FR2750975A1 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF A SODIUM ALUMINA-BETA PRODUCT COMPOUND, PRECURSOR MIXTURE FOR THE PREPARATION AND COMPOUND OBTAINED THEREBY - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication d'un composé produit d'alumine-bêta" de sodium, un mélange précurseur destiné à être chauffé pour produire un tel produit et le composé obtenu par un tel procédé depuis le mélange précurseur. Un mélange précurseur particulaire comprenant un constituant de dopage et un constituant d'alumine-bêta" de sodium est formé et chauffé à une température d'au moins 1200 deg.C. Le constituant de dopage comprend un mélange des oxydes respectivement de titane et de tantale, et le constituant d'alumine-bêta" de sodium est une alumine-bêta" de sodium stabilisée par de l'oxyde de lithium ou un précurseur de celui-ci. Les oxydes respectivement de titane et de tantale sont présents en proportions spécifiques s'élevant respectivement 0,3-0,5% en poids d'alumine-bêta" de sodium et 0,05-0,15% en poids d'alumine-bêta" de sodium. Application aux éléments accumulateurs électrochimiques.The invention relates to a process for making a compound produced by sodium beta-alumina, a precursor mixture intended to be heated to produce such a product and the compound obtained by such a process from the precursor mixture. Particulate comprising a doping component and a sodium beta-alumina component is formed and heated to a temperature of at least 1200 deg.C. The doping component comprises a mixture of the oxides of titanium and tantalum, respectively, and the sodium beta "alumina component is sodium beta" alumina stabilized with lithium oxide or a precursor thereof. . The oxides of titanium and tantalum respectively are present in specific proportions amounting respectively to 0.3-0.5% by weight of sodium beta-alumina and 0.05-0.15% by weight of sodium alumina. beta "of sodium. Application to electrochemical accumulator elements.
Description
l(> Procédé de préparation d'un composé produit d'alumine-fi" de sodium,A process for the preparation of a sodium alumina product compound,
mélange précurseur pour cette préparation et precursor mixture for this preparation and
composé obtenu par ce procédé.compound obtained by this method.
2() Cette invention concerne un procédé de préparation d'un composé d'alumine-P" de sodium. Plus particulièrement, elle concerne un procédé de préparation d'un tel composé sous la forme d'un produit oeuvré polycristallin, ou un tel produit This invention relates to a process for the preparation of a sodium alumina compound, more particularly to a process for the preparation of such a compound in the form of a polycrystalline worker product, or product
oeuvré lorsqu'il est manufacturé selon le procédé. worked when manufactured according to the process.
Les composés d'alumine-P" de sodium forment une famille de polyaluminates qui ont la formule générale: Na20 * xA1203 3O dans laquelle x a une valeur exprimée par 4<x<6. Les composés d'alumine-p" de sodium ont une phase P" métastable avec une symétrie rhombohédrique. Les composés d'alumine-5" de sodium, pour une stabilité à des températures élevées35 auxquelles ils peuvent être frittés, doivent avoir leur phase P" stabilisée par un oxyde stabilisateur de spinelles dispersé dedans, à une concentration de 2-3 moles % (sous forme d'oxyde) lorsque l'oxyde stabilisateur de spinelles a un cation monovalent tel que le lithium. Un exemple d'un composé d'alumine-P" de sodium stabilisée par un oxyde de lithium est LiNA5Al32O051. Les composés d'alumine-f,, de sodium ont un squelette structurel comprenant des blocs de spinelles sous forme de blocs aluminium/oxygène et ces blocs sont espacés en série les uns des autres par des The sodium alumina-P 'compounds form a family of polyaluminates which have the general formula: Na 2 O x AlO 3 O 3 wherein x has a value expressed as 4 x x 6. Metastable P phase with rhombohedral symmetry The 5% sodium alumina compounds, for stability at elevated temperatures at which they can be sintered, must have their P phase stabilized by a spinel stabilizing oxide dispersed therein. a concentration of 2-3 mol% (as oxide) when the spinel stabilizing oxide has a monovalent cation such as lithium An example of a sodium oxide-stabilized sodium alumina compound Lithium is LiNA5Al32O051. The sodium alumina compounds have a structural backbone comprising spinel blocks in the form of aluminum / oxygen blocks and these blocks are serially spaced apart from one another by
séries de plans de conduction occupés par du sodium. series of conduction planes occupied by sodium.
Selon l'invention, il est proposé un procédé de préparation d'un composé produit d'alumine-1" de sodium, le procédé comprenant les étapes de: formation d'un mélange précurseur particulaire comprenant un constituant de dopage et un constituant d'alumine-P" de sodium; et chauffage du mélange précurseur à une température d'au moins 1200 C, procédé caractérisé en ce que le constituant de dopage comprenant un mélange des oxydes (respectivement sous forme de TiO2 et Ta205 ou sous forme de précurseurs de TiO2 et Ta205) respectivement de titane et de tantale, et le constituant d'alumine-P" de sodium étant choisi, d'une part25 parmi des composés d'alumine-3" de sodium sous forme de spinelle stabilisé par de l'oxyde de lithium (Li20) et d'autre part parmi des mélanges d'oxyde de sodium (sous forme de Na2O ou sous forme d'un précurseur de Na20) et d'un calciné d'oxyde d'aluminium (sous forme de A1203 ou30 sous forme d'un précurseur de A1203), ayant l'oxyde de lithium (sous forme de Li20 ou sous forme d'un précurseur de Li20) en tant que stabilisateur de spinelles dispersé dedans, les proportions sur une base de poids des divers constituants, sous forme desdits oxydes et avec la35 proportion du contenu d'alumine-3" étant prise égale à 100, étant comme suit: i Constituant Proportion (sous forme d'oxyde) (parties par poids) alumine-3" de sodium ou son précurseur (sous forme de Li20 + Na20 + A1203): 100 dopant ou son précurseur (sous forme de TiO2 + Ta205): 0,35-0,65 oxyde de titane ou son précurseur <) (sous forme de Ti02): 0,3-0,5 oxyde de tantale ou son précurseur (sous forme de Ta205): 0,05-0,15 oxyde de sodium ou son précurseur (sous forme de Na20): 8,6-9,6 oxyde de lithium ou son précurseur (sous forme de Li20): 0,58- 0,83 Par constituant de dopage, sous forme de mélange des oxydes, on entend les oxydes des métaux titane et tantale du constituant de dopage dans leur état complètement oxydé, c'est-à-dire TiO2 et Ta205; et la relation massique que le constituant de dopage soutient par rapport au constituant d'alumine-3" de sodium est avec le constituant d'alumine-o" (avec tous ses oxydes composants, c'est-à-dire le A1203, le According to the invention, there is provided a process for preparing a product compound of sodium alumina, the process comprising the steps of: forming a particulate precursor mixture comprising a doping component and a constituent of sodium alumina-P "; and heating the precursor mixture to a temperature of at least 1200 ° C, characterized in that the doping component comprises a mixture of the oxides (respectively in the form of TiO 2 and Ta 2 O 5 or in the form of TiO 2 and Ta 2 O 5 precursors) respectively of titanium and tantalum, and the sodium alumina-P "component being selected, on the one hand, from sodium 3-alumina compounds in the form of spinel stabilized with lithium oxide (Li 2 O) and on the other hand from mixtures of sodium oxide (in the form of Na2O or in the form of an Na2O precursor) and aluminum oxide calcine (in the form of Al2O3 or as a precursor of A1203), having lithium oxide (in the form of Li 2 O or in the form of a Li 2 O precursor) as a spinel stabilizer dispersed therein, the proportions on a weight basis of the various constituents, in the form of said oxides and with the proportion of the content of alumina-3 "being taken equal to 10 0, being as follows: i Component Proportion (as oxide) (parts by weight) 3 "alumina or its precursor (as Li 2 O + Na 2 O + Al 2 O 3): 100 dopant or its precursor (in the form of TiO 2 + Ta 2 O 5): 0.35-0.65 titanium oxide or its precursor (in the form of TiO 2): 0.3-0.5 tantalum oxide or its precursor (as Ta 2 O 5): 0.05 -0.15 sodium oxide or its precursor (in the form of Na 2 O): 8.6-9.6 lithium oxide or its precursor (in the form of Li 2 O): 0.58-0.83 By doping constituent, under Oxide mixture form means the oxides of the titanium and tantalum metals of the doping component in their fully oxidized state, i.e. TiO 2 and Ta 2 O 5; and the mass ratio that the dopant constituent bears relative to the 3-alumina-sodium component is with the component of alumina-o "(with all its component oxides, that is, the Al 2 O 3, the
Na20 et le Li20) étant dans leur état complètement oxydé. Na 2 O and Li 2 O) being in their fully oxidized state.
Par un mélange précurseur on entend un mélange particulaire qui comprend des composés qui, lorsqu'ils sont chauffés jusqu'à 1000 C à l'air, produisent les blocs spinelles30 aluminium/oxygène ci-dessus, avec l'oxyde de sodium qui produit le sodium mobile dans les plans de conduction, avec l'oxyde de lithium en tant que stabilisateur de spinelles, le mélange précurseur, lorsqu'il est chauffé à l'air jusqu'à 1200 C, subissant une réaction de ses constituants35 grâce à quoi le squelette structurel de l'alumine-p" est formé. Par un précurseur d'oxyde d'aluminium, on entend un élément ou composé qui, lorsqu'il est chauffé jusqu'à 1000 C à l'air, produit du A1203, et le mot ou l'expression "précurseur", par rapport aux TiO2 et Ta2O5 et par rapport aux Na20 et Li20, a une signification correspondante, bien qu'un chauffage à une température inférieure à 1000 C, par exemple 250-1000 C, peut naturellement dans certains cas être suffisant pour obtenir l'oxyde en question. Par un calciné d'oxyde d'aluminium (ou un précurseur de celui-ci), on entend le calciné obtenu par chauffage de l'oxyde d'aluminium (ou un précurseur de celui-ci) à l'air à une By a precursor mixture is meant a particulate mixture which comprises compounds which, when heated to 1000 C in air, produce the above aluminum / oxygen spinel blocks, with the sodium oxide which produces the mobile sodium in the conduction planes, with lithium oxide as a spinel stabilizer, the precursor mixture, when heated in air up to 1200 C, undergoing a reaction of its constituents, thanks to which the The structural skeleton of alumina-p "is formed by an aluminum oxide precursor means an element or compound which, when heated to 1000 C in air, produces Al 2 O 3, and the word or the term "precursor", with respect to TiO2 and Ta2O5 and with respect to Na20 and Li20, has a corresponding meaning, although heating at a temperature below 1000 C, for example 250-1000 C, may naturally in some cases be enough to get the oxide in quest By calcined aluminum oxide (or a precursor thereof) is meant the calcined obtained by heating the aluminum oxide (or a precursor thereof) in the air at a temperature of 50.degree.
température maximale qui est entre 250 C et 1200 C. maximum temperature which is between 250 C and 1200 C.
I() L'oxyde de titane (ou son précurseur) est utilisé de préférence dans le mélange précurseur d'alumine-P" dans une proportion grâce à laquelle, comme mentionné ci-dessus, il (en tant qu'oxyde complètement oxydé) forme 0,3-0,5% en poids du constituant d'alumine-f", l'oxyde de tantale (ou son précurseur) étant utilisé de préférence dans une proportion grâce à laquelle il (en tant qu'oxyde complètement oxydé) forme 0,05-0,15% en poids du constituant d'alumine-". L'oxyde de titane et l'oxyde de20 tantale en question peuvent, cependant, être utilisés dans n'importe lequel de leur état d'oxydation permis et, Titanium oxide (or its precursor) is preferably used in the P-alumina precursor mixture in a proportion whereby, as mentioned above, it (as fully oxidized oxide) forms 0.3-0.5% by weight of the alumina-f "component, the tantalum oxide (or its precursor) being preferably used in a proportion by which it (as fully oxidized oxide) The titanium oxide and tantalum oxide in question can, however, be used in any of their permitted oxidation states. and,
lorsqu'ils ne sont pas complètement oxydés, ils seront les précurseurs respectivement de TiO2 et de Ta205. when they are not completely oxidized, they will be the precursors respectively of TiO2 and Ta205.
Comme indiqué ci-dessus, deux routes différentes peuvent As noted above, two different routes may
être suivies selon le procédé de la présente invention. be followed according to the method of the present invention.
Selon l'une de ces routes, un composé non dopé d'alumine-j" de sodium stabilisée sous forme de spinelle est d'abord30 produit, typiquement sous la forme d'une poudre, dans lequel l'alumine-p" de sodium est stabilisée par l'oxyde de lithium en tant que stabilisateur de spinelles par chauffage dans l'air à une température d'au moins 1200 C, ce composé d'alumine-P" de sodium étant ensuite utilisé en35 tant que constituant d'alumine-P" de sodium dans le mélange précurseur. Selon l'autre de ces routes, au lieu du compose d'alumine-3" de sodium en tant que constituant d'alumine-P" de sodium, on utilise un mélange d'oxyde de sodium (ou un précurseur de celui-ci) avec un calciné d'oxyde d'aluminium (ou un précurseur de celui-ci) ayant un oxyde de lithium (ou un précurseur de celui-ci) en tant que stabilisateur de According to one of these routes, an undoped sodium spinel-stabilized sodium alumina compound is first produced, typically in the form of a powder, in which the sodium p-alumina is stabilized by lithium oxide as a spinel stabilizer by heating in air at a temperature of at least 1200 ° C, which sodium alumina-P "is then used as the alumina component -P "sodium in the precursor mixture. According to the other of these routes, instead of the compound of sodium alumina 3 "as constituent of sodium alumina-P", a mixture of sodium oxide (or a precursor thereof) is used. ) with an aluminum oxide calcine (or precursor thereof) having a lithium oxide (or a precursor thereof) as a stabilizer of
spinelles dispersé dedans.spinels dispersed in it.
En conséquence, un composé non dopé d'alumine-f" de sodium stabilisée sous forme de spinelle est d'abord produit sous une forme stabilisée par Li2O en tant que stabilisateur de spinelles par chauffage des constituants à l'air à une température d'au moins 1200 C, le composé non dopé d'alumine-3" de sodium stabilisée sous forme de spinelle étant ensuite utilisé en tant que constituant d'alumine-Pl" de sodium dans le mélange précurseur; ou, à la place, en tant que le constituant d'alumine-3" de sodium, on peut utiliser un mélange de Na20 (ou un précurseur de celui-ci) avec un calciné de A1203 (ou un calciné d'un précurseur de A1203), le mélange du calciné de A1203 ou de son précurseur et de Na20 ou de son précurseur ayant du Li20 (ou un précurseur de celui-ci) dispersé dedans en tant que Accordingly, an undoped spinel-stabilized sodium alumina compound is first produced in a stabilized Li 2 O form as a spinel stabilizer by heating the constituents in air at a temperature of 100.degree. at least 1200 ° C, the undoped 3-alumina compound of spinel-stabilized sodium being then used as a constituent of sodium alumina-P1 'in the precursor mixture, or, instead, as the 3-alumina component, a mixture of Na 2 O (or a precursor thereof) can be used with a calcine of Al 2 O 3 (or a calcine of a precursor of Al 2 O 3), the mixture of A1203 or its precursor and Na20 or its precursor having Li20 (or a precursor thereof) dispersed therein
stabilisateur de spinelles.spinel stabilizer.
Le calciné peut être A1203 (ou un précurseur de celui-ci) The calcined can be A1203 (or a precursor thereof)
choisi pour produire, lorsqu'il est chauffé à l'air à 1000 C, A1203 avec une dimension de grain de 0,5-0l0pm. chosen to produce, when heated in air at 1000 C, A1203 with a grain size of 0.5-010pm.
Les précurseurs des divers oxydes métalliques en question peuvent être choisis parmi les métaux eux-mêmes ou parmi des hydroxydes, oxyhydroxydes, peroxydes, nitrates, carbonates, sulfates, chlorates, halogénures,30) oxyhalogénures et des composés organométalliques, tels que les alcoxydes, de tels métaux, ou parmi des oxydes de tels métaux dans lesquels les métaux ne sont pas complètement à leur état oxydé. De tels précurseurs peuvent être choisis parmi des sels solubles dans l'eau des métaux en question,35 par exemple des nitrates et des halogénures qui, lorsqu'ils sont soumis à un changement de pH, précipitent pour former des espèces insolubles avec des dimensions moyennes de particules inférieures à 0, lpm; ou bien ils peuvent être choisis parmi des alcoxydes qui, lorsqu'ils sont dissous dans des alcools tels que du méthanol ou de l'éthanol et sont ensuite mis en contact avec de l'eau, précipitent sous forme d'oxyhydroxydes avec une dimension moyenne de particules inférieure à 0,lpm. Des précurseurs préférés sont choisis parmi les alcoxydes ou les halogénures des métaux en question. L'alumine-P" de sodium utilisée selon la première route est de préférence choisie pour avoir un sous-réseau d'oxyde d'aluminium bien ordonné et tout oxyde 1l d'aluminium (ou son précurseur) utilisé selon l'autre route est de préférence choisi pour produire, lorsqu'il est chauffé à 1000 C, une dimension de grains d'oxyde d'aluminium de 0,5-0l0pm, de préférence 5-50pm, ayant un sous-réseau d'oxyde d'aluminium bien ordonné. Des précurseurs d'oxyde d'aluminium de boehmite et de bayérite appropriés sont décrits dans les brevets US-A-4.732.741 et The precursors of the various metal oxides in question may be chosen from the metals themselves or from hydroxides, oxyhydroxides, peroxides, nitrates, carbonates, sulphates, chlorates, halides, 30) oxyhalides and organometallic compounds, such as alkoxides, from such metals, or among oxides of such metals in which the metals are not completely in their oxidized state. Such precursors may be selected from water-soluble salts of the metals in question, for example nitrates and halides which, when subjected to a change in pH, precipitate to form insoluble species with average dimensions. particles smaller than 0, lpm; or they may be selected from alkoxides which, when dissolved in alcohols such as methanol or ethanol and then contacted with water, precipitate as oxyhydroxides with an average size of particles less than 0, lpm. Preferred precursors are selected from the alkoxides or halides of the metals in question. The sodium alumina-P "used in the first route is preferably selected to have a well-ordered aluminum oxide subarray and any aluminum oxide (or its precursor) used in the other route is preferably chosen to produce, when heated to 1000 ° C., an aluminum oxide grain size of 0.5-0.0 μm, preferably 5-50 μm, having a well-defined aluminum oxide sub-network. Boehmite and bayerite aluminum oxide precursors are described in US-A-4,732,741 and US Pat.
US-A-4.946.664.US Patent 4,946,664.
En conséquence, au moins un des constituants du mélange précurseur peut être un précurseur d'un oxyde métallique choisi parmi TiO2, Ta205, Li20, Na20O et A1203, chaque précurseur d'oxyde métallique étant choisi dans le groupe de composés constitués d'oxydes dans lesquels le métal est dans un état d'oxydation permis dans lequel il n'est pas25 complètement oxydé, les hydroxydes, les oxyhydroxydes, les peroxydes, les nitrates, les carbonates, les sulfates, les chlorates, les halogénures, les oxyhalogénures et les composés organométalliques. De plus, des oxydes à la fois de titane et de tantale peuvent être utilisés dans le30 mélange précurseur, en tant que précurseur respectivement de TiO2 et Ta205, qui sont des oxydes de titane et de Accordingly, at least one of the constituents of the precursor mixture may be a precursor of a metal oxide selected from TiO 2, Ta 2 O 5, Li 2 O, Na 2 O and Al 2 O 3, each metal oxide precursor being selected from the group of compounds consisting of oxides in which the metal is in a permissible oxidation state in which it is not completely oxidized, hydroxides, oxyhydroxides, peroxides, nitrates, carbonates, sulfates, chlorates, halides, oxyhalides and compounds organometallics. In addition, both titanium and tantalum oxides can be used in the precursor mixture as precursors of TiO 2 and Ta 2 O 5, respectively, which are titanium oxides and
tantale qui sont respectivement, comme indiqué ci-dessus, dans des états d'oxydation permis du titane et du tantale respectivement dans lesquels le titane et le tantale ne35 sont pas complètement oxydés respectivement en TiO2 et Ta205. tantalum which are respectively, as indicated above, in permissible oxidation states of titanium and tantalum respectively in which titanium and tantalum are not completely oxidized respectively to TiO 2 and Ta 2 O 5.
Plus particulièrement, comme indiqué ci-dessus, au moins l'un desdits précurseurs d'un oxyde métallique peut être un sel soluble dans l'eau capable d'être précipité à partir d'une solution aqueuse par un changement de pH pour former un précipité insoluble dans l'eau qui a une dimension moyenne de particules inférieure à 0,lm. A la place, au moins l'un desdits précurseurs d'un oxyde métallique peut être un composé organométallique choisi parmi les alcoxydes qui sont capables d'être précipités à partir d'une solution dans un alcool par addition d'eau à la solution dans un alcool, pour former un précipité d'oxyhydroxyde avec une More particularly, as indicated above, at least one of said precursors of a metal oxide may be a water-soluble salt capable of being precipitated from an aqueous solution by a pH change to form a water-insoluble precipitate which has an average particle size of less than 0.1 μm. Instead, at least one of said precursors of a metal oxide may be an organometallic compound selected from alkoxides that are capable of being precipitated from an alcohol solution by adding water to the solution in a solution. an alcohol, to form an oxyhydroxide precipitate with a
dimension moyenne de particules inférieure à 0,lpm. average particle size less than 0.1 μm.
Typiquement, le mélange précurseur sera broyé, par exemple broyé à l'état mouillé en une boue aqueuse ou organique, jusqu'à une dimension de particules d'au plus 10um, de préférence 0,2-5pm, pour le rendre substantiellement homogène, suivi par un séchage, par exemple un séchage sous vide ou par pulvérisation, jusqu'à une teneur en humidité d'au plus 2% en poids, de préférence 0,5-1% en poids, par une consolidation en un produit semi-oeuvré par compression (par exemple compression uniaxiale et/ou isostatique) jusqu'à une pression maximale d'au moins 10 Mpa, de Typically, the precursor mixture will be milled, for example wet milled into an aqueous or organic sludge, to a particle size of at most 10 μm, preferably 0.2-5 μm, to make it substantially homogeneous, followed by drying, for example drying under vacuum or by spraying, to a moisture content of at most 2% by weight, preferably 0.5-1% by weight, by consolidation into a semi-finished product. compressed by compression (for example uniaxial and / or isostatic compression) to a maximum pressure of at least 10 MPa,
préférence 150-300 Mpa, et par un frittage à l'air jusqu'à25 une température d'au moins 1580 C, de préférence 1600- preferably 150-300 MPa, and by air sintering to a temperature of at least 1580 C, preferably 1600-
1620 C.1620 C.
En particulier, le mélange précurseur peut être broyé jusqu'à une dimension de particules d'au plus 10pm, pour le30 rendre substantiellement homogène, suivi à son tour par un séchage du mélange broyé jusqu'à une teneur en humidité d'au plus 2% en poids, par une consolidation du mélange séché en un produit semi-oeuvré par compression à une pression d'au moins lOmpa et par un frittage du mélange35 consolidé à l'air jusqu'à une température d'au moins In particular, the precursor mixture may be milled to a particle size of at most 10 μm, to make it substantially homogeneous, followed in turn by drying the milled mixture to a moisture content of at most 2 μm. % by weight, by consolidating the dried mixture into a semi-worked product by compression at a pressure of at least 10mpa and by sintering the consolidated mixture in air to a temperature of at least
1580 C.1580 C.
x Le constituant d'alumine-P" ou son précurseur et le constituant de dopage ou son précurseur peuvent former ensemble au moins 95 %, typiquement 99%, de préférence au moins 99,5%, par exemple 99,9% en poids du mélange précurseur, de telle sorte que le mélange précurseur d'alumine-3" comprend essentiellement un mélange des oxydes de sodium, de lithium, d'aluminium, de titane et de tantale The alumina-P "component or its precursor and the doping component or its precursor may together form at least 95%, typically 99%, preferably at least 99.5%, for example 99.9% by weight of the product. precursor mixture, such that the precursor mixture of alumina-3 "essentially comprises a mixture of the oxides of sodium, lithium, aluminum, titanium and tantalum
dans leurs états complètement oxydés. in their completely oxidized states.
Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un mélange précurseur destiné à être chauffé afin de produire un composé produit d'alumine-3" de sodium, le mélange précurseur comprenant un constituant de dopage et un constituant d'alumine-P" de sodium, mélange précurseur caractérisé en ce que le constituant de dopage comprend un mélange des oxydes (respectivement sous forme de TiO2 et Ta205 ou sous forme de précurseurs de TiO2 et Ta205) respectivement de titane et de tantale et le constituant d'alumine-P" de sodium est choisi, d'une part parmi des composés d'alumine-fP" de sodium sous forme de spinelle stabilisée par l'oxyde de lithium (Li20) et, d'autre part, à partir de mélanges d'oxyde de sodium (sous forme de Na20 ou sous forme d'un précurseur de Na20) et d'un calciné d'oxyde d'aluminium (sous forme de A1203 ou sous forme d'un précurseur de A1203), ayant l'oxyde de30 lithium (sous forme de Li20 ou sous forme d'un précurseur de Li20) en tant que stabilisateur de spinelles dispersé dedans, les proportions sur une base de poids des différents constituants, sous forme desdits oxydes et avec la proportion du contenu d'alumine-P" étant prise égale à35 100, étant comme suit: Constituant Proportion (sous forme d'oxyde) (parties en poids) alumine-f" de sodium ou son précurseur (sous forme de Li20 + Na20 + Al203): 100 dopant ou son précurseur (sous forme de TiO2 + Ta205): 0,35-0,65 oxyde de titane ou son précurseur (sous forme de TiO2): 0,3-0,5 oxyde de tantale ou son précurseur (sous forme de Ta205): 0,05-0,15 () oxyde de sodium ou son précurseur (sous forme de Na20): 8,6-9,6 oxyde de lithium ou son précurseur (sous forme de Li20): 0,58-0t83 Le constituant d'alumine-P" de sodium peut être un composé d'alumine-P" de sodium stabilisée sous forme de spinelle, stabilisée par du Li20. A la place, le constituant d'alumine-3" de sodium peut être un mélange de Na20 (ou un précurseur de celui-ci) avec un calciné de A1203 (ou un ) calciné d'un précurseur de A1203), le mélange ayant du Li20 (ou un précurseur de celui-ci) dispersé dedans en tant que stabilisateur de spinelles et, dans ce cas, le calciné peut être un A1203 (ou un précurseur de celui-ci) choisi pour produire, lorsqu'il est chauffé à l'air jusqu'à 1000 C, du According to another aspect of the invention, there is provided a precursor mixture for heating to produce a product compound of 3 "alumina, the precursor mixture comprising a doping component and a P-alumina component. of sodium, a precursor mixture characterized in that the doping component comprises a mixture of the oxides (respectively in the form of TiO 2 and Ta 2 O 5 or in the form of TiO 2 and Ta 2 O 5 precursors) respectively of titanium and of tantalum and the alumina P "of sodium is chosen, firstly, from lithium alumina-fP" compounds in the form of spinel stabilized by lithium oxide (Li 2 O) and, secondly, from oxide mixtures. of sodium (as Na 2 O or as a precursor of Na 2 O) and aluminum oxide calcine (as Al 2 O 3 or as a precursor of Al 2 O 3), having lithium oxide (as Li20 or as a precursor of Li2O) as stabilizer The amount of spinels dispersed therein, the proportions on a weight basis of the various constituents, in the form of said oxides and with the proportion of the alumina content-P "being taken to be equal to 100, being as follows: Proportion Proportion (in the form of oxide) (parts by weight) sodium alumina or its precursor (in the form of Li 2 O + Na 2 O + Al 2 O 3): 100 dopant or its precursor (in the form of TiO 2 + Ta 2 O 5): 0.35-0.65 oxide titanium or its precursor (in the form of TiO2): 0.3-0.5 tantalum oxide or its precursor (in the form of Ta2O5): 0.05-0.15 () sodium oxide or its precursor (in the form of Na 2 O): 8.6-9.6 lithium oxide or its precursor (in the form of Li 2 O): 0.58 -0t. The sodium alumina-P "component can be a sodium alumina-P" compound stabilized in the form of spinel, stabilized with Li 2 O. Instead, the 3% alumina component may be a mixture of Na 2 O (or a precursor thereof) with a calcined Al 2 O 3 (or a) calcined with a precursor of Al 2 O 3), the mixture having Li 2 O (or a precursor thereof) dispersed therein as a spinel stabilizer and, in this case, the calcine may be an Al 2 O 3 (or a precursor thereof) selected to produce, when heated to air up to 1000 C, from
A1203 avec une dimension de grains de 0,5-100lpm. A1203 with a grain size of 0.5-100lpm.
Au moins l'un des constituants du mélange précurseur peut être un précurseur d'un oxyde métallique choisi parmi TiO2, Ta205, Li20, Na20 et A1203, chaque précurseur d'oxyde métallique étant choisi dans le groupe de composés constitué d'oxydes dans lesquels le métal est dans un état d'oxydation permis dans lequel il n'est pas complètement oxydé, les hydroxydes, les oxyhydroxydes, les peroxydes, les nitrates, les carbonates, les sulfates, les chlorates, 35 les halogénures, les oxyhalogénures et les composés organométalliques. Les oxydes à la fois de titane et de tantale peuvent être des précurseurs respectivement de TiO2 et de Ta205, qui sont des oxydes de titane et de tantale 1() qui sont respectivement dans des états d'oxydation permis du titane et du tantale dans lesquels le titane et le tantale ne sont pas complètement oxydés respectivement en TiO2 et Ta205. Au moins un précurseur d'un oxyde métallique peut être un sel soluble dans l'eau capable d'être précipité depuis une solution aqueuse de celui-ci par un changement de pH, pour former un précipité insoluble dans l'eau avec une dimension moyenne de particules inférieure à O,lpm. A la place, au moins un précurseur d'un oxyde 1<) métallique peut être un composé organométallique choisi parmi les alcoxydes qui sont capables d'être précipités depuis une solution dans un alcool par addition d'eau à la solution dans un alcool pour former un précipité d'oxyhydroxyde avec une dimension moyenne de particules At least one of the constituents of the precursor mixture may be a precursor of a metal oxide selected from TiO 2, Ta 2 O 5, Li 2 O, Na 2 O and Al 2 O 3, each metal oxide precursor being selected from the group of compounds consisting of oxides in which the metal is in a permissible oxidation state in which it is not completely oxidized, hydroxides, oxyhydroxides, peroxides, nitrates, carbonates, sulphates, chlorates, halides, oxyhalides and compounds organometallics. The oxides of both titanium and tantalum can be precursors respectively of TiO 2 and Ta 2 O 5, which are titanium and tantalum oxides 1 () which are respectively in permissible oxidation states of titanium and tantalum in which titanium and tantalum are not completely oxidized respectively to TiO2 and Ta2O5. At least one precursor of a metal oxide may be a water-soluble salt capable of being precipitated from an aqueous solution thereof by a change in pH, to form a water-insoluble precipitate with an average size of particles less than 0.1 pm. Instead, at least one precursor of a metal oxide may be an organometallic compound selected from alkoxides which are capable of being precipitated from a solution in an alcohol by adding water to the solution in an alcohol. form an oxyhydroxide precipitate with an average particle size
inférieure à O,lym.less than O, lym.
Chacun des constituants peut avoir une dimension de particules d'au plus lOpm; et le constituant d'alumine-P" ou son précurseur et le constituant de dopage ou son 2() précurseur peuvent former ensemble au moins 95 %, typiquement 99%, de préférence au moins 99,5%, par exemple 99,9% en poids du mélange précurseur, de telle sorte que le mélange précurseur d'alumine-P" comprend essentiellement un mélange des oxydes de sodium, de lithium, d'aluminium, de Each of the constituents may have a particle size of at most 10 μm; and the P-alumina component or its precursor and the doping component or its precursor can together form at least 95%, typically 99%, preferably at least 99.5%, for example 99.9%. by weight of the precursor mixture, such that the precursor mixture of alumina-P "essentially comprises a mixture of the oxides of sodium, lithium, aluminum,
titane et de tantale dans leurs états complètement oxydés. titanium and tantalum in their completely oxidized states.
L'invention concerne également un composé d'alumine-of" de sodium ayant une structure de spinelle qui est stabilisé par du Li20 qui agit en tant que stabilisateur de30 spinelles, le composé d'alumine-e" de sodium ayant du TiO2 et du Ta205 dispersés dedans en tant que dopant, le composé d'alumine-P" de sodium ayant des constituants qui sont des oxydes respectivement de lithium, de sodium, d'aluminium, de titane et de tantale dans leurs états complètement35 oxydés sous forme de Li20, Na20, A1203, TiO2 et Ta205, les proportions de ces oxydes, avec Li20, Na20 et A1203 étant présents sous la forme d'alumine-s" de sodium stabilisée par Li20, étant comme suit: ll Constituant Proportion (sous forme d'oxyde) (parties en poids) alumine-f," de sodium stabilisée par Li20 (Li20 + Na20 + A1203) 100 dopant (Ti02 + Ta2O5): 0,35-0,65 oxyde de titane (TiO2): 0,30-0,50 oxyde de tantale (Ta205): 0,05-0,15 [l oxyde de sodium (Na20): 8,6- 9,6 oxyde de lithium (Li20): 0,58-0,83 Li20, Na20 et A1203 (sous forme d'alumine-s,, de sodium stabilisée sous forme de spinelle) et TiO0 et Ta205 peuvent former ensemble au moins 95 %, typiquement 99%, de préférence au moins 99,5%, par exemple 99,9% en poids du composé de telle sorte que le composé comprend essentiellement lesdits oxydes de lithium, de sodium, The invention also relates to a sodium alumina compound having a spinel structure which is stabilized by Li 2 O which acts as a spinel stabilizer, the sodium alumina compound having TiO 2 and Ta 2 O 5 dispersed therein as a dopant, the sodium alumina-P "compound having constituents which are respectively lithium, sodium, aluminum, titanium and tantalum oxides in their fully oxidized Li 2 O form. , Na 2 O, Al 2 O 3, TiO 2 and Ta 2 O 5, the proportions of these oxides, with Li 2 O, Na 2 O and Al 2 O 3 being present in the form of Li 2 O-stabilized sodium alumina, being as follows: II Proportionate Proportion (in the form of oxide) (parts by weight) sodium alumina stabilized with Li 2 O (Li 2 O + Na 2 O + Al 2 O 3) 100 dopant (TiO 2 + Ta 2 O 5): 0.35-0.65 titanium oxide (TiO 2): 0.30- 0.50 tantalum oxide (Ta2O5): 0.05-0.15 [l sodium oxide (Na2O): 8.6-9.6 lithium oxide (Li2O): 0.58-0.83 Li2O, Na2O and A1 203 (in the form of spinel-stabilized sodium alumina) and TiO0 and Ta205 can together form at least 95%, typically 99%, preferably at least 99.5%, for example 99.9% by weight of the compound such that the compound essentially comprises said lithium, sodium oxides,
d'aluminium, de titane et de tantale. of aluminum, titanium and tantalum.
2() Le composé peut être sous la forme d'un produit semi-oeuvré 2 () The compound may be in the form of a semi-worked product
polycristallin fondu.polycrystalline fused.
L'invention concerne également un composé produit d'alumine- ,, de sodium, en particulier sous la forme d'un produit semi-oeuvré fritté lorsqu'il est obtenu par le The invention also relates to a product compound of sodium alumina, in particular in the form of a semi-worked sintered product when it is obtained by the
procédé décrit ci-dessus.method described above.
L'invention sera maintenant décrite, à titre d'illustration The invention will now be described, by way of illustration
non limitative, en référence à l'exemple suivant. non-limiting, with reference to the following example.
EXEMPLEEXAMPLE
Alumine-B" de sodium stabilisée avec de l'oxyde de lithium Alumina-B "sodium stabilized with lithium oxide
i5 et dopée avec TiO2 et Ta205.15 and doped with TiO 2 and Ta 2 O 5.
Deux mélanges précurseur ont été formés par des routes différentes selon le procédé de la présente invention. Dans chaque cas un constituant d'alumine-j" de sodium stabilisée par l'oxyde de lithium a été préparé selon le procédé, à partir de la boehmite cera hydrate hautement cristalline décrite dans le brevet US-A-4.946.664, pour comDrendre dans chaque cas 8,95% en poids de Na20 et 0,6% en poids de Li20, le reste étant A1203, et a été mélangé avec une poudre de TiO2 et une poudre de Ta205 pour former un mélange précurseur particulaire. La poudre de TiO2 était présente dans une proportion s'élevant à 0,4% en poids du produit et 1) la poudre de Ta205 dans une proportion s'élevant à 0,1% en Two precursor mixtures were formed by different routes according to the method of the present invention. In each case, a lithium aluminum stabilized sodium alumina component was prepared according to the process, from the highly crystalline boehmite cera hydrate described in US-A-4,946,664, to teach in each case 8.95% by weight of Na 2 O and 0.6% by weight of Li 2 O, the remainder being Al 2 O 3, and was mixed with a TiO 2 powder and a Ta 2 O 5 powder to form a particulate precursor mixture. TiO 2 was present in a proportion of 0.4% by weight of the product and 1) the Ta 2 O 5 powder in a proportion of 0.1% by weight.
poids du produit, sur une base sèche. product weight, on a dry basis.
Selon la première route, les constituants alumine-P" de sodium, Ti02 et Ta205 ci-dessus ont été broyés à l'état mouillé dans un broyeur par frottement utilisant un milieu de broyage ZrO2 et de l'isopropanol en tant que liquide (à la place on peut utiliser le n-pentanol), pendant une période de 75 minutes, pour former une boue homogène ayant une dimension de particules d'au plus 5pm. La boue a été 2(0 séchée dans un séchoir à vide rotatif et tamisée à travers According to the first route, the above sodium alumina-P ", TiO 2 and Ta 2 O 5 components were wet-milled in a friction mill using a ZrO 2 grinding medium and isopropanol as the liquid (at 20 ° C.). n-pentanol can be used for a period of 75 minutes to form a homogenous sludge having a particle size of at most 5 pm The slurry was dried in a rotary vacuum dryer and sieved. through
un tamis ayant des ouvertures de 0,25mm de diamètre. a sieve having apertures 0.25mm in diameter.
Selon la seconde route, lesdits constituants ont été mélangés dans l'eau pendant une période qui allait de 2 à 4 heures, pour former une boue homogène ayant une dimension de particules d'au plus 5pm qui a été séchée en utilisant According to the second route, said components were mixed in water for a period ranging from 2 to 4 hours, to form a homogeneous slurry having a particle size of at most 5 μm which was dried using
un sécheur par pulvérisation.a spray dryer.
Chacune des poudres a été comprimée uniaxialement à 20MPa () pour former un produit semi-oeuvré qui a été ensuite comprimé isostatiquement à une pression comprise entre 200 Each of the powders was uniaxially compressed to 20 MPa () to form a semi-worked product which was then isostatically compressed at a pressure of
et 300 MPa pour obtenir un produit semi-oeuvré brut pour le frittage. and 300 MPa to obtain a crude semi-worked product for sintering.
Chaque produit semi-oeuvré brut a été ensuite fritté à l'air à 1620 C dans un creuset de magnésie pendant 15 minutes pour obtenir un produit semi-oeuvré céramique fritté avec une teneur de phase P" élevée supérieure à 90% I3 en poids de la phase [" et avec une densité élevée Each crude semi-worked product was then air-sintered at 1620 ° C. in a magnesia crucible for 15 minutes to obtain a sintered ceramic semi-worked product with a high P-phase content greater than 90% by weight. phase ["and with high density
supérieure à 96% de la densité totale théorique. greater than 96% of the theoretical total density.
Les résistivités ioniques des produits semi-oeuvrés ont été mesurées avec celle d'un semi-oeuvré de contrôle comprimé et fritté de la même manière que décrit ci-dessus à partir du constituant d'alumine-P" de sodium du mélange précurseur, par une méthode d'impédance utilisant des électrodes bloquant Al, à des températures comprises entre The ionic resistivities of the semi-worked products were measured with that of a compressed and sintered control semi-workpiece in the same manner as described above from the sodium alumina-P "component of the precursor mixture, by an impedance method using Al blocking electrodes at temperatures between
l) 20 C et 350 C dans la plage de fréquences de lHz-5x105 Hz. l) 20 C and 350 C in the frequency range of 1 Hz-5x105 Hz.
Le produit semi-oeuvré fabriqué par la première route avait des résistivités de 2,6 Qcm à 300 C et celui fabriqué par la seconde route avait des résistivités de 2,7 Qcm à 300 C. Pour le contrôle, les valeurs de résistivités étaient sensiblement plus élevées, étant égale à 5,0 Qcm à The semi-worked product produced by the first road had resistivities of 2.6 Qcm at 300 C and that produced by the second road had resistivities of 2.7 Qcm at 300 C. For the control, the resistivity values were substantially higher, being equal to 5.0 Qcm at
300 C.300 C.
Dans des produits d'alumine-P" de sodium stabilisée par l'oxyde de lithium connus du demandeur, qui ont des ions sodium hautement mobiles dans leur plan de conduction et sont exploités dans des détecteurs électrochimiques et des éléments accumulateurs électrochimiques, par exemple en tant qu'électrolyte solide conducteur des ions sodium dans les éléments accumulateurs électrochimiques sodium/soufre25 ou les éléments accumulateurs électrochimiques sodium/chlorure métallique. Les produits sont typiquement utilisés sous la forme de produits semi-oeuvrés céramiques polycristallins denses sensiblement à phase unique de P"A1203.3() Le demandeur pense, sans être limité par la théorie, que, dans ces produits connus, de petites proportions de cations métalliques d'impureté, tels que des cations de calcium, peuvent occuper les plans de conduction des ions sodium35 sous la forme d'oxydes de ceux-ci tels que l'oxyde de calcium pour fournir un effet d'ions mixtes qui gêne la mobilité et le transport des ions sodium le long de tels plans de conduction et réduit la conductivité des ions sodium du produit. De plus, sans être limité par la théorie, le demandeur pense que d'autres impuretés telles que la silice sont capables de former des phases vitreuses, telles que des phases silicate de sodium et des phases aluminosilicate de sodium qui peuvent augmenter l'impédance intragranulaire de tels produits, contribuant à abaisser la conductivité ionique de tels produits. Des impuretés d'oxyde de fer dans le produit peuvent avoir des effets In lithium oxide stabilized sodium alumina products known to the Applicant, which have highly mobile sodium ions in their conduction plane and are exploited in electrochemical detectors and electrochemical accumulators, for example as the solid electrolyte conducting the sodium ions in the electrochemical sodium / sulfur storage elements or the electrochemical sodium / metal chloride accumulators The products are typically used in the form of substantially single-phase dense single-phase polycrystalline ceramics. A1203.3 () The applicant believes, without being limited by theory, that in these known products small proportions of impurity metal cations, such as calcium cations, may occupy the conduction planes of sodium ions under the form of oxides thereof such as calcium oxide to provide a mixed ion effect that interferes with the mobility and transport of sodium ions along such conduction planes and reduces the conductivity of the sodium ions of the product. Moreover, without being limited by theory, the applicant believes that other impurities such as silica are capable of forming glassy phases, such as sodium silicate phases and sodium aluminosilicate phases that can increase intragranular impedance. such products, helping to lower the ionic conductivity of such products. Impurities of iron oxide in the product may have effects
indésirables similaires.similar undesirable effects.
I() Durant la production de produits d'alumine-'" de sodium, des impuretés contenant du calcium, du silicium et du fer, présentes dans le matériau brut utilisé ou introduites durant le traitement, peuvent conduire à une dispersion et un manque de reproductibilité des propriétés structurelles et de la résistivité/conductivité des ions sodium de tels produits. La présente invention, au moins en référence à l'exemple, propose un procédé de fabrication d'un produit d'alumine-3" de sodium, en particulier sous la forme d'un 2) produit semi-oeuvré céramique fritté dans lequel la teneur élevée en phase P", la densité, la résistance et la conductivité des ions sodium sont améliorées. En particulier, le procédé améliore une réduction de la dispersion ci-dessus mentionnée et stimule la25 reproductibilité de la conductivité des ions sodium, indépendamment de la variation de sa teneur en fer et plus particulièrement de ses teneurs en oxyde de calcium et silice. Le demandeur pense que ceci, sans être limité par la théorie, peut être obtenu par la liaison étroite des30 métaux d'impuretés ou de leurs oxydes par les oxydes de dopage et/ou leurs métaux de telle sorte qu'ils sont maintenus captifs et immobilisés dans des phases autres que la phase È" du composé produit et sont empêchés d'interférer avec la conduction ionique dans les plans de.5 conduction de la phase f" et/ou sont empêchés de réagir avec des phases vitreuses contenant du sodium dans le During the production of sodium alumina products, impurities containing calcium, silicon and iron, present in the raw material used or introduced during the treatment, can lead to dispersion and a lack of reproducibility of the structural properties and the resistivity / conductivity of the sodium ions of such products The present invention, at least with reference to the example, provides a method of manufacturing a product of 3-alumina of sodium, in particular in the form of a 2) sintered ceramic semi-worked product in which the high phase content P ", the density, the resistance and the conductivity of the sodium ions are improved, In particular, the process improves a reduction of the dispersion. above-mentioned and stimulates the reproducibility of the conductivity of sodium ions, independently of the variation of its iron content and more particularly of its calcium oxide and silica contents. The applicant believes that this, without being limited by theory, can be achieved by the tight binding of the impurity metals or their oxides by the doping oxides and / or their metals so that they are kept captive and immobilized. in phases other than the "phase of the product compound and are prevented from interfering with ionic conduction in the conduction planes of the f" phase and / or are prevented from reacting with sodium-containing glassy phases in the
composé produit.compound produced.
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