Introduction
Le granulé de minerai d'aluminium et de manganèse est principalement utilisé dans l'industrie métallurgique. Il sert de matière première pour la production d'alliages aluminium-manganèse. Ces alliages sont utilisés pour diverses applications dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, de la construction et de l'électronique. Dans certains cas, les granulés de minerai d'aluminium et de manganèse sont également utilisés dans l'industrie sidérurgique comme additif d'alliage pour certains types d'acier, afin d'améliorer des propriétés telles que la solidité et la résistance à la corrosion.
Conditions de mesure
Les effets énergétiques ont été mesurés à l'aide d'un calorimètre différentiel dynamique à haute température, NETZSCH modèle DSC 404 F1 Pegasus® . Le système à chargement par le haut permet d'effectuer des mesures de la température ambiante à 1650°C. En fonction de l'application, différents capteurs DSC ou DTA peuvent être utilisés ; ils peuvent être facilement remplacés par l'opérateur. Pour les capteurs correspondants, différents types de thermocouples (E, K, S et B) sont disponibles, dont le choix dépend de la plage de température et de la sensibilité requises. L'instrument est étanche au vide et permet donc d'effectuer des mesures sous gaz inerte pur ou sous atmosphère oxydante. Des vitesses de chauffage allant jusqu'à 50 K/min sont possibles. Le logiciel permet de calculer les températures d'apparition et de crête, les points d'inflexion, l'intégration de la surface de crête, etc. Les paramètres de mesure sont énumérés dans le tableau 1.
Tableau 1 : Paramètres de mesure
| Instrument | DSC 404 F1 Pegasus® |
| Capteur/type de capteur | DSC Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp, type S |
| Four | Rhodium |
| Creusets | Nitirde de bore (BN) avec couvercle percé et disques d'Al2O3 entre le fond du creuset extérieur et le capteur |
| Programme de température | RT à 1650°C |
| Vitesse de chauffage | 20 K/min |
| Poids de l'échantillon | 30 748 mg |
| Étalon d'étalonnage | Saphir |
Résultats des mesures et discussion
Pour les mesures, l'aluminium et le minerai de manganèse (broyé) ont été mélangés dans un rapport de 1:1 et chauffés à 1650°C à une vitesse de chauffage de 20 K/min en utilisant une atmosphère d'argon et un creuset en BN avec couvercle percé. La figure 1 montre le signal DSC avec des effets énergétiques clairement visibles avec l'augmentation de la température.
Deux effets endothermiques se chevauchant légèrement sont observés aux températures maximales de 612°C et 674°C (voir vue agrandie à la figure 2). L'enthalpie totale de ces effets endothermiques s'élève à 216 J/g. Cet effet total est probablement dû à la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion du granulé ou de la portion d'aluminium. Un autre effet EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique est détecté à une température maximale de 912°C.
Au-dessus de 1000°C, un effet ExothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est exothermique si elle produit de la chaleur.exothermique superposé large avec une enthalpie totale de -1554 J/g peut être observé aux températures maximales de 1217°C et 1362°C. Le chevauchement, reconnaissable aux épaulements, est très probablement dû à une réaction au sein du mélange d'échantillons. Une réaction de type thermite se produit [1]. Le minerai de manganèse réagit avec l'aluminium fondu à des températures plus élevées en étant réduit. Cela signifie que le manganèse réagit avec l'aluminium en éliminant l'oxygène pour former du manganèse métallique. La réaction se produit conformément à la réactivité thermodynamique entre les éléments.
MnO2 + Al → Mn + Al2O3
Les conditions spécifiques de la réaction dépendent de la composition exacte du minerai de manganèse et de la température. Cet effet ExothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est exothermique si elle produit de la chaleur.exothermique avec une enthalpie de -1554 J/g s'étend sur une large gamme de température de plus de 500°C. À la fin de la mesure, l'échantillon est repesé. Une perte de masse de ~ 5 % est déterminée.
Résumé
Capable d'effectuer des analyses thermoanalytiques à haute température, le DSC 404 F1 Pegasus® permet d'analyser des matériaux dans des conditions thermiques extrêmes. En outre, l'imagerie et la caractérisation des enthalpies de réaction large, comme le montre l'exemple ci-dessus, sont possibles avec cet instrument robuste, mais aussi très sensible.
Les effets énergétiques et les changements d'état peuvent être mesurés et analysés avec précision, ce qui permet aux chercheurs d'obtenir des informations précieuses sur le comportement thermique et la stabilité d'une grande variété de matériaux dans un large éventail de températures.
Cet instrument est largement utilisé dans des domaines tels que les sciences des matériaux et de la géologie ou les industries du métal, de l'acier et de la céramique, c'est-à-dire dans des domaines où la compréhension et la connaissance des propriétés thermiques et thermophysiques des matériaux sont décisives pour le développement des produits, l'optimisation des processus et le contrôle de la qualité.