L’alumine, communément appelée oxyde d’aluminium (Al2O3), est un matériau amorphe inerte, inodore et blanc souvent utilisé dans les céramiques industrielles. Grâce à ses propriétés exceptionnelles, l’alumine a contribué à un nombre important d’applications permettant de prolonger la vie et d’améliorer la société. Elle est largement utilisée dans le domaine médical et dans la guerre moderne .
L’oxyde d’aluminium est un composé thermiquement instable et insoluble qui se trouve naturellement dans divers minéraux tels que le corindon, une variante cristalline de l’oxyde, et la bauxite, qui est considérée comme son principal minerai d’aluminium .
Vous apprendrez ici :
- Quelles sont les principales propriétés de l’oxyde d’aluminium
- Comment l’oxyde d’aluminium est produit
- Quels sont les principaux domaines d’application qui utilisent l’oxyde d’aluminium
Propriétés de l’oxyde d’aluminium
En raison de ses excellentes qualités mécaniques, qualités chimiques et thermiques, l’alumine se distingue de nombreux matériaux comparables en offrant des solutions égales ou supérieures pour la production et la fabrication à faible coût.
Ses performances reposent sur les propriétés suivantes , , :
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Propriété |
Valeur |
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Point de fusion |
2 072 °C (3 762 °F ; 2,345 K) |
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Point d’ébullition |
2,977 °C (5,391 °F ; 3,250 K) |
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Dureté |
15 – 19 GPa (9 sur l’échelle de Mohs) |
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Résistivité électrique |
1012 – 1013 Ωm |
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Résistance mécanique |
300 – 630 MPa |
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Résistance à la compression |
2,000 – 4 000 MPa |
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Conductivité thermique |
20 – 30 W/mK |
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Masse moléculaire |
101.96 g/mol |
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Densité |
3.95 g/cm3 |
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Aspect |
Solide |
Comment produit-on l’oxyde d’aluminium ?
L’oxyde d’aluminium est souvent produit par le procédé Bayer, qui consiste à raffiner la bauxite pour produire de l’alumine. L’équation chimique réversible suivante décrit les motifs du procédé Bayer :
Ce procédé commence par le séchage de la bauxite broyée et lavée, contenant généralement 30 à 55% d’Al2O3 . La bauxite est dissoute dans de la soude caustique pour former une bouillie, chauffée à des températures d’environ 110-270 °C (230-520 °F). Ce mélange est ensuite filtré pour éliminer le résidu appelé impuretés de la « boue rouge ».
La solution d’alumine filtrée (hydroxyde d’aluminium) est ensuite transférée ou pompée dans des cuves de précipitation où elle se refroidit et commence à s’ensemencer. Ces germes stimulent un processus de précipitation permettant la formation de cristaux d’hydroxyde d’aluminium solides. Tout l’hydroxyde d’aluminium qui se dépose au fond de la cuve est éliminé.
La soude caustique restante est lavée de l’hydroxyde d’aluminium, qui subit différents niveaux de filtrage. Enfin, il est chauffé pour éliminer complètement l’excès d’eau. Après être passé par une étape de refroidissement, la fine poudre blanche est produite .
Le procédé Bayer est résumé dans la figure 1, montrant toutes les étapes et ce qui se passe pendant chaque étape.
Figure 1 : Procédé Bayer dans sa forme moderne (2017), car les étapes d’élimination de la silice et de l’oxalate sont ajoutées au procédé Bayer original de 1892. Reproduit de la figure 3.1 (p.51) de la réf. 1.
Applications de l’oxyde d’aluminium
La majeure partie de l’oxyde d’aluminium produit est utilisée pour former de l’aluminium métallique. L’oxygène catalyse généralement la corrosion en réaction avec le métal aluminium. Cependant, lorsqu’il est lié à l’oxygène pour former de l’oxyde d’aluminium, un revêtement protecteur se forme et empêche toute nouvelle oxydation. Cela ajoute de la résistance et rend le matériau moins vulnérable à la détérioration .
Les industries qui utilisent l’oxyde d’aluminium comprennent :
Industrie médicale
En raison de sa dureté, de sa bio-intégrité et de ses propriétés chimiques, l’oxyde d’aluminium est un matériau privilégié pour les roulements dans les prothèses de hanche, comme les prothèses, les implants bioniques, les substituts oculaires prothétiques, les renforcements de tissus, les couronnes dentaires, les piliers, les ponts et autres implants dentaires. Il est également utilisé dans les équipements et les outils de laboratoire comme les creusets, les fours et d’autres articles de laboratoire .
Équipement militaire et de protection
La résistance et la légèreté de l’oxyde d’aluminium contribuent à améliorer les armures corporelles, comme les plastrons, ainsi que les blindages des véhicules et des avions, qui constituent son plus grand marché. L’oxyde d’aluminium est également utilisé dans les fenêtres pare-balles en saphir synthétique et la balistique .
Industrie électrique et électronique
Ses points de fusion et d’ébullition élevés, en plus de ses excellentes propriétés de résistance thermique, rendent l’oxyde d’aluminium souhaitable dans la fabrication d’isolants de four à haute température et d’isolants électriques. Les films d’alumine sont également des composants essentiels dans l’industrie des micropuces. Parmi ses autres utilisations, on peut citer les isolateurs de bougies d’allumage, les substrats micro-électriques et les dissipateurs thermiques isolants .
Industrie des pierres précieuses
L’oxyde d’aluminium est un élément précieux dans la formation des rubis et des saphirs. Sa forme cristalline, le corindon, est l’élément de base de ces gemmes précieuses. Les rubis doivent leur couleur rouge profond à des impuretés de chrome tandis que les saphirs obtiennent leurs couleurs variées grâce à des traces de fer et de titane .
Applications industrielles
Puisque l’alumine est chimiquement inerte, elle est utilisée comme charge dans les plastiques, les briques et autres objets en argile lourde, comme les fours. En raison de son extrême résistance et de sa dureté, elle est souvent utilisée comme abrasif pour le papier de verre. Il constitue également un substitut économique aux diamants industriels .
Les oxydes d’aluminium sont utilisés, également, pour la production de composants de tuyauterie tels que les coudes, les tés, les tuyaux droits, les hydrocyclones, les réducteurs, les buses et les vannes. D’autres applications comprennent la production de divers outils d’usinage, d’outils de coupe, de gaines de thermocouple, de roues de pompe résistantes à l’usure et de chicanes .
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