- Du minerai de fer à l'acier
- La filière australienne
- La filière brésilienne
- Glossaire

Du minerai de fer à l'acier

Afin d'obtenir de l'acier, le minerai de fer seul n'est pas suffisant. Dans la réalité, trois matires premires principales entrent dans la production d'acier : le minerai de fer, le coke mtallurgique* et la ferraille. Le recyclage représente une part importante des intrants pour la réalisation d'acier. Le minerai de fer additionné de coke passant par un haut-fourneau produira de la fonte, partir de laquelle l'acier sera obtenu.

Source : USINOR

Il existe deux modes de fabrication de l'acier selon que celui-ci est produit à partir du minerai de fer ou provient du recyclage des ferrailles.

Premier mode de production : la filière fonte

Après avoir été concassé, criblé, puis aggloméré ou bouleté, le minerai de fer va être placé dans un haut-fourneau en couches alternées avec du coke dont le but est de fournir la chaleur adéquate pour l'opération. Une température d'environ 2000°C est nécessaire afin que la gangue et le fer fusionnent, après réduction des oxydes de fer du minerai par le gaz issu de cette combustion. Le fer s'alliant au carbone donnera naissance à la fonte. A intervalles réguliers, la fonte et le laitier** sont recueillis séparément grâce aux coulées. Le laitier bien qu'inutile lors des opérations suivantes trouvera un débouché dans le secteur du bâtiment et des travaux publics comme revêtement routier.

A l'issue de cette première étape, la fonte est dirigée vers un appareil appelé convertisseur. Il en existe de deux types principaux : celui imaginé par Henry Bessemer vers 1850 et le convertisseur Thomas Gilchrist mis au point en Grande-Bretagne en 1878. Le principe est le même : une fois à l'intérieur de la cornue***, la conversion se déroule à chaud. On insuffle de l'air par des tuyères situées dans le fond du vase. L'oxygène présent dans l'air permet la combustion des impuretés contenues dans le métal brut, ainsi que l'élimination d'une partie du carbone par oxydation. La transformation de la fonte en acier a été opérée.

L'invention de Thomas à la fin du XIXème siècle a rendu possible le traitement des fontes phosphoreuses par le revtement des parois du convertisseur avec des matriaux basiques (dolomie) permettant l'absorption du phosphore.

Deuxième mode de production : la filière électrique ou l'élaboration de l'acier sans passer par la fonte

L'ancêtre des fours électriques que l'on connaît aujourd'hui est le four Martin-Siemens (affinage sur sole), système qui n'est plus usité dans le monde qu'en Europe de l'Est pour environ 10% de la production mondiale. Le principe de ce four a été mis en œuvre au XIXème siècle. Il pouvait être acide ou basique. Dans le premier type de four, l'affinage ne portait que sur certains éléments (carbone, silicium et manganèse), le soufre et le phosphore restant intacts. Par contre, le four Martin-Siemens basique permettait l'élimination de tous ces produits. Ce système a peu évolué jusqu'aux années 1960 où il a commencé à être dépassé par les fours électriques.

Le four électrique permet d'effectuer un affinage très poussé. A ses débuts, il était réservé à la production d'aciers spéciaux, mais il a depuis conquit les marchés des fers à béton. Le chauffage est assuré par un arc électrique jaillissant entre des électrodes de carbone et les matières placées dans le four. Après fusion, on effectue l'affinage par l'intermédiaire de plusieurs laitiers. On procède lors de la phase finale aux adjonctions nécessaires à l'obtention du type d'acier désiré.

Processus de traitement de dernière génération

Ce dernier mode de production date des années 1950, 1960. Il se fait également au travers d'un four électrique. Toutefois, au procédé de base, on a ajouté un insufflement d'air enrichi en oxygène durant la période oxydante afin d'améliorer et d'accélérer le processus. Différents procédés ont recours à l'oxygène pur actuellement. L'acier ainsi obtenu sera dénommé "acier à l'oxygène". Ces aciers sont devenus prépondérants sur le marché.

Quelques dates d'avancées technologiques :

1) Soufflage par lance verticale : LD (1949-52) et LD Pompey (1957) pour fontes hématites, OLP et LD-AC (1958) pour fontes phosphoreuses
2) Fours tournants et soufflage par lance : Kaldo (1948-55), Rotor (1952-56) ; pratiquement disparus,
3) Soufflage par tuyères dans le fond de la cornue : LWS et OBM (1970) pour fontes hématites et phosphoreuses ; AOD et (Cl. U) pour aciers inoxydables,
4) Soufflage mixte par lance et tuyères : permet l'augmentation de la proportion de ferrailles, l'élargissement de la gamme des nuances, une conduite automatique et la réduction de la teneur en azote (de 0,008 à 0,002%).

A la fin du processus, qu'il soit traditionnel ou électrique, l'acier est dorénavant coulé en continu sous forme de brames, blooms, billettes, ronds ou de lingots. Ces produits sont finalement transformés en produits finis tels que des poutrelles ou des palplanches de rails par exemple.

La filière australienne

Environ les neuf dixièmes de la production australienne annuelle de minerai de fer est exportée, ce qui a représente un volume de plus de 210 millions de tonnes en 2004. L'Australie est le premier exportateur mondial de minerai de fer et se classe au deuxième rang des pays producteurs après le Brésil. Comme cela est le cas dans beaucoup de mines à travers le monde, la plupart des mines de fer australiennes sont exploitées à ciel ouvert.

Répartition des sites d'extraction

Bien que les réserves de fer se rencontrent à travers toute l'Australie, près de 95% des réserves identifiées et économiquement exploitables à ce jour (environ 15,3 milliards de tonnes) se situent en Australie de l'Ouest dont 90% dans la Province de Hamersley.

Dans cette province, il existe trois types principaux de dépôts :
(1) les gisements riches en oxyde de fer sont les plus importants. Ils regroupent principalement de l'hématite et de l'hématite goéthite. La teneur en fer de ces roches peut varier. Toutefois, elles contiennent en moyenne plus de 60% de fer commercialement exploitable ;
(2) viennent ensuite les oxydes de fer déposés le long d'anciennes rivières, principalement à l'ère tertiaire. Ceux-ci sont principalement constitués de limonite. Ils sont fortement appréciés du fait de leur taux d'impuretés très faible. Ils ne renferment pas autant de fer que les précédentes, toutefois, leur teneur avoisine les 58% ;
(3) le dernier type de dépôts, ceux d'oxyde de fer se sont forms partir de l'rosion de filons existants (gisements dtritiques de minerai de fer - dépôts de scree et canga). Ils sont en général assez aisés à collecter et contiennent entre 40% et 55% de fer. Ce type de dépôts peut également être rencontré dans le sud de l'Australie.

Traitement du minerai

Le traitement du minerai de fer en Australie utilise tous les modes opératoires existants afin d'améliorer la teneur en fer de la roche par l'élimination des impuretés. Les principales usines de transformation se situent à Mount Tom Price et Mount Whaleback. Elles permettent notamment de retraiter le minerai contenant du schiste argileux. Cette faculté a permis d'accroître les réserves susceptibles d'être traitées. Sont également employés, les procédés de pelletage et d'agglomération par frittage****. Le minerai est ensuite traité par les hauts-fourneaux de Port Kembla, de Newcastle ou de Whyalla. L'acier est produit soit sur place, soit à Sydney ou à Laverton North. Dans ces deux derniers cas, l'acier provient dans son intégralité de la refonte des déchets de fer et d'acier dans des fours électriques.

Utilisations

En Australie, comme dans la plupart des régions du monde, le principal emploi du minerai de fer est l'acier aussi bien sous sa forme brute que sous celle d'alliages. Son coût relativement faible en fait l'un des intrants privilégiés de diverses industries telles que celles du bâtiment et du transport, de la production de machines et d'autres applications comme l'industrie alimentaire et l'industrie du pétrole et du gaz, par exemple.

La filière brésilienne

Le Brésil est l'un des premiers pays producteur et exportateur de minerai de fer au monde. Ce secteur est traditionnellement l'une des principales sources d'entrée de devises de cet État (environ 5% de la valeur totale des exportations de minerais). Sa production pour l'année 2004 représentait 271 millions tonnes environ dont 170 millions exportées principalement vers le Japon (38%*), la Chine (38%) et la République de Corée (13%*). La quasi-intégralité de la production est réalisée par sept entreprises : CVRD, Minerações Brasileiras Reunidas S.A. (MBR), Ferteco Mineração S.A., Samarco Mineração S.A. (SAMARCO), S.A. Mineração da Trindade (SAMITRI), CSN, and Itaminas Comércio de Minérios S.A.CVRD et MBR (Mineracao Brasileiras Reunidas).

* En 2004.

L'exploitation du minerai de fer, au Brésil plus qu'ailleurs encore, fait partie de l'histoire du pays. La première fabrique intégrée a été construite au cours des années 1940 à Volta Redonda dans l'État de Rio de Janeiro. Aujourd'hui, la majorité des entreprises minières et de transformation se situe dans les États du sud-ouest du pays. L'industrie brésilienne peut être divisée en deux branches distinctes : les usines intégrées et les semi-intégrées. Dans les premières, l'acier est produit via le cheminement traditionnel - (1) réduction du minerai de fer et obtention de la fonte dans les hauts fourneaux, (2) raffinage afin de débarrasser le métal de ses impuretés et obtention de l'acier à proprement parlé, (3) mise en forme du produit final par laminage. C'est à la phase (2) qu'entrent en jeu les usines semi-intégrées. Elles commencent la fabrication de l'acier à partir de la deuxième étape. Le métal primaire est fondu avec des déchets ferreux provenant de tiers, puis le produit est laminé.

Pour de plus amples renseignements, se reporter aux documents suivants :
- Brazil - Mining: Iron Ore Mining : Mbendi.co.za
- Industry projects : Mining-technology.com

Glossaire

*Coke : combustible rsultant de la pyrognation de la houille et qui sert de rducteur lors de l'laboration de la fonte.

Le coke métallurgique
Le coke remplit trois rôles principaux dans le haut-fourneau : il favorise la circulation des gaz montants (rôle perméabilisant), fournit la chaleur nécessaire à la poursuite de la réaction, assure la réduction et la carburation du fer. Pour qu'il remplisse son rôle perméabilisant, en particulier en bas du haut-fourneau, où le minerai devient visqueux, le coke doit être d'un calibre homogène, léger et mécaniquement résistant. En outre, sa teneur en soufre doit être faible pour ne pas polluer la fonte en cet élément. Il est obtenu dans des fours à coke, par chauffage à l'abri de l'air d'un charbon, le «gras à coke», contenant environ 96 % de carbone.

**Laitier : silicate de calcium et d'aluminium, qui se forme dans les hauts-fourneaux. (Scorie du haut-fourneau, composée de silicates d'alumine et de chaux, nageant sur le métal en fusion)

***Cornue : vase col allong et recourb servant la distillation.

****Agglomération par frittage : le frittage une temprature infrieure au point de fusion (frittage en phase solide) permet d'agglomrer ensemble des poudres de mtaux, de cramiques, de verres ou de matires plastiques afin de leur donner une cohésion et une rigidité suffisantes sans avoir recours à une fusion complète. Elle peut avoir lieu avec ou sans charge durant le chauffage selon le type d'alliage souhaité.