De la bauxite à l'aluminium EarthCache

Contexte

J'ai découvert ce site (et quelques autres) grâce à la série de Loan13 sur la Bauxite (GC59FVQ). Vous ne trouverez aucun indice ici pour avancer sur cette série. Je vous conseille de la faire aussi pour en apprendre plus et découvrir d'autres lieux liés à la Bauxite. Etant la veille à Gardanne, sans savoir que ces sites étaient liés, je me suis intéressé à la façon utilisée pour transformer la bauxite en aluminium. Vous êtes dans une zone ZNIEFF type II et un site Natura 2000. Les randonneurs sont acceptés dans cette zone. Ne vous aventurez pas en dehors des sentiers.

Contexte géologique
La bauxite

Les bauxites sont des argilites renfermant un supplément d'alumine libre et n'ayant pas de silice libre. Les argilites sont des roches détritiques (qui viennent de l'altération mécanique d'autres roches) et indurée (cimenté naturellement) dont la taille des particules sont inférieures à 2 µm (0,002 mm). Vous pouvez en savoir plus en allant voir ma earth sur le sujet (GC9RMB5). Les bauxites de Provence sont majoritairement composées (en plus de l'argilite) de kaolinite (silicate d'alumine), d'hématite (oxyde de fer) et de boehmite (alumine libre). Elles ont été exploitées pour récupérer la boehmite, matière première de l'aluminium.

La bauxite présente ici date du Mésozoïque (−252.2 à −66.0 Ma). Les bauxites sont présentes sur différents types de mur (un mur correspond à la roche sur laquelle repose la veine de minerai). Les bauxites latéritiques reposent sur des roches silico-alumineuses. Elles datent généralement du Crétacé (−145.0 à −66.0 Ma) ou du Tertiaire (−66.0 à −2.58 Ma) et contiennent des fossiles. On en trouve dans plusieurs endroits du globe. La bauxite provençale est quand-à-elle une bauxite karstique. Elle repose sur un mur calcaire et est plus ancienne que la bauxite latéritique. La genèse des bauxites latéritiques est aujourd'hui bien connue. Il n'en va pas de même pour la bauxite karstique, pour laquelle il y a plusieurs hypothèses et controverses. L'une de ces hypothèses est que la quantité de silice au moment de la formation soit insuffisante pour saturer l'alumine présente. Il restera alors une proportion d'alumine libre. Selon cette hypothèse, la bauxite serait une argilite déficiente en silice.

De la même façon que les autres argilites, la bauxite ne contient aucune végétation, alors que celle-ci peut être abondante tout autour. On les qualifie de "déchets de nutrition". Ces roches sont totalement stériles, dénuées de tout nutriment utilisable par les plantes.

Exploitation
Découverte et exploitation

La bauxite a été découverte par le minéralogiste Pierre Berthier en 1821 alors qu'il recherchait des minerais de fer dans la région. En 1854, le chimiste Henri Sainte-Claire Deville crée un procédé de fabrication chimique basé les travaux de Friedrich Wöhler et arrive à obtenir les premiers lingots d'aluminium. Il met en place la première production industrielle d'aluminium à Paris. Du fait du procédé de fabrication basé sur le sodium, les couts de fabrication de l'aluminium restent excessifs. Il avait aussi recherché une méthode électrolytique, mais n'avait pas à l'époque la puissance nécessaire pour la mettre en œuvre. Ce n'est qu'en 1887 que le chimiste Karl-Josef Bayer met au point un procédé de production basé sur l'électrolyse. Il sera utilisé dès 1893 dans l'usine de Gardanne (13) et l'est encore aujourd'hui. Pour que la matière première soit utilisable, il faut qu'elle contienne au moins 40% d'alumine libre. Avec cette technique, pour produire 1 tonne d'aluminium, il faut extraire 2 tonnes d'alumine de la bauxite. 4 tonnes de bauxites sont nécessaires pour obtenir ces 2 tonnes d'alumine. A cela s'ajoutent 13,5 tonnes d'eau et 380 kWh d'électricité. Les déchets de production (boues rouges) ont été pendant longtemps rejetées dans la méditerranée. Elles sont maintenant stockées sur le site de Mange-Garri. Ces boues rouges contiennent entre autres de l'arsenic, du titane, du chrome et du plomb. L’aluminium est 100% recyclable, infiniment, sans perte de ses qualités physico-chimiques.

Il faut 6 étapes pour fabriquer l'aluminium à partir de la bauxite. Le broyage de la Bauxite consiste à réduire le minerai à des grains inférieur à 315 µm pour augmenter la surface de contact et améliorer le rendement. L'attaque de la bauxite permet la dissolution de l'alumine contenue dans la bauxite et la séparation des résidus solides (boues rouges). Pour ce faire, le mélange produit pendant le broyage est envoyé dans des autoclaves pendant plusieurs heures. La décantation et le lavage des boues permet de séparer et récupérer l'alumine de soude qui sera réutilisé pour un autre cycle et d'appauvrir les boues en soude pour permettre un stockage dans la nature. La cristallisation de l'hydrate sépare l'hydrate d'alumine. Elle consiste en une série de bacs agités successifs. Les grains d'hydrate d'alumine sont maintenus en suspension jusqu'à récupération dans le dernier bac. Cette étape dure plusieurs dizaines d'heures. La calcination de l'hydrate utilise des longs fours rotatifs faiblement inclinés. L'électrolyse en milieu fondu nécessite de travailler à des températures entre 940 et 980°C. Elle transforme l'alumine en aluminium.

Il n'y a plus d'extraction de bauxite en France depuis le début des années 1990. L'usine de fabrication d'aluminium de Gardanne est toujours en activité et importe sa matière première (bauxite) principalement de Guinée.

Sur place

Sur le site, vous pourrez voir une mine avec de nombreux trous de carottage. Il est encore possible de trouver des fragments de carottes au sol. Ces carottes étaient utilisées pour savoir si le minerai contenait assez d'alumine pour être exploité.

Sources
Pour la création de cette earth-cache, j'ai utilisé différentes sources dont les principales sont infoterre, Wikipedia - Bauxite, persee - Argilite ferrugineuse - Fernand Touraine, Exposé Leo M et Guillaume M., Axe Processus Naturels - UP2 - LES BAUXITES et Série de caches de Loan13 sur la Bauxite..

context

I discovered this site (and a few others) thanks to the Loan13 series on Bauxite (GC59FVQ). You will not find any clue here to progress on this series. I advise you to do it too to learn more and discover other places related to Bauxite. Being the day before in Gardanne, without knowing that these sites were linked, I became interested in the way used to transform bauxite into aluminum. You are in a ZNIEFF type II area and a Natura 2000 site. Hikers are accepted in this area. Do not venture off the trails.

Geological context
bauxite

Bauxites are argillites containing a supplement of free alumina and having no free silica. Argillites are detrital rocks (which come from the mechanical alteration of other rocks) and indurated (naturally cemented) whose particle size is less than 2 µm (0.002 mm). You can find out more by going to my earth on the subject (GC9RMB5). The bauxites of Provence are mainly composed (in addition to argillite) of kaolinite (alumina silicate), hematite (iron oxide) and boehmite (free alumina). They were mined to recover boehmite, the raw material for aluminum.

The bauxite presents here dates from the Mesozoic (−252.2 to −66.0 Ma). Bauxites are present on different types of walls (a wall corresponds to the rock on which the ore vein rests). The lateritic bauxites rest on silico-aluminous rocks. They generally date from the Cretaceous (−145.0 to −66.0 Ma) or Tertiary (−66.0 to −2.58 Ma) and contain fossils. They are found in many places around the world. Bauxite from Provence is a karst bauxite. It rests on a limestone wall and is older than lateritic bauxite. The genesis of lateritic bauxites is now well known. The same is not true for karstic bauxite, for which there are several hypotheses and controversies. One of these hypotheses is that the amount of silica at the time of formation is insufficient to saturate the alumina present. There will then remain a proportion of free alumina. According to this hypothesis, bauxite would be a silica-deficient argillite.

Like other argillites, bauxite does not contain any vegetation, although it can be abundant all around. They are called "food waste". These rocks are totally sterile, devoid of any nutrients usable by plants.

Operation
Discovery and exploitation

Bauxite was discovered by mineralogist Pierre Berthier in 1821 while looking for iron ores in the region. In 1854, the chemist Henri Sainte-Claire Deville created a chemical manufacturing process based on the work of Friedrich Wöhler and succeeded in obtaining the first aluminum ingots. He set up the first industrial production of aluminum in Paris. Due to the manufacturing process based on sodium, the manufacturing costs of aluminum remain excessive. He had also researched an electrolytic method, but at the time did not have the necessary power to implement it. It was not until 1887 that the chemist Karl-Josef Bayer developed a production process based on electrolysis. It will be used from 1893 in the factory of Gardanne (13) and is still today. For the raw material to be usable, it must contain at least 40% free alumina. With this technique, to produce 1 ton of aluminum, it is necessary to extract 2 tons of alumina from bauxite. 4 tons of bauxites are needed to obtain these 2 tons of alumina. Added to this are 13.5 tons of water and 380 kWh of electricity. Production waste (red mud) has long been discharged into the Mediterranean. They are now stored on the Mange-Garri site. This red mud contains, among other things, arsenic, titanium, chromium, and lead. Aluminum is 100% recyclable, infinitely, without loss of its physico-chemical qualities.

It takes 6 steps to make aluminum from bauxite. Bauxite crushing consists of reducing the ore to grains smaller than 315 µm to increase the contact surface and improve the yield. The bauxite attack allows the dissolution of the alumina contained in the bauxite and the separation of the solid residues (red mud). To do this, the mixture produced during grinding is sent to autoclaves for several hours. Sludge settling and washing makes it possible to separate and recover the soda alumina which will be reused for another cycle and to deplete the sludge in soda to allow storage in nature. Hydrate crystallization separates the alumina hydrate. It consists of a series of successive agitated tanks. The alumina hydrate grains are kept in suspension until recovery in the last tank. This step lasts several tens of hours. Calcination of the hydrate uses long, slightly inclined rotary kilns. Electrolysis in a molten medium requires working at temperatures between 940 and 980°C. It transforms alumina into aluminum.

There has been no bauxite mining in France since the early 1990s. The Gardanne aluminum manufacturing plant is still in operation and imports its raw material (bauxite) mainly from Guinea.

On the spot

On the site, you can see a mine with many core holes. It is still possible to find carrot fragments on the ground. These cores were used to find out if the ore contained enough alumina to be mined.

Sources
For the creation of this earth-cache, I used different sources, the main ones are infoterre, Wikipedia - Bauxite, persee - Argilite ferrugineuse - Fernand Touraine, Exposé Leo M et Guillaume M., Axe Processus Naturels - UP2 - LES BAUXITES and Série de caches de Loan13 sur la Bauxite..