Une fonderie est un site industriel où le métal est extrait pour le minerai brut. Des exemples courants de fonte de métaux comprennent l’étain, le plomb, le cuivre, le bronze et le fer. L’extraction de l’aluminium pur est également appelée fusion, bien que le processus soit sensiblement différent de celui des autres minerais.
Les métaux commencent leur traitement sous forme de minerai. Un minerai est généralement défini comme une roche, ou un groupe de minéraux, qui a une valeur économique potentielle. Le minerai ne contient pas que le métal d’intérêt. Par exemple, le minerai de fer est une roche qui contient du fer lié à d’autres composés chimiques et minéraux. La fusion du minerai est le processus d’élimination du métal d’intérêt de sa roche d’origine.
La fusion, comme son son le suggère peut-être, consiste à faire fondre partiellement le minerai. Le minerai doit être réchauffé dans un environnement oxydant jusqu’à ce que les produits chimiques commencent à se mobiliser ou deviennent disponibles. Certaines impuretés peuvent être chassées par la chaleur, et si le métal d’intérêt est sous la forme d’un sulfure, la chaleur et la présence d’oxygène peuvent être suffisantes pour le convertir en oxyde. Il n’est cependant pas possible de simplement faire fondre le métal du minerai.
En plus de la chaleur, la fusion nécessite également un agent réducteur. Le métal d’intérêt existe probablement sous forme d’oxyde, ou sera converti en un oxyde pendant le chauffage initial. Un agent réducteur suffisamment puissant sera capable de convertir l’oxyde en métal pur et en certains déchets.
L’un des premiers exemples d’une fonderie était un bloomery, utilisé par un forgeron pour fondre le minerai de fer. Dans une bloomery, le minerai de fer est chauffé en présence de charbon de bois, ou de combustible à base de carbone pur, et d’air en mouvement. Au fur et à mesure que le minerai est chauffé, le monoxyde de carbone du charbon de bois réduit l’oxyde de fer.
La réaction de fusion au sein d’une floraison produit un fer métallique relativement pur et du dioxyde de carbone comme déchet. Au fur et à mesure que le soufflet souffle à travers la floraison, le dioxyde de carbone est évacué, permettant à la réaction de se poursuivre. Le métal et les impuretés, appelés scories, tombent au fond du four à mesure que le minerai de fer est réduit. En règle générale, le fer est chauffé une deuxième fois pour marteler le laitier du fer forgé.
Une autre forme ancienne de fonte du fer est le haut fourneau, qui a une histoire particulièrement ancienne en Chine. Au milieu des années 1800, cependant, le minerai de fer était fondu en acier, qui est une forme beaucoup plus pure du fer. Cette transition industrielle vers la fabrication de l’acier a été rendue possible par le développement du procédé Bessemer, dans lequel l’air soufflé à travers le fer en fusion est capable d’éliminer la plupart des impuretés. À partir de 1950, la méthode d’extraction dominante trouvée dans une fonderie de fer donnée est devenue la fabrication d’acier à l’oxygène de base (BOS). BOS améliore le processus de base de Bessemer en insufflant de l’oxygène pur à travers le fer en fusion, ce qui améliore considérablement l’efficacité de la fonderie.
De nombreux autres métaux subissent une fusion comme méthode d’extraction, et bon nombre des techniques des diverses usines de fusion et équipements de fusion suivent les mêmes principes de base. De plus, l’extraction de l’aluminium est également appelée fusion. Les fonderies d’aluminium se distinguent par le fait qu’elles effectuent un processus électrolytique. Le courant électrique traverse de la cryolithe liquide en fusion, dans laquelle de l’oxyde d’aluminium a été dissous. L’oxydation et la réduction correspondantes qui se produisent à l’anode et à la cathode électriques convertissent l’oxyde d’aluminium en aluminium pur.