Le processus d'extraction de la bauxite et de l'alumine

Donoghue et Frisch sont des employés à temps plein d'Alcoa of Australia.

La bauxite est la matière première principale pour la production d'aluminium et se trouve dans d'importants gisements dans le monde entier. La bauxite est broyée et cuite dans une solution de soude caustique avant d'être ensemencée avec des graines d'hydroxyde d'aluminium appelées gibbsite pour induire sa précipitation en déchets de boue rouge, laissant un résidu de boue rouge nuisible à l'environnement qui a eu de graves répercussions dans de nombreux pays.

Processus Bayer

Le minerai de bauxite, extrait pour la production d'aluminium, contient des hydroxydes et des oxyhydroxydes d'aluminium2 (gibbsite, bayerite et nordstrandite), des oxydes de fer2 (ferrisite et goethite) et du dioxyde de titane2 (rutile et diaspore). Le procédé Bayer convertit chimiquement ce minerai de bauxite en alumine, première étape vers la production d'aluminium métal pur par le procédé électrolytique Hall-Heroult.

Les étapes de digestion et de clarification du processus de Bayer sont toutes deux d'une importance vitale. Tout résidu insoluble produit pendant la digestion est connu sous le nom de boue rouge et doit être nettoyé pour des raisons environnementales. En outre, la solution d'aluminate laissée après la clarification doit être purifiée - l'utilisation d'une solution caustique sans NaCl, la purification par échange d'ions ou le frittage à haute température peuvent tous contribuer à contrôler les niveaux d'impureté dans ces deux flux.

La clarification d'une solution d'aluminate est réalisée par décantation par gravité et rinçage à l'eau dans des épaississeurs (également appelés épaississeurs à ratissage), créant une solution d'aluminate de sodium concentrée convenant à la précipitation en trihydrate d'alumine. Les particules grossières sont extraites à l'aide de cyclones bruts, tandis que les solides plus fins sont retenus par filtrage ; la solution est ensuite refroidie pour augmenter la sursaturation avant d'être pompée vers de grands précipitateurs de type silo ; cela produit de l'hydrate d'alumine précipité qui doit ensuite être lavé, filtré et séché avant d'être décomposé en alumine commercialement pure2.

Dans le cadre du procédé électrolytique Hall-Heroult, l'aluminium métallique avec de petites quantités d'impuretés de ferrite (impuretés mineures) est séparé du sel fondu (un mélange de chlorure de sodium et de chlorure de calcium) en faisant passer un courant électrique à travers une solution d'aluminate contenant du carbone à partir d'une électrode anodique, où le carbone réagit avec d'autres impuretés pour former un composé cristallin blanc appelé aluminate, qui est transféré dans de grands fours de maintien où les impuretés sont éliminées tandis que les éléments d'alliage sont ajoutés pour produire de l'aluminium pur.

Maintenir les niveaux d'impuretés dans le flux de soufflage du procédé Bayer en dessous des niveaux prédéterminés est un défi important, tout en produisant des effluents qui peuvent être rejetés directement dans les eaux réceptrices naturelles sans traitement supplémentaire. Pour réaliser cet exploit, des facteurs tels que la gestion des changements dans la minéralogie de la bauxite, l'optimisation des taux de production, le contrôle des réactions concurrentes, la minimisation des pertes dues aux dépôts de boue rouge, doivent tous être réunis en harmonie pour que le projet réussisse.

Fusion

La bauxite, une roche d'oxyde d'aluminium, peut être extraite et raffinée pour produire de l'aluminium. Les processus d'extraction et de raffinage produisent d'importants déchets contenant des éléments toxiques tels que les TENORM (éléments traces d'origine naturelle). L'alumine est ensuite acheminée vers une fonderie d'aluminium pour être transformée en métal par électrolyse. Afin de minimiser les déchets générés au cours de ce processus, il serait utile de trouver des méthodes permettant de réutiliser autant d'alumine que possible.

L'alumine est largement utilisée comme matière première dans des produits industriels tels que le verre, la porcelaine et les peintures métalliques pour voitures. L'alumine possède également de nombreuses autres applications en raison de sa faible conductivité électrique, de sa résistance aux attaques chimiques, de son extrême solidité et de sa dureté (9 sur l'échelle de Mohs).

Dans le cadre des processus d'extraction et de raffinage de l'alumine, il est nécessaire de débarrasser les terres de la végétation et des arbres qui pourraient gêner les opérations. La bauxite est fragmentée à l'aide d'explosifs, de foreuses, de déchiqueteuses et de très gros bulldozers avant d'être chargée sur des camions, des wagons de chemin de fer ou des bandes transporteuses pour être acheminée vers les raffineries situées à proximité.

Au début du processus de raffinage de l'alumine, l'alumine est fragmentée et immergée dans une solution de soude caustique pour former une solution sursaturée d'aluminate de sodium. Elle est ensuite transférée dans un réacteur à boue où elle est chauffée à haute température afin d'éliminer l'eau combinée chimiquement par un processus connu sous le nom de calcination, produisant un hydrate d'alumine solidifié qui est ensuite stocké dans des pots recouverts de briques avant que des anodes de carbone soient introduites et qu'un courant électrique les traverse afin d'électrolyser l'alumine en aluminium pur qui est ensuite transféré à nouveau dans des pots avant d'être finalement transféré à nouveau dans des usines de coulée où des billettes de différentes formes sont formées à la main.

Après que les billettes ont été découpées en lingots, elles sont utilisées pour rouler de longues tiges appelées barres d'armature, qui peuvent ensuite être coupées à différentes longueurs et utilisées en conséquence. Enfin, ces longues barres sont fondues pour produire des lingots en vue d'un traitement ultérieur.

Casting

L'aluminium est un élément central du monde moderne, utilisé partout, des bâtiments aux voitures en passant par les emballages et les équipements sportifs. Mais l'aluminium n'existe pas à l'état naturel en tant que métal pur ; il subit un processus de conversion complexe à partir de son origine, le minerai de bauxite, pour devenir le métal léger que nous connaissons et apprécions tous aujourd'hui.

Tout d'abord, la bauxite est extraite de la terre à l'aide de techniques telles que le forage, l'abattage à l'explosif et l'arrachage à l'aide de gros bulldozers. Elle est ensuite concassée et lavée avant d'être transportée vers une raffinerie d'alumine située à proximité, qui utilise le processus de raffinage de Bayer pour produire de l'alumine.

Une solution chaude de soude caustique est utilisée pour dissoudre les minéraux contenant de l'aluminium présents dans la bauxite (gibbsite, bohmite et diaspore) afin de former une solution sursaturée d'aluminate de sodium, appelée liqueur prégnante, qui est ensuite envoyée pour être calcinée dans un four à oxyde d'aluminium (Al2O3) avant d'être lavée, séchée et chauffée à nouveau pour chasser toute eau de cristallisation restante afin de produire de l'alumine de haute pureté qui forme alors un matériau sableux blanc sec appelé hydrate d'alumine.

L'alumine est utilisée dans divers produits, notamment des matériaux réfractaires, des produits chimiques et des matières premières telles que le gypse et la silice ; une partie est même recyclée dans le processus de raffinage lui-même.

Le raffinage de l'alumine génère deux à trois tonnes de déchets pour chaque tonne produite ; ces matériaux, connus sous le nom de boues rouges, doivent être manipulés avec soin afin de minimiser les incidences sur l'environnement.

Une fois raffinée, l'alumine est coulée en lingots pour être utilisée dans diverses applications. Ils peuvent être laminés sous forme de feuilles, de feuilles et de barres ; étirés en fils qui sont enfilés dans des câbles pour les lignes de transmission électrique ; moulés en formes complexes ou en profils extrudés tels que les cadres de fenêtres ; ils peuvent même être recyclés à nouveau en lingots - ce qui fait de l'aluminium un métal recyclable à l'infini ! En outre, il existe différents alliages qui offrent des propriétés spécifiques pour répondre aux différentes exigences des clients.

Recyclage

L'aluminium est l'un des métaux les plus répandus, utilisé dans de nombreux produits allant des canettes de soda aux composants automobiles, mais il n'existe pas à l'état pur à l'état naturel. Il doit être extrait de roches de bauxite contenant diverses formes d'oxydes d'aluminium et raffiné en alumine avant de devenir de l'aluminium au cours d'un processus en trois étapes qui nécessite des ressources en énergie et en eau.

Dans le cadre de son processus d'extraction, l'industrie minière de l'alumine doit d'abord retirer les morts-terrains (couches de roche et d'argile recouvrant la bauxite) à l'aide de méthodes d'abattage à l'explosif ou de forage. Une fois détaché, ce matériau peut être chargé sur des camions pour être transporté vers une usine de traitement de l'alumine.

Dans une usine de traitement de la bauxite, le minerai est broyé pour en réduire la taille avant d'être immergé dans de la soude caustique chaude pour dissoudre les minéraux contenant de l'aluminium comme la gibbsite et la bohmite avant d'être séparé de la silice pour devenir une solution sursaturée d'aluminate de sodium appelée liqueur prégnante.

Une partie de la liqueur résiduaire est traitée pour créer de l'hydroxyde d'aluminium, plus communément appelé chaux éteinte, tandis que le reste est envoyé directement dans une raffinerie d'alumine où ses composants subiront des réactions chimiques qui les transformeront en aluminium métal.

L'alumine est un matériau industriel indispensable, utilisé pour de nombreuses applications diverses dans des secteurs allant de la fabrication de plastiques aux abrasifs. L'alumine joue également un rôle clé dans de nombreux types de produits ignifuges.

Bien que l'extraction et le raffinage de l'alumine soient hautement recyclables, certains problèmes environnementaux restent associés à cette activité. Il s'agit notamment de la pollution sonore, des problèmes ergonomiques, des risques de traumatismes et des éclaboussures de soude caustique sur la peau ou les yeux. En outre, la poussière de bauxite et la poudre d'alumine ont été associées à des complications respiratoires, notamment l'irritation ou l'inflammation des poumons.

Certains travailleurs ont fait état de problèmes de santé tels que le cancer, les maladies rénales et les lésions hépatiques, attribués à l'exposition aux poussières de bauxite et d'alumine ainsi qu'à divers contaminants. Toutefois, les études réalisées ont permis de déterminer que les meilleures pratiques actuelles en matière d'exploitation minière et de raffinage ne semblent pas augmenter les risques de ces problèmes.