Le procédé Bayer

Le procédé Bayer est un procédé d’extraction de l’oxyde  d’aluminium  (Al2O3) contenu dans la bauxite. Il a été découvert en  1887 par le Chimiste  autrichien Karl Josef Bayer.

A l’heure actuelle, plus de 95% de l’alumine est produite à partir de la  bauxite par ce procédé. Il a été mis en place à l’échelle industriel pour la  première fois en 1893, par la société « alumine pure », à Gardanne avec  l’aide de son inventeur. Le site de Gardanne a été retenu pour sa proximité  avec les matières premières : la bauxite et le charbon.

 

Le procédé Bayer est un procédé d’extraction par dissolution à haute température et haute pression de la gibbsite et ou de la boehmite contenue dans la bauxite par une solution concentrée de soude.

Voici un schéma représentant toutes les étapes du procédé:

Figure 1: Schéma du procédé Bayer (Source: Rio Tinto Alcan)

Les cinq étapes:

- Le broyage: la bauxite est broyée en fines particules pour facilité l'extraction

- L'attaque: la bauxite est mélangée avec de la soude et de la chaux dans des réacteurs à haute température et haute pression.

- La décantation: on sépare la phase liquide, riche en aluminium, de la phase solide dans des clarificateurs. Les résidus sont lavés plusieurs fois et forment les "boues rouges". Leur couleur est due à leur forte concentration en oxyde de fer.

- La précipitation: la liqueur est refroidie et diluée pour faire précipité l'aluminium sous forme d'hydrate d'alumine (Al2O3, 3H2O).

- La calcination: l'alumine chauffée à plus de 1000°C pour la déshydratée.

Le produit obtenu en fin de cycle est une poudre blanche d'alumine (Al2O3).

Ce procédé est basé sur la solubilité de l’aluminium par rapport aux autres constituants du minerai: en ce plaçant dans des conditions basiques, l'aluminium se dissout pour donner l'ion aluminate Al(OH)4-  tandis que les autres constituants restent insolubles. Le graphique suivant montre la solubilité de l'aluminium en fonction du pH.

Figure 2: Solubilité des espèces d’aluminium (et de l’aluminium total, Alt) en fonction du pH dans un système en équilibre avec la gibbsite microcristalline (0,001 mM = 0,027 mg/L; Driscoll et Schecher, 1990)

Les températures et pressions de réaction et la concentration de soude dépendent de la composition minéralogique de la bauxite. En effet, la gibbsite est plus facilement soluble que la boehmite. Le tableau suivant présente les conditions opératoires d'extraction de l'alumine selon la forme minéralogique dans laquelle est engagée l'aluminium (Hudson et al., 1987).

Tableau 1: Conditions opératoires de dissolution de la Gibbsite et de la Boehmite (Source: Hudson et al., 1987)

Sur le site de Gardanne, la bauxite utilisée contient de forte concentration en gibbsite et en boehmite. L’extraction ce fait en deux fois en utilisant les conditions nécessaire à la dissolution de la gibbsite et de la boehmite afin d’optimiser le rendement d'extraction et ainsi de limiter la production de résidus. Le schéma suivant représente le bilan massique du procédé (LOI = perte au feu):

Figure 3: Débit massique type du procédé Bayer (base sèche). (Source : INERIS, BREF 2009)