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L’'''extraction de l’alumine''' est un [[procédé chimique]] qui permet d’[[extraction|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 [[Réduction électrolytique de l'aluminium|procédé d'électrolyse]].

La mise au point du procédé a été faite au cours de la deuxième moitié du {{XIXe siècle}}. Plusieurs procédés ont été élaborés : le procédé [[Henri Sainte-Claire Deville|Deville]], le procédé Peniakoff Sapeck, le procédé Petersen Haglund. C’est finalement le procédé inventé par [[Karl Josef Bayer]] qui sera universellement utilisé. Le [[#Le procédé Orbite|procédé Orbite]] semble offrir une alternative moins polluante au procédé Bayer, mais doit faire ses preuves dans l'industrie.

== Le procédé Deville ==

[[image:Procede Deville.png|thumb|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°|37682}}, {{date-|11 août 1858}})<ref>Philippe Voisin ''in'' « Métallurgie extractive de l'aluminium », ''Techniques de l'ingénieur'', traité matériaux métalliques, M2 340.</ref>. 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]]<ref name="Histoire française de l'alumine">G. A. Baudart ''in'' « Histoire française de l'alumin », ''Revue de l'aluminium'', {{n°|217}}, janvier 1955, page&nbsp;35.</ref>.

La première opération consiste à calciner à {{tmp|1200|°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 [[Hydroxyde de sodium|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 hydratée est ensuite calcinée 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]]<ref name="Histoire française de l'alumine"/>.

== Procédé Bayer ==

=== Le procédé ===

[[image:Procede Bayer.png|thumb|Procédé d’extraction de l’alumine Bayer]]

Il a été mis au point par [[Karl Josef Bayer]] en [[1887]] afin d'extraire l'alumine provenant de la bauxite. Le procédé est basé sur (i) la dissolution à chaud de l'alumine contenue dans la bauxite à l'aide de soude, (ii) l'élimination des impuretés par [[décantation]], (iii) la re-précipitation d'un hydrate d'alumine purifié lors du refroidissement, (iv) l'obtention de l'alumine après calcination<ref name="britannica">{{Lien web |langue=en |titre=Bayer process |auteur=[[Encyclopædia Britannica]] |site=[[Encyclopædia Britannica]] |url=https://www.britannica.com/technology/aluminum-processing/Ores#ref623402 |consulté le=13 novembre 2021}}</ref>.

Dans la [[bauxite]], l’alumine ({{Formule chimique|Al|2|O|3}}) est présente sous forme de monohydrate {{Formule chimique|Al|2|O|3|·(H|2|O)}} dans la [[boehmite]] ou le [[diaspore (minéral)|diaspore]], et de trihydrate {{Formule chimique|Al|2|O|3|·(H|2|O)|3}} dans la [[gibbsite]]. À 150-200 °C, l'alumine de ces minéraux est dissoute par les ions hydroxyde [[Base (chimie)|basiques]] de la [[hydroxyde de sodium|soude]] selon l'équation suivante<ref name="WOC">{{Lien web |langue=en |titre=Manufacturing of alumina through Bayer process |site=www.worldofchemicals.com |url=https://www.worldofchemicals.com/591/chemistry-articles/manufacturing-of-alumina-through-bayer-process.html |consulté le=13 novembre 2021}}</ref>  :

: {{Formule chimique|Al|2|O|3| + 2NaOH → 2 NaAlO|2| + H|2|O}}.

Pour être efficace, la décomposition demande la présence d’hydrate d’alumine fraîchement extrait{{refnec}}.

Les impuretés autres que la [[Dioxyde de silicium|silice]] ([[oxyde de fer]], [[hydroxyde de fer]], [[Dioxyde de silicium|silice]]{{etc}}) restent insolubles dans la soude, et sont séparées de la liqueur d’alumine par décantation et filtration, formant un déchet appelé la [[boue rouge]]<ref name="WOC" />. Ce déchet très [[alcalin]] riche en [[hydroxyde de sodium]] est considéré toxique. Le silicium est éliminé par la suite, lorsqu'il précipite à nouveau<ref name="WOC" />.

En refroidissant et en diluant la liqueur, de la gibbsite purifiée précipite. Le trihydrate d'alumine est alors calciné entre {{nobr|1010}} et {{tmp|1260|°C}} afin d'en extraire l'alumine<ref name="WOC" /> :

:<math>\mathrm{Al_2O_3}\cdot\mathrm{(H_2O)_3} \quad \stackrel{\scriptstyle{1\,050^\circ \mathrm{C}}}{\longrightarrow}\quad \mathrm{Al_2O_3}</math>.

=== 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 de nombreux 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<ref>Olivier Raveux ''in'' « Les débuts de l'alumine à Gardanne (1892 - 1899) », ''Cahiers d'histoire de l'aluminium'', {{n°|13}}, hiver 1993 - 1994, page&nbsp;7</ref>. 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.

== Le procédé Orbite ==
Le procédé Orbite a été breveté initialement par l'entreprise canadienne [[Orbite Technologies]] en 2008<ref name="brevet">{{Brevet|US|7837961|« Processes for extracting aluminum and iron from aluminous ores », déposé le 7 mai 2008, expiré le 31 décembre 2018.}}</ref>. Il est présenté comme moins énergivore et moins polluant, et censé remplacer le procédé Bayer. Il permettrait aussi de valoriser les [[Boue rouge|boues rouges]] issues du procédé Bayer. Ce procédé n'a cependant jamais été industrialisé.

=== Le procédé ===
Le procédé Orbite peut être divisé ainsi : la préparation du minerai, la [[lixiviation]], l’extraction de l’alumine, l’extraction du fer, et finalement la [[calcination]]. Le procédé intègre également un système de régénération de l'acide utilisé (pertes minimes). Le minerai (le procédé a été conçu au départ pour les argiles alumineuses) doit être broyé pour produire de fines particules. Cette étape permet de maximiser la surface de contact. Ensuite, on procède à la « lixiviation » qui consiste à lessiver le minerai à très haute température avec de l'[[acide chlorhydrique]] (HCl), ce qui a pour effet de dissoudre tous les atomes des métaux contenus dans l'argile alumineuse et dans les boues rouges en molécules chlorurées en solution (à l'exception du groupe IVB; [[titane]], [[zirconium]] et [[hafnium]] et du groupe IVA; [[germanium]] et [[étain]] si l'oxygène est assez abondant).  L’alumine et le fer forment respectivement du trichlorure d’aluminium [[AlCl3|AlCl<sub>3</sub>]] et du chlorure de fer [[FeCl3|FeCl<sub>3</sub>]]. La silice [[dioxyde de silicium]] ainsi que les [[dioxyde]]s, [[hydroxyde]]s et [[silicate]]s de [[titane]], [[zirconium]], [[hafnium]], [[germanium]] et l'[[étain]], sont retirés par filtration et constituent le seul déchet du procédé à ce stade<ref name="Process for extracting aluminum from aluminous ores">https://www.google.com/patents/WO2012065253A1?cl=en&dq=inassignee:%22Orbite+Aluminae+Inc.%22&hl=en&sa=X&ei=-VMFU_3eFum9yAHFy4CIAg&ved=0CGYQ6AEwBw., consulté le 19 février 2014</ref>.

Du « lixiviat », le mélange restant, le trichlorure d’aluminium est [[précipité]] sous forme d'hexahydrate d'alumine. La calcination à très haute température le transforme en alumine. Le chlorure de fer qui reste dans le lixiviat, est ensuite soumis à une [[hydrolyse]] à basse température, précipitant de l'oxyde de fer très pur, tout en régénérant de l’acide chlorhydrique. Il ne reste alors dans le lixiviat que des ions métalliques en solution : du magnésium, du [[gallium]], des alcalins et des terres rares récupérables par les méthodes d'extractions habituelles. Le procédé ne produit pas de boue rouge ni de déchet acide. [[Orbite Technologies]] a démontré que le procédé fonctionne sur diverses argiles alumineuses, sur la bauxite de qualité très variée, la [[néphéline]], le [[kaolin]], les cendres volantes provenant du charbon, et les [[Boue rouge|boues rouges]]. Cette dernière application fait du procédé Orbite une méthode de traitement des déchets des alumineries utilisant le procédé Bayer<ref name="PROCÉDÉ DE REMÉDIATION DES BOUES ROUGES ET DE RÉCUPÉRATION DES MINÉRAUX D'ORBITE">{{Lien brisé |titre=Procédé de remédiation des boues rouges et de récupération des minéraux d'Orbite |url=http://www.orbitealuminae.com/media/upload/filings/Red_Mud_LB_FR.pdf |consulté le=19 février 2014}}</ref>.

== Bibliographie ==
{{Références}}

{{Portail|Mine|chimie}}

[[Catégorie:Extraction]]
[[Catégorie:Métallurgie extractive]]
[[Catégorie:Industrie minière]]
[[Catégorie:Aluminium]]