Minerai de fer / Acier

 

 

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Description

- Description et caractéristiques techniques
- Origine et histoire

Description et caractéristiques techniques

Le minerai de fer

Toutes les roches contenant du fer ne sont pas qualifiées de minerai de fer. En effet, bien que le fer soit un des éléments les plus abondants et les mieux répartis dans le monde (4% de l'écorce terrestre), toute roche en contenant ne peut être utilisée. Selon sa localisation, son degré de concentration et le stade de développement des techniques d'extraction et de traitement, toutes ne sont pas économiquement exploitables.

Il existe à travers le monde un nombre important de roches contenant du minerai fer. Elles sont en général réparties en plusieurs catégories : les minerais oxydés, les carbonates, les minerais sulfurés et les silicates.

Minerai
Répartition chimique
Couleur
Caractéristiques
- Minerais oxydés
Magnétite (FE3O4)
72,36% fer
27,64 % oxygène
Gris foncé à noir

C'est une roche très magnétique. Elle a pris de plus en plus d'importance avec le développement des techniques de concentration magnétique et l'utilisation accrue de produits de haute qualité.

Hématite
(FE2O3)
69,94% fer
30,06% oxygène
Gris acier à rouge vif

L'hématite est l'un des principaux minerais de fer. Cette roche possède une dureté qui peut aller de 5,5 à 6,5 selon la famille à laquelle elle appartient. C'est la forme de roche la plus répandue à la surface de la terre et c'est également celle qui est le plus souvent employée dans l'industrie.

Limonite (ou hématite brune)
(HFeO2)
62,85% fer
27,01% oxygène
10,14% eau
Jaune ou marron, parfois noir

Les limonites sont également une source importante de minerais à travers le monde. Elles sont à la fois oxyde et hydroxyde de fer. La goethite qui est une sorte de limonite se rencontre souvent en association avec de l'hématite.

L'ilménite
(FeTiO3)
36,80% fer
31,57% titane
31,63% oxygène
noir

On la rencontre parfois en association avec de petites quantités de magnétite. Elle est généralement exploitée pour le titane qu'elle contient. Le minerai de fer peut être alors extrait en tant que sous-produit au cours du traitement de la roche. Contrairement à l'hématite ou à la magnétite, cette roche n'est pas magnétique.

- Les carbonates
Sidérite
(FeCO3)
48,20% fer
37,99% CO2
13,81% oxygène
Blanc à gris vert, elle peut virer au brun, en présence d'humidité

Les sidérites contiennent en général une proportion assez variable de calcium, magnésium ou manganèse.

- Les silicates

chamosite,
stilpnomelane,
greenalite,
minnesotaite,
grunerite.

Les minerais de ce type, bien que d'une importance assez limitée en tant que tels pour la production de minerai de fer, présentent un certain intérêt en tant que source de minerais oxydés.
- Les sulfurés
pyrite
(FeS2)
46,55% fer
53,45% soufre
Jaune cuivré
Cette roche est souvent connue sous le nom d'or des fous du fait de sa grande ressemblance avec l'or. Elle est la roche contenant du minerai de fer la plus répandue. Comme l'ilménite, elle n'est souvent pas exploitée pour le fer qu'elle contient mais pour sa teneur en soufre. Le fer en est le sous-produit le plus communément extrait.
pyrrhotite
60,4% fer
39,6% soufre
Bronze
 
marcasite
 
 
 

L'acier

L'acier est un alliage de fer et de carbone obtenu par affinage de la fonte, c'est-à-dire par diminution, jusqu'au niveau désiré de la teneur en carbone du mélange (souvent en dessous de 2%). Des éléments sont souvent présents dans l'acier, ce sont principalement :
- des impuretés appelées scories en général moins de 0,1% qu'il s'agira de retirer. Ce peut être de l'oxygène, du phosphore ou du soufre,
- des nouveaux produits (ou adjonctions entre 0,1% et 10% voire plus) comme le silicium, le manganèse, le chrome, le nickel, le cobalt, le molybdène, le vanadium, l'aluminium ou le cuivre par exemple. L'ajout de ces éléments est destiné à améliorer les caractéristiques physiques et/ou mécaniques de l'alliage.

Origine et histoire

Au commencement était le fer...

La fabrication du fer sur le continent européen date de 1700 avant Jésus-Christ. Elle est restée la même depuis cette époque jusqu'à la fin du Moyen Âge et consistait à chauffer simultanément du bois et du minerai jusqu'à obtention d'une pâte métallique qui devait être ensuite martelée à chaud afin d'obtenir du fer à l'état brut par l'élimination des impuretés qui pouvaient encore s'y trouver. Les quantités produites étaient faibles et le travail pénible.

Puis vint la fonte...

Vers 1400 après Jésus-Christ est née la première génération de hauts fourneaux qui permit le développement du procédé de fabrication de la fonte. La fonte est un alliage dont la teneur en carbone est supérieure à 2,11% et dans lequel peuvent apparaître, avec la cémentite, des particules de graphite de formes diverses ; notamment en forme de lamelles, ce qui explique en particulier la fragilité des fontes. Ces particules peuvent être globularisées et la fonte dite à graphite sphéroïdale est alors ductile.

... Et enfin l'acier

A la fin du XVIIIème siècle, ce sont les scientifiques français Berthollet, Monge et Vandermonde qui sont à l'origine de la définition exacte de l'interaction existant entre le fer, la fonte et l'acier et qui mettent à jour le rôle tenu par le carbone au sein de cette relation. Ce n'est qu'un siècle plus tard, avec l'invention des fours de Bessemer, Thomas et Martin que l'acier pourra être produit en grande quantité.

Grâce à son caractère polyvalent, ce métal est devenu l'élément clé de la révolution industrielle.

Le premier mode de fabrication de l'acier fut celui de la cémentation, un processus qui visait à chauffer des barres de fer à l'aide de charbon de bois dans un four fermé de sorte que la surface du fer acquiert une importante teneur en carbone. La méthode dite au creuset initialement développée afin de retirer les scories de l'acier issues de la cémentation, permet de fondre ensemble le fer et d'autres substances dans un récipient (le creuset) composé d'argile réfractaire et de graphite. C'est par cette méthode que sont fabriqués les couteaux de Damas et de Toledo par exemple.

Parmi les procédés plus récents, on trouve celui de Bessemer, à foyer ouvert à base d'oxygène plus généralement utilisé dans la sidérurgie actuelle, le four à arc électrique une innovation qui offre la possibilité de produire à grande échelle de l'acier de haute qualité.

L'acier ainsi produit prend ensuite forme dans des laminoirs.

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