Projet DEEP-MIN
Décarbonation des industries minières et métallurgiques
Projet coordonné par l’Université de Lorraine
Durée de 4 ans
4 millions d’euros de budget
Contexte et enjeu
L’industrie métallurgique représente plus de 12 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre,
principalement concentrées dans la phase primaire de traitement, de réduction et de fusion des
matières premières. La décarbonation de l’acier et des métaux non ferreux comme le nickel et le
manganèse est cruciale pour l’industrie mondiale, bien que complexe. Des modifications significatives des voies de production existantes sont à l’étude, telle que la filière DRI-EAF (Réduction Directe du Fer – Four à Arc Électrique) en remplacement des procédés conventionnels BF-BOF (Haut Fourneau – Convertisseur à Oxygène). Ces nouvelles filières exigent toutefois des matières premières de meilleure qualité. Ainsi, pour le DRI, la teneur en fer doit dépasser 67 % et la teneur en éléments indésirables doit être inférieure à 2 %. Ceci intervient dans un contexte où les minerais disponibles sont de plus en plus fins, complexes et à faible teneur. Les procédés en amont, où les oxydes sont réduits et le métal liquide est élaboré, sont également affectés par ces évolutions.
Objectifs scientifiques
Dans ce contexte, le projet retracera le parcours d’un oxyde métallique, depuis la mine et jusqu’à sa fusion, au sein de ce nouvel environnement, en couvrant cinq étapes essentielles :
– Comminution: opération visant à réduire la taille des minerais et à libérer les particules minérales, elle représente le principal poste de consommation énergétique dans le traitement des minerais.
– Flottation: en modifiant l’hydrophobicité des particules, la flottation est devenue l’unique solution pour traiter les minerais complexes et ainsi séparer efficacement les oxydes de la gangue. Grâce à son efficacité, ce procédé alimentera en oxydes métalliques de haute qualité les nouvelles filières décarbonées, mais il n’est pas encore optimal, ce qui en fait une étape longue et coûteuse.
– Agglomération: un procédé nécessaire pour éviter le colmatage dans les fours et pour assurer une bonne réductibilité qui est responsable de 12 % des émissions totales de CO2 de la sidérurgie.
– Réduction Directe: la réduction à base d’hydrogène (H2-DR), qui est le processus clé de la réduction des émissions de l’industrie. – Fusion en fours électriques: le four électrique est largement utilisé pour la fusion des matières premières. Le principal défi lié à la décarbonation est la gestion de nouveaux types de matériaux, tels que le H₂-DRI et les ajouts de biomasse.
La transition de l’industrie métallurgique pour sa décarbonation exige une compréhension fondamentale des phénomènes physiques à l’échelle du grain se produisant au cours des divers procédés susmentionnés. Ce projet abordera des questions cruciales liées aux écoulements réactifs solide/gaz, à la chimie de surface et aux changements microstructuraux. L’élucidation de ces mécanismes par des caractérisations avancées, la modélisation multi-échelle et des expériences à l’échelle du laboratoire (dans le cadre du projet DEEP-MIN ) est essentielle pour adapter les opérations industrielles aux efforts de décarbonation. Cette recherche contribuera directement à la décarbonation de l’industrie métallurgique de deux manières significatives :
- En fournissant une compréhension approfondie des scénarios décarbonés sur l’ensemble du flux de production, de la préparation des matières premières aux procédés en amont.
- En optimisant les opérations industrielles et la sélection des matières premières, grâce à une modélisation numérique avancée, réduisant ainsi les émissions de CO2 et la consommation d’énergie des procédés minéraux et métallurgiques.
Le consortium
Plus de projets
