Chapitre 10: IMPORTANCE INDUSTRIELLE DE LA REDUCTION DES OXYDES - Physique-Chimie Troisième | DigiClass
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IMPORTANCE INDUSTRIELLE DE LA REDUCTION DES OXYDES

I.  Du minerais au métal

La plupart des métaux n’existent pas à l’état naturel sauf l’or, l’argent et le platine. Ils sont extraits à partir de minerai.

Un minerai est $\textbf{une roche}$ dans laquelle, on peut extraire un $\textbf{métal.}$

Les minerais contiennent des $\textbf{oxydes métalliques}$ mais aussi de sulfures, carbonates.

  • Le minerai du fer contient généralement de la rouille
  • Le minerai d’aluminium ou bauxite contient de l’alumine
  • Le minerai de zinc ou blinde est un sulfure et non un oxyde

Pour obtenir le $\textbf{métal}$, il faut $\textbf{réduire l’oxyde}$et si le minerai n’est pas un oxyde, on le transforme d’abord en oxyde avant de le réduire.                                                                                                    

II.  L’obtention de la fonter

Le minerai de fer est un mélange de l’oxyde ferrique et de gangue (impuretés). La réduction de l’oxyde ferrique   utilise le monoxyde de carbone CO, gaz obtenu par la combustion du carbone à haute température.

$Fe_{2}O_{3}$   +   $3CO$           $\rightarrow$          $2Fe$   +   $3CO_{2}$

La réduction se fait dans un $\textbf{haut fourneau}$, où on introduit un mélange composé de minerai, de $\textbf{coke}$ et du $\textbf{fondant.}$ La coke est du carbone pur obtenu à partir de la houille, c’est sa combustion à haute température qui produit le monoxyde de carbone CO. Le fondant se combine à la gangue au cours du processus pour former un produit appelé $\textbf{laitier}$.

Le fer et le laitier sont obtenus à l’état liquide. La coke qui n’a pas brûlé se combine au fer liquide pour donner la fonte. $\textbf{La fonte est donc du fer contenant du carbone.}$

III.  De la fonte à l’acier

La fonte est du fer contenant 3%  à 4% de carbone et d’autres impuretés tels que le soufre, le phosphore, le silicium,… Elle sera traitée de sorte à éliminer les impuretés et une bonne partie du carbone. On obtient alors que le fer contenant moins de 1% de carbone appelé acier.

IV.  L’élaboration de l’aluminium

A.  Le minerai

Le minerai d’aluminium ou bauxite est constitué d’alumine $Al_{2}O_{3}$ généralement mélangé à l’oxyde ferrique $Fe_{2}O_{3}$. L’alumine est un oxyde très difficile à réduire, c’est pourquoi on utilisera un autre type de réduction : l’électrolyse.

B.  L’électrolyse de l’alumine

L’électrolyte est composé d’alumine fondu et de cryolithe. Le rôle de la cryolithe est d’abaisser la température de fusion de l’électrolyte et augmenter la conductibilité. Dans l’électrolyseur l’alumine est sous la forme d’ions  $Al^{3+}$ et $O^{-2}$. L’anode est faite de bloc de carbone. La cathode est constituée par un revêtement en carbone du fond et des côtés de la cuve.

À la cathode, on a la réaction :  $Al^{2+}$  +  $3e^{-}$   $\rightarrow$    $Al$

Soit un dépôt de métal aluminium

À l’anode, on a la réaction :  $2O^{2-}$      $\rightarrow$      $2O_{2}$  +  $4e^{-}$

Soit un dégagement de dioxygène

$\textbf{Remarque}$ : La chaleur produite par le courant ainsi que celle produite par la combustion du carbone permettent de maintenir la température de fusion de l’électrolyte.

V.  EXERCICES D’APPLICATION

$\textbf{Questions de cours}$

  1. Définir : le minerai ; la coke ; la fonte ; l’acier
  2. Ecrire l’équation équilibrée de la réduction de l’oxyde ferrique $Fe_{2}O_{3}$  par le monoxyde de carbone CO.