Aperçu du processus de production d'aluminium

L'aluminium est présent dans une vaste gamme de produits, des canettes de soda aux composants automobiles. Pourtant, peu de gens savent de quoi il est fait ni comment il est fabriqué. Bien que l'aluminium soittrouvé en abondance dans la croûte terrestredans le minéral cryolite et la roche bauxite, vous ne le trouverez pas sous forme pure dans les produits du quotidien.

L'aluminium est composé d'autres éléments car ilne se produit pas naturellement sous forme pureIl doit subir des processus chimiques avant de pouvoir être transformé en produits standards comme du papier d’aluminium et des emballages alimentaires.

L'histoire de la production et de la fabrication de l'aluminium

La production d'aluminium a une longue histoire, remontant à l'Antiquité, lorsqu'un sel d'aluminium appelé alun était utilisé pour ses propriétés ignifuges dans les industries du cuir et du papier. Cependant, ce n'est qu'au XIXe siècle que l'aluminium tel que nous le connaissons aujourd'hui a été découvert.

En 1808, le chimiste anglais Humphry Davy émit l'hypothèse que l'aluminium pouvait être produit par réduction électrolytique de l'alumine ou de l'oxyde d'aluminium, mais il ne disposait pas de l'équipement nécessaire pour tester son idée. Ce n'est qu'en 1825 que Hans Christian Oersted créa un alliage d'aluminium basé sur les idées de Davy.

Le chimiste allemand Friedrich Woehler a poursuivi les travaux d'Oersted et a produit les premiers petits monticules d'aluminium fondu solidifié en 1845. Henri-Etienne Sainte-Claire Deville a ensuite utilisé des méthodes chimiques pour créer de l'aluminium industriel et l'a produit en France en 1856. Au départ, c'était un métal de luxe coûteux, similaire à l'argent et utilisé pour la fabrication de médailles.

Sous la direction de Napoléon III, la production d'aluminium en France a bénéficié d'un soutien important, ouvrant la voie à un avenir prometteur pour ce métal. Aujourd'hui, l'aluminium est largement utilisé dans diverses industries grâce à ses propriétés uniques, notamment sa légèreté et sa résistance à la corrosion.

Deux individus, Paul Heroult et Charles Hall, ont redéfini le procédé de fabrication de l'aluminium en 1886. L'ingénieur et l'étudiant ont constaté que la réduction de l'oxyde d'aluminium fondu dans la cryolite était efficace pour produire de l'aluminium à l'aide de l'énergie électrique. Le procédé Hall-Heroult est l'une des principales méthodes de production d'aluminium au XXIe siècle.

Une autre méthode de production d'aluminium a été découverte par Karl Josef Bayer en 1888. Le procédé Bayer consiste à chauffer de la bauxite et un mélange alcalin pour créer de l'aluminium.

Étapes de la production et de la fabrication de l'aluminium

En général, le processus de fabrication de l'aluminium comprend trois étapes : l'extraction de la bauxite, l'extraction de l'alumine et la transformation de l'alumine en aluminium. Dans ce guide, nous examinerons chaque étape du processus de production de l'aluminium, de la mine à la vente, pour vous montrer comment il est fabriqué.

Étape 1 : Le processus d'extraction de la bauxite

L'aluminium ne se trouve pas à l'état pur dans la nature et doit être extrait de la bauxite. La bauxite est une roche sédimentaire contenant des traces d'aluminium. Principale source mondiale d'aluminium, elle doit être raffinée pour produire de l'alumine. La plupart des pays possèdent de la bauxite en profondeur, mais elle est plus abondante dans les zones tropicales. Outre l'Afrique et l'Amérique du Sud, la Chine, l'Inde et l'Indonésie sont les principaux fournisseurs de bauxite. La bauxite est principalement utilisée dans l'industrie de l'aluminium, mais elle trouve également sa place dans les domaines des adhésifs, du ciment et de la chimie.

Exploitation minière de bauxite d'aluminium

Le procédé d'extraction de l'aluminium consiste à extraire le minerai de bauxite, à le raffiner pour produire de l'alumine, puis à fondre cette dernière pour en extraire de l'aluminium pur. L'aluminium extrait peut ensuite être utilisé pour fabriquer une large gamme de produits, des pièces d'avion aux canettes.

La bauxite est extraite par défrichage, creusement et enlèvement d'épaisses couches de minerai par dynamitage ou arrachement. L'extraction de la bauxite nécessite l'utilisation d'équipements lourds. Les mineurs utilisent généralement des machines comme des bulldozers, des racleurs, des chargeuses frontales et des excavatrices hydrauliques pour faciliter le creusement. Les zones riches en bauxite peuvent être restaurées une fois l'extraction de l'aluminium terminée.

Défricher le terrain et enlever la terre végétale

La bauxite se trouve généralement près de la surface et est extraite du sol par des techniques d'exploitation à ciel ouvert ou à ciel ouvert. Ces deux méthodes d'exploitation impliquent l'enlèvement du sol et des roches recouvrant la couche de bauxite.

L'exploitation minière commence par l'abattage des arbres et de la végétation. La terre végétale est ensuite extraite et stockée en vue de la restauration post-exploitation. Dans la plupart des zones forestières où se déroule l'extraction de bauxite, le sol retrouve son écosystème d'origine. Ce retour est rendu possible grâce à des pratiques de réhabilitation minière qui incluent le nivellement du terrain et le remplacement de la terre végétale déplacée.

Les mineurs doivent veiller à ce que le cycle de production de l'aluminium n'interfère pas avec la vie animale et végétale des sites miniers. Par conséquent, les boues rouges sont retirées des zones minières afin de prévenir toute pollution nocive pour l'environnement.

Casser, charger et transporter

Une fois que les mineurs atteignent la couche de bauxite, ils peuvent recourir à des méthodes de forage ou de dynamitage pour la briser en morceaux. Les morceaux de bauxite sont ensuite généralement chargés dans un camion ou un autre véhicule et transportés vers une usine pour y être concassés et triés.

La bauxite-aluminium peut être transportée dans des conteneurs maritimes par camion, train ou bateau. Vous trouverez ci-dessous une description détaillée des différents modes de transport de la bauxite.

• Camion:L'aluminium peut être transporté dans des camions ou des remorques conçus pour le transport de marchandises lourdes. Il s'agit d'une méthode courante pour le transport d'aluminium sur de courtes distances au sein d'une région ou d'un pays.
• Rail:Le transport ferroviaire est une option économique et écologique pour le transport longue distance de l'aluminium. Il est souvent utilisé pour transporter l'aluminium à l'intérieur d'un pays ou entre pays voisins.
• Bateau:Pour les grandes quantités d'aluminium, des vraquiers spécialisés peuvent être utilisés. Ces navires sont conçus pour transporter des marchandises sèches en vrac, notamment de l'aluminium, et sont dotés de grandes écoutilles qui s'ouvrent pour charger et décharger la cargaison.

Certaines formes de bauxite nécessitent que les mineurs nettoient et sèchent les matériaux avant de les expédier vers les raffineries. Dans ce cas, l'argile est extraite de la bauxite et les matériaux sont placés dans des fours. La plupart des raffineries d'alumine sont situées à proximité des mines afin de simplifier le transport.

Bien que la bauxite ait diverses applications, environ85 pour cent de la production de bauxiteest utilisé pour fabriquer de l'alumine. La demande croissante en produits d'aluminium de qualité s'accompagne d'une augmentation du besoin d'extraction de bauxite. On estime que les réserves actuelles de bauxite dureront des siècles.

Étape 2 : Transformation de la bauxite en alumine grâce au procédé Bayer

La deuxième étape de la production d'aluminium est le raffinage de l'alumine. Pour séparer l'alumine de la bauxite, la roche sédimentaire est exposée à de la soude caustique à des températures extrêmes. L'alumine peut être extraite de la bauxite, mais le procédé nécessite l'utilisation de cuves de précipitation dans une usine de raffinage.

Qu'est-ce que l'alumine ?

L'alumine est le nom donné à l'oxyde d'aluminium, quiest une poudre blanche et inodoreL'alumine est utilisée dans de nombreux secteurs industriels. Elle est notamment utilisée dans la fabrication de peintures métallisées et d'isolants pour bougies d'allumage.

Les professionnels utilisent l'alumine comme matière première pour la production d'aluminium. Composé chimique d'aluminium et d'oxygène, l'alumine présente une forte ressemblance physique avec le sel de table. Son point d'ébullition est de 2980 °C et son point de fusion de 2040 °C.

Comment l'alumine est-elle raffinée ?

Le raffinage de l'alumine consiste à extraire l'alumine de la bauxite selon une méthode appelée procédé Bayer. La plupart des raffineries du monde utilisent encore ce procédé.qui a été inventé en 1887, pour produire de l'alumine. Detoutes les deux livres d'alumine, vous pouvez créer une livre d'aluminium.

Le procédé Bayer consiste à dissoudre la bauxite avec de la soude caustique. Une filtration est nécessaire pour éliminer les impuretés. Les professionnels transfèrent le mélange d'alumine vers des précipitateurs pour le refroidir, puis combinent des germes d'hydroxyde d'aluminium pour favoriser la formation de cristaux d'hydroxyde d'aluminium. Une fois solidifié et déposé au fond du réservoir, l'hydroxyde d'aluminium peut être extrait. L'hydroxyde d'aluminium doit être lavé et chauffé pour éliminer l'eau.

À la fin du processus de raffinage, l’alumine se présente sous la forme d’une délicate poudre blanche.

Le procédé Bayer expliqué

Le procédé Bayer a été inventé par le chimiste autrichien Karl Josef Bayer. Lorsque les chimistes ont découvert qu'ils pouvaient combiner le procédé Bayer avec le procédé électrolytique Hall-Héroult, les deux méthodes ont gagné en popularité dans le monde de la production d'aluminium. Le procédé Bayer comprend les étapes suivantes :

1. La bauxite est concassée, lavée et séchée.
2. Ensuite, une solution d’hydroxyde de sodium chauffée est utilisée pour dissoudre la bauxite.
3. Le mélange subit un processus de filtration pour éliminer les impuretés appelées « boues rouges ».
4. La solution contenant des oxydes d’aluminium est transférée dans un réservoir appelé précipitateur.
5. Dans le réservoir du précipitateur, la solution refroidit et de petites particules d'hydroxyde d'aluminium sont ajoutées pour stimuler la croissance de cristaux solides d'hydroxyde d'aluminium.
6. Les cristaux d’hydroxyde d’aluminium se déposent au fond du réservoir du précipitateur et sont éliminés.
7. L'hydroxyde d'aluminium est ensuite lavé pour éliminer les résidus, puis chauffé pour éliminer l'excès d'eau.

Le procédé Bayer produit de l’alumine, dont l’apparence ressemble au sucre.

Étape 3 : De l'alumine à l'aluminium avec le procédé Hall-Heroult

Une fois l'alumine formée, elle doit subir un procédé de fusion, appelé procédé Hall-Héroult, pour produire de l'aluminium pur. Ce procédé consiste à extraire l'aluminium par chauffage et fusion.

Charles Hall et Paul Heroult ont inventé simultanément et indépendammentle procédé Hall-Héroult en 1886Le procédé est encore utilisé aujourd’hui pour fabriquer de l’aluminium.

Le procédé Hall-Héroult est utilisé pour produirela plupart des aluminiums commerciaux. Il se compose deles étapes suivantes:

1. Dans un pot recouvert de carbone, l’alumine est dissoute dans un bain de cryolite fondue.
2. Des anodes de carbone, qui servent à conduire l’électricité, sont placées dans les pots.
3. Un courant électrique traverse les anodes et le mélange alumine-cryolite.
4. L’électricité maintient le mélange extrêmement chaud et permet à l’alumine de se séparer en aluminium et en oxygène.
5. L'aluminium fondu est siphonné des pots et transféré vers une fonderie pour être transformé en blocs, appelés lingots, dalles ou autres formes.

En rapport:Le processus de fusion de l'aluminium expliqué

Étape 4 : L'aluminium est transformé en produits finis

Une fois moulé, l'aluminium est distribué aux fabricants qui le transforment en produits de consommation. Un fabricant crée de nouveaux produits en aluminium en les refondant et en y ajoutant des alliages ou d'autres matériaux. L'aluminium pur ne présente pas une grande résistance à la traction. C'est pourquoi il est souvent utilisé.allié avec de petites quantités de matériaux différents, comme le cuivre, le fer ou le titane, pour le rendre plus résistant ou lui conférer d'autres propriétés. Les fabricants refondent ensuite le mélange pour lui donner la forme souhaitée.

Méthodes courantes de fabrication de l'aluminium

De nombreux fabricants commandent de grandes plaques d'aluminium. Ils les laminent en fines feuilles destinées à la fabrication de feuilles d'aluminium, de canettes et de panneaux automobiles. L'aluminium est un excellent matériau pour la production de canettes de boissons et de produits alimentaires, par exemple. En effet,les canettes en aluminium sont recyclables à l'infini, léger, facile à refroidir, suffisamment lisse pour imprimer des étiquettes et bon pour conserver le produit à l'intérieur.

Le terme « fabrication de l'aluminium » désigne le processus de fabrication de l'aluminium pour obtenir une nouvelle forme ou un nouveau produit. Voici quelques-unes des techniques de fabrication les plus courantes.

Extrusions d'aluminium

Les techniques d'extrusion consistent à guider une pièce d'aluminium à travers ou autour d'une matrice pour remodeler le métal. Selon le produit fabriqué, il est possible de réaliser des opérations d'extrusion.méthodes d'extrusion de l'aluminiumoù l'aluminium est chauffé ou à température ambiante.

moulage d'aluminium

Les professionnels utilisent des pièces moulées en aluminium pour créer des produits à partir de moules. Avec ces méthodes, l'aluminium est chauffé jusqu'à ce qu'il se liquéfie. Le métal liquide est ensuite coulé dans une matrice ou un moule où il refroidit et durcit pour prendre la forme et la taille de la pièce moulée.

Les pièces moulées en aluminium sont généralement créées à l'aide d'alliages 4xxx et 5xxx en raison de leur excellente résistance à l'usure.

Forgeage de l'aluminium

Le forgeage nécessite que les fabricants compriment l'aluminium pour lui donner la forme souhaitée en martelant ou en battant des feuilles. Le forgeage de l'aluminium est nécessaire lorsque des composants ou des produits doivent être exceptionnellement durables. Par exemple, les pièces automobiles peuvent être soumises à des techniques de forgeage pour améliorer la résistance aux contraintes des matériaux.

Formage et laminage de l'aluminium

L'aluminium est flexible et tendre. Certains alliages, comme l'aluminium 3003, qui contient du manganèse, peuvent être laminés en feuilles ou en plaques. Les fabricants peuvent créer de grandes sections d'aluminium pour l'assemblage de véhicules, d'avions, de wagons et d'autres technologies.

Dessin en aluminium

Les décideurs des secteurs de l'électricité et de la construction s'appuient sur des méthodes de fabrication par étirage de l'aluminium pour étirer le métal à travers les matrices. L'étirage de l'aluminium permet aux ouvriers d'étirer le métal pour en faire des câbles ou des bidons destinés au stockage de liquides comme la peinture.

Usinage de l'aluminium

Certains travaux de fabrication nécessitent la découpe de tôles. L'usinage désigne le processus consistant à modifier la forme et la taille d'un produit métallique en retirant des sections.

L'aluminium change de forme lorsqu'il est exposé à la chaleur, il est donc essentiel d'utiliser des équipements, des outils et des lubrifiants spécialisés pour sculpter des pièces et des produits en aluminium.

Découpe au jet d'eau

Plutôt que d'utiliser la chaleur, les fabricants peuvent projeter de l'eau à haute pression sur les surfaces en aluminium. La découpe au jet d'eau permet de modifier la forme du métal sans altérer ses propriétés d'origine, contrairement à la chaleur.

Soudage de l'aluminium

Les fabricants de métaux peuvent assembler deux pièces d'aluminium par soudage MIG (métallurgie des gaz inertes) ou TIG (tungstène inerte gazeux). Il est également possible d'assembler des surfaces métalliques en chauffant un fil d'aluminium.

Industries qui dépendent de l'aluminium

Bien que l'aluminium soit utilisé dans la fabrication d'une large gamme de produits, le marché mondial de l'aluminiumse compose de plusieurs industries.

• Conditionnement:L'aluminium a été utilisé comme une forme denourriture et boissonsconditionnementdepuis le début des années 1900. Vous trouverez du papier aluminium recouvrant tout, des bonbons aux plats surgelés. La demandeemballage en aluminiumcontinue de croître pour répondre à l’augmentation de la consommation d’aliments transformés dans les pays en développement.
• Automobile:Alors que les constructeurs automobiles cherchent à remplacer l'acier par l'aluminium, qui est beaucoup plus léger et peut augmenter le rendement énergétique, cela répond à un besoinrôle essentiel dans l'industrie automobile.
• Construction:L'aluminium est utilisé dans la construction comme matériau de construction économe en énergie et durable. La Chine affiche la plus forte demande enl'aluminium comme matériau de constructionEn Amérique, vous trouverez couramment de l’aluminium utilisé dans les fenêtres et les portes.
• Aérospatial:L'aluminium est utilisé dans le développement de la technologie aérospatiale depuisles frères Wright ont utilisé du métaldans la construction du moteur de leur premier biplan. Depuis, il a été utilisé pour la construction d'avions et de vaisseaux spatiaux. Les alliages d'aluminium sont appréciés pour leur légèreté et leur stabilité mécanique, ce qui en fait des matériaux idéaux pour les aéronefs. Le vaisseau spatial Orion de la NASA est construit avec un alliage aluminium-lithium.
• Électrique:L'aluminium a été utilisé danscâblage électriqueDepuis le début du XXe siècle, après la Seconde Guerre mondiale, le câblage en aluminium a rapidement gagné en popularité et a commencé à remplacer le cuivre. Il est désormais le choix privilégié pour la conduction de l'électricité.
• Appareils électroménagers :L'aluminium peut être trouvé dansarticles ménagersDes machines à laver aux smartphones, ils permettent de profiter de nombreux équipements modernes. Par exemple, l'aluminium est utilisé pour fabriquer un boîtier de téléviseur léger, permettant aux consommateurs de fixer leur téléviseur au mur.

L'aluminium est le métal le plus utilisé et le plus distribué au monde. Il existe aussi depuis bien plus longtemps qu'on ne le pense. Par exemple, unornement composé à 85 pour cent d'aluminiuma été découvert dans la tombe d'un chef militaire chinois du IIIe siècle. Personne ne sait comment cet ornement a été fabriqué.

Aujourd'hui, presque tout le monde aux États-Unis utilise de l'aluminium au quotidien, qu'il en soit conscient ou non. Il est apprécié pour sa malléabilité, son bas point de fusion et sa résistance à la corrosion.

Étape 5 : Recyclage de l'aluminium

L'aluminium étant 100 % recyclable, son processus de fabrication ne s'arrête pas une fois arrivé chez le consommateur. De nombreux produits en aluminium recyclables subissent un processus de production secondaire. Cette dernière consiste à transformer les déchets en aluminium, lequel peut être réutilisé dans la fabrication d'un autre produit.

HARBOR estime que53 pour cent de l'approvisionnement en aluminiumEn Amérique du Nord, l'aluminium provient de la production secondaire. Plus de 90 % de l'aluminium utilisé dans les secteurs de l'automobile et de la construction est recyclé.

Les canettes en aluminium, en particulier, sont lesla plupart des contenants de boissons recyclésAux États-Unis, plus de 56 milliards de canettes ont été recyclées en 2018. Si chacun recyclait chaque canette en aluminium utilisée, cela permettrait d'économiser suffisamment d'énergie pour alimenter plus de quatre millions de foyers pendant une année entière.