est élevée, plus la conductivité électrique est élevée et moins les performances d'isolation électrique des céramiques d'alumine et des produits résistants à l'usure sont élevées. Parallèlement, cela entraîne un faible taux de conversion de l'α-Al₂O₃, ce qui ne répond pas à l'exigence de qualité exigeant une teneur en α-Al₂O₃ supérieure à 95 % dans l'alumine haute température, ce qui entraîne des déformations et des fissures des céramiques d'alumine et des produits résistants à l'usure.
Dans les céramiques électroniques, la présence de Na₂O affecte non seulement la densité des céramiques électroniques, mais conduit également à la formation de β-Al₂O₃ avec une certaine conductivité en raison de la combinaison de Na₂O et Al₂O₃, affectant ainsi leurs propriétés électriques.
Dans les céramiques électroniques, la présence de Na₂O affecte non seulement la densité des céramiques électroniques, mais provoque également la combinaison de Na₂O avec Al₂O₃ pour former du β-Al₂O₃ avec une certaine conductivité, influençant ainsi leurs propriétés électriques.
D’où viennent les impuretés de sodium ?
Le Na₂O présent dans l'alumine haute température provient de l'hydrate d'alumine, une matière première. Le Na₂O présent dans l'hydrate d'alumine est l'une des principales impuretés polluantes formées lors du processus de production d'alumine. Le Na₂O présent dans l'hydrate d'alumine existe sous trois (ou quatre) formes.
Ⅰ. L'alcali de la liqueur mère est un alcali hydrosoluble et existe sous forme d'alcali lié. Le Na₂O peut être éliminé par lavage à l'eau ; l'alcali encapsulé est difficile à éliminer par lavage et ne peut être éliminé que partiellement.
Ⅱ. L'alcali réticulaire est insoluble dans l'eau et ne peut devenir un alcali soluble dans l'eau que lorsque la structure du réseau se réorganise.
Ⅲ. L'alcali combiné est insoluble dans l'eau, l'acide ou l'alcali et ne se décompose pas même à des températures élevées.
Facteurs affectant la teneur en oxyde de sodium de sa matière première : l'hydroxyde d'aluminium
Étant donné que les impuretés de sodium dans l’alumine proviennent principalement de son précurseur, l’hydroxyde d’aluminium, quels sont les facteurs qui affectent la teneur en impuretés de sodium dans l’hydroxyde d’aluminium ?
De nombreux facteurs influencent la teneur en oxyde de sodium de l'hydroxyde d'aluminium. Lors de la précipitation ensemencée, la concentration de la solution de décomposition initiale, la température et la durée de décomposition, etc., ont tous un impact direct sur cette teneur. Cependant, en production, les facteurs suivants influencent également significativement sa teneur en oxyde de sodium :
(1) Température initiale de décomposition dans le processus de précipitation ensemencée
Lors du processus de décomposition, diverses mesures de refroidissement sont généralement adoptées pour améliorer le rendement en hydroxyde d'aluminium, ce qui entraîne une augmentation de la teneur en alcalis non lavables du produit. Diverses études ont montré que le principal facteur influençant la présence d'oxyde de sodium insoluble dans les produits de décomposition est la température initiale de décomposition. Plus la température initiale est basse, plus la teneur en oxyde de sodium insoluble du produit est élevée.
(2) Taille des particules des produits à base d'hydroxyde d'aluminium
Lors du processus de précipitation des semences selon la méthode Bayer, les matériaux subissent souvent un raffinage périodique. Parallèlement, le volume de circulation des matériaux de précipitation est important et, lorsque le cycle de raffinage intervient, il dure souvent relativement longtemps. Lors du raffinage, la quantité de liqueur mère entraînée par l'hydroxyde d'aluminium sur le disque plat augmente, ce qui entraîne une augmentation de la teneur en alcalis non lavables. Les matériaux se lient très étroitement les uns aux autres, ce qui entraîne une faible perméabilité à l'air et une faible performance de filtration, ce qui peut facilement entraîner une contamination interzone et affecter la teneur en oxyde de sodium des produits.
(3) Teneur solide dans la solution de décomposition d'origine
De nombreux facteurs influent sur la teneur en solides du réservoir de décomposition, tels que le déséquilibre entre la production et le lavage, la faible efficacité du filtre à semences, la mise en service ou l'isolation du réservoir de décomposition et les fluctuations du taux de décomposition. Ces facteurs entraînent souvent d'importantes fluctuations de la teneur en solides du réservoir final. Lorsque la teneur en solides diminue, le matériau devient trop dilué et le disque plat est sujet à une contamination interzone, ce qui affecte la qualité du produit et entraîne une augmentation de la teneur en oxyde de sodium dans l'hydroxyde d'aluminium.
Comment éliminer le sodium ?
Les procédés d’élimination du sodium actuellement courants comprennent principalement les suivants :
La première méthode consiste à réduire la teneur en alcali cristallin et en alcali intercristallin en prolongeant le temps de décomposition pendant le processus de décomposition de l'hydroxyde d'aluminium et en minimisant la teneur en alcali attaché par de multiples lavages.
La deuxième méthode consiste à sélectionner judicieusement les minéralisateurs. Leur fonction principale est d'augmenter les défauts du réseau de l'alumine, formant des lacunes cationiques et anioniques, contribuant ainsi à accélérer la cristallisation et à réduire efficacement la température de transformation en phase α. Parallèlement, les minéralisateurs peuvent également réagir avec l'oxyde de sodium présent dans l'alumine pour former des composés sodiques volatils. Par conséquent, les minéralisateurs sont largement utilisés dans le processus de calcination de l'alumine à haute température. Les minéralisateurs couramment utilisés comprennent le fluorure d'aluminium, l'acide borique, l'oxyde de magnésium et le nitrate d'ammonium, entre autres.
La troisième méthode consiste à prétraiter les matières premières : l'introduction d'acide par voie humide permet une neutralisation acido-basique afin d'éliminer le sodium, puis le lavage à l'eau chaude des sels générés après la réaction. L'effet d'élimination du sodium varie selon les formes d'oxyde de sodium présentes dans les matières premières, et la teneur en sodium peut être réduite à moins de 0,05 % au minimum. Cette méthode permet d'améliorer considérablement la qualité du produit.