Aluminium : fabrication et transformation
L’aluminium est le troisième élément le plus abondant de la croûte terrestre après l’oxygène et le silicium. Bien qu’il soit très fréquent, il ne se trouve jamais sous sa forme pure. Ce matériau ne peut donc pas simplement être extrait de la nature, mais doit être produit au moyen d’un procédé complexe.
Quelle matière première se cache derrière l’aluminium ? Quels procédés doivent être réalisés pour obtenir finalement de l’aluminium pur ?
La base : la bauxite
Dans la nature, l’aluminium ne se trouve que dans des composés d’aluminium. La plus forte concentration d’aluminium se trouve dans ce que l’on appelle les bauxites. Il s’agit de produits d’altération de roches calcaires et silicatées.
Dans la bauxite, la proportion d’oxydes d’aluminium dépasse souvent 50 %. C’est la matière première de la production d’aluminium. Les plus grandes zones d’extraction se trouvent en Australie, en Chine, en Guinée, au Brésil et en Inde.
Dans ces lieux, la matière première contient la plus grande quantité d’alumine, c’est-à-dire d’oxyde d’aluminium pur. L’alumine est généralement obtenue directement sur le site d’extraction de la bauxite. Cela permet d’économiser des coûts de transport. Mais comment cela fonctionne-t-il ?
La transformation : l’alumine
Grâce au procédé Bayer, inventé en 1887 et nommé d’après Karl Bayer, l’oxyde d’aluminium pur est extrait de la bauxite. On l’appelle également alumine.
La bauxite est finement broyée en grandes quantités. Elle est ensuite placée dans un grand récipient et mélangée à de la soude caustique chauffée. Il s’agit d’une solution de soude caustique et d’eau qui dissout l’oxyde d’aluminium contenu dans la bauxite.
La boue d’aluminium désigne le mélange liquide composé de soude caustique et d’oxyde d’aluminium dissous. Les boues rouges sont les composants non dissous de la bauxite.
À l’aide de filtres, la boue d’aluminium est séparée des boues rouges. Ces dernières sont éliminées. La boue d’aluminium est refroidie et pompée dans des silos. De petits cristaux blancs se forment dans le liquide et tombent au fond.
Ces cristaux sont transférés dans un autre silo, où ils peuvent continuer à croître. À une température d’environ 1000 °C, les cristaux sont transformés dans un four en alumine, c’est-à-dire en oxyde d’aluminium pur. Il en résulte une fine poudre blanche.
L’obtention : le processus d’électrolyse
L’alumine passe ensuite dans les fours de fusion primaires. Les fonderies d’aluminium se trouvent souvent sur des sites où une énergie peu coûteuse et relativement propre peut être produite.
Le procédé Hall-Héroult permet de produire de l’aluminium pur à partir de l’alumine. Le procédé porte le nom de deux chercheurs qui ont inventé cette méthode indépendamment l’un de l’autre en 1886.
L’alumine se compose d’aluminium et d’oxygène. Dans le procédé Hall-Héroult, ces deux composants sont séparés dans le cadre de l’électrolyse ignée. Pour cela, l’alumine est placée dans une cuve de réduction.
Dans cette cuve se trouve le sel fluoré cryolithe, chauffé à environ 1000 °C. L’intérieur de la cuve est souvent recouvert de graphite. Une tension électrique est générée entre les blocs d’anode en carbone et le graphite.
Cette tension est certes faible, environ 4 à 5 volts, mais elle présente une intensité de courant extrêmement élevée, de 220 000 à 340 000 ampères. Le courant électrique sépare l’oxygène de l’aluminium.
L’oxygène se lie au carbone des blocs d’anode et est évacué sous forme de CO₂. L’aluminium pur coule au fond et est évacué à l’état liquide. L’aluminium liquide est ensuite coulé dans des moules et peut être transformé pour différents usages.
Le matériau : l’aluminium
L’extraction de la bauxite, la transformation en alumine et le processus d’électrolyse montrent à quel point la fabrication de l’aluminium est complexe. Tout d’abord, de l’oxyde d’aluminium pur est extrait de la matière première bauxite. Ensuite, l’oxyde est dissous dans de la cryolithe fondue et transformé en aluminium par électrolyse ignée.
Le produit final, l’aluminium pur, possède de nombreuses propriétés utiles. Il rend le matériau polyvalent, facile à transformer et très recyclable. Le recyclage de l’aluminium ne nécessite qu’environ cinq pour cent de l’énergie requise pour produire de l’aluminium primaire.
Étapes importantes de la fabrication de l’aluminium
- Extraction de la bauxite : obtention de la matière première contenant de l’aluminium.
- Procédé Bayer : transformation de la bauxite en alumine ou oxyde d’aluminium.
- Électrolyse ignée : séparation de l’aluminium et de l’oxygène dans le procédé Hall-Héroult.
- Coulée : l’aluminium liquide est coulé dans des moules.
- Transformation ultérieure : l’aluminium peut être transformé en tôles, plaques, profilés, tubes ou composants.
- Recyclage : l’aluminium peut être réutilisé de manière économe en énergie.
Conclusion
L’aluminium est un matériau techniquement exigeant avec une chaîne de production complexe. De la bauxite à l’alumine, puis à l’électrolyse, plusieurs étapes de processus sont nécessaires avant d’obtenir de l’aluminium pur.
C’est précisément cette combinaison de faible poids, de bonne transformabilité, de résistance à la corrosion et de grande recyclabilité qui fait de l’aluminium l’un des matériaux les plus importants pour l’industrie, la construction, la construction mécanique, la construction automobile et de nombreuses autres applications.
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Questions fréquentes sur la fabrication de l’aluminium
À partir de quoi l’aluminium est-il fabriqué ?
L’aluminium est principalement fabriqué à partir de bauxite. À partir de cette matière première, on obtient d’abord de l’alumine ou oxyde d’aluminium. Ensuite, l’aluminium pur est produit par électrolyse.
Qu’est-ce que la bauxite ?
La bauxite est une roche contenant de l’aluminium et la matière première la plus importante pour la production d’aluminium. Elle contient souvent une forte proportion d’oxydes d’aluminium.
Qu’est-ce que le procédé Bayer ?
Dans le procédé Bayer, de l’alumine pure ou oxyde d’aluminium est obtenue à partir de la bauxite. Pour cela, la bauxite broyée est traitée avec de la soude caustique chauffée, puis filtrée, refroidie et transformée davantage.
Comment l’aluminium pur est-il produit ?
L’aluminium pur est produit par le procédé Hall-Héroult. L’oxyde d’aluminium est dissous dans de la cryolithe fondue puis séparé en aluminium et oxygène par électrolyse ignée.
Pourquoi l’aluminium est-il facile à recycler ?
L’aluminium se recycle très bien. Le recyclage ne nécessite qu’environ cinq pour cent de l’énergie nécessaire à la production d’aluminium primaire.
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