L’Élémentarium
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.
Al2O3
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.
| Masse volumique de l’alumine gamma | Dureté de l’alumine gamma |
| 3,60 g.cm-3 | 8 |
Les alumines de transition sont des alumines de grande surface spécifique (300 à 400 m2/g) utilisées principalement pour leurs propriétés d’adsorption.
Elles sont obtenues par chauffage d’hydroxydes d’aluminium selon divers procédés :
Les divers procédés de fabrication donnent des alumines de qualités variées : gamma, delta, êta, khi, kappa, rho, thêta…
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.
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.