Du silicium par réduction aluminothermique du quartz dans le laitier
Le silicium est essentiel à de très nombreuses applications humaines. Il est largement utilisé dans l’électronique et les cellules solaires et constitue un composant majeur des céramiques, des briques et du ciment Portland. Son approvisionnement est fortement menacé et le silicium a été reconnu comme l’une des 34 matières premières critiques. La production de silicium est très gourmande en énergie et en carbone et génère d’énormes émissions de CO2. Étant donné que la production mondiale de silicium avoisinait les 9 millions de tonnes en 2022, des méthodes de production plus durables et neutres en carbone auront un impact considérable. Le projet pionnier SisAl Pilot, financé par l’UE, a développé le processus de changement progressif dont l’industrie minière, et la planète, ont tant besoin, en remplaçant le processus actuel à haute teneur en carbone par un processus utilisant des sources secondaires d’aluminium et de quartz (dioxyde de silicium) pour la production de silicium à grande échelle.
Réduction aluminothermique du quartz dans le laitier
Depuis le début des années 1900, le silicium est principalement produit à partir du quartz (le minéral le plus abondant de la croûte terrestre) par réaction avec des matériaux contenant du carbone à très haute température dans un four à arc submergé. Chaque tonne de silicium produite demande un apport électrique supérieur à 10 MWh et génère environ 5 tonnes de CO2. Le projet SisAl Pilot a permis de démontrer le premier (et le seul à ce jour) processus alternatif de production de silicium au-delà de l’échelle de 100 kg. Selon la coordinatrice du projet, Gabriella Tranell, de l’Université norvégienne des sciences et technologies, «le processus SisAl remplace les agents réducteurs riches en carbone par des sources d’aluminium secondaire telles que les déchets en fin de vie et les flux secondaires de production. La production de silicium à partir de quartz par réduction aluminothermique ne génère aucune émission directe de CO2. En outre, le processus de récupération de l’aluminium est très efficace et le processus SisAl peut utiliser de manière flexible plusieurs flux de quartz secondaires tels que le laitier (un sous-produit d’oxydes métalliques et de dioxyde de silicium) et les résidus fins de quartz (des résidus finement broyés).» Outre la souplesse d’utilisation des ressources et la réduction des émissions, la réaction entre l’aluminium et le quartz présent dans le laitier libère de l’énergie au lieu d’en réclamer.
Économie circulaire et symbiose industrielle
Le remplacement de l’approche carbothermique du four à arc submergé par la réduction aluminothermique du quartz dans le laitier de SisAl Pilot ne se limite pas à réduire l’utilisation d’énergie et de matériaux ainsi que les émissions. Le silicium est l’élément d’alliage le plus utilisé, il est particulièrement utile pour améliorer les propriétés de l’aluminium. Le processus de SisAl Pilot referme la boucle entre les industries de l’aluminium et du silicium dans un exemple remarquable de symbiose industrielle qui contribue à une économie circulaire. «La métallurgie est une discipline très ancienne. Les métaux sont produits par réduction carbothermique depuis l’âge du bronze. De nouveaux processus et de nouvelles connaissances fondamentales sont désormais indispensables. Nous sommes actuellement au seuil de la plus grande transformation de l’histoire de l’industrie: la décarbonisation. La symbiose industrielle est extrêmement importante en ce sens et le processus SisAl a démontré que c’était possible», ajoute Gabriella Tranell.
Un projet pilote à grande échelle attire l’attention internationale
«De manière générale, l’industrie veut la preuve qu’un procédé fonctionne au-delà du laboratoire pour croire en son potentiel commercial. Le projet SisAl Pilot a démontré la réduction aluminothermique du quartz à grande échelle avec différents réacteurs et mélanges de matières premières, attirant des acteurs commerciaux du monde entier désireux de mener des discussions commerciales et des calculs de rentabilité personnalisés, y compris des études d’impact environnemental détaillées», explique Gabriella Tranell. Une alternative à la réduction carbothermique est en passe d’être commercialisée, promettant un impact sans précédent sur le développement durable et l’atténuation du changement climatique, ce qui constitue un formidable bond en avant.
Mots‑clés
SisAl Pilot, silicium, quartz, aluminium, réduction aluminothermique, laitier, four à arc submergé, symbiose industrielle, économie circulaire, matières premières critiques
