Chaptire 1 , 2 et 3
1. PRINCIPE DE LA RÉDUCTION DIRECTE
Cette réduction, ou plutôt, cette désoxydation des minerais de fer, c’est-à-dire des oxydes de fer, doit être examinée des quatre points de vue suivants :
les aspects stœchiométriques des réactions chimiques correspondantes, qui vont donner les besoins théoriques de tous les réactifs et, notamment, des agents réducteurs ;
les aspects thermochimiques de ces mêmes réactions, qui vont conduire aux bilans énergétiques théoriques ;
les équilibres qui s’établissent dans la réduction des oxydes de fer par les gaz ;
et les aspects cinétiques de ces réactions.
1.1 Aspects stœchiométriques
Ce premier point de vue, qui est d’ailleurs le plus simple, va permettre de déterminer exactement les besoins de la réduction ou, pour être encore plus précis, de la désoxydation d’un minerai de fer.
Les minerais Minerais et fondants ne contiennent, en général, le fer que sous forme d’hématite Fe2O3 ou de magnétite Fe3O4 ; FeO est, en général, combiné en carbonate ou silicates (tableau 1).
Les réactions, très élémentaires, sont indiquées aux tableaux 2 et 3 ; elles montrent combien il faut de réducteur pour réduire le minerai de fer.
l’examen du tableau 2 montre que les besoins stœchiométriques pour réduire 1 tonne de fer à partir de Fe2O3 sont d’environ :
602 Nm3 de H2 (ou 54 kg)
ou 602 Nm3 de CO (ou 750 kg)
si l’on fait la réduction par le carbone, il faudra (tableau 3) :
322 kg de C si l’on produit CO
161 kg de C si l’on aboutit à CO2.
2. DÉVELOPPEMENT MONDIAL DE LA RÉDUCTION DIRECTE
Sur le plan mondial, l’expansion continue de la réduction directe apparaît clairement sur les figures 7 et 8 où l’on voit que la production mondiale de minerai de fer réduit :
a pratiquement démarré industriellement en 1970 avec une production de 20 000 tonnes ;
est passé à 270 000 tonnes en 1980.
Ensuite, le développement, sans être très rapide, a été continu (à part un ralentissement en 2001) pour atteindre :
17,7 Mt en 1990 ;
43,8 Mt en 2000 ;
et près de 50 Mt en 2004.
C’est un développement remarquable, continu mais qui, néanmoins, mérite d’être relativisé et commenté du point de vue :
de son importance par rapport aux autres métaux primaires de la sidérurgie ;
et de ses motivations.
2.1 Alimentation de la sidérurgie en métaux primaires
Nous entendons par métaux primaires ceux qui alimentent les aciéries pour élaborer l’acier liquide, base des produits sidérurgiques. À cet égard, la figure 9 montre bien la part encore limitée de la réduction directe et de ses produits par rapport à la fonte et aux ferrailles.
Cela ne représente donc, guère, en 2003, que 50 Mt de minerais réduits (DRI et HBI) à comparer à quelques 660 Mt de fonte et à environ 400 Mt de ferrailles.
3. LOCALISATION MONDIALE DES UNITÉS
La figure 7 montre deux faits importants.
Vieux pays industrialisés
Ils n’interviennent guère dans le développement industriel de ces procédés, même si, paradoxalement, la plupart de ces procédés proviennent d’études faites dans ces régions .
Pays en voie de développement
Ils ont, en revanche, produit au total plus de 43 Mt de minerai de fer réduit et cette production est fortement croissante et concentrée .
4. TRANSPORTS ET COMMERCE MONDIAL DES MINERAIS RÉDUITS
Après de timides débuts qui étaient plus des expériences et des essais que de véritables opérations commerciales régulières, le transport des minerais réduits a démarré vers 1988/1989 comme le montre la figure 10 (d’après MIDREX). Néanmoins, ces données statistiques ne sont pas faciles à interpréter et, plus spécialement, celles qui concernent le commerce par voie terrestre (chemin de fer et, parfois, camions...) ; cependant, elles sont en assez bon accord avec nos propres estimations comme le montre le tableau 7. Les estimations de MIDREX montrent qu’il y a de plus en plus de transports de HBI (7,6 Mt en 2003), mais, cependant, il y a toujours un important commerce de DRI et le groupe ISPAT (qui est le plus grand producteur mondial de DRI) reste un partisan de la production et du transport des DRI qui ont représenté, au total 4,6 Mt en 2003. On notera que les transports terrestres se sont développés mais ont, peu à peu, été dépassés par ceux faits par voie maritime, c’est-à-dire ceux qui constituent le commerce mondial.
5. ÉVOLUTION DES PROCÉDÉS
En reprenant la classification indiquée sur le tableau 9, nous examinerons, avant d’étudier où en sont les développements des nouveaux procédés, ce qu’il y a de nouveau sur ce que l’on peut appeler les procédés classiques de réduction directe.
5.1 Procédés classiques
La figure 11 indique clairement que la production mondiale de minerai réduit est tout d’abord assurée, pour une part considérable 90 % en 2003, par des procédés basés sur le gaz naturel et, ensuite, parmi ces procédés basés sur le gaz, par deux d’entre eux :
MIDREX : près de 65 % de la production totale en 2003 ;
HYL III : près de 19 % de la production totale en 2003 et plus de 20 % si l’on y joint HYL I, premier procédé industriel mis au point par le groupe mexicain HYLSA en 1957 et qui est de plus en plus remplacé par HYL III.
6. AVENIR DE LA RÉDUCTION DIRECTE : SES AVANTAGES ET SES DIFFICULTÉS
L’expansion de la réduction directe continue malgré un certain ralentissement qui a été sensible au début du troisième millénaire (comme on peut le voir sur les courbes des figures 6, 7 et 11). En fait, il faut noter que l’expansion s’est sensiblement ralentie à partir de 1998, par suite de la crise de la sidérurgie (qui a eu des conséquences analogues pour les autres techniques) et on a constaté, pour la première fois, un recul temporaire de la production en 2001 et il n’y a pas eu, pratiquement, de nouvelles unités mises en service depuis l’an 2000. À l’heure où cet article est rédigé (début 2005), il semble que de nouvelles commandes soient imminentes. Quoi qu’il en soit, ces difficultés n’ont guère perturbé la croissance de la réduction directe qui, comme le montrent les figures 7 et 8, a continué essentiellement par des accroissements de productivité des unités existantes.