Aluminothermie

L’aluminothermie est un procédé pyrométallurgique de production de métaux purs, mettant en jeu la réduction exothermique de divers oxydes métalliques par l’aluminium en poudre. La réaction se déroule à haute température — plus de 2 800 °C.

Réaction aluminothermique sur une pièce en fer

Soudure aluminothermique de deux rails de chemin de fer bout-à-bout

Des morceaux de moules en sable à prise chimique ayant servi à souder des rails de chemin de fer comme ceux-ci peuvent être trouvés le long des voies.

L’une des utilisations les plus courantes est le soudage des rails de chemin de fer à partir d'un mélange de poudre d'hématite — un oxyde de fer rouge, de formule Fe₂O₃ — et d'aluminium grâce à la réaction suivante : Fe₂O₃ + 2 Al → 2 Fe + Al₂O₃. Ce mélange est fréquemment nommé thermite dans les pays anglo-saxons. Le procédé a été inventé par le chimiste allemand Johannes Hans Wilhelm Goldschmidt.

Elle se décompose en deux demi-réactions :

• réduction de l’oxyde de fer : Fe₂O₃ + 6 e⁻ → 2 Fe + 3 O²⁻
• oxydation de l’aluminium : 2 Al + 3 O²⁻ → Al₂O₃ + 6 e⁻

Outre l'hématite, on utilise également couramment comme oxydant la magnétite, un oxyde de fer noir ou bleu, de formule Fe₃O₄. Le fer obtenu ainsi est pur. Cela présente donc une alternative au fer le plus abondamment réduit industriellement dans les hauts-fourneaux, qui sort sous forme de fonte ou d'acier.

Plusieurs métaux ou métalloïdes peuvent être obtenus industriellement par aluminothermie, lorsque leur pureté doit être élevée, comme le nickel ou le silicium.