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 par un procédé d'électrolyse.

La mise au point du procédé a été faite au cours de la deuxième moitié du XIX^e siècle. Plusieurs procédés ont été élaborés : 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.

Le procédé Deville

Le procédé Deville Pechiney

Ce procédé a été inventé en 1860 par Henri Sainte-Claire Deville. Il a été breveté sous le nom de Louis Le Chatelier (brevet français n^o 37682, 11 août 1858) ^[1]. Il est souvent appelé « procédé Deville Pechiney ». 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 1 200°C un mélange de bauxite broyé avec du carbonate de sodium 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 composés restent sous forme solide. La quantité de soude utilisée dépend de la quantité de silice contenue 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 Grande-Bretagne et en Allemagne ce procédé a été utilisé jusqu’à la Seconde Guerre mondiale^[2].

Procédé Bayer

Le procédé

Procédé d’extraction de l’alumine Bayer

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 : trihydrate, Al₂O₃·(H₂O)₃ ;
• boehmite ou diaspore  : monohydrate, Al₂O₃·(H₂O).

La soude est une base forte qui fournit des ions hydroxyde  :

NaOH → Na⁺ + OH⁻.

À 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 AlO₂⁻ + 2 H₂O ;

Al₂O₃·(H₂O)₃ + 2 OH⁻ → 2 AlO₂⁻ + 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, formant un déchet toxique riche en oxyde de sodium: la boue rouge.

En refroidissant et en diluant la liqueur, la réaction est inversée. Il y a précipitation d’un hydrate d’alumine.

Le trihydrate d’alumine est calciné afin de produire de l’alumine :

.

La calcination permet donc au trihydrate d'alumine de perdre ses 3 molécules d'eau pour devenir de l'alumine.

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 problèmes.

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

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