Oxyde métallique
Les oxydes métalliques sont des matériaux composés d'anions oxyde et de cations métalliques. Le dioxyde d'étain, le dioxyde de titane et l'oxyde de zinc sont des exemples.
La plupart des métaux sont sous forme oxydée à l'état natif (minerai), et souvent sous forme d'oxydes (mais aussi d'hydroxydes, de sulfures et de chlorures). Les oxydes sont la forme « naturelle » des métaux, celle vers laquelle ils tendent « spontanément » à revenir (corrosion).
Utilisation
- Les oxydes métalliques, présents dans les minerais, sont la matière première de la métallurgie : c'est à partir d'oxydes que sont élaborés les métaux.
- Les oxydes métalliques donnent de la couleur aux poteries, le verre, aux fusées de feu d'artifice ou aux émaux.
- Les oxydes métalliques « purs » sont des céramiques.
- Ils ont un comportement semi-conducteur à haute température (de 400 à 800 °C) et ils sont très utilisés pour les capteurs de gaz.
- Ce sont des matériaux autonettoyants (photocatalyse) et électrochromes.
- Ce sont des agents de vulcanisation des élastomères halogénés : un système de vulcanisation à base d'oxyde de zinc (ZnO) et d'oxyde de magnésium (MgO) est généralement utilisé.
Réduction pour la métallurgie
La métallurgie primaire consiste à transformer le minerai en métal, par l'opération de réduction.
La première méthode utilisée a été la pyrométallurgie, c'est-à -dire la réduction par le feu : les gaz de combustion incomplète captent l'oxygène de l'oxyde. Ça a été le cas pour le minerai de cuivre, puis pour le minerai de fer (réduction directe). En atmosphère normale, la température nécessaire pour réduire ces oxydes est supérieures à 3 700 K[1].
Les minerai peuvent aussi être réduits par réaction chimique (voie humide) et par l'utilisation de courant électrique (notamment dans le cas de l'aluminium).
Réduction dans le cadre d'utilisation des métaux comme sources d'énergie solide
La recherche d'énergies de substitution aux énergies fossiles ou à l'électricité produite par l'énergie nucléaire donne lieu à de nombreuses tentatives pour produire de l'énergie destinées aux véhicules à partir de blocs de poudres métalliques réagissant avec de l'oxygène. Ces recherches s'appuient sur les réactions fortement exothermiques de la réaction d'oxydation de ces métaux, qui produisent des oxydes qu'il est nécessaire de recycler pour envisager une utilisation durable. L'utilisation de l'énergie solaire pour effectuer ces réductions est l'une des voies les plus explorées[1]. Un projet de moteur au magnésium de 2007 utilisant l'énergie produite par l'oxydation-réduction du magnésium dans de l'eau, générant de l'hydrogène immédiatement utilisé pour produire de la vapeur d'eau, et de l'oxyde de magnésium résiduel, a abouti au même besoin[2].
Évaluation des quantités concernées
Une étude de 2015 évalue la quantité de métaux consommés et d'oxydes produits pour l'autonomie d'un véhicule sur 800 kilomètres. Le fer a été écarté comme carburant possible en raison de sa faible enthalpie de combustion (7,4 MJ/kg) et des quantités importantes de matériau consommé et d'oxyde produit (207 kg et 296 kg). Le bore, le magnésium, l'aluminium et le silicium présentent des chiffres plus bas, respectivement 207 kg de bore pour 207 kg de B2O3, 62 kg de magnésium pour 103 kg de MgO, 47 kg d'aluminium pour 207 kg d'Al2O3 et 47 kg de silicium pour 101 kg[1].
Carboréduction sous basses pressions
Les résultats de l'étude déjà citée, utilisant un four solaire à concentration de 2 kW sous basses pressions allant jusqu'à 10-5 bar, a permis d'afficher une réduction significative des températures de réduction, et des résultats jugés encourageants pour l'aluminium (avec dégagement de CO) et le magnésium[1].
RĂ©duction par laser sous vide
Le projet annoncé en 2007 aurait permis la réduction grâce à des fibres optiques alimentées en énergie solaire via une cellule de Fresnel de 2 m²[2] ou 4 m²[3] couplée à un cristal YAG générant 400 W, les rayons étant envoyés par fibre laser dans une chambre à vide sur les particules d'oxyde de magnésium[2].
Références
- Puig Jean et Balat-Pichelin Marianne, « Carbo-réduction d’oxydes métalliques par voie solaire concentrée pour la production de carburant solide », PROMES-CNRS, 27 mai 2015, lire en ligne
- « Magnésium et laser solaire pour produire de l’hydrogène », sur energiein.e-monsite.com (consulté le )
- (en) Coco Masters, « Heroes of the Environment 2009 - Takashi Yabe », Time, .