Production et utilisations d’aluminate

Sodium aluminate

Les aluminates sont des sels métalliques d’alumine (oxyde d’aluminium, Al2O3). Les aluminates les plus importants dans l’industrie sont l’aluminate de sodium et l’aluminate de baryum.

Table des matières

1. Aluminate de sodium

L’aluminate de sodium est un produit chimique inorganique commercial important. C’est une source efficace d’hydroxyde d’aluminium pour de nombreuses applications industrielles et techniques. Les qualités commerciales d’aluminate de sodium sont disponibles sous forme solide et liquide.

L’aluminate de sodium pur (anhydre) est un solide cristallin blanc de formule NaAlO2. Cependant, les qualités commerciales contiennent toujours plus d’oxyde de sodium (Na2O) que la quantité stœchiométrique requise. L’excès d’oxyde de sodium est généralement de l’ordre de 1,05 à 1,50 fois les besoins de la formule. Les formes hydratées d’aluminate de sodium sont cristallisées à partir de solutions concentrées.

L’aluminate de sodium n’a pas de point de fusion défini. Il se ramollit au-dessus de 1 700 °C lorsque le sodium commence à s’évaporer lentement, laissant de l’oxyde d’aluminium.

1.1. Production d’aluminate de sodium

La principale méthode commerciale de production d’aluminate de sodium est la dissolution d’hydroxydes d’aluminium dans une solution d’hydroxyde de sodium. Le trihydroxyde d’aluminium, obtenu par le procédé Bayer (également connu sous le nom d’oxyde d’aluminium), peut être dissous dans des solutions aqueuses de NaOH allant de 10 % à 30 % de concentration. Cette dissolution se produit à des températures proches du point d’ébullition.

L’utilisation de solutions NaOH plus concentrées donne un produit semi-solide. La procédure est menée dans des cuves chauffées à la vapeur, construites en nickel ou en acier. L’hydroxyde d’aluminium est bouilli avec environ 50 % d’hydroxyde de sodium aqueux jusqu’à formation d’une consistance pulpeuse.

Suite à cela, le mélange est transféré dans une cuve pour refroidissement, conduisant à la formation d’une masse solide contenant environ 70 % de NaAlO2. Une fois broyée, cette masse solide subit une déshydratation dans un four rotatif, chauffé directement ou indirectement par combustion d’hydrogène.

Le produit final comprend environ 90 % de NaAlO2, 1 % d’eau et 1 % supplémentaire de NaOH libre. Les caractéristiques de solubilité du sel résultant dépendent de manière significative du degré d’hydroxyde de sodium en excès utilisé.

Comme alternative, la bauxite peut servir directement de source d’alumine. Les bauxites contenant de la gibbsite sont extraites dans des conditions de 150°C et 5 bars de pression. Cependant, la bauxite contenant de la boehmite nécessite des températures et des pressions plus élevées (230°C).

La solution d’aluminate de sodium obtenue lors du processus de digestion est isolée des impuretés puis concentrée pour la production de la qualité liquide commerciale par évaporation. Le produit solide est issu du séchage de ce mélange liquide.

Une méthode supplémentaire utilisée pour la production d’aluminate de sodium est la technique de frittage. Il s’agit de fritter le carbonate de sodium directement avec le trihydroxyde d’aluminium Bayer dans des fours de frittage rotatifs fonctionnant à 1 000 °C. Le résultat est un produit essentiellement anhydre. Lors du frittage de la bauxite, une étape cruciale consiste à lessiver la masse frittée avec de l’eau pour séparer les impuretés.

1.2. Utilisations de l’aluminate de sodium

L’aluminate de sodium trouve diverses applications, apportant des contributions significatives dans plusieurs domaines. Il est utilisé dans le traitement de l’eau, la technologie de la construction, la catalyse et bien plus encore. Les attributs polyvalents de l’aluminate de sodium en font un composé indispensable dans les pratiques industrielles modernes.

Traitement de l’eau

L’aluminate de sodium a une application centrale dans le traitement de l’eau potable et industrielle. En complément des systèmes d’adoucissement de l’eau, il améliore la floculation et facilite l’élimination de la silice dissoute.

Lorsqu’il est dissous dans l’eau, l’aluminate de sodium donne une solution avec un pH de 8. Cette solution facilite la précipitation de l’hydroxyde d’aluminium, qui possède des propriétés de floculation exceptionnelles, coagulant efficacement les impuretés présentes dans l’eau.

Pour des résultats optimaux, l’ajout de sulfate d’aluminium permet d’affiner davantage les conditions de précipitation, en fonction des impuretés spécifiques en question.

La construction

Dans la technologie de la construction, l’aluminate de sodium est utilisé pour accélérer la solidification du béton, en particulier dans des conditions difficiles telles que le gel, les applications sous-marines et les sols humides.

Comparé au chlorure de calcium, l’aluminate de sodium présente l’avantage d’obtenir une accélération de prise rapide, en particulier à de faibles rapports eau/ciment. Notamment, sa compatibilité avec le béton armé d’acier, sans provoquer d’effets néfastes sur les métaux d’armature, ajoute à son attrait.

Les ajouts de substances telles que les oxoacides, le sucre, le naphtène, le K2CO3 ou le Na2SO4 peuvent renforcer la résistance finale sans affecter considérablement le taux de prise. L’aluminate de sodium renforce non seulement la résistance à l’eau, aux alcalis et aux acides du mortier, mais joue également un rôle dans la production de béton expansé en activant des substances libérant de l’azote.

De plus, son ajout stabilise la formation de mousse dans la production de briques réfractaires légères, dans lesquelles est incorporé jusqu’à 5 % d’aluminate de sodium (par rapport à la masse sèche totale).

Applications étendues

L’aluminate de sodium fait de plus en plus partie intégrante de la production de zéolites synthétiques, servant à la fois de support de catalyseur et de catalyseur. C’est la principale source d’alumine pour la préparation d’adsorbants et de catalyseurs d’alumine.

Il est utilisé dans l’industrie papetière pour améliorer l’opacité, la rétention des fibres et des matériaux de remplissage ainsi que la résistance du papier. En outre, il stabilise les valeurs de pH dans la circulation de l’eau et renforce la stabilité de la dispersion du dioxyde de titane.

Une autre application implique l’utilisation d’aluminate de sodium comme décapant pour protéger les surfaces métalliques en cuivre, en aluminium ou d’autres matériaux.

Cet effet protecteur repose sur la formation d’une fine couche bien adhérente d’hydroxyde d’aluminium ou, après traitement thermique, d’oxyde d’aluminium sur la surface, préservant l’éclat métallique.

L’industrie de l’émail bénéficie de l’incorporation d’aluminate de sodium dans les mélanges d’émail pour obtenir des couvertures à faible point de fusion.

L’influence de l’aluminate de sodium continue de croître dans des domaines tels que la lithographie pour la production d’encres d’imprimerie et de formulaires d’impression, ainsi que dans les industries des détergents et des vernis.

Il contribue à la création de cires pour sols insolubles dans l’eau et sert d’agent de dispersion pour la production d’amiante de haute pureté. Il trouve également des applications dans les fluides de forage, les textiles comme mordant dans la teinture et l’impression des tissus, et dans de nombreux autres domaines.

Ses capacités incluent l’inhibition de l’attaque du verre par des solutions alcalines, la protection des surfaces en acier pendant la galvanisation, l’amélioration des propriétés de teinture et antistatiques des fibres synthétiques de polyester et l’action comme additif dans les moules et noyaux de sable de fonderie. De plus, il joue un rôle de liant dans l’industrie de la céramique, renforçant ainsi son importance dans le paysage industriel.

2. Aluminates de baryum

Les aluminates de baryum sont des composés d’oxydes de baryum et d’aluminium. Les plus importants industriellement sont BaO·6Al2O3 (point de fusion 1 915 °C), BaO·Al2O3 (point de fusion 1 815 °C) et 3BaO·Al2O3 (point de fusion 1 425 °C). Les deux premiers cristallisent dans le système cristallin hexagonal.

Les aluminates de baryum sont produits par fusion de la bauxite avec du charbon et de la barytine. La masse fondue est lixiviée pour donner une solution d’aluminate de baryum, à partir de laquelle le sel est obtenu par évaporation. Des aluminates de baryum très purs peuvent être produits par frittage de mélanges d’oxyde d’aluminium avec du carbonate de baryum.

Tous les aluminates de baryum, y compris les composés hydratés tels que BaO·Al2O3·4H2O, 2BaO·Al2O3·5H2O, BaO·Al2O3·7H2O et 7BaO·6Al2O3·36H2O, s’hydrolysent dans l’eau, formant de la gibbsite (Al(OH)3) et relativement solubles. hydroxyde de baryum.

Les aluminates de baryum sont utilisés pour purifier l’eau car l’ion Ba2+ précipite à la fois les sulfates et les carbonates, tandis que les ions aluminate forment de l’aluminate de calcium insoluble.

Ils sont également utilisés comme ciment spécial, par exemple comme liant pour la production de réfractaires à haute température et dans la fabrication de boucliers anti-radiations.

Référence

FAQ

La formule chimique de l’aluminate est généralement exprimée par MAlO2 ou M2Al2O4, où M représente un cation métallique, souvent du sodium (Na) ou du baryum (Ba).

En chimie, l’aluminate est un composé qui contient l’anion aluminate (AlO2). On le trouve sous diverses formes, notamment solide, liquide et gazeuse.

L’aluminate de sodium est basique. Lorsqu’il est dissous dans l’eau, il produit des ions hydroxyde (OH) qui contribuent à ses propriétés alcalines.

L’aluminate de sodium est obtenu en dissolvant de l’hydroxyde d’aluminium dans une solution d’hydroxyde de sodium. De plus, la bauxite, source d’aluminium, peut être traitée avec de l’hydroxyde de sodium pour obtenir de l’aluminate de sodium.

L’aluminate de sodium trouve diverses applications, notamment dans le traitement de l’eau pour l’adoucissement et la coagulation, l’accélération de la solidification du béton, le support de catalyseurs et dans la production de zéolites synthétiques. Il améliore également l’opacité du papier, sert de mordant dans les textiles et est utilisé, entre autres, dans l’industrie de l’émail.

L’aluminate de sodium est utilisé comme coagulant en raison de sa capacité à faciliter l’agrégation et l’élimination des particules en suspension et des impuretés dans l’eau. Il favorise la floculation, ce qui simplifie le processus de séparation des impuretés de l’eau.

L’aluminate de sodium est parfois appelé oxyde d’aluminium et de sodium ou aluminiumate de sodium.

Lorsque l’aluminate de sodium réagit avec l’eau, il produit une solution fortement alcaline par formation d’ions hydroxyde (OH) et d’hydrate d’alumine. Le pH de la solution peut atteindre 13.