hydruration

L'hydruration est la réduction thermique d'oxydes métalliques ou d'autres composés de minerai utilisant de l'hydrogène gazeux comme agent réducteur. À des températures généralement comprises entre 400 et 1000 degrés Celsius, l'hydrogène élimine l'oxygène du minerai, laissant derrière lui le métal désiré et produisant de la vapeur d'eau comme sous-produit. Le processus est propre en principe: H₂ + oxyde métallique donne métal + H₂O, sans formation de monoxyde de carbone ou de suie, contrairement à la réduction traditionnelle au carbone.

La méthode fonctionne mieux sur les oxydes de métaux qui ne forment pas eux-mêmes d'hydrures stables. Les minerais de cuivre, de nickel, de molybdène et de tungstène réagissent bien au traitement à l'hydrogène. La réduction de l'oxyde de fer par l'hydrogène est thermodynamiquement favorable, mais doit concurrencer économiquement les méthodes établies de haut fourneau et de réduction directe. Les minerais contenant des silicates ou d'autres composés qui résistent à l'attaque de l'hydrogène sont de mauvais candidats; le minerai doit être un oxyde relativement pur ou doit être torréfié au préalable pour éliminer les substances volatiles et améliorer la réactivité.

Équipement et échelle industrielle

L'hydruration a lieu dans des fours tubulaires ou des fours rotatifs où le minerai et l'hydrogène gazeux circulent ensemble sous température et atmosphère contrôlées. L'alimentation en hydrogène doit être très sèche, car l'humidité interfère avec la cinétique de la réaction et peut réoxyder le métal fraîchement réduit. Les sources industrielles d'hydrogène comprennent le reformage à la vapeur du gaz naturel ou l'électrolyse. Le processus fonctionne à des pressions modérées, généralement atmosphériques à quelques bars, ce qui maintient les coûts d'équipement inférieurs à ceux des voies de synthèse à haute pression.

Le principal avantage est la pureté et l'absence de contamination par le carbone dans le métal final. Le processus est plus lent que la réduction au carbone et nécessite un approvisionnement constant et sec en hydrogène, ce qui le rend adapté aux métaux de grande valeur ou lorsque l'incorporation de carbone doit être évitée. Les producteurs de poudres métalliques, en particulier ceux qui fabriquent des poudres de tungstène, de molybdène et de cobalt, s'appuient sur l'hydruration suivie d'étapes de consolidation. L'échappement de vapeur d'eau nécessite une condensation et une manipulation soigneuse si l'hydrogène est recyclé.

L'hydruration reste une niche dans la production mondiale car la disponibilité et le coût de l'hydrogène favorisent toujours la réduction au carbone ou au monoxyde de carbone dans la plupart des applications. Cependant, l'intérêt a augmenté au cours des dernières décennies à mesure que l'hydrogène de four électrique provenant d'énergies renouvelables devient plus courant et que la demande augmente pour des poudres ultra-propres et des alliages spéciaux qui ne peuvent tolérer l'incorporation de carbone ou d'azote.