Tout ce qu’il faut savoir sur la bauxite et l’aluminium

L’aluminium est partout autour de nous, des objets du quotidien comme une canette de soda aux avions qui volent au-dessus de nos têtes. L’aluminium est l’un des matériaux les plus utiles que l’homme connaisse. Il peut être allié (mélangé) avec presque n’importe quel autre métal pour créer des matériaux aux propriétés utiles. Les métaux alliés à l’aluminium sont tous très solides mais légers et résistants à la rouille.

Après l’oxygène et le silicium, l’aluminium est le troisième élément le plus abondant de la croûte terrestre (8,2 %) et de loin le métal le plus abondant. Contrairement aux métaux tels que le cuivre, l’or, le plomb, le fer et le zinc, utilisés par l’homme depuis des milliers d’années, l’aluminium n’est utilisé couramment que depuis un peu plus de 100 ans. En effet, l’aluminium ne se trouve jamais à l’état pur dans la nature. Ainsi, bien que l’homme ait connu les composés d’aluminium, il n’a découvert comment extraire l’aluminium métallique qu’à la fin des années 1800.

L’aluminium peut être extrait (de manière non rentable) de certaines argiles, mais le minerai d’aluminium le plus courant est un matériau appelé bauxite. Le minerai d’aluminium doit d’abord être extrait, puis la bauxite est raffinée en alumine (oxyde d’aluminium). De grandes quantités d’électricité sont utilisées pour fondre l’alumine en aluminium métallique.

Propriétés

L’aluminium est un métal argenté que l’on ne trouve jamais seul dans la nature. Il est très léger (environ un tiers du poids du cuivre) mais solide ; certains alliages sont même plus résistants que l’acier. L’aluminium est à la fois malléable (il peut être pressé pour lui donner une forme) et ductile (il peut être battu et étiré pour en faire un fil). L’aluminium est un très bon conducteur de chaleur et d’électricité. Il est également très résistant à la rouille et n’est pas toxique. L’aluminium peut être allié à presque tous les autres métaux. L’aluminium est inflammable, non magnétique et ne produit pas d’étincelles. Ces propriétés en ont fait un métal important dans le monde moderne. L’aluminium étant un métal très réactif, on pourrait penser qu’il rouillerait beaucoup et serait donc inutile. Cependant, l’aluminium pur réagit très rapidement avec l’air ou l’eau pour former une fine couche d’oxyde d’aluminium presque invisible à sa surface, qui agit alors comme un revêtement protecteur empêchant toute nouvelle « rouille ».

Les usages

L’aluminium est obtenu à partir d’alumine raffinée à partir de minerai de bauxite. Ces trois produits ont de nombreuses utilisations.

Plus de 90 % de la production mondiale de bauxite sert à la fabrication d’alumine, les 10 % restants étant principalement utilisés par les industries des abrasifs, des réfractaires et de la chimie. La bauxite est également utilisée dans la production de ciment à haute teneur en alumine, comme absorbant ou catalyseur par l’industrie pétrolière, dans les revêtements des baguettes de soudage et comme fondant dans la fabrication de l’acier et des ferroalliages.

L’alumine est principalement utilisée comme matière première pour les fonderies d’aluminium, mais elle est également utilisée à d’autres fins industrielles. Elle est utilisée dans le verre, la porcelaine et dans les peintures métalliques, comme celles pulvérisées sur les voitures. Elle est également utilisée dans la production d’isolateurs de bougies d’allumage, comme composant de carburant pour les propulseurs à poudre, comme charge pour les plastiques, comme abrasif (elle est moins chère que le diamant industriel) et dans les raffineries de métaux où elle est utilisée pour convertir les gaz résiduaires toxiques de sulfure d’hydrogène en soufre élémentaire.

L’alumine présente à l’état cristallin naturel est appelée corindon minéral. Parfois, les cristaux de corindon sont contaminés par des traces de chrome, de fer, de titane, de cuivre ou de magnésium. On appelle ces cristaux rubis et saphirs.

Après le fer et l’acier, l’aluminium est le métal le plus utilisé sur Terre. Il est souvent allié au cuivre, au zinc, au magnésium, au manganèse ou au silicium et l’ajout de petites quantités de zirconium, d’hafnium ou de scandium à ces alliages améliore considérablement leur résistance. L’aluminium lui-même a de nombreuses utilisations, de la construction aéronautique spécialisée aux objets du quotidien comme les couteaux et les fourchettes. Certaines de ces utilisations sont répertoriées dans le tableau ci-dessous.

Histoire

• Vers 5300 av. J.-C. : Les Perses fabriquaient des pots très résistants à partir d’argile contenant de l’oxyde d’aluminium.
• Vers 2000 avant J.-C. : Les anciens Égyptiens et Babyloniens utilisaient le sulfate d’aluminium et de potassium KAl(SO4)2 comme médicament pour réduire les saignements. Il provenait de gisements naturels en Grèce et en Turquie. Les anciens Romains appelaient ce composé médical « alun », d’où proviennent le mot et le symbole actuels. Il est encore utilisé aujourd’hui pour arrêter les saignements.
• Moyen-âge : La plupart de l’alun provenait du territoire papal de Tolfa, mais son prix a chuté de façon spectaculaire lorsqu’un important gisement de schiste aluneux a été découvert dans le Yorkshire au début des années 1600. Au cours des siècles suivants, l’alun a été utilisé dans deux domaines principaux : comme conservateur pour le papier et comme agent de fixation pour la teinture des tissus.
• 1808 : L’Anglais Sir Humphry Davy tente d’extraire l’aluminium par électrolyse. Il échoue mais parvient à établir son existence et à lui donner son nom.
• 1821 : le géologue français Pierre Berthier découvre un matériau riche en aluminium près du village des Baux en Provence, en France. Il est baptisé bauxite en hommage au village.
• 1825 : Hans Christian Oersted au Danemark produit de l’aluminium impur en chauffant du chlorure d’aluminium avec de l’amalgame de potassium.
• 1827 : Le chimiste allemand Friedrich Wöhler extrait l’aluminium sous forme de poudre en faisant réagir du potassium avec du chlorure d’aluminium anhydre, améliorant ainsi le procédé d’Oersted.
• 1855 : Le chimiste français Henri Saint-Claire Deville réussit à obtenir une barre solide d’aluminium en utilisant du sodium au lieu du potassium, plus cher. La barre d’aluminium était considérée comme si précieuse qu’elle fut exposée la même année aux côtés des joyaux de la couronne française.
• 1886 : Deux scientifiques de deux continents différents (Charles Hall en Amérique et Paul Heroult en France) découvrent indépendamment une méthode économique de production d’aluminium par électrolyse dans de la cryolite fondue (fluorure de sodium et d’aluminium). D’ailleurs, tous deux sont nés en 1864 et tous deux sont morts en 1914.
• 1887 : Le chimiste autrichien Karl Josef Bayer travaillant en Russie développe une méthode d’extraction de l’alumine de la bauxite.
• 1888 : Hall fonde la Pittsburgh Reduction Company (connue sous le nom d’Alcoa depuis 1907).
• 1890 : Les découvertes de Hall-Heroult et de Bayer ont fait chuter le prix de l’aluminium de 80 %. En 1888, l’aluminium coûtait 4,86 ​​$ US la livre. En 1893, il valait 0,78 $ US la livre et à la fin des années 1930, il ne coûtait que 0,20 $ US la livre et avait plus de 2000 utilisations.
• 1900 : Seulement 8 000 tonnes d’aluminium ont été produites, mais 100 ans plus tard, 24,5 millions de tonnes ont été produites et en 2016, on estime que 57,6 millions de tonnes ont été produites.
• 1911 : Le chimiste allemand Alfred Wilm met au point d’importants alliages d’aluminium suffisamment solides pour la fabrication d’objets tels que des avions. La demande en aluminium est importante pendant la Seconde Guerre mondiale et la guerre de Corée, car les avions étaient auparavant fabriqués en bois et en tissu.
• 1922 : Fabrication du papier d’aluminium.

La bauxite

La bauxite est le minerai d’aluminium le plus courant. Elle se présente sous la forme d’une couche altérée, appelée latérite ou croûte dure, recouvrant diverses roches contenant de l’alumine. Elle se forme lorsque de grandes quantités de pluie lessivent les éléments les plus mobiles de la roche hôte, laissant derrière elles l’aluminium relativement immobile ainsi qu’un peu de silicium, de fer et de titane. En raison de la façon dont elle se forme, les gisements de bauxite peuvent être très étendus et se trouvent sur presque tous les continents.

La bauxite est un produit naturel de l’érosion et se présente sous la forme d’une croûte blanche à grise à brun orangé rougeâtre à la surface de la Terre ou à proximité de celle-ci dans les régions qui ont connu ou ont connu de fortes précipitations. La bauxite est généralement classée en fonction de son application commerciale prévue, par exemple, métallurgique, cimentaire, fertilisante, abrasive, chimique ou réfractaire. La grande majorité de la bauxite extraite dans le monde est classée comme métallurgique et est convertie en alumine (Al2O3 ) pour la production d’aluminium métallique.

Certaines argiles et autres matériaux peuvent également être utilisés pour produire de l’alumine, mais la bauxite est la principale matière première.

Les principaux minéraux d’aluminium présents dans la bauxite sont la gibbsite [Al(OH) 3 , également écrite Al2O3.H2O en notation des oxydes ], la boehmite [AlO(OH), écrite Al2O3.H2O en notation des oxydes] et la diaspore, qui est un polymorphe (forme alternative) de la boehmite mais qui est plus dense et plus dure. L’alumine pure (Al2O3 ) contient 52,9 % d’aluminium et 47,1 % d’oxygène. La bauxite peut être très dure ou aussi molle que de la boue et se présenter sous forme de terre compactée (à la fois friable et re-cimentée), de petites boules (pisolites) ou de matériaux creux ressemblant à des brindilles (tubules). Ses couleurs peuvent être chamois, rose, jaune, rouge ou blanc, ou toute combinaison de ces couleurs. L’aluminium est également présent dans de nombreuses pierres précieuses telles que la turquoise, le rubis, le saphir, l’émeraude, la topaze, le jade et les aigues-marines.

Le minerai de bauxite contient des niveaux suffisamment élevés d’oxydes d’aluminium et des niveaux suffisamment faibles d’oxyde de fer (Fe2O3 ) et de silice (SiO2 ) pour pouvoir être exploité de manière économique. La quantité de silice réactive est particulièrement importante car cette forme de silice consomme la soude caustique nécessaire à la fabrication de l’alumine, une silice peu réactive est donc souhaitable. D’autres sources potentielles d’aluminium comprennent une variété de roches et de minéraux tels que le schiste et l’ardoise alumineux, la roche phosphatée d’aluminium et les argiles à haute teneur en alumine.

Les plus grandes ressources de bauxite économiquement exploitables se trouvent en Guinée, en Australie, au Brésil, au Vietnam et en Jamaïque. La Chine est le plus grand consommateur mondial d’aluminium et, malgré une forte production nationale, elle importe de grandes quantités d’alumine et de bauxite brute, représentant plus de 40 % de la consommation mondiale. Les autres grands marchés de l’aluminium sont les États-Unis d’Amérique, le Japon et l’Europe, mais ces régions possèdent peu de gisements de bauxite rentables et dépendent également des importations de bauxite et d’alumine pour leurs raffineries d’alumine et leurs fonderies d’aluminium.

Les principaux pays producteurs de bauxite au monde