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IMPORTANCE INDUSTRIELLE DE LA REDUCTION DES OXYDES

I.  Du minerais au métal

La plupart des métaux n’existe pas à l’état naturel. On les trouve dans les minérais où ils existent combinés à d’autres éléments.

  • Quand le minerais contient un oxyde métallique, il suffit de réduire cet oxyde pour obtenir un métal : le fer , l’aluminium
  • Quand le minerais ne contient pas un oxyde métallique, on le traite chimiquement de manière à obtenir un oxyde. C’est donc le plus souvent en réduisant un oxyde que l’on obtient un métal dans l’industrie .
Exemple

$Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$                                                                                                                                                        
$2ZnS + 3O_2\rightarrow 2ZnO+2SO_2$                                                                                                                                                             
$ZnO + C \rightarrow Zn + CO$

II.  Le fer, la fonte et l’acier

A.  Réduction de l’oxyde ferrique

La plupart des minerais de fer que l’on exploite pour preparer ce métal contient de l’oxyde ferrique melangé à la terre : On l'appelle la gangue.
Pour obtenir le fer on reduit l’oxyde ferrique par le $CO$.

  1. Réalisation industrielle
    • La réduction a lieu dans un haut fourneau. On introduit par la partie supérieure du haut fourneau, un mélange de coke, de minerai et de fondant.
    • Le coke brûle en donnant du $CO_2$. Celui-ci est réduit par le carbone et passe à l’état de $CO$. Le $CO$ réduit enfin le $Fe_2O_3$.
    • Le fondant  se combine à la gangue pour donner le laitier .Le fer dissout du carbone et l’on obtient la fonte (La fonte qui sort du haut fourneau est un mélange de fer et du carbone 3 à 4%).
  2. De la fonte à l’acier
    La fonte est transformée en acier par affirage. On la decarbure partiellement et on élémine les impuretés en les oxydant.(L’acier est un alliage fer-carbone contenant moins de 1% de carbone).

B.  Réalisation Industrielle

  • La réduction a lieu dans un haut fourneau. On introduit par la partie supérieure du haut fourneau, un mélange de coke, de minerai et de fondant.
  • Le coke brule en donnant du $CO_2$. Celui-ci est réduit par le carbone et passe à l’état de $CO$. Le $CO$ réduit enfin le $Fe_2O_3$.
  • Le fondant  se combine à la gangue pour donner le laitier . Le fer dissout du carbone et l’on obtient la fonte (La fonte qui sort du haut fourneau est un mélange de fer et du carbone 3 à 4%).

C.  De la fonte à l'acier

La fonte est transformée en acier par affirage.On la decarbure partiellement et on élémine les impuretés en les oxydant.(L’acier est un alliage fer-carbone contenant moins de 1% de carbone)

III.  L’aluminium

L’aluminium se trouve sous forme d’oxyde (alumine) à l’état naturel .Il se trouve dans le minerai appelé bauxite. On a beaucoup de mal à reduire l’alumine en aluminium. C’est pourquoi  , on utilise un autre type de réaction ; l’électrolyse de l’alumine.

L’électrolyte est composé d’alumine fondu et de cryolithe (uniquement là pour favoriser l’électrolyse). L’alumine est alors sous forme d’ions $ Al^{3+}$ et $O^{2-}$.

  • A la cathode on a Al3+ + 3e- ------------> Al (Qui se depose au fond de la cuve ).Dans cette réaction les ions $Al^{3+}$ gagne $3e^-$ sur la cathode. Pour une molécule d’alumine, 
    $ 2Al^{3+} + 6e^-\rightarrow2Al$
  • A l’anode , on a : 2O2- ---------------> O2 + 4e- et aussitôt l’oxygène se combine au carbone de l’anode (combustion). Dans cette réaction , les ions $O^{2-}$ abandonne $2e^-$ à l’anode. Pour une molécule d’alumine , on a : $3O^{2-}\rightarrow\frac{3}{2}O_2 + 6e^-$