Il controllo della distribuzione dimensionale dell'allumina dipende dalla regolazione dei precursori, delle condizioni di reazione, degli additivi e dei processi di trattamento termico durante la preparazione. Ciò consente un controllo preciso sulla dimensione delle particelle e sul suo intervallo di distribuzione, soddisfacendo i requisiti prestazionali di varie applicazioni.
Precursori e metodi di preparazione determinano la distribuzione dimensionale iniziale delle particelle
Controllo della dimensione delle particelle della materia prima: la dimensione iniziale delle particelle di idrossido di alluminio o boehmite influisce direttamente sulla distribuzione finale delle dimensioni delle particelle di allumina. Ad esempio, i grani precursori fini, dopo la calcinazione, formano nano-allumina con numerosi micropori e un'ampia area superficiale specifica (D50 può arrivare fino a 5–20 nm); mentre i precursori-particellari-di grandi dimensioni contribuiscono a ottenere allumina attivata con dimensioni dei pori più grandi e distribuzioni più ampie.
Metodo Sol-Gel: regolando il valore del pH e la velocità di idrolisi, è possibile ottenere nano-allumina (5–50 nm) con una distribuzione delle dimensioni delle particelle stretta (PDI inferiore o uguale a 0,15), adatta per applicazioni di catalisi e rivestimento ad alta-precisione.
Macinazione a sfere ad alta-energia:
Questo metodo macina l'allumina di dimensioni micron- fino a 50–80 nm, ma introduce facilmente impurità ed è adatto per applicazioni abrasive dove non è richiesta un'elevata purezza.
Additivi e agenti che formano pori-per regolare la struttura dei pori e l'aggregazione delle particelle:
Agenti organici che formano pori- (ad es. amido, PEG, cellulosa): aggiunti durante il processo di stampaggio, si bruciano dopo la calcinazione per formare pori controllabili, aumentando significativamente la dimensione dei pori e migliorando la porosità. Quantità aggiunte maggiori determinano dimensioni dei pori più grandi e volumi dei pori più elevati e possono essere utilizzate per preparare allumina porosa con dimensioni dei pori di 100–250 nm.
Tensioattivi (ad es. CTAB, PVA): inibiscono la crescita mediante adsorbimento su specifici piani cristallini, regolando la morfologia delle particelle e la distribuzione dimensionale e migliorando l'uniformità.
Espansori inorganici dei pori (ad es. TiO₂, SiO₂): inibiscono l'ingrossamento del grano durante la sinterizzazione ad alta-temperatura, stabilizzano la struttura macroporosa e migliorano la stabilità termica.
Ottimizzazione della crescita e della distribuzione del grano attraverso il trattamento termico
La temperatura di calcinazione è un parametro chiave per il controllo della distribuzione granulometrica:
400–600 gradi: genera -Al₂O₃, mantenendo un'elevata area superficiale specifica (200–600 m²/g), dimensioni ridotte dei pori (2–10 nm) e distribuzione concentrata, adatto per essiccanti e supporti catalitici.
>1200 gradi: si trasforma gradualmente in -Al₂O₃, con conseguente crescita del grano, una distribuzione granulometrica più ampia e un D50 superiore a 66,9 μm, adatto per alluminio elettrolitico e materiali refrattari.
Velocità di riscaldamento e tempo di mantenimento: il riscaldamento lento favorisce una crescita uniforme del grano e riduce la dispersione dimensionale; tempi di permanenza prolungati favoriscono l'agglomerazione dei grani, portando ad un aumento delle dimensioni delle particelle e ad uno spostamento della distribuzione.
