Étude de la nucléation de la gibbsite par microscopie à force atomique

Abstract

L'aluminium est produit par électrolyse de l'alumine extraite de la bauxite. Le procédé d'extraction, appelé procédé Bayer, permet de dissoudre l'alumine (Al[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3]) présente dans le minerai sous forme de gibbsite (Al(OH)[indice inférieur 3]) dans une solution d'hydroxyde de sodium (NaOH) concentrée à une température de 150 [degrés Celsius]. La solution obtenue est saturée en gibbsite. Afin de permettre la précipitation de cette dernière, la température de la liqueur est abaissée à 65 [degrés Celsius] grâce à des échangeurs de chaleurs. La gibbsite recueillie est ensuite calcinée en alumine (Al[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3]) disponible pour l'électrolyse. Les importantes variations de température à l'intérieur du procédé provoquent une sursaturation de la solution en gibbsite. Cette sursaturation entraîne la formation de tartre de gibbsite dans les conduites et les échangeurs de chaleur, ce qui est une problématique importante au sein du procédé d'extraction. Afin de bien comprendre le phénomène d'entartrage au sein du procédé Bayer, il est nécessaire d'étudier les paramètres qui influencent la cristallisation de la gibbsite pour pouvoir ensuite l'inhiber.L'approche utilisée dans ce travail consiste à étudier la formation des cristaux de gibbsite sur différentes surfaces et de vérifier l'influence de la température sur l'entartrage. Ainsi, différents échantillons d'acier et d'or ont été entartrés dans de la liqueur Bayer synthétique et caractérisés pour déterminer la taille et la structure des noyaux cristallins. Le deuxième volet étudié consiste à examiner l'adsorption de molécules organiques sur le fer qui, en formant une couche inhibante adsorbée à la surface de la tuyauterie, préviendrait l'entartrage. Pour cela, des mesures d'isothermes d'adsorption utilisant un HPLC ont été réalisées. Cette étude démontre que les premiers noyaux cristallins de gibbsite sont formés dans les premières 24 heures d'entartrage, et que la température influence grandement la forme et la vitesse de croissance des cristaux. De plus, le tartre adhère non seulement à la surface d'acier, mais également à la surface de métaux nobles comme l'or. Dans l'étude de l'adsorption, une méthode a été développée pour mettre en évidence rapidement des molécules qui sont susceptibles de former une couche protectrice adsorbée à la surface de l'acier. Pour celles présentant un potentiel intéressant, des isothermes d'adsorption ont été mesurées.