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Cours de Physique-chimie 3e - Fabrication de l'aluminium


Note par nos Maxinautes :  
Objectif
Contrairement à l'or, au fer et au cuivre, qui sont connus et utilisés depuis la Préhistoire, l'aluminium, d'usage courant aujourd'hui, n'a été découvert qu'au cours du 19ème siècle.
Quelles sont les techniques qui permettent de le fabriquer et quelles difficultés expliquent la découverte et l'usage si tardif de ce métal ?
1. L'aluminium dans la nature
a. Aluminium à l'état natif
Contrairement à d'autres métaux, l'aluminium n'existe pas à l'état natif : il ne peut pas être extrait de la croûte terrestre sous forme de corps pur métallique, ce qui constitue une difficulté supplémentaire à sa production.
b. La bauxite
Dans la nature, l'aluminium est combiné à d'autres substances chimiques au sein de différents minerais.

Le principal minerai d'aluminium est la bauxite, qui tire son nom du village de Baux-de-Provence situé dans le sud de la France, où il a été découvert au début du 19ème siècle.

Dans la bauxite, l'aluminium est présent sous forme d'oxyde d'aluminium et d'hydroxyde d'aluminium.
La proportion d'oxyde et d'hydroxyde d'aluminium dans la bauxite varie selon les gisements de 40 à 60%.

Il y est notamment combiné à des oxydes de silice, des oxydes de titane et des oxydes de fer qui lui donne sa couleur rouge.
2. Obtention d'aluminium pur
a. Extraction de l'oxyde d'aluminium de la bauxite
L'aluminium métallique ne peut être extrait directement de la bauxite. Celle-ci doit dans un premier temps subir un traitement qui permet d'en tirer de l'oxyde d'aluminium:
la bauxite est mélangée à une solution concentrée de soude qui permet d'obtenir un solide blanc (un précipité). Celui-ci, après calcination (chauffage à haute température) forme de l'oxyde d'aluminium pur de formule Al2O3.
b. Obtention d'aluminium à partir de l'oxyde d'aluminium
L'oxyde d''aluminium est ensuite fondu et porté à environ 1000°C pour subir une électrolyse : il est parcouru par un courant électrique très intense (plusieurs centaines de milliers d'ampères) qui provoque des transformations chimiques au niveau des électrodes: il se forme alors l'aluminium métallique liquide pur.

La densité de l'aluminium liquide formé étant supérieure à celle de l'oxyde d'aluminium, celui-ci coule et peut facilement être récupéré au fond de la cuve d''électrolyse.

Remarque : L'intensité très élevée correspond à une forte consommation d'énergie électrique qui rend l'électrolyse très coûteuse.

3. Mise en forme de l'aluminium
En fonction de l'utilisation à laquelle on le destine, on peut donner à l'aluminium la forme de plaques, de billettes (en forme de grandes barres), de lingots ou de fils.



4. Recyclage de l'aluminium
L'aluminium, comme tous les autres métaux, peut être recyclé et réintroduit dans le cycle de production sans que ses propriétés ne soient modifiées.

Ce recyclage permet:
- de ralentir l'épuisement des gisements de bauxite.
- de préserver l' environnement en évitant la production de polluants liés au traitement de la bauxite et de l'oxyde d'aluminium, ainsi que l'émission de gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone.
- de produire un aluminium n'ayant pas eu besoin de subir la phase d'électrolyse ni la phase d'extraction, ce qui abaisse le coût de production.
L'essentiel
L'aluminium n'existe pas à l' état natif.

Le principal minerai d'aluminium est la bauxite qui contient de l'aluminium sous forme d'oxyde d'aluminium et d'hydroxyde d'aluminium mélangés à d''autres composés.

Il est possible d'obtenir de l'oxyde d''aluminium à partir de la bauxite en la traitant avec de la soude concentrée, puis en lui faisant subir une calcination.

Une électrolyse d'oxyde d'aluminium liquide porté à environ 1000°C permet d'obtenir de l'aluminium, auquel il facile ensuite de donner la forme désirée.

L'aluminium peut être recyclé afin de préserver les ressources en bauxite, de limiter l'émission de polluant et de diminuer son coût de production

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