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Extraction des métaux – réduction par le carbone, haut fourneau, électrolyse de l'alumine et biolixiviation

ChimieChimie minérale17–18 ans

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Quatre écrans : chauffez CuO, PbO, ZnO, Fe₂O₃ et Al₂O₃ avec du carbone pour voir quels oxydes sont réduits, selon la position du métal par rapport au carbone dans la classification par réactivité ; un haut fourneau avec les réactions zone par zone et un tableau des quantités de fer, de calcaire, de laitier et de CO₂ ; une cuve Hall–Héroult qui extrait l'aluminium de l'alumine dissoute dans la cryolithe, avec la masse m = MIt/(nF) et l'énergie consommée ; enfin la phytoextraction comparée à la biolixiviation d'un minerai de cuivre pauvre au fil du temps.

Leçon : Extraction des métaux : réduction par le carbone, haut fourneau, électrolyse de l'oxyde d'aluminium, phytoextraction et biolixiviation

Ce qu’elle montre

La manière d'extraire un métal dépend de sa réactivité. Les métaux situés sous le carbone dans la classification, comme le cuivre, le plomb, le fer et le zinc, s'obtiennent en chauffant leurs oxydes avec du carbone : l'oxyde perd de l'oxygène et est réduit, tandis que le carbone gagne de l'oxygène et est oxydé. Dans le haut fourneau, le monoxyde de carbone réduit l'oxyde de fer(III) et le calcaire élimine le sable sous forme de laitier. Les métaux au-dessus du carbone, comme l'aluminium, exigent l'électrolyse d'un composé fondu, très gourmande en énergie. Le cuivre des minerais pauvres peut être extrait lentement par des plantes ou des bactéries.

Mode d’emploi

Dans Réduction par le carbone, choisissez un Oxyde, réglez Température de chauffage et cliquez sur Chauffer ; observez le solide et l'eau de chaux et lisez les masses. Dans Haut fourneau, choisissez une zone et modifiez Minerai chargé et Teneur en Fe₂O₃. Dans Électrolyse de l'alumine, réglez Intensité I, Tension U et Rendement en courant η, activez ou non la cryolithe et cliquez sur Lancer. Dans Bio-extraction, modifiez Teneur en cuivre et Masse de minerai pauvre, cliquez sur Lancer et comparez les deux courbes.

Paramètres modifiables

  • Écran Réduction par le carbone, Haut fourneau, Électrolyse de l'alumine, Bio-extraction
  • Oxyde métallique Oxyde de cuivre(II) CuO, Oxyde de plomb(II) PbO, Oxyde de zinc ZnO, Oxyde de fer(III) Fe₂O₃, Oxyde d'aluminium Al₂O₃
  • Température de chauffage 200–1600 °C
  • Masse d'oxyde 1–10 g
  • Minerai de fer chargé dans le haut fourneau 50–400 t/h
  • Teneur du minerai en Fe₂O₃ 50–95 %
  • Intensité du courant dans la cuve d'électrolyse 50–500 kA
  • Tension aux bornes de chaque cuve 3,8–5 V
  • Rendement en courant 80–100 %
  • Alumine dissoute dans la cryolithe
  • Teneur en cuivre du minerai pauvre 0,1–2 %
  • Masse de minerai pauvre 100–10000 t
  • Dernière étape pour récupérer le cuivre de la solution Cémentation par de la ferraille, Électrolyse de la solution

Questions à explorer

  1. Pourquoi le carbone réduit-il l'oxyde de cuivre(II) mais pas l'oxyde d'aluminium ?
  2. Dans le haut fourneau, quelle espèce est oxydée et laquelle est réduite quand l'oxyde de fer(III) réagit ?
  3. Pourquoi l'extraction de l'aluminium utilise-t-elle de la cryolithe, et pourquoi consomme-t-elle autant d'énergie ?

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