La production d'aluminium

Bauxite

La bauxite est la forme minérale de l'aluminium. C'est l'un des éléments métalliques les plus abondants de la croûte terrestre. La bauxite contient environ 50 % d'alumine. Elle se forme par la désagrégation de roches sédimentaires à haute teneur en minerai d'aluminium.

La bauxite se trouve normalement dans une couche d'une épaisseur moyenne de trois à cinq mètres située à environ un demi-mètre sous la terre végétale. Une fois extraite, la bauxite ressemble à des petits cailloux rouges, appelés pisolithes, d'un diamètre moyen de cinq millimètres.

Extraction et traitement de la bauxite

Tout d'abord, on prélève les échantillons en forant une série de trous à une profondeur de 3,5 mètres, distancés de 75 mètres en forme de grille. Les ingénieurs miniers déterminent le site d'extraction en fonction de la teneur des échantillons de bauxite en alumine, en silice et en fer.

Une fois le site d'extraction choisi, la végétation et la terre végétale sont retirées. Elles serviront à régénérer le sol, conformément à notre engagement envers le développement durable. La terre végétale contient des bactéries et des organismes bénéfiques qui contribuent à la croissance des arbres plantés dans des sites miniers épuisés.

La bauxite existe sous forme fluide, ce qui la rend relativement facile à déloger du sol. Des chargeuses frontales introduisent la bauxite dans des camions à vidage par le fond de 150 tonnes. Les camions transportent le minerai à un poste de déchargement pour qu'il soit acheminé à l'usine de traitement (valorisation) par chemin de fer et convoyeur à courroie.

À l'usine de valorisation, la bauxite est criblée et lavée pour être débarrassée des particules fines. Elle est ensuite placée sur les piles de stockage, qui sont chargées sur les navires.

Alumine

L'alumine est le nom donné à l'oxyde d'aluminium (Al₂O₃) qui est extrait de la bauxite par un procédé d'affinage appelé le procédé Bayer. En général, il faut environ deux tonnes de bauxite pour produire une tonne d'alumine.

L'affinage se déroule en quatre étapes principales.

1. Digestion : La bauxite est broyée dans des broyeurs et mélangée à haute température et sous pression à de la soude caustique chaude qui dissout l'alumine. L'alumine est ainsi séparée des impuretés non solubles du minerai telles que des composés de silicium, de fer et de titane.
2. Clarification : La solution de soude caustique et d'alumine passe dans des rangées de bacs d'épaississement où les impuretés solides se déposent au fond sous forme d'une boue rouge fine. Les impuretés sont lavées plusieurs fois à l'eau et rejetées dans des digues de retenue des résidus sur le site. La solution restante de trihydrate d'alumine est filtrée pour être davantage clarifiée.
3. Précipitation : La solution de trihydrate d'alumine est ensuite refroidie, concentrée et mélangée dans des décomposeurs (réservoirs découverts) où elle forme des cristaux. Cette partie du procédé peut durer plusieurs jours. De l'alumine pure est ajoutée au mélange pour faciliter la formation de cristaux de trihydrate d'alumine.
4. Calcination : Les cristaux sont ensuite lavés, filtrés et chauffés dans des fours alimentés au gaz à des températures dépassant 1100 °C, ce qui permet de retirer les molécules d'eau. Le produit obtenu est une poudre blanche fine, l'alumine, qui est ensuite refroidie et entreposée.

Aluminium

L'alumine se compose d'aluminium et d'oxygène. Le procédé d'électrolyse consiste à retirer l'oxygène pour obtenir l'aluminium métallique. Deux tonnes d'alumine sont nécessaires pour produire une tonne d'aluminium.

Le procédé d'électrolyse utilise l'énergie électrique pour séparer l'aluminium métallique de l'oxygène. Il se produit dans les cuves d'électrolyse, de grands fours d'acier revêtus de carbone. L'alumine est introduite dans la cuve où elle se dissout dans de la cryolithe en fusion. Ce liquide peut dissoudre l'alumine et conduire le courant électrique à une température de 970 °C.

L'électricité passe dans chaque cuve par des anodes de carbone, des blocs de carbone fabriqués par les usines d'électrolyse. Toutes les cuves d'électrolyse sont connectées en série par une barre omnibus en aluminium qui transmet le courant électrique aux cuves.

Un courant électrique continu de 100 000 à 320 000 ampères passe de l'anode par le mélange alumine-cryolithe jusqu'au revêtement de la cuve en carbone, puis à l'anode à la prochaine cuve, et ainsi de suite. Au passage du courant, l'alumine dans le mélange réagit à l'anode de carbone pour former l'aluminium et le dioxyde de carbone.

L'aluminium en fusion se dépose au fond de la cuve tandis que le dioxyde de carbone et d'autres sous-produits gazeux se forment dans la partie supérieure de la cuve. On procède à une épuration des gaz pour en retirer les contaminants, puis à leur expulsion dans l'atmosphère.

L'aluminium en fusion est siphonné du fond de la cuve au cours d'un procédé appelé coulée. Il est ensuite transféré de la cuve dans un four d'attente afin d'être coulé en différents produits. La coulée se produit à des températures d'un peu plus de 700 °C.

L'aluminium est coulé en lingots, en gros blocs, en barres en T ou en longs cylindres appelés lingots d'extrusion. Des machines de coulée spéciales et automatisées coulent, empilent et pèsent les lingots puis les cerclent en paquets de une tonne prêts à être transportés. Les lingots d'extrusion et les barres en T sont coulés selon les exigences du client au moyen du procédé de coulée verticale semi-continue.

Le métal ainsi formé s'appelle l'aluminium de première fusion. Il peut être laminé, tréfilé ou coulé sous forme d'aluminium pur ou allié. Les alliages sont produits par la combinaison d'aluminium pur avec du magnésium, du silicium, du manganèse ou d'autres éléments permettant d'obtenir des propriétés telles qu'une résistance mécanique ou une résistance à la corrosion accrues.