Chaque tonne d'acier produite dans un four à arc électrique génère entre 15 et 25 kg de poussières, des particules fines capturées par le filtre à manches. Pour une aciérie d'une capacité de 500 000 tonnes par an, cela représente entre 7 500 et 12 500 tonnes de poussières annuellement. Ces poussières sont classées comme déchets dangereux dans la plupart des pays car elles contiennent des métaux lourds, principalement du zinc, du plomb et du cadmium, susceptibles de contaminer les nappes phréatiques en cas de mise en décharge.
MONTE INTELLIGENCE intervient depuis plus de dix ans dans le domaine des systèmes de traitement des poussières de fours à arc électrique. La problématique des poussières représente à la fois une obligation environnementale et une opportunité économique, car les poussières de fours à arc électrique contiennent généralement de 15 à 30 % de zinc, des concentrations supérieures à celles de nombreux gisements de minerai de zinc actuellement exploités.
La composition des poussières de four à arc électrique (EAF) dépend du mélange de déchets métalliques. Les poussières provenant d'usines de fusion de ferraille galvanisée peuvent contenir de 25 à 35 % de zinc. Celles provenant d'usines de fusion de ferraille lourde et de déchets ménagers peuvent n'en contenir que 8 à 15 %. La teneur en zinc détermine la rentabilité du recyclage : au-delà d'environ 15 %, le recyclage des poussières est généralement rentable. En dessous de 10 %, le coût du recyclage peut dépasser la valeur du zinc récupéré, et la stabilisation suivie de la mise en décharge devient alors l'option économiquement rationnelle, même si les réglementations tendent à s'y opposer.
La teneur en plomb des poussières de four à arc électrique (EAF) mérite une attention particulière car elle influe à la fois sur le processus de recyclage et sur la commercialisation du zinc récupéré. Cette teneur se situe généralement entre 1 et 5 %. Le plomb et le zinc étant chimiquement très similaires, leur séparation économique s'avère difficile. Le procédé Waelz, technologie de recyclage dominante, produit de l'oxyde de zinc contenant généralement entre 0,5 et 2 % de plomb. Cette teneur est acceptable pour l'industrie de la fusion du zinc, qui peut ensuite affiner le matériau. Cependant, des spécifications plus strictes concernant la teneur en plomb sur certains marchés peuvent nécessiter des étapes de purification supplémentaires, engendrant des coûts additionnels.
Le procédé de four Waelz est le principal outil de recyclage des poussières de four à arc électrique (EAF), traitant environ 80 % des poussières recyclées à l'échelle mondiale. Ce four est un cylindre rotatif, généralement de 40 à 60 mètres de long et de 3 à 4 mètres de diamètre, incliné de 2 à 3 degrés par rapport à l'horizontale. Les poussières EAF sont mélangées à un réducteur carboné – généralement du coke de bois ou du charbon – puis introduites dans le four. Sous l'effet de la rotation et de la gravité, la charge traverse le four et atteint des températures de 1 100 à 1 300 °C.
À ces températures, l'oxyde de zinc contenu dans la poussière est réduit par le carbone en vapeur de zinc métallique : ZnO + C → Zn(g) + CO. La vapeur de zinc sort du four avec les gaz de combustion et est réoxydée en oxyde de zinc par l'air insufflé au-dessus de la charge : 2 Zn(g) + O₂ → 2 ZnO. L'oxyde de zinc est collecté dans un filtre à manches situé en aval du four. Ce produit, appelé oxyde de Waelz, contient généralement de 55 à 65 % de zinc et est vendu aux fonderies de zinc comme matière première secondaire.
Le résidu non volatil du four de Waelz — le laitier — contient de l'oxyde de fer, de la chaux, de la silice et des métaux lourds résiduels. Autrefois mis en décharge, ce laitier est de plus en plus utilisé comme granulat dans la construction routière ou comme matière première dans la fabrication du ciment. Pour pouvoir être utilisé à ces fins, le laitier doit réussir des tests de lixiviation (tels que le test TCLP aux États-Unis ou la norme EN 12457 en Europe).
Parmi les technologies alternatives au four Waelz, on trouve le four à sole tournante (RHF), le four à soles multiples (MHF) et les procédés plasma. Le RHF utilise une sole plate rotative au lieu d'un cylindre incliné, ce qui permet des temps de séjour plus courts et un contrôle plus précis de la température. Le MHF utilise des soles superposées avec des bras de brassage pour déplacer le matériau entre les niveaux. Les procédés plasma utilisent un arc électrique ou une torche à plasma pour atteindre les hautes températures nécessaires à la volatilisation du zinc, avec l'avantage d'utiliser l'électricité plutôt que des combustibles fossiles comme source d'énergie.
Chaque technologie présente des avantages et des inconvénients. Le four Waelz est l'option la plus économique à l'investissement pour une production élevée (plus de 50 000 tonnes par an), mais ses coûts d'exploitation sont plus élevés en raison de sa consommation de coke. Le four RHF offre une meilleure efficacité énergétique et des émissions plus faibles, mais exige une matière première plus homogène. Les procédés plasma ont l'impact environnemental le plus faible, mais le coût de l'électricité le plus élevé, ce qui peut s'avérer avantageux si l'électricité bas carbone est disponible et que la tarification du carbone est en vigueur.
Dans les fours Waelz industriels, le taux de récupération du zinc se situe généralement entre 90 et 95 %. Un taux inférieur à 90 % indique généralement un problème de procédé : conditions réductrices insuffisantes dans le four, temps de séjour trop court ou mélange insuffisant de poussières et de réducteur. Un taux supérieur à 95 % est possible grâce à une optimisation du fonctionnement du four, mais le surcoût lié à l’amélioration de la récupération du zinc peut ne pas être justifié par la valeur ajoutée obtenue.
Les scories riches en fer issues du four constituent un flux de matières qui mérite une attention accrue. Un four Waelz traitant 100 000 tonnes de poussières de four à arc électrique par an produit environ 60 000 tonnes de scories. Ces scories contiennent de 30 à 40 % de fer, qui pourrait être récupéré et réintégré au processus de fabrication de l'acier. Plusieurs technologies de récupération du fer contenu dans les scories Waelz sont en cours de développement, notamment la séparation magnétique et la réduction par fusion, mais aucune n'a encore été largement adoptée à l'échelle industrielle.
MONTE INTELLIGENCE fournit des systèmes de traitement et de conditionnement des poussières pour les fours à arc électrique (EAF), incluant le transport pneumatique, la granulation et le stockage. Nous proposons également des conseils en matière de stratégie de recyclage des poussières : investissement dans un système de recyclage sur site, envoi vers un four central Waelz ou sous-traitance auprès d’un prestataire externe.
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