De nouvelles technologies améliorent l’efficacité énergétique de la production d’alliages de manganèse
Le manganèse (Mn) est un métal courant utilisé en combinaison avec d’autres matériaux pour fabriquer divers produits, principalement comme ajout à l’acier, un métal crucial pour notre vie moderne, mais aussi pour les batteries et les céramiques. La production d’alliages de Mn exige d’éliminer l’oxygène présent dans le minerai. Ce processus requiert une énorme quantité d’énergie. L’alliage Mn est produit dans un four à arc submergé (FAS). Des électrodes enfouies dans la charge fournissent l’énergie nécessaire pour faire fondre et chauffer le minerai à 1 500 °C et le transformer en métal. Le projet PreMa, financé par l’UE, a proposé une série de technologies visant à réduire l’impact environnemental de la production d’alliages de Mn.
L’impact du préchauffage du minerai
Le projet s’était fixé pour objectif de réduire la quantité d’énergie utilisée pour produire des alliages de Mn tout en utilisant la technologie des fours existants. En chauffant le minerai de Mn à des températures comprises entre 800 et 900 °C avant la fusion et en utilisant les effluents gazeux pour éliminer une partie de l’oxygène, PreMa a démontré une réduction de près de 15 % de la consommation d’énergie et une diminution des émissions de CO2 allant jusqu’à 33 %. Le consortium de PreMa est composé de producteurs d’alliages de Mn, de chercheurs et d’institutions universitaires d’Europe et d’Afrique du Sud, le leader mondial de l’extraction du minerai de Mn. En développant des technologies pouvant être intégrées dans les installations de production existantes, PreMa a augmenté les chances d’une industrialisation rapide. Le coordinateur du projet, Eli Ringdalen, SINTEF AS, explique: «Les unités de préchauffage peuvent être construites dans les usines existantes sans interrompre la production pour un coût inférieur à celui d’une nouvelle usine».
Une nouvelle conception de four et de fourneau
Les partenaires du projet ont conçu un four rotatif et un fourneau à cuve pour préchauffer le minerai aux températures cibles. Ces technologies ont présenté le plus grand potentiel d’industrialisation. Un four rotatif pilote a été construit et testé sur deux sites pilotes. En raison de diverses difficultés, PreMa a pu concevoir un four à cuve adapté, mais n’a pas été en mesure de construire un pilote dans le cadre du projet. Au lieu de cela, PreMa a modifié son approche. Eli Ringdalen confie: «Nous avons démontré le comportement du minerai prétraité par le biais d’une série d’expériences à l’échelle du kilogramme dans une installation, et par le chauffage et le séchage du minerai de Mn de taille industrielle par gaz chaud dans un puits dans une autre installation, et nous avons combiné les résultats de ces expériences pour évaluer la pré-réduction du minerai de Mn dans les fours à cuve».
Des sources d’énergie alternatives pour alimenter les nouvelles unités
L’une des principales caractéristiques de l’approche de PreMa était l’utilisation de formes d’énergie alternatives pour alimenter les fours rotatifs et les fours à cuve. La production d’alliages de Mn à partir de minerai déjà chauffé a permis de réduire la consommation d’énergie des FAS, et l’alimentation des unités de pré-réduction à l’aide de solaire thermique renouvelable ou d’effluents gazeux, un sous-produit industriel, a permis de réduire davantage les émissions de CO2 des usines d’alliages de Mn. La conception d’unités pouvant fonctionner avec différentes sources de combustibles permet de gagner en flexibilité. Comme le fait remarquer Eli Ringdalen: «Les sources d’énergie considérées présentent l’avantage d’être renouvelables et de pouvoir être produites localement sur le site industriel. Le solaire thermique et les effluents gazeux industriels riches en CO peuvent être utilisés pour le prétraitement dans des unités séparées qui peuvent être construites dans des usines d’alliage de Mn existantes et couplées à des fours d’alliage de Mn existants pour une production finale d’alliage de Mn». Les partenaires du consortium regroupaient tous les producteurs d’alliages de Mn d’Europe occidentale ainsi que des leaders mondiaux de la recherche sur les alliages de Mn. En testant les fours rotatifs, les sources d’énergie solaire thermique et les performances des effluents gazeux pour le préchauffage des minerais, PreMa a ouvert la voie à une adoption rapide des technologies économes en énergie qu’elle a conçues. Les alliages de Mn sont un matériau essentiel de la vie moderne, et les solutions de PreMa contribuent à décarboniser la chaîne de valeur de l’industrie sidérurgique.
Mots‑clés
PreMa, solaire thermique, prétraitement, four rotatif, four à cuve, manganèse, alliages de Mn, effluents gazeux, four à arc submergé, sources d’énergie renouvelables, industries grandes consommatrices d’énergie, industries de transformation
