Bibliographie Introduction





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Aluminium ZEGHBIB MOUNIA

2009-2010




Plan :

  1. Introduction

  2. Historique

  3. propriétés physico-chimique, Etat naturel, et production

  4. utilisation

  5. Sources d’exposition

  6. Toxicocinétique

  7. Toxicité : -mécanisme d’action

-symptomatologie

-traitement

  1. Bio marqueurs d’expositions

  2. Détection analytique

  3. prévention

  4. conclusion

  5. Bibliographie



  1. Introduction :

L'aluminium est le métal le plus abondant sur la terre on le retrouve dans le sol, dans l'eau et dans l'air. Ses propriétés chimiques et physiques lui donnent de nombreuses utilités. À titre d'exemple, on peut mentionner l'utilisation de l'aluminium et de ses composés dans les produits alimentaires (en tant qu'additif), dans les médicaments (p. ex., les antiacides), dans les produits de consommation (p. ex., les ustensiles de cuisson et le papier d'aluminium) et pour le traitement de l'eau potable (p. ex., les coagulants).

Parce que son abondance dans l'environnement le rend pratiquement inévitable, les chercheurs étudient depuis longtemps les effets de l'aluminium sur l'être humain. Ces recherches ont révélé un lien entre l'apport d'aluminium et la démence neurologique chez les patients dialysés (encéphalopathie des dialysés). Ces dernières années, le public et les médias s'inquiètent des autres effets néfastes possibles de l'aluminium sur la santé humaine, notamment de son rôle dans la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la sclérose latérale amyotrophique. On a également soulevé des questions sur les risques potentiels que courent les nourrissons qui consomment du lait maternisé contenant de l'aluminium.


  1. Historique :

L’origine du nom aluminium vient du terme « alumen » dont Les Romains désignaient avec toute substance au goût amer. Parmi celle-ci, alun, KAL(SO4)2,12H2O, dont ils se servaient comme astringent et comme mordant pour fixer les teintures.

1808 : Découverte de l'aluminium (alumium) par Sir Humphrey Davy, chimiste anglais (1778-1829) qui tenta vainement de produire de l'aluminium par électrolyse d'un mélange fondu d'alumine et de potasse, après avoir découvert que le sodium et le potassium entraient dans la composition de l'alun, supposa qu'il s'y trouve aussi un autre métal, qu'il baptise « aluminium» en latin,« alun » se dit «alumen ».

1821 : Pierre Berthier (chimiste Français) découvre près des Baux de Provence dans le sud-est de la France une mine contenant 52% d'oxyde d'aluminium. On l'appela bauxite. C'est le minerai le plus fréquent d'aluminium.)

1827 : On attribue généralement la découverte et l'isolement de l'aluminium à Friedrich Wöhler en 1827. Toutefois, deux ans plus tôt, le chimiste et physicien danois Hans Christian Oersted avait réussi à produire une forme impure du métal.

Continua les travaux de Davy toujours par la même technique. Il produisit les premiers nodules d'aluminium.

1845 :L'Allemand Friedrich Wöhler mit en évidence des propriétés du métal aluminium et en particulier sa légèreté, ce qui excita ses contemporains.

1846 : Le chimiste français Henri Sainte-Claire Deville améliore la méthode de Wöhler en réduisant le minerai par le sodium. Il publie ses recherches dans un livre en 1856. Cette méthode est utilisée à travers toute l'Europe pour la fabrication de l'aluminium, mais elle reste extrêmement coûteuse. On fabrique l'aluminium par kilogrammes, il est très cher. Pour fabriquer des bijoux, dont la valeur sera évidemment réduite à néant quelques décennies plus tard

1860 : Le premier site industriel producteur d'aluminium au monde s'installe à L'usine de Salindres, dans le Gard, fut pratiquement la seule au monde, pendant 30 ans à produire de l'aluminium selon le procédé de SAINTE-CLAIRE DEVILLE. .

1886 : Paul HEROULT, en France et, quelques mois plus tard Charles MARTIN HALL, aux États-Unis, en remarquant qu'il est possible de dissoudre l'alumine et de décomposer le mélange par électrolyse (procédé Héroult-Hall) pour donner le métal brut en fusion découvrirent, indépendamment, que l'oxyde d'aluminium, ou alumine, se dissolvait dans la cryolite et pouvait ensuite être décomposé par électrolyse pour donner le métal brut en fusion= une nouvelle méthode de production de l'aluminium. Ce procédé permet d'obtenir de l'aluminium de manière relativement économique. La méthode mise au point par Héroult et Hall est toujours utilisée aujourd'hui.
1887 : Carl-Joseph BAYER, fils du fondateur de la société chimique BAYER, fait breveter un procédé de transformation du minerai de bauxite en alumine. Décrit une méthode connue sous le nom de procédé Bayer pour obtenir de l'alumine à partir de la bauxite. Cette découverte permet de faire entrer l'aluminium dans l'ère de la production de masse.
Préparation de l'alumine par attaque à la soude de la bauxite et reprécipitation de l'hydrate d'aluminium purifié. C'est le procédé le plus courant pour produire la matière première nécessaire à la réduction électrochimique.

1888 : les premières sociétés de production d'aluminium sont fondées en Suisse, France et aux États-Unis.

1920 : La production annuelle d'aluminium est de 128.000 tonnes

1947 : Premières voitures de série, sur les chaînes de fabrication de la DYNA PANHARD, conçue par l'ingénieur J.A GREGOIRE. L'aluminium fut ensuite utilisé pour la fabrication des cycles, chemin de fer, l'aéronautique

1997 : Production annuelle, 22 millions de tonnes.


  1. propriétés physico-chimique Etat naturel, et production :




  • Propriétés physico-chimique :


Aluminium métal :

-Est un élément très abondant qui compose environ 8,1 % de l'écorce terrestre.

C'est le 3ème élément le plus abondant de cette écorce, derrière l'oxygène (46,6 %) et le silicium (27,7 %), et devant le fer (5,0 %).

-L’aluminium est un métal gris argenté, brillant, qui présente des propriétés physico chimiques particulièrement intéressantes : basse densité, grande malléabilité, grande ductilité, bonne conductivité électrique et chimique, résistance à la corrosion, à la traction. Il est trois fois plus léger que l’acier. Il ne s’altère pas au contact de l’air en raison de la formation d’une couche protectrice d’alumine en surface, ce qui le rend très résistant à la corrosion de l’air mais aussi de l’eau. Il est de plus totalement recyclable.

-L’aluminium, se situe dans le groupe 13, 3 ème période du tableau de Mendeleïev :

Al : [Ne] 3s2 3p1, comme tout élément de la famille du bore possède trois électrons de valence.

-Il s’agit d’un métal amphotère qui réagit avec les acides (chlorhydrique, perchlorique, sulfurique) et les bases fortes.

- solubilité :

  • eau à 25°c : insoluble, rapidement oxydé par l’eau à 180°c.

  • Solvants organiques : solubles dans les alkalis et les acides.

- L’aluminium présente, généralement, deux états d’oxydation : Al (0) et Al (+3). Le rayon de l’ion Al3+ est de 0.5 Angstrom, il est donc très polarisant, ce qui explique qu’il interagit avec les molécules d’eau, les anions OH-, SO4 2-, PO4 3-, F-.

- La spéciation chimique de l’aluminium dans l’eau est d’un intérêt particulier, car c’est la forme de l’aluminium qui détermine sa mobilité, sa biodisponibilité et sa toxicité :

  • L’aluminium est un amphotère formant des sels stables à PH < 3, et des aluminates en milieu fortement alcalin à PH supérieure à 11.

  • Dans les milieux à PH compris entre 3 et 11, l’aluminium forme des sels très peu solubles avec un minimum de solubilité très prononcé se situant approximativement au PH 6.5.

- vis –vis de l’environnement, l’une des caractéristiques de l’aluminium métal est de pouvoir être entièrement recyclé en vue de réutilisation. Donc les principaux atouts de l’aluminium, qui font que ce dernier tend à remplacer dans l’industrie certains métaux comme le fer sont : sa légèreté, sa résistance mécanique, sa conductivité électrique et thermique, sa résistance a la corrosion.


Tableau résumant les principaux caractéristiques physicochimique de l’aluminium métal

B -Composés de l’aluminium








  • Etat naturelle

-À l’état naturel, l’aluminium n’est jamais retrouvé sous forme de métal : très réactif il est toujours combiné à d’autres éléments.

-Les composés les plus fréquents sont : les oxydes (alumine) et hydroxydes provenant essentiellement de la bauxite, les silicates provenant de l’argile et des micas et des formes hydrosolubles complexées aux sulfates (alun), nitrates, chlorures en présence de matières organiques dissoutes.

-La bauxites est son principal minerai que l'on appelle aussi Cliachite, Diasporogélite ou encore Wochéinite. Se forment essentiellement par des processus d'altération superficielle en climat alterné (saison sèche /saison humide) semi-aride à tropical.
-La bauxite est le minerai le plus utilisé pour obtenir de l'alumine, matière intermédiaire nécessaire à la fabrication de l'aluminium. Composé très dur ayant l’aspect d’une fine poudre blanche.

-De la famille des Latérites, la Bauxite est une roche sédimentaire principalement composée d'hydroxydes d'aluminium (Gibbsite, Boehmite, Diaspore), associés à des oxydes de fer et des impuretés (Silice, Calcite).Sa couleur varie du blanc-jaune au gris en passant par le rouge et le brun, en fonction de sa teneur en oxydes de fer et en impuretés.

-Principalement composée d'hydroxydes d'aluminium associés à des oxydes de fer (C'est cet oxyde de fer qui donne à la bauxite sa couleur rouge caractéristique) et à des impuretés, (Silice, Calcite).

-la bauxite présente trois formes majeur qui dépend : du nbr des molécules d’eaux, et de la structure cristalline :

  • la gibbsite (ou hydrargillite): Al (OH) 3

  • la boehmite: Al O (OH)

  • le diaspore: Al O2 (H)

Sa couleur varie du blanc-jaune au gris en passant par le rouge et le brun, en fonction de sa teneur en oxydes de fer et en impuretés.

oxydation_bauxite01


Pour obtenir une tonne d'aluminium, il faut...
environ 4 tonnes de bauxite qui se transforment en 2 tonnes d'alumine.
Les réserves minières de bauxite.
-Ces réserves sont très importantes, supérieures à 27 milliards de tonnes, et largement dispersées dans le monde. La bauxite est formée par l'altération rapide des roches granitiques en climat chaud et humide, c'est pour cela que les principaux gisements de bauxite sont situés dans les contrées tropicales.
-On exploite, aujourd'hui, la bauxite en grandes quantités en Australie, en Guinée et en Jamaïque

Sa production progresse chaque année et dépasse aujourd'hui les 115 millions de tonnes par an.
-Depuis 1991, la France a pratiquement cessé l'exploitation de ses mines de bauxite (situées dans le Var, les Bouches-du-Rhône et l'Hérault) en raison de l'épuisement de ses réserves

bauxite01
Aluminium dans l’environnement

-est soit d’origine naturelle (sols , roches , émissions volcaniques )

-soit d’origine anthropique (production d’Al et de ses composés , industrie minière , agriculture , fonderies

  • Dans les sols

Dans les sols l’Al entre dans la composition de nombreux minéraux. L’acidification du milieu contribue à ­ la solubilité de l’Al. Les formes les plus solubles de l’Al dans un sol acide sont les complexes organiques en l’absence de silice.

La présence d’argile peut contrôler la mobilité de l’Al par les réactions d’adsorption ou de désorption de cet élément à la surface des particules.

Le degré de saturation de la surface argileuse détermine si l’argile joue le rôle d’un récepteur ou d’une source d’aluminium mobile.

 

  • Dans l’eau

-L’aluminium est un constituant naturel des eaux souterraines et de surface. Les plus fortes concentrations en aluminium se retrouvent dans les eaux de drainage des régions soumises aux pluies acides, où l’acidité des roches facilite la mobilisation de l’aluminium à partir du sol.

-L’acidité entraîne une dissolution et un transport des sels d’aluminium en solution, qui sont alors absorbés par les végétaux et les animaux.

-L’Al élémentaire est insoluble dans l’eau.

L’Al est considéré comme amphotère (du fait du comportement de ses hydroxycomplexes) :

  • pH < 4 : Complexe hydraté [Al(H2O)6]3+ ; Qui sera absorbé par les végétaux,dont le thé qui l’accumule.

  • 5.2
    3 ;

  • pH > 9 : [Al(OH)4]- seule espèce présente à pH > 10 (soluble)

PH basique et dans des conditions de non équilibre, peuvent survenir des phénomènes de polymérisations de l’Al.

Comme les ions fluorures ont une taille similaire aux ions hydroxyles, ils peuvent se substituer facilement dans les hydroxycomplexes d’Al.

À des pH compris entre 5 – 6, l’Al peut également être complexé par d’éventuels phosphates présents et ne plus être disponible.

  • Dans l’air

L’aluminium est également présent sous forme de Particules de poussière dans l’air, les silicates d’aluminium contribuant pour une large part aux teneurs de ces poussières provenant du sol. L’aluminium est transporté dans l’atmosphère sous forme de particules. Dans ces particules, il est présent sous forme de silicates, d’oxydes et d’hydroxydes .

Ces composés ne peuvent pas être oxydés, ce qui exclu toute transformation chimique lors de leur transport atmosphérique.


  • Production :




  1. L’Aluminium primaire

Comme il est extrêmement difficile d’extraire l’aluminium combiné de ses composés, on préfère traiter des oxydes hydratés dont le principal est la bauxite L'aluminium extrait économiquement essentiellement de la bauxite, roches qui doivent contenir de 40 % à plus de 60 % d'alumine (oxyde d'aluminium, Al2O3) soit 20 % à30 % d'aluminium et doivent contenir moins de 10 % de silice (SiO2).

Une petite proportion de l'alumine produite en Russie est obtenue à partir de néphéline (Na,K)AlSiO4, extraite dans la péninsule de Kola.

Les bauxites sont classées en 3 catégories :

- la bauxite monohydrate, dont le composant principal est la boehmite, que l'on trouve surtout sous les climats méditerranéens (France, Grèce, Turquie, etc.)

- la bauxite trihydratée, dont le composant principal est la gibbsite, qui se développe surtout dans les zones tropicales (Afrique de l'Ouest dont Guinée, Amérique du Sud, Inde, Australie).

- une bauxite intermédiaire, contenant boehmite et gibbsite, que l'on trouve aux caraïbes (Jamaïque, etc.).

-La plupart des gisements de bauxite sont proches de la surface et exploités à ciel ouvert.

  • La principale méthode utilisée pour la production de l’aluminium métal comprend 3

étapes :


  1. Raffinage de la bauxite par le procédé Bayer :

C’est une Extraction de l’Alumine à partir de la bauxite

La bauxite est broyée et mélangée à haute température et sous pression, à la soude caustique qui dissout l'alumine hydratée et produit une solution d'aluminate de sodium .Cette dernière est filtrée pour éliminer les impuretés

De fines particules d'alumine sont ajoutées à la solution d'aluminate de sodium pour amorcer la précipitation des cristaux d'hydroxyde d'aluminium que l’on filtre et calcine à des températures variables selon les types d'alumine désirés.

Les résidus appelés boues rouges , contenant surtout des oxydes de fer , de silicium et de titane sont éliminés par décantation et filtration

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Les Conditions dans le digesteur (concentration, température et pression) sont fixés en fonction des propriétés du minerai de bauxite. :

-Des minerais à haute teneur en gibbsite peuvent être traitées à 140oC.

-Le Traitement des Böhmite d'autre part nécessite entre 200 et 240 ° C.
B-Réduction électrolytique :

L’obtention d’aluminium à l’état métal repose sur le procédé Héroult Hall, à savoir l’électrolyse de l’alumine dans de la cryolithe (Na3AlF6) fondue : Apres avoir débarrassé l’alumine de ses impuretés, on la soumet à une décomposition électrolytique à l’état fondue, comme sa température de fusion est très élevée, on ajoute un « fondant », un mélange de cryolite (fluorures double d’aluminium et de sodium (AlF3, 3NaF) et de fluorure de calcium ou fluorine (CaF2). La température de fusion de ce mélange est nettement plus basse que celle de l’alumine : il suffit de maintenir une température voisine de 1000 degrés (950-970°). On applique une différence de potentiel qui permet la décomposition de l’alumine. Le four lui-même constitue la cathode, tandis que l’anode est formée par des électrodes généralement en graphite. L’aluminium se recueille à l’état fondu à la base du four. L’espace ou se produit ce procédé de réduction électrolytique est appelé : potroom .

-L’anode peut être de 2types :

Anode continue (procédé de Soderberg)

Anode précuite

-Le procédé Soderberg à anode à cuisson continue, très polluant en hydrocarbures aromatiques, est actuellement abondonné au profit d’anode précuites.


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C-Casting

Au cours de la troisième étape, l’aluminium liquide se dépose au fond de la cuve, est recueilli puis déversé dans des moules et modelé en lingots, plaques, billets et fils


  • Les principales émissions dans l’atmosphère dues à l’industrie de l’aluminium sont :

-Les fluorures

Le procédé d’électrolyse nécessite des composés fluorés pour améliorer le bain électrolytique. L’économie d’énergie atteint les 50% puisqu’il diminue la température du bain à 960°C.

Or, même à cette température, une partie des fluorures s’évaporent.
- Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)

Ils sont le résultat de la combustion incomplète de composés carbonés.

Dans l’industrie de l’aluminium, les émissions de HAP résultent de la cuisson du brai contenu dans les anodes utilisées pour l’électrolyse.
-Dioxyde de souffre

La coke* de pétrole des anodes contient une faible teneur en souffre. La combustion des anodes donne donc des émissions de SO2 dans l’air qui sont sources de pluies acides.
- Les gaz à effet de serre

Dioxyde de carbone (la combustion des anodes des cuves d’électrolyse en coke* de pétrole donne une combustion de carburant fossiles qui produit du CO2) ; gaz perfluorocarbonés (sont exclusivement reliés à l’effet anode du procédé d’électrolyse). La production de 1 kg d’aluminium entraîne le rejet de 3 à 5 kg de gaz à effet de serre dans les anodes utilisées pour l’électrolyse.

  1. Aluminium "Secondaire

Le marché est aussi alimenté par de l'aluminium "secondaire" ou "de deuxième fusion" : obtenu par le recyclage de rebuts des industries de transformation et de déchets d'aluminium après usage (en particulier les canettes de boissons). L'aluminium est recyclable à 100%, avec une économie d'énergie de 95% par rapport à celle nécessaire à la fabrication de l'aluminium primaire. 20 % de l'approvisionnement mondial.

-Les principales étapes sont :
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