Mullita

La mullita es un silicato de aluminio .

La mullita fue descrita en 1924 por NL Bowen y JW Greig; el mismo año, junto con EG Zeis, le dieron su nombre que recuerda la Isla de Mull donde fue observado por primera vez.

Este sólido cristalino se identificó inicialmente como un compuesto estequiométrico de óxido de aluminio (III) y óxido de silicio (IV), cuya composición es 3Al 2 O 3 , 2SiO 2 o en masa, 72% de óxido de aluminio y 28% de óxido de silicio. .

Mullita
Familia Subnesosilicato (subgrupo de neosilicatos )
Importancia


  • La mullita es muy común en productos artificiales.
Fórmula de composición Composición química no constante,
generalmente 3Al 2 O 3 , 2SiO 2
Forma de cristal Generalmente alargado, de estructura acicular.
Sistema de cristal Ortorrómbico
Dureza de Mohs 6 - 7.5

Formación de mullita

Formación natural

La mullita es de naturaleza rara, siendo su depósito natural más importante el de la isla de Mull donde se formó en condiciones excepcionales, muy similares a las requeridas para la producción de mullita artificial  : altas temperaturas y presiones relativamente altas.

Producción de mullita artificial

Como se indicó anteriormente, esta producción requiere altas temperaturas y presiones relativamente bajas.

Los silicatos hidratados de aluminio , mezclas artificiales de alúmina y sílice, etc., se convierten en mullita mediante cocción a alta temperatura.

Los silicatos naturales de aluminio anhidro, silimanita ( ortorrómbica ), andalucita (ortorrómbica) y cianita ( triclínica ), que tienen la fórmula química Al 2 SiO 5 , se transforman a alta temperatura en mullita, con liberación de sílice , dependiendo de la reacción. (transformación irreversible, siendo la mullita estable a todas las temperaturas):

Los crisoles de Hesse , conocidos por su alta resistencia a agentes altamente reactivos y altas temperaturas, se obtuvieron calentando a alta temperatura arcilla caolinítica. Los crisoles de finales de la Edad Media encontrados contienen mullita, que se cree que es la fuente de sus excepcionales propiedades.

Mullita y sillimanita

La mullita tiene la misma estructura que la silimanita y se puede considerar que es el resultado de la sustitución de un número de átomos de silicio Si por átomos de aluminio Al. Los espectros IR permiten identificar la sustitución de átomos de If por átomos de Al, esta sustitución se realiza "  estadísticamente  ". La silimanita bien organizada da finas bandas que son reemplazadas por bandas muy difusas en el caso de la mullita de estructura desordenada.

Morfología cristalina

La morfología acicular de los cristales (alargados, en forma de agujas o varillas) se explica por la estructura de la mullita formada por cadenas de octaedros de AlO 6 y tetraedros de SiO 4 y AlO 4 paralelas a la dirección de alargamiento.

 

Composición

 
 La mullita puede mostrar desviaciones significativas de la estequiometría , su composición puede variar entre 3Al 2 O 3 , 2SiO 2 (3: 2 mullita) y 2Al 2 O 3 , SiO 2 (2: 1 mullita) De hecho, es una solución sólida de composición Al 2 [Al 2 + 2x Si 2-2x ] O 10-x con 0,17 ≤ x ≤ 0,5, obteniéndose las diferentes estequiometrías por sustitución de átomos de Si por átomos de Al en sitios tetraédricos .

 

Mullita en el diagrama de fase sílice-alúmina

La mullita es la fase más importante en el diagrama de fase SiO 2 - Al 2 O 3 . Hornear a alta temperatura, bajo presión atmosférica, mezclas de alúmina y sílice dan lugar a la formación de mullita. La transformación es irreversible, siendo la mullita estable a todas las temperaturas, por lo que está muy extendida en productos artificiales (“  refractarios sillimaníticos  ”). Sin embargo, es raro en rocas naturales, que se han formado bajo alta presión.

En el diagrama, la mullita de determinada composición 3Al 2 O 3 , 2SiO 2 aparece en forma de fase intermedia en la abscisa al 72% (en masa) de Al 2 O 3 . Este mullita, designado bajo el nombre de "mullita compuesto definido químicamente  " ( ccd mullita ), es, con la sílice SiO 2 , el constituyente de (el sólido de aleación s cerámica ) obtenido en el lado izquierdo del diagrama (0 a 72% en masa de alúmina). En la parte derecha del diagrama, la pequeña línea oblicua en la parte superior del diagrama (porción del sólido entre 1850 y 1840 ° C y entre 72 y aproximadamente 74% Al 2 O 3 ) caracteriza, debajo de ella, la zona de existencia. de un sólido llamado solución sólida . Esta solución sólida, de composición variable , designada con el nombre de “ solución sólida de mullita  ” ( mullita ss ), es la fase intermedia de la parte derecha del diagrama; es, con alúmina Al 2 O 3 , el constituyente de las aleaciones cerámicas obtenidas en esta parte del diagrama.

Notas y referencias

  1. C. A. Jouenne, op. cit., pág. 629.
  2. G. Aliprandi, op. cit., pág. 225, 300.
  3. Fuentes de información: CA Jouenne, op. cit., pág. 595 - G. Aliprandi, op.cit., P. 233-235.
  4. G. Aliprandi, op. cit., pág. 234.
  5. G. Aliprandi, op. cit., pág. 227, 233.
  6. CA Jouenne, op. cit., pág. 206 - G. Aliprandi, op. cit., pág. 233.
  7. tecnología del siglo XXI rompe la receta secreta de los alquimistas. University College de Londres. En el sitio web eurekalert.org
  8. CA Jouenne, op. cit., pág. 153, 595
  9. [PDF] Boletín del gremio de físicos - n o  790-791 (dedicado a materiales) - enero-febrero. 1997 - Artículo: Materiales cerámicos - Estructura y propiedades , p.   187. Ver artículo .
  10. [PDF] Desarrollo de materiales porosos basados ​​en mullita mediante proceso SHS , Tesis doctoral de la Universidad (2009), p. 5, 6 (viñetas 12, 13).
  11. G. Aliprandi, op. cit., pág. 233.
  12. El diagrama que aquí se presenta es el establecido por Bowen y Greig (cf. CA Jouenne, op. Cit., P. 95).
  13. Véase Jean P. Mercier et al., Op. cit., pág. 221, 222 y fig. 8.21 p. 223.
  14. Ver por ejemplo la asignatura [PDF] del Bachillerato Tecnológico - Sección Ingeniería de Materiales (sesión 1997) . Se trata de un ccd cada vez que el punto de intersección de una rama vertical del solidus con el liquidus está en un máximo del liquidus (cf. G. Hilly, C. Chaussin, op. Cit., P. 40, 41 ); coordenadas del punto de intersección en el diagrama presentado: (72% Al 2 O 3 , 1850 ° C).
  15. Jean P. Mercier y col., Op. cit., pág. 225, 226.
  16. Esta forma de descomponer diagramas de fase complejos en una serie de diagramas más simples los hace mucho más fáciles de analizar (Jean P. Mercier et al., Op. Cit., P. 222). Aquí, el diagrama se ha descompuesto en dos diagramas eutécticos  : 0 - 72% Al 2 O 3 y 72 - 100% Al 2 O 3 (diagramas de tipo plomo-estaño: ver Introducción a la ciencia de los materiales: diagramas binarios y transformaciones de fase en Wikiversity ).

Bibliografía

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