Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Le chrome est produit exclusivement à partir d’un minéral, la chromite. Les réserves mondiales et la production de chromite proviennent d’intrusions ultramafiques litées ou de péridotites podiformes de type alpin. La métallurgie extractive du chrome est conditionnée par la réfractarité de la chromite et celle du chrome métal. Cet article rappelle d’abord les propriétés physiques et chimiques du métal, sa gîtologie, la préparation des minerais de chromite et les traitements métallurgiques des concentrés miniers. Il aborde ensuite les usages du chrome, dont 85 à 90 % concernent la fabrication d’aciers inox et de superalliages, et ceux de la chromite, principalement destinée à la production de ferrochrome. Il traite enfin de la toxicologie, des substituts et du recyclage du chrome.
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Chromium is exclusively produced from a mineral, the chromite. The world reserves of chromite and its production are derived from ultramafic layered intrusions or from podiform alpine-type peridotites. The extractive metallurgy of chromium is determined by the refractoriness of the chromite and of the chromium metal. This article first recalls the physical and chemical properties of the metal, the ore deposits, the ore dressing of chromite and the metallurgical processing of mining concentrates. It then discusses the uses of chromium, 85 to 90 % related to the manufacture of stainless steels and superalloys, and those of chromite, mainly used for the production of ferrochrome. Finally it discusses the toxicology, the substitutes and the recyclage of chromium.
Auteur(s)
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Pierre BLAZY : Professeur honoraire, ancien Directeur de l’École Nationale Supérieure de Géologie (ENSG), consultant - Station d’expérimentation et de valorisation des minerais et métaux (STÉVAL), ENSG, Vandœuvre-lès-Nancy, France.
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Virginie HERMANT : Agrégée de l’Université, professeur (éducation nationale et formation professionnelle) STÉVAL (ENSG), Vandœuvre-lès-Nancy, France (en collaboration).
INTRODUCTION
Le chrome, élément dit « réfractaire », est difficilement attaquable chimiquement et présente une température de fusion très élevée (1 920 °C). Il en est de même pour la chromite (FeOCr2O3), seul minéral de chrome à valeur économique.
La métallurgie du chrome présente des contraintes dues prioritairement à cette réfractarité et à la toxicité des sels solubles à la valence VI.
Nous examinons dans le présent article les ressources naturelles en chrome, ses usages, les procédés industriels permettant de surmonter la réfractarité des minerais, le recyclage des aciers au chrome, la toxicité des résidus solides et liquides et le traitement de l’environnement.
Les ressources naturelles du chrome, surabondantes (12 milliards de tonnes de chromite), sont assurées par d’énormes gisements stratiformes et, accessoirement, par des gisements podiformes plus restreints. Elles permettent de satisfaire de nombreux usages dont 85 % sont représentés par les aciers alliés inoxydables et les autres alliages, les 15 % restants étant utilisés par les industries chimiques et pour la fabrication de briques réfractaires.
Les contraintes dues à la réfractarité de la chromite sont surmontées par deux types de traitement faisant suite à l’élaboration de concentrés miniers de chromite :
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le traitement pyrométallurgique est une fusion-réduction des concentrés de chromite préalablement bouletés. Il donne un ferrochrome, produit intermédiaire servant à la fabrication des alliages. Il doit être mis en œuvre à des températures élevées, atteintes dans des fours à arc électrique submergé, dans des fours à arc électrique transféré ou, plus récemment, dans des fours à plasma. Dans les deux derniers fours, il n’est pas nécessaire de bouleter les concentrés miniers ;
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le traitement pyro-hydro-métallurgique débute par le grillage d’un mélange de chromite broyée et de carbonate ou de sulfate de sodium ou de potassium. Le chromate obtenu est ensuite solubilisé par attaque chimique du produit grillé. On obtient ainsi des oxydes et des sels de chrome qui constituent des substances de base de l’industrie chimique (pigments, teintures, tannage des peaux, chrome métallique, etc.).
On tire cependant avantage de la réfractarité de la chromite en l’utilisant comme réfractaire servant au garnissage des fours. Les briques sont fabriquées en mélangeant de la chromite à de la magnésie puis à un liant.
Le recyclage du chrome s’effectue par fusion directe des scraps d’alliage. La réutilisation des briques réfractaires usées reste très limitée.
La toxicité du chrome (VI) et les risques qu’il présente pour l’environnement sont des problèmes difficiles à résoudre. De nombreuses méthodes permettent d’éliminer ou de réutiliser le chrome contenu dans des effluents, mais elles demeurent cependant très coûteuses.
La production mondiale de chromite, de 26 Mt/an en 2013, est dominée par l’Afrique du Sud, le Kazakhstan et l’Inde. Celle du ferrochrome, qui avoisine 7 Mt/an, est dominée par l’Afrique du Sud et la Chine.
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MOTS-CLÉS
intrusions ultrafamiques fours électrique à arc plasma réducteur ferrochrome chrome chromite
KEYWORDS
ultrafamic intrusions | electric arc furnace | reducing plasma | ferrochrome | chromium | chromite
VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1998 par Alain DEFRANCE
DOI (Digital Object Identifier)
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Recyclage des scraps d’aciers alliés6. Traitements métallurgiques et chimiques des concentrés de chromite
Les concentrés de chromite sont destinés à la production de ferrochrome (pour plus de 80 % de leur production), à la production de composés chimiques (chromates, bichromates, oxydes de chrome, acide chromique, oxydes pour pigments, sulfate basique pour le tannage, sels de chrome pour les teintures) et à la production de pigments mixtes Cr-métaux, de réfractaires et de Cr-métal.
6.1 Production de ferrochrome
La pyrométallurgie du ferrochrome est basée sur la fusion et la réduction des concentrés miniers de chromite, après qu’ils ont été mélangés à des réducteurs et à des fondants. La chromite étant chimiquement très stable, l’action des réducteurs sur ce minéral n’est possible qu’à de très hautes températures ; c’est la raison pour laquelle on utilise l’énergie thermique d’un arc électrique, qui permet d’atteindre des températures dépassant 1 800 °C, et pouvant atteindre 3 600 °C.
La réduction de la chromite est réalisée dans 3 types de four.
HAUT DE PAGE6.1.1 Four à arc électrique submergé
Le procédé classique de production de ferrochrome consiste à fondre et à réduire la chromite dans un four à arc électrique submergé. La figure 5 donne une coupe schématique de ce type de four. Le réducteur carboné utilisé est le coke ou, de préférence, l’anthracite, employé en excès. La quantité de ferrochrome obtenu et, conjointement, sa teneur en carbone (1,5 à 8 %), dépend de cet excès. L’obtention d’une basse teneur en carbone imposant en contrepartie une faible production de ferrochrome, le remplacement du réducteur carboné par du ferrosilicium a été tenté, mais on se trouve alors pénalisé par de trop fortes teneurs en silicium. Le coke ou l’anthracite reste préférable, mais pour abaisser la teneur en carbone du ferrochrome, on est contraint de lui faire subir une deuxième fusion légèrement oxydante.
HAUT...
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Traitements métallurgiques et chimiques des concentrés de chromite
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - NALDRETT (A.J.) - Magma sulfide deposits - Geology, Geochemistry and Exploration. Ed Springer, 728 pp. (2004).
-
(2) - JEBRAK (M.), MARCOUX (F.) - Géologie des resources minières - Ed. Association Géologique du Canada, et Soc. Ind. Minérale, p. 143-159 (2008).
-
(3) - SCHULLE (R.F.), TAYLOR (R.D.), PIATAK (N.M.), SEAL (R.R.) - Stratiform chromite deposit model - USGS, Open-File Report 2010-1232, p. 1-7 (2010).
-
(4) - GAUTHIER (M.), TROTTIER (J.), CORRIVIAUX (L.), LAFLAME (G.), BERGERON (M.) - Chromitite platinifère des complexes ophiolitiques de l’Estrie-Beauce - Mineral Deposita 25, p. 169-178 (1990).
-
(5) - BOULADON (J.) - La chromite, un minerai toujours recherché - Chroniques de la Recherche Minière, 485, p. 53-63 (1986).
-
(6) - CAWTHORN (R.J.), BARNES (S.J.), BALLHAUS (C.), MALITCH (K.N.) - Platinum...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
– International Chromium Development Association
– Chromium Centre, South Africa
HAUT DE PAGE2 2. Structure de l’industrie du ferrochrome
Lors du dernier quart du XXe siècle, la production de ferrochrome a migré des pays producteurs d’acier inoxydables vers les pays producteurs de chromite. Cette tendance a cependant été perturbée, dès 2005, par l’émergence de la Chine en tant que producteur, à la fois de ferrochrome et d’aciers inoxydables.
Les usines de ferrochrome qui se sont installées dans les pays producteurs de chromite ont développé la construction de fours électriques à arc submergé : de puissances électriques de l’ordre de quelques kilovoltampères (KVA), elles ont atteint des puissances de plusieurs dizaines de mégavoltampères (MVA). Dans de nouvelles usines, diverses technologies ont été mises en œuvre : agglomération des concentrés et des minerais de chromite, préchauffage et réduction de l’alimentation...
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