Nouveau procédé d'élaboration de micro et nanoparticules d'oxyde de fer en voie sèche : Caractérisation, étude du procédé et proposition d'un mécanisme rationnel

摘要

Un procédé simple, compact et continu a été utilisé pour élaborer des particules nanométriques d’oxyde de fer. Il est constitué principalement de deux étapes : une première étape de génération du solide en réacteur à lit fluidisé, une deuxième étape de calcination couplée à un filtre à manches métalliques qui permet de récupérer des particules nanométriques d’oxyde de fer. Différentes analyses ont permis de caractériser les particules obtenues à chacune des deux étapes. Le produit obtenu au cours de l’étape de génération du solide est de la ferrihydrite sous forme de particules micrométriques constituées d’agglomérats de particules nanométriques. L’étape de calcination conduit à la formation de particules nanométriques d’hématite. Elles ont une taille médiane inférieure au µm et présentent une distribution de taille resserrée, ce qui est difficilement atteignable par les procédés conventionnels. Les particules sont constituées d’agglomérats de grains élémentaires de quelques dizaines de nanomètres. Leur surface spécifique BET et leur masse volumique réelle sont comparables à celles mesurées sur un produit commercial. L’étude de l’influence des conditions opératoires du procédé a permis de définir les paramètres optimaux à fixer pour obtenir une hématite pure et peu agglomérée. L’étude du mécanisme réactionnel, réalisée en thermobalance, dans un four à moufle et à l’aide d’une veine de séchage a montré que la décomposition de la solution de nitrate de fer nonahydraté en hématite se déroule en trois phases : une première phase accompagnée d’une perte de l’eau libre et de sept molécules d’eau de constitution, une deuxième phase rapide accompagnée d’une perte des molécules de nitrate jusqu’à l’obtention de la ferrihydrite, une troisième phase lente accompagnée d’une perte de nitrate et d’eau restants jusqu’à l’obtention d’hématite amorphe qui est ensuite cristallisée à haute température. Les deux premières phases ont lieu dans le réacteur à lit fluidisé, alors que la troisième se déroule dans le réacteur de calcination. Une étude cinétique de cette dernière phase a été réalisée en thermobalance. Elle a démontré que l’énergie d’activation est faible et que le processus est complexe.