ELABORATION DES ALLIAGES NON FERREUX

Élaboration des alliages non ferreux

Plan

• Métallurgie de l’aluminium
• Désignation de l’aluminium
• Métallurgie du cuivre
• Désignation du cuivre
• Métallurgie du zinc
• Désignation du zinc

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DEFINITION D’UN ALLIAGE

L’alliage est un produit métallique obtenu par incorporation d’un ou plusieurs éléments à un métal .

Il a pour objectif d’améliorer les caractéristique mécanique et chimique d’un métal. Les alliages à deux composants sont dits binaires (Al-Cu), ceux qui contiennent trois composants sont appelés alliages ternaires (Al-Mn-Mg).

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Élaboration des alliages non ferreux:� 1 – l’aluminium.

L’aluminium est maintenant le principal métal non

ferreux industriel. Il figure en quantité comme le

troisième élément de l’écorce terrestre .

On va se focaliser sur quatre parties:

• Le minerai
• La fabrication de l’alumine
• La fabrication de l’aluminium
• La désignation

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Le minerai

Le seul minerai utilisé est la bauxite. Cette alumine se

présente dans l’une des espèces minéralogiques

suivantes: la Gibbsite Al2O3 ,3H2O(bauxites tropicales)

et la Boehmite Al2O3 ,H2O(bauxites européennes) .

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Donc, pour obtenir de l’aluminium pur, on va extraire

l’alumine pure de la bauxite , puis la réduire.

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Alliages d’aluminium

L’aluminium est un élément métallique de symbole Al et de numéro atomique 13. Il est tiré de l’alumine Al₂O₃ qui lui

même est extrait de la Bauxite.

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Fabrication de l’Alumine

Pour pouvoir fabriquer de l’alumine, on doit passer par

trois étapes:

• Préparation du minerai:

obtention d’une suspension de bauxite broyée

• Attaque par la soude

Al₂O₃ +2OH^- + 3H₂O 2[ Al(OH)₄]^-

• Décomposition de l’aluminate

[ Al(OH)₄]^- Al(OH)₃ +OH^-

2 Al(OH)₃ Al₂O₃+ 3H₂O

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Fabrication de l’aluminium

L’alumine est un oxyde très stable qui ne peut pas être

réduit par ( C ou CO).Il faut employer la réduction

cathodique qui se produit dans l’électrolyse.

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• L’électrolyte:

Pour que l’électrolyse de l’alumine fondue soit réalisable industriellement , on lui ajoute un fondant (la cryolithe).En pratique, la teneur en alumine ne dépasse pas 7% pour éviter l’empâtement.

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Fabrication de l’aluminium

• L’électrolyse

Elle se réalise dans des cuves rectangulaires ( cuves à anodes précuites et cuves à anodes Soderberg) qui servent de cathode et au dessus desquelles se trouvent les anodes en carbone .

L’électrolyse de l’alumine fondue se schématise par les équations suivantes:

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Réaction à l’anode: 3O^2- 6e^- +3/2 O₂

Réaction à la cathode: 2Al^3-+6e^- 2Al (liquide)

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Al₂O₃·(H₂O) + 2 OH⁻ → 2 AlO₂⁻ + 2 H₂O ;

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⮴ Alliages d’aluminium pour Corroyage

Les alliages d’aluminium pour corroyage sont des alliages à base d’aluminium destinés pour la majorité à être transformés par des techniques de forge ( laminage, filage, matriçage, forge etc.)

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⮴ Alliages d’aluminium pour fonderie

Les alliages d’aluminium pour fonderie sont des alliages dont le constituant principale est l’aluminium, destinés à être transformé par des techniques de fonderie.

EX: les moteurs

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Désignation basée sur les symboles chimiques

Cette désignation, normalisée (EN 1780-2), reprend les symboles des constituants de l'alliage, suivis, pour les principaux, de leurs proportions dans l'alliage. Cependant, ces proportions sont indiquées en pourcentage massique, il ne s'agit donc pas d'une véritable formule chimique.

Exemple : AlSi5Cu3Mg : alliage contenant (environ) 5% de silicium, 3% de cuivre et moins de 1% de magnésium

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🖎 Cependant il existe aussi une désignation numérique destinée au

commerce.

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Désignation Alliages d’Aluminium pour Fonderie

Désignation Alliages d’Aluminium pour Corroyage

Élaboration des alliages non ferreux:� 2 - Le Cuivre.

Introduction:

La teneur en cuivre de l’écorce terrestre est faible (0,01% ). Cependant, à cause de son existence à l’état natif et de la facilité de réduction du métal à partir des minerais, le cuivre est un métal connu depuis très longtemps : sa métallurgie a précédé celle du fer de 2500 ans.

On va se focaliser en cette partie à trois étapes:

• Les minerais
• Traitement du mènerai
• obtention du métal
• La désignation

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Les minerais

Les minerais utilisés sont en général les sulfures. Deux

Procédés sont mis en oeuvre :

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Le traitement par voie sèche (pyrométallurgie):

Des minerais concentrés à environ 15% de Cu.

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Le traitement par voie humide (hydrométallurgie) : il consiste en une mise en solution sulfurique du métal par léchage du mènerai, suivie d’un stade de dépôt du cuivre par cémentation sur plaques d’acier.

Traitement du minerai

1. Traitement mécanique:

Le minerai subit les opérations mécaniques classiques de tamisage, concassage, broyage et enrichissement par flottation

2. Fusion pour Matte:

Le minerai enrichi introduit dans un four à réverbère chauffé à 1100°C en atmosphère oxydante, fond. FeS s’oxyde et FeO résultat se combine à la silice et à la chaux pour former une scorie liquide :

Cu₂ + nFeS + FeO + SiO₂ Cu₂S , nFeS +scorie

minerai grillé matte

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Obtention du métal

Convertissage de la matte :

La matte liquide subit en présence de silice une oxydation par un courant d’air sous pression. Le convertissage a lieu en deux phases :

1ere phase : Oxydation de FeS

FeS + 3/2O₂ FeO + SO₂

FeO + SiO₂ FeO,SiO₂ (scorie sur le bain)

2eme phase : Oxydation de Cu2S

Cu₂ + O₂ 2Cu + SO₂.

Obtention du métal (la suite)

Affinage du cuivre blister :

Bien qu’il existe deux méthodes d’affinage :

• Affinage thermique : qui réalise une oxydation à l’air des impuretés et une réduction du cuivre oxydé par perchage.
• Affinage électrolytique : produit est affinée 90% du cuivre par électrolyse.

Le titre minimal du cuivre électrolytique est de 99,9% et 0,03% en O_2.

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Désignation des Alliages de cuivres