Fines in smelter grade aluminas are recognised as a significant process problem in aluminium smelting. However the understanding of the nature of this fine material and how it impacts on the reduction process are less clearly understood. The combination of new analytical methods such as Variable Pressure Scanning Electron Microscopy and very high field Solid State NMR provide new insights into the spatial distribution of phases within aluminas, and suggest how such fine materials are generated, particularly during calcination in the alumina refinery.
The structure of metallurgical-or smelter-grade aluminas (MGAs) is complex and poorly understood. Ultrahigh-field solid-state 27 Al NMR results on industrial as well as on laboratory-prepared aluminas are discussed in relation to XRD results. It is demonstrated that high-field NMR can effectively be used to quantify the proportion of the thermodynamically stable alpha-alumina phase in these materials. The results demonstrate that 27 Al NMR is a vital adjunct to XRD methods to quantify the transition alumina phases that invariably dominate the MGAs. The nature of the disorder in these materials, determined by 27 Al NMR, is also compared with literature data, such as XANES and EXAFS studies, on typical laboratory-prepared materials. The utility of 27 Al NMR studies to provide new insight into the structural complexity of metallurgical aluminas is shown.Résumé : La structure des alumines de qualité métallurgique (AQM) ou pour électrolyse est complexe et mal comprise. Opérant à champ élevé et à l'état solide, on a déterminé les spectres RMN du 27 Al d'alumines industrielles et d'autres préparées en laboratoire et on discute de ces spectres en relation avec les résultats obtenus par diffraction des rayons X (DRX). On a démontré que la RMN à champ élevé peut effectivement être utilisée pour quantifier la proportion de la phase thermodynamiquement stable d'alumine alpha qui est présente dans ces matériaux. Les résultats démontrent que la RMN du 27 Al est une addition absolument nécessaire aux méthodes de DRX pour quantifier les phases d'alumines de transition qui dominent invariablement les AQM. On a aussi comparé la nature du désordre dans ces matériaux, telle que déterminée par RMN du 27 Al, avec les résultats déjà publiés dans la littérature et obtenus par des études à l'aide de la spectroscopie d'absorption X de type XANES ou EXAFS sur des matériaux typiques préparés en laboratoire. On démontre donc l'utilité de la RMN du 27 Al à fournir de nouvelles indications sur la complexité structurale des alumines métallurgiques.
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