Synthèse et étude cristallochimique de quelques aluminates et ferrites calciques hydratés de formule [Ca2 M(OH)6]+, [X,nH2O]- avec X=Cl, Br, I, ClO4, 1/2CO3 1/2CrO4 et 1/2SO4 et M=Al et Fe

par Jean-Philippe Rapin

Thèse de doctorat en Physique et chimie de la matière et des matériaux

Sous la direction de Jean Steinmetz.

Soutenue en 2001

à Nancy 1 , en partenariat avec Université de Nancy I. Faculté des sciences (autre partenaire) .

mots clés

• Structure cristalline (solides)
• Calcium -- Composés
• Aluminium -- Composés
• Cristallographie
• Liaisons hydrogène
• Rayons X -- Diffraction
• Hydroxydes doubles lamellaires

Résumé

Ce travail porte sur la synthèse et l'étude cristallographique de quelques aluminates et ferrites de calcium hydratés de formule structurale [Ca2Al1-xFex(OH)6]+ [X, nH2O]-, appelés "phase AFm" par les cimentiers. Ces composés appartiennent à la famille des hydroxydes doubles lamellaires (HDL) et sont formés par l'empilement de feuillets rigides chargés positivement, entre lesquels diverses espèces anioniques peuvent être insérées. La transition structurale de la phase AFm-Cl, a pour origine une organisation du réseau de liaisons hydrogène. Les structures cristallographiques de nombreuses phases, AFm-(Cl, Br), AFm-(Cl, CO3), AFm-(Cl, SO4) et AFm-(CrO4) ont été résolues. Une application de la phase AFm-Cl comme détecteur d'iodure par voltampérométrie a été réalisé. L'étude des ferrites de calcium a montré qu'une solution solide Al et Fe existe. Cependant la substitution de Al3+ par Fe3+ engendre des perturbations structurales mises en évidences par spectrométrie Mössbauer et EXAFS.

Titre traduit

Synthesis and crystallographic study of some calcium aluminates and calcium ferrites with structural formulae [Ca2M(OH)6]+, [X,nH2O]- with X = Cl, Br, I, ClO4, 1/2CrO4 and 1/2SO4 and M = Al and Fe

Résumé

This work deals with the synthesis and the crystallographic study of some calcium aluminate and calcium ferrite with structural formulae [Ca2Al1-xFex(OH)6]+ [X, nH2O]-, commonly named "AFm phases" by the cement workers. These compounds belong to the layered double hydroxide (LDH) family and are composed by the stacking of positively charged main layers, and negatively charged interlayers. It was shown that the structural transition of the AFm-Cl phase is due to an ordering of the hydrogen bonds network. The crystallographic structures of several phases, AFm-(Cl, Br), AFm-(Cl, CO3), AFm-(Cl, SO4) and AFm-(CrO4) are given. An application of AFm-Cl like iodide sensor by voltammetric detection is detailed. Finally, calcium ferrite study has shown that a solid solution between aluminium and iron exists. However the substitute of Al3+ by Fe3+ gives some structural modifications, which are clearly emphasised by Mössbauer spectrometry and EXAFS.