Transformer les poussières d’aciérie en ressource grâce à la technologie micro-ondes.

Au Vietnam, des aciéries comme l’usine sidérurgique de Thai Nguyen produisent chaque année des milliers de tonnes de poussières de four, contenant environ 6 à 17 % de zinc. La majeure partie de ces poussières est stockée ou traitée comme un déchet dangereux, ce qui entraîne un gaspillage de ressources et des coûts de traitement importants. Parallèlement, la demande intérieure de zinc demeure élevée et repose principalement sur l’approvisionnement en matières premières.

À l’échelle mondiale, de nombreuses technologies ont été mises en œuvre pour récupérer les métaux contenus dans les poussières de four, telles que les procédés Waelz, ISP ou l’hydrométallurgie. Cependant, ces solutions présentent souvent des inconvénients, notamment une forte consommation d’énergie, des émissions polluantes ou l’utilisation de grandes quantités de produits chimiques acides et alcalins. C’est pourquoi l’équipe de recherche a opté pour une approche radicalement différente : chauffer directement le matériau par micro-ondes, permettant ainsi de séparer simultanément le zinc et le fer avec une efficacité accrue, un temps de traitement plus court et un impact environnemental considérablement réduit.

Le point fort de ce projet réside non seulement dans la recherche sur les principes, mais aussi dans la conception, la fabrication et le fonctionnement réussis d’un système de traitement expérimental. Ce système, d’une puissance totale de 10 kW et fonctionnant à 2,45 GHz, se compose de quatre sources magnétroniques disposées autour d’une chambre de réaction cylindrique afin de répartir uniformément l’énergie micro-ondes. La chambre de réaction est construite en acier inoxydable SUS304 et est isolée par une couche de 20 cm d’épaisseur pour minimiser les pertes de chaleur.

L’appareil intègre également un système d’alimentation en gaz N₂ et O₂ indépendant, un mécanisme de rotation de l’échantillon pour assurer un chauffage uniforme du matériau, ainsi qu’un système de contrôle PLC et une interface HMI pour surveiller l’ensemble du processus de fonctionnement.

L’équipe de recherche a notamment optimisé la structure étanche de la chambre de réaction avec un espace inférieur à 1 mm, combiné à un joint résistant à la chaleur pour empêcher toute fuite de micro-ondes, assurant ainsi la sécurité de l’opérateur.

La professeure agrégée Pham Huong Quynh, responsable de l’équipe de recherche, a déclaré : « Après la phase de test, l’équipe a déterminé les paramètres de fonctionnement optimaux. Ainsi, les poussières de four à acier sont traitées à une température d’environ 950 °C pendant 50 à 60 minutes, avec une puissance micro-ondes de 2 500 W par source et en utilisant environ 5 % de charbon actif comme agent régénérateur. »

Contrairement aux méthodes de chauffage traditionnelles qui transfèrent la chaleur de l’extérieur vers l’intérieur, la technologie micro-ondes génère de la chaleur directement à l’intérieur de l’échantillon grâce à l’oscillation d’un champ électrique, ce qui permet un chauffage plus rapide et une répartition de la chaleur plus uniforme.

De ce fait, le temps de traitement est réduit à environ 50 à 60 minutes, alors que de nombreuses technologies métallurgiques traditionnelles nécessitent de 1 à 6 heures pour obtenir les mêmes résultats. Parallèlement, le procédé fonctionne à des températures plus basses, de l’ordre de 850 à 950 °C, contre 1 000 à 1 200 °C pour de nombreuses technologies actuelles, contribuant ainsi à réduire la consommation d’énergie.

avantages économiques et environnementaux

À l’issue de la phase de test, les résultats ont démontré que cette technologie permet de récupérer le zinc sous forme d’oxyde de zinc (ZnO) avec un rendement de 84 à 86 % et le fer avec un rendement de 95 à 97 %. Avec une teneur en zinc d’environ 15 à 17 % dans les poussières de four, chaque tonne de poussières permet de récupérer environ 157 à 182 kg de ZnO. Ce procédé contribue à transformer les déchets métallurgiques en une matière première secondaire de valeur, à réduire les coûts de traitement des déchets et à ouvrir la voie au développement de produits à valeur ajoutée à partir des poussières de four sidérurgique. Parallèlement, le fer récupéré peut être réutilisé dans le processus de production d’acier, optimisant ainsi l’utilisation des ressources secondaires.

Selon la société par actions Sharetech Technology, cette solution contribue également à promouvoir la recherche et le développement de technologies de traitement des déchets en vue d’une économie circulaire, en utilisant les ressources issues des déchets industriels et en réduisant l’impact environnemental des poussières de four contenant des métaux.

Plus précisément, le fer récupéré peut être réutilisé dans la production d’acier, contribuant ainsi à une valorisation optimale des ressources secondaires. Le zinc étant récupéré directement sous forme d’oxyde de zinc (ZnO), cette technologie ne nécessite pas l’utilisation de solutions acides ou alcalines, contrairement à la méthode hydrométallurgique. Elle permet ainsi de réduire la production d’eaux usées chimiques et d’éviter la formation de boues dangereuses. Le traitement sur site diminue également les coûts de transport, de stockage et d’élimination des déchets dangereux.

Selon l’évaluation de l’équipe de recherche, cette technologie a également le potentiel de réduire les émissions de CO₂ par rapport à de nombreux procédés pyrométallurgiques traditionnels en abaissant les températures de fonctionnement et en raccourcissant les temps de chauffage.

D’un point de vue économique, la transformation des poussières de four, un déchet nécessitant un traitement, en une matière première secondaire contenant du zinc et du fer permet non seulement aux entreprises de réduire leurs coûts de traitement, mais aussi de générer des revenus supplémentaires grâce aux produits récupérés. Cette démarche s’inscrit dans la logique de développement de l’économie circulaire et d’utilisation efficace des ressources dans l’industrie métallurgique.

L’une des principales préoccupations liées à l’utilisation de la technologie micro-ondes de forte puissance est la sécurité des opérateurs. L’équipe de recherche a réalisé une évaluation des fuites micro-ondes conformément aux normes IEC 60335-2-25:2020 et TCVN 5699-2-25:2017. Les mesures ont révélé un niveau de fuite maximal d’environ 4,1 mW/cm² à vide et de 0,8 mW/cm² en charge, valeurs conformes aux limites admissibles des normes techniques actuelles. Ceci démontre que le dispositif peut fonctionner de manière stable et sûre, répondant ainsi aux exigences pour la poursuite des recherches à plus grande échelle.

La professeure agrégée Pham Huong Quynh a déclaré qu’il serait nécessaire, à l’avenir, de poursuivre l’optimisation de la conception des équipements, de mener des essais à l’échelle pilote et d’évaluer pleinement la rentabilité en conditions réelles de production. Elle a toutefois ajouté que le développement de la coopération avec les entreprises métallurgiques, de recyclage des métaux et de traitement des déchets industriels constituerait une étape cruciale vers la commercialisation de cette technologie.

D’après l’évaluation de l’équipe de recherche : la solution ne se limite pas aux poussières de fours sidérurgiques ; le principe du traitement par micro-ondes pourrait être étendu à de nombreux autres types de déchets industriels contenant des métaux, tels que les boues métallurgiques, les poussières de fours de métaux non ferreux ou d’autres sources de déchets riches en métaux précieux. Cette technologie devrait constituer une nouvelle voie contribuant à promouvoir une métallurgie plus verte, à améliorer l’efficacité des ressources et à minimiser la pollution environnementale au Vietnam.

Source : https://congthuong.vn/bien-bui-lo-luyen-thep-thanh-tai-nguyen-bang-cong-nghe-vi-song-465855.html