Raffinage du minerai

Il existe un certain nombre de méthodes alcalines, acides et thermiques de raffinage de la bauxite, de l’argile ou d’autres minerais pour obtenir de l’alumine. Les procédés acides et électrothermiques sont généralement soit trop coûteux, soit ne produisent pas d’alumine d’une pureté suffisante pour un usage commercial. Un processus qui implique le traitement du minerai avec de la chaux et de la soude est utilisé en Chine et en Russie.

Le procédé Bayer comprend quatre étapes : la digestion, la clarification, la précipitation et la calcination.

Dans la première étape, la bauxite est broyée, séchée avec une solution de soude caustique (hydroxyde de sodium) et pompée dans de grands réservoirs sous pression appelés digesteurs, où le minerai est soumis à la chaleur et à la pression de la vapeur. L’hydroxyde de sodium réagit avec les minéraux alumineux de la bauxite pour former une solution saturée d’aluminate de sodium; des impuretés insolubles, appelées boue rouge, restent en suspension et sont séparées dans l’étape de clarification.

Après digestion, le mélange est passé dans une série de réservoirs réducteurs de pression (appelés réservoirs de soufflage), où la solution est flashée à la pression atmosphérique. (La vapeur générée par le solin est utilisée pour chauffer la solution caustique retournant à la digestion.) L’étape suivante du procédé consiste à séparer la boue rouge insoluble de la solution d’aluminate de sodium. Les matières grossières (p. ex. le sable de plage) sont éliminées dans les cyclones bruts appelés pièges à sable. Les résidus plus fins sont décantés dans des épaississants de ratissage avec l’ajout de floculants synthétiques, et les solides dans le trop-plein d’épaississant sont éliminés par des filtres en tissu. Ces résidus sont ensuite lavés, combinés et jetés. La solution clarifiée est ensuite refroidie dans des échangeurs de chaleur, ce qui augmente le degré de sursaturation de l’alumine dissoute, et pompée dans des précipitateurs hauts en silolike.

Des quantités importantes de cristaux d’hydroxyde d’aluminium sont ajoutées à la solution dans les précipitateurs pour accélérer la séparation des cristaux. Les cristaux de graines attirent d’autres cristaux et forment des agglomérats; ceux-ci sont classés en matériaux de plus grande taille et en matériaux plus fins qui sont recyclés comme semences. Les agglomérats de cristaux d’hydroxyde d’aluminium de la taille du produit sont filtrés, lavés pour éliminer la caustique entraînée ou la solution, et calcinés dans des fours rotatifs ou des calcineurs flash stationnaires à lit fluidisé à des températures supérieures à 960 ° C (1 750 ° F). L’eau libre et l’eau chimiquement combinée sont éliminées, laissant de l’alumine ou de l’oxyde d’aluminium commercialement purs, une poudre sèche, fine et blanche semblable au sucre en apparence et en consistance. C’est à moitié de l’aluminium et à moitié de l’oxygène en poids, liés si fermement que ni les produits chimiques ni la chaleur seuls ne peuvent les séparer.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, le procédé combiné Alcoa a été développé pour le traitement de minerais de qualité inférieure contenant des pourcentages relativement élevés de silice. Très brièvement, ce procédé récupère l’alumine qui s’est associée à la silice lors du processus de digestion et a été filtrée avec la boue rouge. La boue rouge n’est pas jetée mais est chauffée avec du calcaire (carbonate de calcium) et du carbonate de sodium (carbonate de sodium) pour produire un produit fritté contenant de l’aluminate de sodium lixiviable. Ce produit est digéré ou lessivé d’une manière similaire à celle de la bauxite pour extraire l’aluminate de sodium des matériaux insolubles de fer, de calcium et de silicium. La suspension passe ensuite par les étapes restantes du procédé Bayer. Le résidu de déchets est appelé boue brune.

L’alumine produite par le procédé Bayer est assez pure, ne contenant que quelques centièmes de 1% de fer et de silicium. La principale impureté, la soude résiduelle, est présente à des niveaux de 0,2 à 0,6%. En plus d’être la matière première principale pour la production d’aluminium métallique, l’alumine elle-même est un produit chimique important. Il est largement utilisé dans les industries chimique, réfractaire, céramique et pétrolière (voir Composés chimiques ci-dessous).

Le raffinage de quatre tonnes de bauxite donne environ deux tonnes d’alumine. Une usine d’alumine typique, utilisant le procédé Bayer, peut produire 4 000 tonnes d’alumine par jour. Le coût de l’alumine peut varier considérablement, en fonction de la taille et de l’efficacité de l’usine, des coûts de main-d’œuvre et des frais généraux, ainsi que du coût de la bauxite.