ALUMINIUM

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Production de l'alumine

Divers procédés ont été utilisés, à plus ou moins grande échelle, pour extraire de la bauxite l'alumine pure nécessaire à la fabrication électrolytique de l'aluminium : procédés Deville-Pechiney, Péniakoff, Serpek, Pedersen et Haglund. Tous ont été détrônés par le procédé de Karl Joseph Bayer, appliqué dès 1893 en France à Gardanne et maintenant utilisé universellement.

Technologie du procédé Bayer

Le procédé Bayer met à profit les propriétés amphotères de l'alumine hydratée, qui entraînent des variations de solubilité de cette alumine dans les solutions de soude :

À chaud, la soude très concentrée dissout l'alumine de la bauxite, laissant les diverses impuretés insolubles ; par refroidissement et dilution de la solution d'aluminate, on précipite partiellement (Al2O3, 3 H2O). Les eaux de lavage entrent dans le circuit pour diluer les solutions concentrées, les solutions appauvries en alumine sont concentrées par évaporation et utilisées pour un nouveau cycle (fig. 1).

Procédé Bayer

Dessin : Procédé Bayer

Schéma du procédé Bayer pour attaque à la soude des bauxites bœhmitiques. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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La préparation de la bauxite commence par un concassage. Le séchage, inutile pour les bœhmites françaises, est pratiqué pour les gibbsites américaines et africaines ; il s'y ajoute une calcination entre 450 et 500 0C si les bauxites contiennent du diaspore. Le broyage, en une poudre de 0/0,3 mm, se fait généralement en milieu humide, au sein de la liqueur sodique d'attaque.

L'attaque de la bauxite par une solution de soude a lieu dans des autoclaves cylindriques en acier de plusieurs dizaines de mètres cubes, chauffés par injection de vapeur. Pour les bauxites à monohydrate, l'attaque se fait à 230 0C (pression 3,3 MPa) ; pour les bauxites à trihydrate, il suffit de 140 0C (pression 0,4 MPa).

L'alumine est transformée en aluminate soluble ; les oxydes de fer et de titane restent inattaqués ; la silice est transformée en silico-aluminate insoluble, ce qui crée une perte en alumine et en soude et explique la nécessité de n'utiliser que des bauxites pauvres en silice.

Après dilution, pour ramener la température à 100 0C, la suspension passe dans des décanteurs ; on ajoute un floculant, amidon ou fécule, facilitant la décantation du résidu insoluble qui constitue les « boues rouges ». Celles-ci sont lavées par plusieurs dilutions et décantations successives puis séparées.

La liqueur filtrée d'aluminate passe dans des décomposeurs, bacs en acier cylindroconiques de 1 200 m3 et plus, pourvus d'émulseurs à air comprimé ou d'agitateurs.

On dilue, puis on catalyse l'hydrolyse par addition d'une importante « amorce » d'alumine hydratée provenant d'une précipitation antérieure. Après 50 à 100 heures, une notable fraction de l'alumine est précipitée, sous forme de trihydrate cristallin, que l'on sépare et lave sur filtres rotatifs continus.

La liqueur filtrée est réchauffée par une batterie d'échangeurs ; des appareils à effets multiples évaporent toute l'eau qui a été rajoutée, afin de rétablir la concentration en soude nécessaire à l'attaque.

L'alumine devient anhydre entre 900 et 1 000 0C ; elle est alors sous forme γ et sous diverses formes de transition, hygroscopiques et attaquables par les acides ; vers 1 150 0C elle se transforme en alumine α (corindon) de densité 4, chimiquement inerte.

La calcination a lieu entre 1 200 et 1 300 0C dans des fours tournants. Une grande partie de l'alumine étant entraînée par les gaz de combustion, un dépoussiérage de ces gaz est effectué dans des multicyclones, puis dans des chambres de dépoussiérage électrostatique.

Le procédé Bayer appliqué aux bauxites européennes extrait en moyenne 86 p. 100 de l'alumine totale ; l'énergie totale nécessaire (vapeur, électricité, fuel et gaz) est de 11,704 à 12,54 GJ, et même moins, avec les perfectionnements récents, par tonne d'alumine. La faible consommation de soude dépend essentiellement de la teneur en silice de la bauxite. Elle est de l'ordre de 0,075 à 0,1 tonne par tonne d'alumine. Les boues rouges ne sont qu'un résidu encombrant, que l'on stocke, soit à terre, soit en l'éliminant dans des fonds sous-marins.

Divers procédés de traitement des bauxites siliceuses et des argiles ont été étudiés en raison de l'absence de bauxite dans certains pays et de la crainte de l'épuisement des ressources existantes dans d'autres ; aucun n'a dépassé le stade semi-industriel.

On connaît des « procédés alcalins » (procédé « chaux-soude » et procédé à l'aluminate de chaux) et des « procédés acides », dont le procédé à l'acide sulfureux, utilisé en Al [...]

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Aluminium primaire : production mondiale

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Aluminium : production en 2005

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Aluminium primaire : pays producteurs

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Friedrich Wöhler

Friedrich Wöhler
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Écrit par :

  • : ingénieur de l'Institut électrotechnique de Grenoble, directeur honoraire de la compagnie Pechiney
  • : ingénieur à l'École centrale de Lyon, chef de service à Cégédur Péchiney

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Pour citer l’article

Robert GADEAU, Robert GUILLOT, « ALUMINIUM », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 15 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/aluminium/