Recyclage du zinc et de l'acier dans les procédés sidérurgiques
Dans le recyclage des ferrailles d'acier galvanisé, le lien est étroit entre les filières de recyclage du zinc et de l'acier. Il est donc nécessaire de connaître les bases de la production industrielle de l'acier.
Il existe essentiellement deux méthodes de production industrielle d'acier. Dans les fours électriques, la matière première est principalement composée de ferrailles d'acier. Tandis que dans la filière hauts-fourneaux (convertisseur à oxygène), la matière première est constituée de minerai de fer, de ferrailles et de fonte liquide.
Un four électrique, par exemple un four électrique à arc immergé, est une grande cuve tapissée de briques réfractaires dans laquelle on utilise l'énergie électrique pour former un arc entre une électrode et les ferrailles d'acier. La chaleur de l'arc entraîne la fusion de l'acier.
Dans ces deux procédés de production d'acier, le zinc est volatilisé en raison de la température élevée atteinte dans les fours et évacué avec les gaz.
Ce flux de gaz est ensuite traité par un système de filtration anti-pollution.
Le résidu obtenu, appelé poussières, contient, entre autres, du zinc sous forme d'oxyde. Elles présentent des concentrations de zinc variables et sont traitées dans des centres appropriés.
Dans la filière hauts-fourneaux (convertisseur à oxygène), le minerai de fer est broyé ou fritté pour être ensuite aggloméré dans des installations spéciales. Les agglomérés sont chargés avec du coke dans le haut-fourneau qui produit de la fonte liquide. La fonte est alors affinée dans un convertisseur à oxygène pour en éliminer les impuretés et produire de l'acier liquide. Les réactions chimiques qui se déroulent dans le convertisseur produisent un excès de chaleur et il est donc nécessaire de refroidir le processsus en ajoutant des ferrailles d'acier jusqu'à concurrence de 20% de l'acier produit.
La filière hauts-fourneaux (convertisseur à oxygène) est tout aussi capable de recycler les ferrailles galvanisées. Dans ce cas, les poussières provenant du système de filtration anti-pollution contiennent du zinc en concentration variable et sont aussi traitées dans des centres spécialisés.
Bien que la plupart des sidérurgistes essaient d'éviter l'ajout de ferrailles galvanisées dans les convertisseurs à oxygène, il est difficile d'éviter la présence de zinc dans les poussières récupérées par les systèmes de contrôle anti-pollution. La teneur en zinc de ces poussières est généralement trop faible pour qu'elles soient recyclées, mais trop élevée pour être mises en décharge. Des nouveaux procédés sont en cours de développement pour traiter ces poussières.
Recyclage du zinc des poussières des fours électriques
Des poussières qui étaient autrefois mises en décharge sont aujourd'hui de plus en plus recyclées pour récupérer les métaux qu'elles contiennent. L'intérêt de leur recyclage est d'autant plus important que leur teneur en zinc est élevée (schéma 6). Les aciéries électriques essaient d'augmenter la teneur en zinc des poussières par diverses méthodes. Elles chargent le four avec une proportion plus importante de ferrailles galvanisées ou recyclent les poussières jusqu'à atteindre une concentration en zinc de 18 à 35%. Cette concentration rend ces poussières suffisamment attractives pour la production de zinc. Les deux méthodes peuvent être combinées.
Schéma 6 : Procédé du four électrique à arc
Les technologies qui sont actuellement utilisées dans l'industrie de la production des métaux non ferreux ont été développées pour le traitement des poussières de four électrique contenant 18 à 35 % de zinc. Les producteurs de zinc, qui désirent diversifier leurs sources de matières primaires brutes pour la production du zinc, considèrent les poussières de four électrique comme une alternative valable.
Comme l'industrie du zinc utilise habituellement des matières primaires brutes plus riches en zinc, les poussières de four électrique doivent être préalablement traitées pour rendre économique la récupération du zinc. Le procédé le plus répandu est le procédé Waelz qui consiste en une cuisson de la poussière dans un grand four rotatif, avec vaporisation du zinc (schéma 7). Ce traitement permet de porter la teneur en zinc à 55-65 % pour que l'oxyde de zinc produit puisse être utilisé comme matière première brute par les producteurs de zinc de première fusion.
Schéma 7 : Le procédé Waelz
Certains producteurs de zinc utilisent un haut-fourneau à zinc (Impérial Smelting) pour produire le zinc métal. Ils étudient les possibilités d'incorporer dans leur matières premières des poussières de four électrique sans enrichissement préalable par le procédé Waelz. D'autres procédés sont en cours de développement ; ils sont le plus souvent basés sur une dissolution des poussières suivie d'une récupération du zinc métal au départ de la solution. Certains de ces procédés ont été mis en oeuvre dans des installations pilotes ou dans de petites installations industrielles.
Technologies modernes de recyclage du zinc et de l'acier
Le procédé le plus utilisé pour le traitement des poussières de four électrique est le procédé Waelz qui exige des températures importantes. D'autres procédés sont en développement pour une récupération du métal par voie chimique.
Le premier de ces nouveaux développements offre des avantages par rapport aux procédés conventionnels et est déjà mis en oeuvre à échelle industrielle. Les études menées en Europe indiquent que la capacité optimale d'une installation de ce type est d'environ 30.000 tonnes de poussières par an, soit l'équivalent de la production de poussières de trois fours électriques à arc. Il est probable que ce procédé réduira de manière significative les coûts de la récupération et donc la facture globale du recyclage.
D'autres procédés permettent de traiter divers matériaux riches en fer et en zinc. Le premier stade d'un de ces procédés permet de séparer le zinc de l'acier et de récupérer le zinc sous forme d'un matériau contenant de l'oxyde de zinc. Un traitement chimique ultérieur de l'oxyde de zinc sépare de nombreux autres métaux, notamment le cuivre, présents en faible quantité dans les ferrailles d'acier, et permet la production de zinc pur directement réutilisable.
Un autre procédé est en cours de développement en Europe et en Amérique du Nord. Il consiste à séparer les deux composants de la ferraille galvanisée : le zinc et l'acier. Ce dernier est ensuite fondu dans le four électrique. Il s'agit d'un procédé électrochimique de séparation du zinc basé sur la technologie du désétamage déjà utilisée pour le traitement du fer-blanc de récupération.
Il existe donc plusieurs technologies prometteuses à échelle industrielle, qui devraient permettre un traitement plus économique des sous-produits d'aciérie contenant du zinc, comme les poussières de four électrique. |
