Tp production d’un oxyde à partir d’un minerai, une étape dans l’élaboration d’un métal

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titre	Tp production d’un oxyde à partir d’un minerai, une étape dans l’élaboration d’un métal
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date de publication	08.10.2017
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TP D1. Production d’un oxyde à partir d’un minerai, une étape dans l’élaboration d’un métal

Première partie : purification de l’alumine (de la bauxite à l’aluminium)

Deuxième partie : détermination de la quantité d’ions fer(II) dans une bauxite

L’étude de ce minerai et le travail expérimental peuvent donner lieu à deux séances de travaux pratiques, l’une sur la purification de l’alumine, une autre sur l’extraction de l’oxyde de fer(III) suivi et d’un titrage des ions fer(II), l’objectif étant de déterminer la quantité d’élément fer dans la bauxite. Il est également possible de mener les deux manipulations en séparant le groupe en deux, une partie du groupe travaillant sur l’alumine et l’autre partie sur l’oxyde de fer avec mise en commun des résultats.
Il peut être intéressant, à titre d’exercice, de demander aux élèves d’expliciter, au vu des étiquettes portées par les flacons, comment préparer, la solution de soude de concentration 2 mol.L^-1et d’acide chlorhydrique 3 molL^¹, en précisant la verrerie employée et les consignes de sécurité.
Première partie . - I Purification de l’alumine (de la bauxite à l'aluminium)

Objectifs

Réaliser au laboratoire quelques étapes dans l’élaboration industrielle de l’aluminium.
Montrer qu’une propriété chimique, l’acido-basicité, peut jouer un rôle important dans un procédé industriel (purification d’un minerai en vue de la production d’un métal).
Situer l’étape de production de l’alumine dans la filière d’élaboration de l’aluminium, par une activité documentaire.

Présentation de la démarche

Le travail expérimental ne peut se faire sur le minerai brut pour des problèmes d’approvisionnement, de variations de composition et de propriétés qui peuvent invalider le protocole (en raison de la non-reproductibilité des résultats) et surtout de difficultés de dissolution. Il est proposé de travailler sur une poudre de « minerai reconstitué » ayant une composition proche de celle du minerai naturel, la bauxite. Pour rendre cette approche concrète, présenter si possible aux élèves un morceau de minerai naturel et le faire observer. Le minerai naturel peut se présenter sous forme de blocs ou de poudre, cette dernière étant obtenue par broyage des blocs, afin de faciliter leur dissolution.

Activités préparatoires à la manipulation

Observer des échantillons de minerai reconstitué en poudre et de poudre d’alumine. Comparer les deux échantillons ; justifier les différences de coloration.

Étudier un document : Extraction industrielle de l’alumine à partir de la bauxite, procédé Bayer

Quel est le nom et la formule de l’espèce chimique (contenant l’élément aluminium) la plus couramment présente dans la bauxite^¹ ?

Indiquer quels sont les autres espèces chimiques également présentes dans la bauxite et quel est l'aspect physique de ce minerai.

Analyser les différentes étapes de fabrication de l’alumine (la série d’expériences simples décrites dans le protocole a pour objet d’aider à la compréhension du document).

Démarche suivie dans la manipulation

Réaliser et interpréter quelques expériences simples pour aider à comprendre le principe de l’extraction de l’alumine à partir du minerai (accompagnant la lecture du document préparatoire).
Purification de l’alumine, oxyde d’aluminium(III), de formule Al₂O₃, quelques étapes :

dissolution en milieu basique de l'alumine contenue dans le minerai reconstitué ;
élimination des impuretés par décantation puis filtration ;
régénération de l'alumine par précipitation de l’hydroxyde d’aluminium(III), appelé hydrargillite, de formule Al(OH)₃;
calcination de l’hydroxyde pour obtenir l’oxyde d’aluminium(III) (alumine).

Prolongements documentaires envisageables

Expliquer le principe de la réduction électrolytique de l’oxyde d’aluminium liquide (un court texte est proposé dans « Commentaires et compléments^²) ».
L’industrie de l’aluminium : quels risques pour la santé des professionnels ? (Un article du journal Le Monde daté du 13 avril 2002 est également proposé.)
Le tri sélectif des déchets et la récupération de l’aluminium.
Etc.

Pour la préparation et l’exploitation de la manipulation, deux démarches peuvent être envisagées : soit demander aux élèves de faire une recherche documentaire pour répondre à des questions posées, soit analyser un document (texte ou vidéo) proposé par l’enseignant.

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