Légende
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Al
Aluminium
Produit minéral

Les alumines de transition sont des alumines métastables, obtenues à des températures inférieures à 1 200°C, qui possèdent une grande surface spécifique et sont utilisées pour leurs propriétés d’adsorption et comme catalyseur ou support de catalyseur.

Données physico-chimiques

Données atomiques

Formule

Al2O3

Structures cristallines

Les diverses alumines dites de transition sont thermodynamiquement métastables. On distingue les formes principales suivantes :

Alumine gamma : sa structure peut être décrite à partir de celle du spinelle de groupe d’espace Fd-3m, de paramètre a = 0,790 nm.
Les ions oxydes sont disposés selon un empilement cubique à faces centrées avec 32 ions oxydes par maille.
Les ions aluminium, au nombre de 21 + 1/3 par maille, occupent, en partie, les sites tétraédriques et octaédriques.
Les lacunes, au nombre de 8 + 1/3 par maille, se répartissent également entre les sites tétraédriques et octaédriques, ce qui implique que la sous-structure cationique soit légèrement désordonnée par rapport à la structure spinelle idéale.

Alumine delta : sa structure dérive de celle du spinelle avec un arrangement ordonné des lacunes cationique aboutissant à un triplement de la maille, qui devient quadratique avec des paramètres a = b = 0,790 nm et c = 3a.

Alumine thêta : sa structure, de symétrie monoclinique, est identique à celle de la forme bêta de la galline (Ga2O3), de groupe d’espace C2/m, avec les paramètres suivants : a = 1,217 nm, b = 0,279 nm, c = 0,559 nm et bêta = 103,27°. Cette structure dérive de celle du spinelle idéal et correspond à un réarrangement des cations dans une sous-structure anionique quasi-inchangée. Cette structure renferme autant de cations en coordinence 6 que 4.

Autres formes : êta, lambda, khi, kappa, rho…

La dénomination alpha est réservée à l’alumine calcinée à 1200°C qui ne possède pas de propriétés d’adsorption et ne se réhydrate pas (voir ce produit). L’alumine dénommée bêta, n’est pas une alumine mais un aluminate de sodium.

Transformations cristallines :

L’alumine gamma se transforme irréversiblement en alumine delta vers 850°C puis en alumine thêta vers 1000°C et enfin en alumine alpha vers 1150°C.

Données physiques

Masse volumique de l’alumine gamma Dureté de l’alumine gamma
3,60 g.cm-3 8

Données industrielles

Les alumines de transition ce sont des alumines de grande surface spécifique (300 à 400 m2/g) utilisées principalement pour leurs propriétés d’adsorption.

Élaboration

Elles sont obtenues par chauffage d’hydroxydes d’aluminium selon divers procédés :

  • Par déshydratation lente de l’hydrargillite à 250°C.
  • Par déshydratation très rapide (quelques secondes) de celle-ci vers 1000°C.
  • A partir de gels.

Les divers procédés de fabrication donnent des alumines de qualités variées : gamma, delta, êta, khi, kappa, rho, thêta…

Propriétés

L’alumine obtenue possède une surface particulièrement réactive qui fixe l’eau atmosphérique. Elle se réhydrate donc, partiellement, lorsqu’elle est en contact avec l’humidité atmosphérique. La formation à sa surface de liaisons OH donne des centres acides et basiques de Lewis. Elle est utilisée, en général, sous forme de billes d’environ 5 mm de diamètre.

Utilisations

Adsorbant : ces alumines ont une grande affinité pour l’eau et les molécules organiques très polaires. L’adsorption est fortement exothermique. La capacité d’adsorption est de 10 à 15 g d’eau pour 100 g d’alumine. Elles sont régénérées par chauffage vers 200°C.

Support de catalyseur.

Catalyseur : grâce aux sites acides et basiques de leur surface. Elles sont employées dans le procédé Claus et la déshydratation des alcools. Le procédé Claus utilise, dans le monde, 10 000 t d’alumines/an pour transformer H2S en soufre (voir le chapitre soufre). Le catalyseur sous forme de billes d’alumine gamma et êta de 300 m2/g a une durée de vie de 1 à 5 ans.

 

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