Ferronickel

Le ferronickel est un ferroalliage, c'est-à-dire une matière métallique de pureté variable, mais à forte teneur en fer majoritaire et aussi en nickel, de 20 à 40 % en poids.

Obtention

Les procédés pyrométallurgiques de fabrication de ferronickel exploitent deux caractéristiques chimiques du fer et du nickel[E 1] :

  • les oxydes de fer et de nickel sont, à 800 °C facilement réduits par le carbone par une réaction de réduction directe. L'alumine et la magnésie ne sont pas réductibles à ces températures, l'oxyde de chrome(III) (Cr2O3) et la silice le sont dans une faible mesure, ce qui explique la présence de quelques pourcents de chrome et de silice dans le ferronickel ;
  • l'oxyde de fer(II) (ou la wustite), qui est l'oxyde de fer stable à 800 °C, présente une réductibilité proche de celle du fer : il n'est donc pas possible de réduire l'un sans l'autre. Bien entendu, le fer n'apportant pas de valeur au ferronickel, on sélectionne les minerais pour limiter au maximum sa présence.

Production au haut fourneau

Pour un article plus général, voir Haut fourneau.

Ce procédé historique, courant au début du XXe siècle n'est plus utilisé actuellement.

Pour autant, à partir de 2005, on a vu réapparaître sur le marché la fonte brute de nickel , un ferronickel contenant de 4 à 13 % de nickel (et de 8 à 15 % de nickel lorsque cette fonte est produite au four électriques)[1]. En 2010, ce substitut bon marché au ferronickel produit en Chine représente 10 % du marché de l'extraction du nickel[2]. Cette année-là, un tiers est issu de petits hauts fourneaux (le reste étant issu de fours électriques), à partir de latérites venant d'Indonésie et des Philippines. Cette innovation chinoise est attentivement étudiée par les industriels. Cependant, en , l'interdiction indonésienne d'exportation de minerai de nickel menace cette filière qui s'approvisionne pour moitié dans ce pays[3].

Production au four électrique

Pour un article plus général, voir Extraction du nickel.
arborescence des opérations métallurgique
Principales filières métallurgiques pour l'extraction du nickel.

Le ferronickel est issu du traitement des couches profondes des gisements latéritiques de nickel. Les latérites sont des minéraux complexes issus de la désagrégation des fonds océaniques en péridotite, lorsque ceux-ci émergent à la suite de mouvements tectoniques (cas de la Nouvelle-Calédonie). L'altération de la péridotite (mélange d'olivine et de pyroxène[E 2]) provoque une ségrégation verticale, de la surface du sol à la roche-mère[E 3] :

La haute teneur en fer dans la limonite et la smectite pénalise les procédés pyrométallurgiques mais ne pose pas de problèmes aux procédés hydrométallurgiques. À l'inverse, la teneur en magnésie de la saprolite (20 %) rend son traitement hydrométallurgique trop coûteux à cause de la consommation d'acide sulfurique qu'elle induit. Mais sa faible teneur en fer (15 %) permet d'obtenir un ferronickel riche, contenant 20 à 40 % de nickel. Un peu de cobalt est présent dans ce ferroalliage, mais en quantité trop faible pour influencer les clients sidérurgistes[E 4].

Le minerai concentré de saprolite destiné à la production de ferronickel, qui contient 35 % d'eau, est d'abord séché dans un premier tambour rotatif (4 m de diamètre et 30 m de long), puis calciné et pré-réduit dans un grand tambour de réduction directe (5 m de diamètre et 100 m de long) inspiré du procédé Krupp-Renn[E 5],[note 1]

Du tambour de réduction directe sort une poudre de minerai de nickel, partiellement réduite. Cette poudre est fondue dans des fours électriques de 15 à 20 m de diamètre et d'une capacité de 100 à 200 tonnes de ferronickel par jour. Cette étape de fusion permet de séparer, par décantation, les oxydes (qui forment le laitier) du fer et du nickel en fusion[E 5].

Production par carbonylation

photo de 3 sphères de nickel
Boulettes de nickel pur issues du procédé Mond de carbonylation.
Article détaillé : Procédé Mond.

Le procédé de Mond consiste en la carbonylation de l'alliage de cuivre-nickel issu du convertisseur affinant la matte de nickel (Procédé Manhès-David). C'est une des dernières étapes de l'affinage de la matte de nickel[E 6]. Bien que l'affinage retire à la matte la quasi-totalité du fer, il en reste généralement 1 à 2 %. Or la carbonylation du fer en pentacarbonyle de fer Fe(CO)5 se produit en même temps que celle du nickel en tétracarbonyle de nickel Ni(CO)4. Il est alors possible de récupérer les deux métaux en décomposant le mélange gazeux de carbonyles de nickel et de produire des boulettes de ferronickel. Mais ce procédé, s'il est géré différemment, peut aussi produire un nickel très pur, plus rentable : il reste par conséquent assez marginal dans la production de ferronickel[E 7].

Utilisations en sidérurgie

À l'instar de tous les ferroalliages, le ferronickel est utilisé dans les aciéries comme addition à la métallurgie en poche pour l’élaboration d'alliages riches en nickel (Inconel, cupronickels, Invaretc.).

Notes et références

Notes

  1. Le procédé Krupp-Renn est un procédé sidérurgique de réduction directe inventé en Allemagne dans les années 1930. Au cours du XXe siècle, les japonais améliorent régulièrement ce procédé alors que les Allemands l'abandonnent dans les années 1960[4]. En 2004, au moins 7 fours rotatifs spécialisés dans la fabrication de ferronickel sont opérationnels au Japon[5].

Références

  • (en) Frank K. Krundwell, Michael S. Moats, Venkoba Ramachandran, Timothy G. Robinson et William G. Davenport, Extractive Metallurgy of Nickel, Cobalt and Platinum Group Metals, Elsevier, , 610 p. (ISBN 978-0-08-096809-4)
  1. p. 51
  2. p. 39
  3. p. 3-5
  4. p. 5 ; 8
  5. a et b p. 51-53
  6. p. 610
  7. p. 274-275
  • Autres références
  1. (en) Conee Orsal, « Nickel Pig Iron: A Cheaper Nickel Alternative », Born2Invest,
  2. (en) « A breakthrough in China, another blow for Sudbury », The Globe and Mail,
  3. (en) Robert Cartman, « Nickel pig iron - A long term solution? », Hatch,
  4. (en) Akira Kudo, Japanese-German Business Relations: Co-operation and Rivalry in the Interwar (lire en ligne), p. 89-108
  5. [PDF] (en) Ashok D. Dalvi, W. Gordon Bacon et Robert C. Osborne, The Past and the Future of Nickel Laterites, Inco Limited, (lire en ligne)

Voir aussi

Articles connexes