Il faut distinguer deux grandes filières pour la production de l’aluminium: la première fusion à partir du minerai, et le recyclage à partir de rebuts de production et de produits usagés.

Le minerai d’aluminium, appelé communément bauxite, existe en abondance. On le trouve surtout sous les latitudes tropicales et subtropicales, notamment en Afrique de l’Ouest, dans les Antilles, en Amérique du Sud et en Australie. On l’extrait d’abord du sol, puis on le soumet à un premier affinage pour obtenir de l’alumine, au moyen du procédé Bayer; cette alumine est ensuite réduite chimiquement par électrolyse pour produire l’aluminium proprement dit. Les usines d’aluminium de première fusion, ou usines d’électrolyse, sont situées partout dans le monde; cependant, comme il s’agit d’un procédé énergivore, on les retrouve souvent dans des régions où l’électricité est abondante et bon marché, en particulier l’hydroélectricité. L’aluminium élémentaire ainsi obtenu est allié à d’autres éléments pour produire toute une gamme de métaux aux propriétés très variées, qui peuvent être ensuite transformés de multiples façons, notamment par laminage, moulage et extrusion. Par la suite, en fin de vie, l’aluminium peut être recyclé de façon répétée sans perte de ses propriétés.

Métal de première fusion

Avant de pouvoir être converti en aluminium par électrolyse, le minerai de bauxite doit être soumis à un traitement qui en extrait un oxyde d’aluminium pur: l’alumine. À cette fin on a recours à une transformation chimique, au moyen du procédé Bayer. L’alumine est isolée des autres composés présents dans la bauxite par dissolution dans une liqueur de soude caustique, qui est filtrée afin d’enlever toutes les particules insolubles. L’hydroxyde d’aluminium ainsi produit est ensuite précipité à partir de la solution de soude, rincé puis séché par calcination, tandis que la solution de soude est recyclée. La calcination permet d’obtenir le produit fini, l’oxyde d’aluminium (Al₂O₃) ou alumine, sous la forme d’une fine poudre blanche.

L’aluminium de première fusion est produit dans une usine d’électrolyse, ou «aluminerie», où l’aluminium pur est extrait de l’alumine au moyen du procédé Hall-Héroult.

Aluminerie de Khakas (Russie) © RUSAL

La réduction de l’alumine en aluminium liquide se produit à environ 950 degrés Celsius dans un bain fluoré, par circulation d’un courant électrique continu de forte intensité. Ce procédé a lieu dans des cuves d’électrolyse, dont le fond est constitué d’une cathode en carbone qui sert d’électrode négative. Des anodes (ou électrodes positives) sont maintenues sur le dessus du bain et sont consommées par réaction chimique avec les molécules d’oxygène de l’alumine. Deux types d’anode sont actuellement utilisés. Les anodes précuites, faites d’un mélange de coke de pétrole et de brai de goudron (lequel sert de liant), sont préparées séparément dans des usines de production d’anodes. Dans le cas de la technologie Söderberg, une pâte carbonée est introduite directement sur le dessus de la cuve; l’anode se trouve alors à cuire sous l’effet de la chaleur dégagée par le procédé électrolytique.

À intervalles réguliers, l’aluminium en fusion est recueilli au fond des cuves et transféré au centre de coulée, où il est allié dans des fours de maintien en ajoutant d’autres métaux (selon les besoins du client), débarrassé des oxydes et des gaz, puis coulé en billettes (pour la production de profilés), en plaques (pour produits laminés), ou en lingots (pour la refonte), selon le traitement en aval.

Recyclage

L’aluminium est recyclé depuis les débuts de sa production commerciale. Aujourd’hui, l’aluminium recyclé fournit le tiers de la demande mondiale d’aluminium. Le recyclage est une activité essentielle pour l’industrie de l’aluminium et offre une viabilité remarquable sur les plans économique, technique et écologique.

Affinage des rebuts

Au bout de la chaîne du recyclage, les affineurs et les refondeurs contribuent notablement à la préservation de l’environnement. Ce sont eux qui assurent la réintégration des rebuts au cycle de vie de l’aluminium. Les affineurs et les refondeurs traitent et fondent les rebuts. Les affineurs produisent des alliages de fonderie, tandis que les refondeurs fournissent des alliages de corroyage aux usines de laminage et d’extrusion. Les affineurs utilisent presque exclusivement de vieux rebuts comme matière première, alors que les refondeurs utilisent des rebuts de métal de première fusion ainsi que de vieux rebuts. C’est pourquoi la capacité du secteur de la refonte est mesurée d’après les volumes de rebuts consommés plutôt que par les volumes de production de lingots d’extrusion (billettes) ou de laminage.

Rebuts: neufs ou vieux

Les rebuts d’aluminium destinés au recyclage peuvent être qualifiés de «neufs» ou de «vieux».

Les rebuts neufs sont issus des opérations de production et de transformation des alliages d’aluminium (par exemple des rognures de tôle). La plupart des rebuts neufs fournis au secteur du recyclage proviennent directement du secteur de la transformation. Leur qualité et leur composition sont habituellement connues, et il s’agit souvent de métal nu. On peut donc les fondre sans grands traitements. La totalité des rebuts provenant des activités de production et de transformation sont refondus par l’industrie de l’aluminium.

Les vieux rebuts sont constitués de matières récupérées à la fin de la vie utile de divers produits, par exemple des châssis de fenêtre, des parements de bâtiment démoli, de boîtes-boisson (canettes) ou des blocs-cylindres de voiture.

Traitement des rebuts

Avant de pouvoir être fondus, les rebuts doivent être d’une qualité appropriée. C’est pourquoi il est nécessaire d’enlever toutes les matières adhérentes et de trier les rebuts selon le type d’alliage et leur composition. Par exemple, les copeaux de tournage sont passés à la centrifugeuse et séchés afin d’enlever les résidus d’huile et d’eau, puis séparés magnétiquement de tout métal ferreux.

Site aluMatter

Reconnu pour son excellence et accessible librement, le site Web aluMATTER offre des outils de formation en ligne innovants et interactifs relatifs aux aspects scientifiques et technologiques de l’aluminium.