Alumine : Filtration dans le processus de production d'alumine

Dec 03, 2023

La production d'alumine à partir de bauxite constitue une première étape essentielle dans la production d'aluminium. Les équipements de filtration et de séparation jouent un rôle important dans ce processus, dans des conditions particulièrement difficiles. Trevor Sparks explique.

L'aluminium est un matériau extrêmement polyvalent et économiquement important. Bien qu'il soit abondant dans la croûte terrestre de notre planète, la Terre ne veut pas abandonner facilement ce métal argenté, léger, solide et résistant à la corrosion. Bien que son minerai (bauxite) soit relativement facile à extraire, généralement par exploitation minière à ciel ouvert, le processus d'affinage du métal nécessite beaucoup d'efforts. On estime que la production d’aluminium représente environ 1 % des émissions de gaz à effet de serre d’origine humaine. Cependant, ceux-ci sont quelque peu compensés par la réduction des gaz à effet de serre émis par les voitures, camions et trains fabriqués en aluminium plutôt qu'en acier [www.world-aluminium.org/About+Aluminium/Story+of].

La voie de production normale consiste à raffiner la bauxite en oxyde d’aluminium, ou alumine [Al2O3], qui est une poudre cristalline blanche. Cette poudre est ensuite fondue pour former de l'aluminium métallique. En règle générale, il faut quatre tonnes de bauxite séchée pour produire deux tonnes d'alumine, qui à leur tour fournissent une tonne d'aluminium métal primaire. Bien qu'il existe d'autres applications pour l'alumine, par exemple comme abrasif ou dans la céramique, la grande majorité de la production mondiale d'alumine est ensuite convertie en aluminium métallique. Alors que les fonderies ont tendance à être situées à proximité de l'endroit où l'aluminium est nécessaire, les usines d'alumine sont généralement plus proches de la source de bauxite ou en route vers la fonderie d'aluminium. Il convient également de noter que de grandes quantités de carburant et d'hydroxyde de sodium sont également nécessaires et que leur emplacement et leurs coûts de transport sont également des facteurs déterminants dans le choix de l'emplacement des usines d'alumine.

La production d’alumine à partir de bauxite est une industrie extrêmement importante en soi, mais elle est également l’un des utilisateurs mondiaux les plus importants de technologies de filtration et de séparation. Une usine d'alumine typique peut utiliser environ 500 à 1 000 m2 de surface de filtration par million de tonnes de production (ainsi que plusieurs centaines de mètres carrés de surface d'épaississeur/clarificateur par gravité).

La production d'alumine a presque doublé au cours des 20 dernières années pour atteindre plus de 80 millions de tonnes. Une proportion importante de cette augmentation provient de la réduction de la capacité des centrales existantes ou de l'ajout de flux supplémentaires à ces centrales. Les principaux producteurs d'alumine sont l'Australie, la Chine et le Brésil (voir tableau 1).

Presque toutes les usines d'alumine dans le monde utilisent le procédé Bayer, breveté il y a plus de 120 ans [Brevet américain 515 895 Processus de fabrication d'alumine, Karl Bayer], pour raffiner la bauxite en alumine. Dans ce processus, un grand volume de liqueur caustique circule en permanence autour de l’usine. La bauxite est introduite dans le flux caustique et, après un certain nombre de processus, l'alumine est extraite du flux. Les principales étapes du processus comprennent :

1) Dissolution des minéraux alumineux à l'aide de liqueur caustique à haute température et pression.

2) Élimination des résidus solides – la partie non aluminium est généralement un mélange de minéraux riches en fer.

3) Précipitation de l'hydroxyde d'alumine pur [Al(OH)3], dans des conditions de refroidissement contrôlé.

4) Calcination de l'hydroxyde d'alumine pour éliminer l'eau de cristallisation afin qu'elle soit prête pour l'aluminerie.

Il s’agit d’un procédé qui utilise une liqueur caustique concentrée à haute température et qui produit un produit extrêmement abrasif – pas idéal pour les équipements de filtration. En effet, les équipements de filtration des usines d’alumine sont confrontés à certaines des conditions les plus difficiles que l’on puisse trouver dans l’industrie de transformation.

Un autre aspect intéressant de ce processus est qu’il dépend de chacune des motivations fondamentales des types de filtration solide-liquide :

• séparer les liquides précieux des solides moins précieux (séparation des résidus).