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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Lire l’articleAuteur(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
VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1998 par Alain DEFRANCE
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Rappel des propriétés du chrome10. Conclusions
Les industries des ferro-alliages sont utilisatrices d’un alliage de base, le ferrochrome. Leur approvisionnement ne pose pas de difficultés particulières, les gisements de chromite étant assez bien répartis à l’échelle mondiale. Ces gisements appartiennent aux domaines géologiques suivants :
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zones archéennes et précambriennes (Afrique du Sud, Zimbabwé, Finlande, États-Unis, Canada, Brésil et Chine) ;
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zones paléozoïques (Russie, Kazakhstan) ;
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zones alpines (Albanie, Grèce, Anatolie, Iran, Pakistan) ;
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zones circumpacifiques d’âge crétacé ou paléocène (Nouvelle Calédonie, Philippines).
Lorsque les ressources énergétiques le permettent, les productions de chromite et de ferrochrome sont regroupées géographiquement, comme c’est le cas en Afrique du Sud, en Russie, en Finlande etc. Dans un souci de rentabilité, est implantée alors parfois, au voisinage des gisements de chromite, non seulement l’usine de ferrochrome mais aussi l’aciérie.
Dans les usines récentes de ferrochrome, plutôt que des fours classiques à arc électrique, on préfère utiliser des fours à plasma transféré. La consommation d’énergie s’en trouve ainsi réduite et les fines de chromite n’ont pas besoin d’être agglomérées au préalable. Les fours à plasma étant totalement clos, l’envol de poussières, et donc la pollution de l’environnement et les risques pour le personnel sont en outre évités.
Les industries chimiques utilisatrices de chromite et de ferrochrome fabriquent le bichromate comme produit de base, par mise en solution du chrome à l’état hexavalent. À partir du bichromate, on obtient des produits insolubles, comme les oxydes de chrome, l’acide chromique et le chrome métal, et des produits solubles, comme les sulfates et divers sels de chrome.
La haute toxicité du chrome (VI), contenu notamment dans les effluents des tanneries, des teintureries et des industries de chromage, impose son traitement. La voie classique consiste, après sa réduction à l’état trivalent, moins dangereux que l’état hexavalent, à former des hydroxydes mixtes de chrome et de fer par basification. Ces produits sont non valorisables, et leur stockage est très onéreux, malgré les efforts visant à diminuer leur volume. D’autres méthodes de traitement du chrome (VI), comme l’électrodialyse, la cémentation,...
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Conclusions
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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