L'extraction de l'aluminium \u00e0 partir de la bauxite fait partie int\u00e9grante de la science et de l'ing\u00e9nierie et garantit un approvisionnement r\u00e9gulier en ce m\u00e9tal polyvalent. En raison de ses nombreuses utilisations, la recherche de moyens de production plus efficaces se poursuit depuis des d\u00e9cennies.<\/p>\n
L'extraction implique une digestion avec de l'hydroxyde de sodium chaud, suivie d'une pr\u00e9cipitation de l'hydroxyde d'aluminium \u00e0 partir de sa solution et d'une calcination ult\u00e9rieure pour produire de l'alumine commercialement pure.<\/p>\n
Karl-Josef Bayer a invent\u00e9 le proc\u00e9d\u00e9 Bayer en 1887, qui reste aujourd'hui la principale m\u00e9thode industrielle de production d'alumine. La bauxite broy\u00e9e est m\u00e9lang\u00e9e \u00e0 de l'hydroxyde de sodium pour former une solution d'aluminate qui sert de point de d\u00e9part aux \u00e9tapes de traitement ult\u00e9rieures.<\/p>\n
La filtration \u00e9limine l'eau libre et les impuret\u00e9s ; le g\u00e2teau de filtration est ensuite introduit dans une s\u00e9rie de calcinateurs pour \u00eatre chauff\u00e9 \u00e0 haute temp\u00e9rature jusqu'\u00e0 ce que toute l'eau libre et les impuret\u00e9s chimiques aient \u00e9t\u00e9 \u00e9limin\u00e9es, produisant ainsi de la poudre d'alumine utilis\u00e9e dans divers proc\u00e9d\u00e9s d'aluminium tels que la fonte et le moulage.<\/p>\n
Le minerai de fer est utilis\u00e9 dans la production d'autres m\u00e9taux, notamment le magn\u00e9sium et le calcium. Combin\u00e9 \u00e0 d'autres \u00e9l\u00e9ments, il peut former des alliages pour des applications sp\u00e9cifiques telles que les moteurs d'avion ou les piles \u00e0 combustible ; il sert en outre de mat\u00e9riau de support pour la cr\u00e9ation de catalyseurs utilis\u00e9s pour contr\u00f4ler d'autres r\u00e9actions chimiques.<\/p>\n
L'aluminium ne peut \u00eatre produit naturellement et doit \u00eatre extrait de son minerai \u00e0 l'aide de diff\u00e9rentes techniques de raffinage. Les deux principaux proc\u00e9d\u00e9s d'extraction sont les proc\u00e9d\u00e9s Bayer et Hall-Heroult, qui utilisent tous deux la bauxite comme mati\u00e8re premi\u00e8re.<\/p>\n
La bauxite est une roche naturelle \u00e0 gros grains contenant des quantit\u00e9s importantes d'oxyde d'aluminium (Al2O3). L'alumine repr\u00e9sente une grande partie de sa valeur commerciale ; l'extraction de l'aluminium n\u00e9cessite une grande consommation d'\u00e9nergie et des \u00e9quipements co\u00fbteux ; l'industrie a donc investi massivement dans la technologie de raffinage de la bauxite pour atteindre 30% de la production mondiale totale.<\/p>\n
L'aluminium est essentiel dans de nombreuses industries et applications, mais il doit d'abord \u00eatre extrait de son \u00e9tat naturel pour \u00eatre utile. Seule une poign\u00e9e d'endroits sur Terre contient sa forme \u00e9l\u00e9mentaire dans la nature - notamment dans la bauxite - et plusieurs processus de raffinage doivent donc avoir lieu avant de produire des produits finis en aluminium qui sont largement utilis\u00e9s dans de nombreuses applications. Les fabricants d'aluminium s'appuient fortement sur des processus \u00e9lectrochimiques tels que Hall-Heroult pour convertir les mati\u00e8res premi\u00e8res en produits de valeur ; la compr\u00e9hension de ces r\u00e9actions chimiques cl\u00e9s permet de mieux comprendre cette industrie vitale.<\/p>\n
Le proc\u00e9d\u00e9 Hall-Heroult repose sur la dissolution \u00e9lectrochimique de l'alumine pour produire de l'aluminium m\u00e9tallique pur et de l'oxyg\u00e8ne gazeux. Il s'agit d'un processus extr\u00eamement complexe qui n\u00e9cessite un contr\u00f4le pr\u00e9cis pour une production efficace. La temp\u00e9rature, le courant et la composition de l'\u00e9lectrolyte doivent tous \u00eatre \u00e9troitement g\u00e9r\u00e9s pour obtenir de bons r\u00e9sultats.<\/p>\n
Charles Martin Hall, alors \u00e2g\u00e9 de 20 ans et \u00e9tudiant en premi\u00e8re ann\u00e9e \u00e0 l'Oberlin College de l'Ohio, a commenc\u00e9 \u00e0 \u00e9tudier les moyens de produire de l'aluminium en 1880. Bien que ses premi\u00e8res tentatives d'utilisation du courant \u00e9lectrique pour extraire l'aluminium de l'alumine aient \u00e9chou\u00e9, Hall a r\u00e9alis\u00e9 en 1886 une perc\u00e9e qui allait modifier \u00e0 jamais l'histoire de l'aluminium.<\/p>\n
Il a dissous l'alumine dans un minerai de cryolithe et a plac\u00e9 des \u00e9lectrodes en graphite dans la solution. Il a ensuite fait passer un courant \u00e9lectrique \u00e0 travers ses \u00e9lectrodes pour produire de l'aluminium fondu du c\u00f4t\u00e9 positif (cathode) tandis que la production d'oxyg\u00e8ne gazeux se produisait du c\u00f4t\u00e9 n\u00e9gatif (anode). Hall a r\u00e9p\u00e9t\u00e9 ce processus avec succ\u00e8s et a finalement fond\u00e9 la Pittsburgh Reduction Company en 1888.<\/p>\n
Le proc\u00e9d\u00e9 Hall-Heroult est depuis longtemps la principale m\u00e9thode industrielle de production de l'aluminium. Bien qu'il soit gourmand en \u00e9nergie, il a fait des progr\u00e8s consid\u00e9rables au cours des 110 derni\u00e8res ann\u00e9es pour r\u00e9duire la consommation d'\u00e9lectricit\u00e9 au cours de son processus et produire du dioxyde de carbone, un gaz \u00e0 effet de serre qui, \u00e0 son tour, pose probl\u00e8me. N\u00e9anmoins, des efforts continus ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9ploy\u00e9s au cours de cette p\u00e9riode pour le r\u00e9duire autant que possible.<\/p>\n
La bauxite, un min\u00e9ral naturel riche en aluminium, fait l'objet d'une demande sans cesse croissante et d'une application industrielle \u00e9tendue, ce qui alimente les perfectionnements constants du processus utilis\u00e9 pour transformer cet \u00e9l\u00e9ment abondant en aluminium purifi\u00e9. Cette proc\u00e9dure complexe et \u00e9nergivore d\u00e9pend de multiples facteurs, dont l'emplacement des r\u00e9serves, la proximit\u00e9 des sources d'\u00e9nergie pour les op\u00e9rations de fusion, les mesures d'efficacit\u00e9 et l'engagement en faveur de pratiques durables.<\/p>\n
Le proc\u00e9d\u00e9 Bayer comporte plusieurs \u00e9tapes : digestion avec de la soude caustique, s\u00e9paration des min\u00e9raux contenant de l'aluminium de la solution (appel\u00e9e boue rouge), pr\u00e9cipitation des cristaux d'aluminate de sodium et enfin calcination. L'alumine est donc un ingr\u00e9dient essentiel de la production d'aluminium : L'alumine est \u00e9galement une mati\u00e8re premi\u00e8re indispensable \u00e0 la fabrication de r\u00e9fractaires coulables et d'abrasifs.<\/p>\n
Apr\u00e8s le proc\u00e9d\u00e9 Bayer, l'alumine peut \u00eatre transform\u00e9e en aluminium pur par le proc\u00e9d\u00e9 \u00e9lectrolytique Hall-Heroult. Ce processus se d\u00e9roule dans une cuve recouverte de carbone et \u00e9quip\u00e9e d'un bain de cryolithe qui abaisse le point de fusion de l'oxyde d'aluminium ; un courant \u00e9lectrique traverse ce bain tandis que l'oxyg\u00e8ne de l'air interagit avec les \u00e9lectrodes de la cathode pour former du gaz carbonique et de l'aluminium liquide aux \u00e9lectrodes de l'anode ; le gaz carbonique peut ensuite \u00eatre recueilli aux \u00e9lectrodes de l'anode en tant que gaz carbonique, produisant du gaz carbonique qui forme ensuite de l'aluminium liquide aux anodes pour \u00eatre utilis\u00e9 par les utilisateurs finaux ; plus d'informations.<\/p>\n
Les diagrammes permettent de comprendre les r\u00e9actions \u00e9lectrochimiques qui composent le processus de Hall-Heroult. Une \u00e9quation pour l'extraction de l'alumine nous permet d'observer que ses principaux processus impliquent :<\/p>\n
La lixiviation \u00e0 l'acide chlorhydrique est l'\u00e9tape initiale de l'extraction de la bauxite. Les taux de lixiviation atteignent leur maximum lorsque les concentrations, le rapport volume-masse et les temp\u00e9ratures de r\u00e9action sont id\u00e9aux.<\/p>\n
Pomp\u00e9 dans des r\u00e9servoirs de pr\u00e9cipitation, l'alumine se d\u00e9pose et se s\u00e9dimente pour produire de l'hydroxyde d'aluminium solide, avant d'\u00eatre transf\u00e9r\u00e9 ou pomp\u00e9 directement dans une chambre de fusion pour \u00eatre chauff\u00e9 jusqu'\u00e0 ce que l'aluminium m\u00e9tallique fonde et soit ensuite coul\u00e9 en lingots qui peuvent ensuite \u00eatre forg\u00e9s, lamin\u00e9s, \u00e9tir\u00e9s en diff\u00e9rentes formes ou tailles pour des utilisations sp\u00e9cifiques.<\/p>\n
L'aluminium peut \u00eatre utilis\u00e9 dans toute une s\u00e9rie de produits finis, des automobiles aux avions. Les alliages d'aluminium poss\u00e8dent \u00e9galement des propri\u00e9t\u00e9s sp\u00e9cifiques pour des utilisations particuli\u00e8res, notamment la solidit\u00e9, la r\u00e9sistance \u00e0 la corrosion et la conductivit\u00e9. Ces alliages peuvent ensuite \u00eatre fondus, coul\u00e9s ou \u00e9tir\u00e9s en feuilles pour produire des composants pour les machines modernes, les mat\u00e9riaux de construction ou les biens de consommation.<\/p>\n
L'aluminium est l'un des trois \u00e9l\u00e9ments les plus abondants de la cro\u00fbte terrestre, mais il n'existe pas \u00e0 l'\u00e9tat pur dans la nature. Pour \u00eatre produit commercialement, l'aluminium doit \u00eatre extrait \u00e0 l'aide de proc\u00e9d\u00e9s \u00e9lectrochimiques avanc\u00e9s \u00e0 partir de la mati\u00e8re premi\u00e8re primaire, la bauxite. L'aluminium joue un r\u00f4le essentiel dans de nombreuses applications industrielles \u00e0 travers le monde.<\/p>\n
Le proc\u00e9d\u00e9 Hall-Heroult fait partie int\u00e9grante de l'extraction de l'aluminium. Cette m\u00e9thode consiste \u00e0 utiliser un courant \u00e9lectrique pour d\u00e9clencher des r\u00e9actions chimiques qui s\u00e9parent l'alumine de l'oxyde d'aluminium. Les \u00e9tudiants devraient \u00e9tudier le fonctionnement de cette m\u00e9thode, car elle permet de comprendre \u00e0 la fois sa chimie et les d\u00e9fis techniques qu'elle implique.<\/p>\n
Comme pour la m\u00e9thode Bayer, ce processus commence avec la bauxite comme mati\u00e8re premi\u00e8re, riche en oxyde d'aluminium et devant \u00eatre raffin\u00e9e en m\u00e9tal pur. Bien qu'il s'agisse d'un processus intensif et gourmand en ressources, il a permis aux industries du monde entier d'utiliser l'aluminium.<\/p>\n
Au d\u00e9but du processus, la bauxite doit d'abord \u00eatre broy\u00e9e et purifi\u00e9e pour produire de l'alumine (Al2O3), avant d'\u00eatre m\u00e9lang\u00e9e \u00e0 de la cryolite (Na3AlF6) pour r\u00e9duire son point de fusion et am\u00e9liorer sa conductivit\u00e9. Une fois m\u00e9lang\u00e9, ce m\u00e9lange est plac\u00e9 dans un pot en carbone ou en graphite qui sert de cellule \u00e9lectrolytique et l'\u00e9lectricit\u00e9 est appliqu\u00e9e ; de l'oxyg\u00e8ne se forme \u00e0 la cathode tandis que l'alumine est r\u00e9duite en aluminium liquide \u00e0 l'anode.<\/p>\n
La filtration et la centrifugation sont utilis\u00e9es pour s\u00e9parer l'alumine de sa solution et la pomper vers plusieurs r\u00e9servoirs de pr\u00e9cipitation de six \u00e9tages de haut o\u00f9 des cristaux de semences solides d'hydrate d'alumine sont ajout\u00e9s en tant que cristaux de semences solides pour la pr\u00e9cipitation. Une fois dans ces r\u00e9servoirs, l'alumine est dilu\u00e9e avec de l'eau jusqu'\u00e0 ce qu'elle soit concentr\u00e9e pour la pr\u00e9cipitation. Elle est ensuite m\u00e9lang\u00e9e \u00e0 de l'eau pour \u00e9liminer les impuret\u00e9s avant d'\u00eatre chauff\u00e9e \u00e0 environ 1 200 degr\u00e9s Celsius pour sa r\u00e9action ; une fois celle-ci termin\u00e9e, elle est \u00e0 nouveau filtr\u00e9e avant d'\u00eatre m\u00e9lang\u00e9e \u00e0 de la vapeur pour former une boue d'alumine destin\u00e9e \u00e0 la production.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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