Minerai de fer – la base de l’industrie moderne

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Minerai de fer – la base de l’industrie moderne
Image: Alexandre Paes Leme | Dreamstime
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Aujourd’hui, il est difficile d’imaginer la vie sans l’acier, à partir duquel beaucoup de choses autour de nous sont faites.

La base de ce métal est le fer obtenu par la fusion du minerai. Le minerai de fer diffère par son origine, sa qualité, sa méthode d’extraction, ce qui détermine la faisabilité de son extraction. De plus, le minerai de fer se distingue par sa composition minérale, le pourcentage de métaux et d’impuretés, ainsi que l’utilité des additifs eux-mêmes. Le fer en tant qu’élément chimique fait partie de nombreuses roches, cependant, toutes ne sont pas considérées comme des matières premières pour l’exploitation minière. Tout dépend de la composition en pourcentage de la substance.

Le minerai de fer est une formation minérale dans laquelle la quantité de métal utile rend son extraction économiquement réalisable.

Ces matières premières ont commencé à être extraites il y a 3000 ans, car le fer permettait de fabriquer des produits durables de meilleure qualité que le cuivre et le bronze. Et déjà à cette époque, les artisans qui possédaient des fonderies distinguaient les types de minerai.

Aujourd’hui, les types de matières premières suivants sont extraits pour une fusion ultérieure des métaux :

  • Titane-magnétite ;
  • Apatite-magnétite ;
  • Magnétite ;
  • Magnétite-hématite ;
  • Goethite-hydrogoethite.

Le minerai de fer est considéré comme riche s’il contient au moins 57 % de fer. Mais, les développements peuvent être considérés comme appropriés à 26%.

Iron ore
Iron ore. Image: Alexandre Paes Leme | Dreamstime

Le fer dans la composition de la roche est plus souvent sous forme d’oxydes, les additifs restants sont la silice, le soufre et le phosphore.

Origine du minerai de fer

Igné

Ces minerais se sont formés à la suite de l’exposition à la température élevée du magma ou de l’activité volcanique ancienne, c’est-à-dire la refonte et le mélange d’autres roches. Ces minéraux sont des minéraux cristallins durs avec un pourcentage élevé de fer. Les gisements de minerai d’origine ignée sont généralement associés à d’anciennes zones de construction de montagne, où des matériaux en fusion se sont rapprochés de la surface.

Le processus de formation des roches ignées est le suivant : la fonte de divers minéraux (magma) est une substance très fluide, et lorsque des fissures se forment aux points de faille, elle les remplit, se refroidit et acquiert une structure cristalline. C’est ainsi que se sont formées les couches de magma gelé dans la croûte terrestre.

Métamorphique

C’est ainsi que les types de minéraux sédimentaires sont transformés. Le processus est le suivant: lors du déplacement de certaines sections de la croûte terrestre, certaines de ses couches contenant les éléments nécessaires tombent sous les roches sus-jacentes. En profondeur, ils sont soumis à la température et à la pression élevées des couches supérieures. Pendant des millions d’années d’une telle exposition, des réactions chimiques se produisent ici qui transforment la composition du matériau source, la cristallisation de la substance. Puis, au cours du mouvement suivant, les rochers se rapprochent de la surface.

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En règle générale, le minerai de fer de cette origine n’est pas trop profond et a un pourcentage élevé de composition métallique utile. Par exemple, à titre d’exemple brillant – le minerai de fer magnétique (jusqu’à 73-75% de fer).

Sédimentaire

Les principaux « travailleurs » du processus de formation du minerai sont l’eau et le vent. Détruire les couches rocheuses et les déplacer vers les basses terres, où elles s’accumulent en couches. De plus, l’eau, en tant que réactif, peut modifier le matériau source (lixiviation). En conséquence, du minerai de fer brun se forme – un minerai friable et lâche contenant de 30% à 40% de fer, avec un grand nombre d’impuretés diverses.

Les matières premières sont souvent mélangées en couches avec des argiles, des calcaires et des roches ignées en raison de divers modes de formation. Parfois, des gisements d’origine différente peuvent être mélangés dans un même champ. Mais le plus souvent, l’un des types de race répertoriés prévaut.

Après avoir établi par exploration géologique une image approximative des processus qui se déroulent dans une zone particulière, ils déterminent les endroits possibles avec la présence de minerais de fer. Comme, par exemple, l’anomalie magnétique de Koursk, ou le bassin de Krivoy Rog, où, à la suite d’influences magmatiques et métamorphiques, des types de minerai de fer précieux sur le plan industriel se sont formés.

Extraction de minerai de fer à l’échelle industrielle

L’humanité a commencé à extraire le minerai il y a très longtemps, mais le plus souvent il s’agissait de matières premières de mauvaise qualité avec d’importantes impuretés de soufre (roches sédimentaires, le fer dit « des marais »). L’échelle de développement et de fusion a constamment augmenté. Aujourd’hui, tout un classement des différents gisements de minerais ferrugineux a été construit.

Principaux types de gisements industriels

Tous les gisements de minerai sont divisés en types en fonction de l’origine de la roche, ce qui permet de distinguer les régions de minerai de fer principales et secondaires.

Iron ore
Iron ore. Image: Samrat35 | Dreamstime

Il s’agit notamment des dépôts suivants :

  • Gîtes de divers types de minerai de fer (quartzites ferrugineux, minerai de fer magnétique), formés par une méthode métamorphique, qui permet d’en extraire des minerais très riches. En règle générale, les dépôts sont associés aux processus les plus anciens de formation de roches dans la croûte terrestre et reposent sur des formations appelées boucliers.
Crystal Shield sont de grandes formations de lentilles incurvées. Il est constitué de roches formées au stade de la formation de la croûte terrestre il y a 4,5 milliards d’années.

Les gisements les plus connus de ce type sont : l’anomalie magnétique de Koursk, le bassin de Krivoy Rog, le lac Supérieur (États-Unis/Canada), la province de Hamersley en Australie et la région de minerai de fer du Minas Gerais au Brésil.

  • Dépôts de roches sédimentaires stratifiées. Ces gisements se sont formés à la suite de la sédimentation de composés riches en fer qui entrent dans la composition des minéraux détruits par le vent et l’eau. Un exemple frappant de minerai de fer dans de tels gisements est le minerai de fer brun.
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Les gisements les plus célèbres et les plus importants sont le bassin lorrain en France et le Kertch sur la presqu’île du même nom (Russie).

  • Gîtes de Skarn. Habituellement, le minerai est d’origine ignée et métamorphique, dont les couches, après formation, se sont déplacées lors de la formation des montagnes. C’est-à-dire que le minerai de fer, situé en couches en profondeur, a été froissé en plis et déplacé vers la surface lors du mouvement des plaques lithosphériques. Ces dépôts se situent le plus souvent dans des zones plissées sous forme de couches ou de piliers de forme irrégulière. Formé par le magma. Représentants de ces gisements : Magnitogorsk (Oural, Russie), Sarbayskoye (Kazakhstan), Iron Springs (États-Unis) et autres.
  • Gisements de minerai de titanomagnétite. Leur origine est ignée, on les trouve le plus souvent sur des affleurements d’anciens soubassements – boucliers. Il s’agit notamment de bassins et de gisements en Norvège, au Canada et en Russie (Kachkanarskoye, Kusinskoye).
  • Une centaine de gisements miniers ont été découverts en Russie en 2016

Les gisements mineurs comprennent: apatite-magnétite, magno-magnétite, sidérite, gisements de ferromanganèse développés en Russie, en Europe, à Cuba et ailleurs.

Comment le minerai de fer est extrait

Les veines de minerai de fer se trouvent à différentes profondeurs, ce qui détermine ses méthodes d’extraction des intestins.

Voie de carrière

La méthode d’extraction la plus courante est utilisée lorsque des gisements se trouvent à une profondeur d’environ 200 à 300 mètres. Le développement se fait grâce à l’utilisation de puissantes excavatrices et d’installations de concassage de roches. Après cela, il est chargé pour le transport vers les usines de transformation.

Iron ore
Iron ore. Image: Alexandre Paes Leme | Dreamstime

Méthode minière

La méthode des fosses est utilisée pour les couches plus profondes (600-900 mètres). Initialement, le site minier est percé, à partir duquel des galeries sont développées le long des coutures. D’où la roche concassée est acheminée « vers la montagne » à l’aide de convoyeurs. Le minerai des mines est également acheminé vers des usines de traitement.

Hydroextraction

Tout d’abord, pour la production hydraulique en fond de trou, un puits est foré jusqu’à la formation rocheuse. Après cela, des tuyaux sont amenés dans la cible, le minerai est broyé avec une puissante pression d’eau avec une extraction supplémentaire. Mais cette méthode a aujourd’hui une très faible efficacité et est assez rarement utilisée. Par exemple, 3% des matières premières sont extraites de cette façon, et 70% par des mines.

Après l’extraction, le minerai de fer doit être traité pour obtenir la principale matière première pour la fusion du métal.

Enrichissement du minerai de fer

Comme il existe de nombreuses impuretés dans la composition des minerais, en plus du fer nécessaire, afin d’obtenir le maximum de rendement utile, il est nécessaire de nettoyer la roche en préparant le matériau (concentré) pour la fusion. L’ensemble du processus est effectué dans les usines d’extraction et de traitement. Pour divers types de minerais, leurs propres méthodes et méthodes de purification et d’élimination des impuretés inutiles sont appliquées.

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Par exemple, la chaîne technologique d’enrichissement du minerai de fer magnétique est la suivante :

  • Au départ, le minerai passe par l’étape de concassage dans des installations de concassage (par exemple, des concasseurs à mâchoires) et est acheminé par un convoyeur à bande vers la station de séparation.
  • À l’aide de séparateurs électromagnétiques, des parties de roche ferrugineuse magnétique sont séparées des stériles.
  • Après cela, la masse de minerai est transportée vers le prochain concassage.
  • Les minéraux broyés sont déplacés vers la station de nettoyage suivante, les soi-disant tamis vibrants, ici le minerai utile est tamisé, séparé de la roche légère inutile.
  • L’étape suivante est la trémie à minerai fin, dans laquelle de petites particules d’impuretés sont séparées par des vibrations.
  • Les cycles suivants incluent l’ajout suivant d’eau, le concassage et le passage de la masse de minerai dans des pompes à boues, l’élimination des boues inutiles (roches stériles) avec le liquide, et le concassage à nouveau.
  • Après plusieurs nettoyages avec des pompes, le minerai pénètre dans le soi-disant crible, qui nettoie à nouveau les minéraux par la méthode gravitationnelle.
  • Le mélange purifié à plusieurs reprises est acheminé vers un déshydrateur qui élimine l’eau.
  • Le minerai drainé va à nouveau vers les séparateurs magnétiques, puis seulement vers la station gaz-liquide.
Le minerai de fer brun est purifié selon des principes légèrement différents, mais l’essence de cela ne change pas, car la tâche principale de l’enrichissement est d’obtenir les matières premières les plus pures pour la production.

L’enrichissement produit un concentré de minerai de fer utilisé dans la fonte.

Utiliser du minerai de fer

Il est clair que le minerai de fer est utilisé pour obtenir du métal. Mais, il y a deux mille ans, les métallurgistes ont réalisé que dans sa forme pure, le fer est un matériau plutôt mou, dont les produits sont légèrement meilleurs que le bronze. Le résultat fut la découverte d’un alliage de fer et d’acier au carbone.

Iron ore
Iron ore. Image: Alexandre Paes Leme | Dreamstime
Pour l’acier, le carbone joue le rôle d’un ciment qui renforce le matériau. En règle générale, un tel alliage contient de 0,1 à 2,14 % de carbone, et plus de 0,6 % est déjà de l’acier à haute teneur en carbone.

Aujourd’hui, une énorme liste de produits, d’équipements et de machines est fabriquée à partir de ce métal. Cependant, l’invention de l’acier a été associée au développement de l’industrie de l’armement, dans laquelle les artisans ont essayé d’obtenir un matériau aux caractéristiques fortes, mais en même temps, avec une excellente flexibilité, malléabilité et d’autres caractéristiques techniques, physiques et chimiques. Aujourd’hui, le métal de haute qualité contient d’autres additifs qui l’allient, ajoutant de la dureté et de la résistance à l’usure.

Le deuxième matériau produit à partir du minerai de fer est la fonte. C’est aussi un alliage de fer avec du carbone, qui en contient plus de 2,14 %.

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Pendant longtemps, la fonte a été considérée comme un matériau inutile, obtenu soit en violant la technologie de la fusion de l’acier, soit comme un sous-produit qui se dépose au fond des fours de fusion. Fondamentalement, il a été jeté, il ne peut pas être forgé (fragile et pratiquement non ductile).

Avant l’avènement de l’artillerie, ils ont essayé d’attacher la fonte à la ferme de différentes manières. Par exemple, dans la construction, des blocs de fondation en ont été fabriqués, des cercueils ont été fabriqués en Inde et en Chine, des pièces de monnaie ont été frappées à l’origine. L’avènement des canons a permis d’utiliser la fonte pour lancer des boulets de canon.

Aujourd’hui, la fonte est utilisée dans de nombreuses industries, en particulier dans la construction mécanique. De plus, ce métal est utilisé pour produire de l’acier (fours à sole et méthode Bessmer).

Avec la croissance de la production, de plus en plus de matériaux sont nécessaires, ce qui contribue au développement intensif des gisements. Mais les pays développés considèrent qu’il est plus opportun d’importer des matières premières relativement peu coûteuses, ce qui réduit le volume de leur propre production. Cela permet aux principaux pays exportateurs d’augmenter la production de minerai de fer avec son enrichissement ultérieur et sa vente sous forme de concentré.

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