Extraction de l'alumine
L’extraction de l’alumine est un procédé chimique qui permet d’extraire l’oxyde d’aluminium appelé alumine contenu dans la bauxite. L’alumine est la principale matière première qui permettra la fabrication de l’aluminium métal.
La mise au point du procédé à été faite au cours de la deuxième moitié du XIXe siècle. Plusieurs procédés ont été mis au point : le procédé Deville, le procédé Peniakoff Sapeck, le procédé Petersen Haglund. C’est finalement le procédé inventé par Karl Josef Bayer qui sera universellement utilisé.
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Le procédé Deville
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Ce procédé a été inventé en 1859 par Henri Sainte-Claire Deville . Il a été breveté sous le nom de Louis Le Chatelier (brevet français n°37682, 11 août 1858) [1]. Il est souvent appelé procédé Deville Péchiney. Il est basé sur l'extraction de l'alumine contenu dans la bauxite par du carbonate de sodium. [2]
la première opération consiste à calciner à 1200 °C un mélange de bauxite broyé avec du carbonate de calcium et un peu de charbon. L'alumine se transforme en aluminate de sodium. L'oxyde de fer reste inchangé et la silice forme un silicate double. Par addition de soude (NaOH), il y a dissolution de l’aluminate de sodium alors que les autres composé reste sous forme solide. La quantité de soude utilisé dépends de quantité de silice contenu dans le minerai.
Par filtration, on sépare la liqueur d’aluminate de sodium des autres corps. On fait barboter du dioxyde de carbone gazeux dans la liqueur afin de précipiter de l’alumine hydratée et de reconstituer du carbonate de sodium. Ce dernier peut être réutilisé.
L’alumine hydraté est ensuite calciné pour obtenir de l’alumine.
Ce procédé a été largement utilisé en France dans l’usine de Salindres jusqu’en 1923. En Grand-Bretagne et en Allemagne ce procédé a été utilisé jusqu’à la deuxième guerre mondiale.[2]
Procédé Bayer
Le procédé
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Il a été mis au point par Karl Josef Bayer en 1887.
Il est basé sur la dissolution de l’alumine provenant de la bauxite par de la soude.
Dans la bauxite, l’alumine est présente sous forme d’hydrate :
- gibbsite : monohydrate, Al2O3(H2O)
- boehmite ou diaspore : tryhydrate, Al2O3(H2O)3
la soude est une base forte qui fournit des ions hydroxyde
- NaOH --> Na+ + OH-
A chaud, la soude dissout l’alumine alors que les impuretés (oxyde de fer, silice, oxydes divers), restent insolubles.
Les réactions de dissolution sont les suivantes :
- Al2O3(H2O) + 2 OH- ---> 2 AlO- + 2 H2O
- Al2O3(H2O)3 + 2 OH- ---> 2 AlO- + 4 H2O
Pour être efficace, la décomposition demande la présence d’hydrate d’aluminium fraîchement extrait. Une partie de l’hydrate d’alumine produit est réutilisée dans le processus de production.
Les impuretés sont séparées de la liqueur d’alumine par décantation et filtration.
En refroidissant et en diluant la liqueur, la réaction est inversée. Il y a précipitation d’un hydrate d’alumine.
L’hydrate d’alumine est calciné afin de produire de l’alumine :
- Al2O3(H2O)3 + chaleur ---> Al2O3 + H2O
Un procédé toujours utilisé
Le démarrage est difficile. Il ne deviendra réellement viable qu’en 1907. Le passage des travaux de laboratoire à la réalisation industrielle pose pas mal de problème.
En France, l’usine qui utilisera la première ce procédé est l’usine de Gardanne à partir de 1894. Karl Bayer viendra aider au démarrage de l’usine. Malgré sa présence, la production n’atteint pas les espérances [3]. Il faudra de nombreux perfectionnements avant d'obtenir les rendements espérés.
Le procédé Bayer détrônera les autres méthodes de production de l'alumine à partir de la bauxite. Il est toujours utilisé aujourd'hui.
Bibliographie
[1] Philippe Voisin in «Métallurgie extractive de l'aluminium», Techniques de l'ingénieur, traité matériaux métalliques, M2 340.
[2] G.A. Baudart in «Histoire française de l'alumine», Revue de l'aluminium, n°217, janvier 1955, page 35.
[3] Olivier Raveux in «Les débuts de l'alumine à Gardanne (1892-1899)», Cahiers d'histoire de l'aluminium, n°13, hiver 1993-1994, page 7.