smeltage

La fusion est le traitement thermique du minerai dans un four à haute température pour séparer et récupérer le métal qu'il contient. Le processus fonctionne en chauffant le minerai au-dessus de son point de fusion avec un combustible (traditionnellement du charbon de bois, maintenant souvent du coke) et un fondant tel que le calcaire. Le fondant se combine chimiquement avec les minéraux indésirables, formant un laitier qui flotte au-dessus du métal en fusion et peut être retiré. Le métal dense coule au fond du four, où il s'accumule dans une piscine et est périodiquement soutiré dans des moules ou transféré pour un traitement ultérieur.

La chimie dépend du minerai. Les minerais de fer subissent une réduction dans un haut fourneau où le monoxyde de carbone, généré par la combustion du coke, élimine l'oxygène de l'oxyde de fer à des températures d'environ 1600 degrés Celsius. Les minerais de cuivre nécessitent un traitement différent: les minerais sulfurés sont d'abord grillés pour éliminer le soufre, puis fondus à environ 1200 degrés Celsius. Les minerais de plomb et de zinc sont fondus dans des fours à réverbère ou électriques. Le combustible, le fondant et le régime de température exacts sont calibrés en fonction de la composition du minerai et de la pureté du métal souhaitée.

Types de fours et choix de combustibles

Les hauts fourneaux dominent la fusion du fer en raison de leur efficacité et de leur échelle; un haut fourneau moderne mesure de 30 à 40 mètres de haut et peut traiter 10 000 tonnes de minerai par jour. Les fours à réverbère, dans lesquels la flamme rebondit sur un toit pour chauffer la charge, sont courants pour les métaux non ferreux. Les fours à arc électrique et les fours à induction offrent un contrôle précis de la température et sont préférés lorsque la ferraille est la matière première. Le charbon de bois reste utilisé pour les travaux spécialisés et artisanaux, mais la fusion industrielle est largement passée au coke (un dérivé du charbon) et au gaz naturel, en raison des coûts et de la disponibilité.

L'élimination du laitier est essentielle à l'entretien du four et à la qualité du produit. Le laitier laissé dans le four isole le revêtement de travail et réduit le transfert de chaleur, diminuant la productivité. Il se mélange également au métal s'il n'est pas rapidement séparé, créant des inclusions fragiles. Des fondants tels que le calcaire, la dolomie ou la silice sont choisis pour produire un laitier avec un point de fusion bas et une bonne fluidité afin qu'il s'écoule librement du trou de coulée.

Le terme «smelting» (fusion) provient de racines germaniques anciennes et est appliqué au travail du minerai depuis au moins les années 1500 en anglais. Il est à la base de la pratique métallurgique, couvrant tout, de l'extraction du cuivre dans les mines anciennes à l'industrie du fer de plusieurs millions de tonnes. Les fonderies modernes sont soumises à des pressions pour réduire la consommation de carburant, réduire les émissions de dioxyde de soufre et récupérer des sous-produits précieux du laitier et des poussières de cheminée. Le processus reste à forte intensité de main-d'œuvre et d'énergie, mais aucune technologie concurrente n'offre encore des économies d'échelle comparables pour la production de métaux primaires.