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La bauxite et son traitement

Dossier - L'Aluminium un métal d'exception
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L’aluminium est incontestablement le plus important en tonnage des métaux non ferreux et cette importance industrielle est en progression. Par ailleurs il est très abondant puisqu’il constitue 7.45% en masse de la lithosphère : argiles, micas, feldspaths sont constitués d’oxydes d’aluminium et de silicium.

  
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Voici les autres noms de la bauxite : cliachite, diasporogélite, wochéinite. De la famille des latérites, la bauxite est une roche sédimentaire principalement composée d'hydroxydes d'aluminium :

Gibbsite © John Veevaert

- gibbsite Al (OH)3,
- boehmite Al O (OH),
- diaspore Al O2 (H),

Diaspore © John Veevaert

associés à des oxydes de fer et des impuretés (silice, calcite). On voit que les différentes qualités de bauxite dépendent de la quantité de molécule d'eau, elles dépendent aussi de la forme cristalline : le diaspore demande, par exemple des pressions et des températures plus élevées pour le traitement. On exploite principalement de la gibbsite.  Sa couleur varie en fonction de sa teneur en oxydes de fer. 

Bauxite

C'est donc une argile de structure oolithique ou pisolithique ; tendre, de densité 2,3 à 2,7, à surface pulvérulente.  Elle est exploitée comme minerai d'aluminium dont elle est la principale source d'obtention.

1 - Processus de formation et dépôts

D'une manière générale, l'altération, sous climat tropical ou subtropical, de roches carbonatées, produit des latérites. Quand l'alumine domine, la latérite prend le nom de bauxite.
- altération sur place de roches riches en alumine, comme en Guinée.
- altération de décalcification dans des poches de calcaire marneux formées aux dépens des calcaires lors de leur émersion en climat chaud : Languedoc et Provence.

Les bauxites se présentent sous plusieurs types de dépôts. Des dépôts de couverture se forment en Afrique de l'ouest, en Australie en Amérique du sud et en Inde. Ils peuvent s'étendre sur de très grandes surfaces et des profondeurs très variables de quelques mètres, en général 4 à 6, jusqu'à 40 m d'épaisseur dans des cas exceptionnels.

En Jamaïque, à Hispaniola et dans le sud de l'Europe, les dépôts sont des poches de 1 à 30 m. Dans certains cas les poches sont isolées, dans d'autres elles se sont rejointes pour former de vastes dépôts.

Aux Etats-Unis, au Surinam, au Brésil, en Guinée, Russie Chine et sud de la France, les dépôts sont interstratifiés et entre eux on trouve d'autres roches. Ces formations sont évidemment plus compactes, tassées par les dépôts supérieurs.

Le dernier type de dépôt est détritique, dépôt formé par l'érosion d'un sol latéritique, dont les résidus se sont accumulés en un gisement, exemple en Arkansas.

2 - Les méthodes d'extraction

L'exploitation de la bauxite se fait de façon traditionnelle par le creusement de puits de mines et de galeries, mais également en carrières à ciel ouvert.

Les différents types de bauxite

3 - Transformation

On utilise le plus souvent les bauxites rouges. Les bauxites blanches, plus riches en silice, sont employées en verrerie, céramique, réfractaire et de ciment. Les bauxites grises sont utilisées pour les abrasifs.

De la bauxite à l'alumine

Le procédé "Bayer" mis au point à partir de 1894 à l'usine de Gardanne : on ajoute de la soude à la bauxite broyée. Sous pression et à chaud, pendant plusieurs heures, on dissout l'alumine pour former de l'aluminate de sodium et les impuretés précipitent. Puis on sépare les déchets insolubles ("boues rouges"). 

Procédé Bayer

On introduit un peu d'alumine comme germes de cristallisation dans cette solution et on refroidit. Lors du refroidissement, les cristaux d'oxyde d'aluminium se séparent de la soude et précipitent, puis on déshydrate des cristaux par calcination  vers 1200 degrés et on obtient de l'alumine pure à 99%.

Les principaux gisements

4 - Pour l'obtention de l'aluminium (voir aussi le paragraphe sur la métallurgie)

Le procédé le plus utilisé est le procédé Hall-Héroult. Il consiste à dissoudre l'alumine dans de la cryolite (alumino fluorure de sodium) puis de séparer l'aluminium par électrolyse. L'aluminium obtenu est pur à 99% et doit être raffiné pour éliminer les impuretés (fer, silicium, zinc, titane, cuivre,...). On emploie pour cela le procédé électrolytique Betts mis au point par la société ALCOA. L'aluminium obtenu est pur à 99,998%.

Traitement bauxite alumine et alumine aluminium

La production d'une tonne d'aluminium demande 2 tonnes d'alumine ; chaque tonne d'alumine nécessitant 2,5 à 2,7t de minerai, il faut donc 5 à 5,4t de bauxite pour obtenir 1t d'aluminium, soit un rendement d'environ 20%.