SEPARATION DES ELEMENTS ALUMINIUM ET FER PRESENTS

SEPARATION DES ELEMENTS ALUMINIUM ET FER PRESENTS
DANS UNE BAUXITE
L’industrie de l’aluminium…
A l’origine le terme bauxite désigne un ensemble de roches alumineuses et ferrugineuses
analogues à celles qui furent découvertes aux Baux de Provence d’où le nom actuel de bauxite
(ancien nom beauxite ).
Selon la composition de celle-ci, on trouve des bauxites de couleurs variées.
Procédé Bayer
DEMARCHE :
Une étape de l’élaboration de l’aluminium : extraction de l’alumine
La séparation d’espèces métalliques présentes dans la bauxite, ou dans une solution aqueuse
de ce minerai, repose sur des réactions de précipitation et de dissolution sélectives, des
réactions acido-basiques.
La bauxite est le minerai le plus utilisé pour produire l’alumine Al2O3 . L’aluminium étant
ensuite obtenu par électrolyse de l’alumine.
MANIPULATION :
Matériel et produits :
Tubes à essais, béchers
Pipettes simples, burette
Bécher pyrex de 200 mL
Mortier et pilon
Dispositif pour filtration simple
Papier pH, agitateur verre
Solution de sulfate d’aluminium c = 0,05 mol.L-1
Soude c = 2,5 mol.L-1
Acide chlorhydrique c =3 mol.L-1
Morceau de bauxite
Agitateur chauffant
Éprouvette de 100 mL
Balance, coupelle de pesée, spatule
Quelques expériences simples :
- Précipitation de l’hydroxyde d’aluminium :
Dans un tube à essais, verser 2 mL de sulfate d’aluminium et ajouter quelques gouttes de
soude. Observer
Al3+ + 3OH − = Al(OH ) 3 K= 1032
On exprime Qr,…
Qr =
1
[Al ][. OH ]
3+
− 3
Que vaut-il lorsque le précipité apparaît ?
On peut alors déterminer une valeur approchée du pH quand le précipité apparaît : pH= 3,8
Continuer l’ajout de soude goutte à goutte. Observer
Al(OH )3 + OH − = Al(OH ) −4 K=102
Donner l’expression de Qr….
Le précipité de Al(OH)3 va disparaître en milieu alcalin pour donner l’ion aluminate Al(OH ) −4 ,
Il aura totalement disparu à pH =10
Ajouter alors goutte à goutte de l’acide chlorhydrique, observer les différentes évolutions du
mélange. Interpréter.
On peut tracer le domaine de prédominance des espèces chimiques, on détermine alors le pH
[ ] [
]
du milieu quand Al3+ = Al(OH) −4 , on trouve pH=5,3
Al3+
3,8
Al(OH)4-
10
pH
5,3
Al(OH)3
- Précipitation de l’hydroxyde de fer III
Dans un tube à essais, verser 2 mL de sulfate de fer III et ajouter quelques gouttes de soude.
Observer. Poursuivre l’ajout et observer.
Fe 3+ + 3OH − = Fe(OH )3
K=1038
On peut de manière identique déterminer une valeur approchée du pH quand le précipité
apparaît… pH ≈ 1,8
Le précipité d’hydroxyde fer III n’est pas soluble par excès de soude.
Ajouter alors goutte à goutte de l’acide chlorhydrique, observer les différentes évolutions du
mélange. Interpréter…
3+
Fe
Al3+
3,8
Al(OH)45,3
Al(OH)3
1,8
Fe(OH)3
Extraction de l’alumine d’une bauxite :
10
Nous admettrons pour simplifier, dans ce protocole, que la bauxite contient les espèces
Al(OH)3 et Fe(OH)3 .
Selon la bauxite utilisée, il est nécessaire d’en broyer une masse suffisante afin d’obtenir un
précipité d’hydroxyde d’aluminium en quantité notable.
Dans un bécher pyrex introduire 15g de bauxite finement divisée, ajouter 75 mL de soude et
porter l’ensemble à 80°C tout en agitant.
Une partie uniquement du solide se dissout. (voir activités préliminaires)
Laisser refroidir, filtrer et récupérer le filtrat.
Noter la couleur du filtrat. Il est possible dans réserver 2 mL afin d’effectuer un test ultérieur.
Ajouter alors très progressivement de l’acide chlorhydrique jusqu’à ce que le pH soit voisin
de 5.
On reprécipite alors l’hydroxyde d’aluminium.
Si ce précipité est abondant, on peut envisager de poursuivre la manipulation et donc de filtrer
le précipité formé, le laver et le sécher à l’étuve à 80°C …On obtient de l’alumine plus ou
moins hydratée…