Contribution à la caractérisation et synthèse de pigment de peinture à base de calamine

La calamine

La calamine est une matière première métallurgique précieuse qui contient 65 à 70% de fer sous forme d’oxyde [11]. Elle se forme par oxydation à haute température des aciers au cours des coulées continues, des traitements de réchauffage et de formage. La calamine d’oxyde de fer formée sur les aciers, sous forme d’écailles, comprend principalement trois formes d’oxydes de fer qui sont l’hématite, la magnétite et la wustite. Ces écailles ont généralement une structure stratifiée avec la couche d’hématite à la surface, une couche intermédiaire de magnétite et une couche interne de wustite [12]. -. Le protoxyde FeO (wustite) qui forme la majeure partie de la couche oxydée, se trouve au contact du métal, -. La magnétite Fe3O4 se trouve au-dessus de la couche de FeO, -. L’hématite Fe2O3 constitue la pellicule externe. Cet ordre des couches dans les écailles est respecté dans le cas des calamines de recuit. Dans les calamines de laminage, il y a parfois interpénétration des trois couches. Pour des températures inférieures à 570°C [13,14], le protoxyde de fer FeO peut se décomposer selon la vitesse de refroidissement conformément aux réactions suivantes: Protoxyde magnétite + protoxyde enrichi en fer (T) Protoxyde enrichi en fer magnétite + fer (T1) Thèse de Doctorat Contribution à la caractérisation et synthèse de pigment de peinture à base de calamine. Evaluation de la qualité et analyse des incertitudes sur les propriétés. UBMA-Laboratoire LESIMS Mohammed Tayeb ABEDGHARS 15- Ces deux étapes T et T1 de la transformation de FeO ont été décrites par HERAI et MANENC [15]. Le monoxyde de fer n’est stable qu’au-dessus de 570°C (figure 3). Au-dessous de cette température, il se décompose en magnétite et fer. Dans le cas d’un refroidissement très rapide, il ne se décompose pas. Si le refroidissement est très lent, il est entièrement décomposé. Si le refroidissement se fait à vitesse moyenne, seule la partie de la couche de monoxyde qui se trouve du côté de la magnétite est décomposée [16]. L’oxydation du métal présente de nombreux inconvénients pour la production de l’acier dans les complexes sidérurgiques qui sont : – une perte de métal, – une incidence sur l’état de surface et sur l’adhérence ultérieure des revêtements, – une usure des machines (rouleaux de laminoir), – une décarburation superficielle qui influe sur les propriétés mécaniques du métal. La formation de cette couche d’oxyde (calamine) présente par contre les avantages suivants : – Une consommation de la partie superficielle des lingots contenant des impuretés qui proviennent du laitier ou des réfractaires, – Un ralentissement de la décarburation si la calamine est adhérente, – Une amélioration légère des propriétés mécaniques de surface par oxydation interne (cas des aciers austénitiques réfractaires)

La ferraille

On désigne par ferraille (de fer) ou déchets de métaux ferreux les débris de pièces de fer, de fonte ou d’acier. Les déchets de ferraille sont généralement identifiables, récupérables et recyclables. Le recyclage de la ferraille joue un rôle important dans la conservation d’énergie parce que la refonte de déchets métalliques est beaucoup moins énergivore que la fabrication de produits de fer ou d’acier à partir des minerais. La production d’acier à partir d’une charge de ferraille exige 74% moins d’énergie que celle à partir de minerai vierge et réduit de 64% les émissions de CO2 préjudiciables à l’environnement. Le recyclage de la ferraille d’acier permet de conserver les minerais de fer, le charbon et la castine, ce qui diminue le prix de revient de la tonne d’acier. En outre, la refonte de déchets de fer et d’acier réduit le fardeau des décharges Thèse de Doctorat Contribution à la caractérisation et synthèse de pigment de peinture à base de calamine. Evaluation de la qualité et analyse des incertitudes sur les propriétés. UBMA-Laboratoire LESIMS Mohammed Tayeb ABEDGHARS 16- contrôlées et l’accumulation de produits d’acier abandonnés dans l’environnement. L’utilisation de ferraille recyclée dans la fabrication de l’acier selon le procédé FEA (Four électrique à arc) et par les aciéries intégrées est en nette croissance sous l’effet des contraintes économiques et de développement durable et des préoccupations écologiques [18]. Le fer et l’acier, produits à partir de la ferraille recyclée, sont toujours les métaux les plus utilisés par l’industrie automobile et les autres industries de transport ainsi que par les secteurs du matériel agricole ou industriel, du bâtiment et de la construction, des hydrocarbures, de la défense, de la machinerie et des biens de grande consommation. Les secteurs de l’automobile, de la construction et des hydrocarbures représentent environ 70 % de la demande canadienne d’acier [18]. I.3.1 Origine de la ferraille La ferraille est issue de diverses sources de récupération, elle est composée de plus de 90 % de fer et se présente selon trois grandes catégories : -. Les chutes propres de la sidérurgie sont presque toutes recyclées au sein de l’usine qui les a produites. Ce type de ferraille nécessite peu de traitement, la composition étant déjà connue, et peut en principe être directement refondu (cas des aciéries et des fonderies). -. Les chutes des usines de transformation constituent la ferraille souvent contaminée et demande des traitements plus complexes. -. La ferraille de récupération qui provient des objets mis au rebut ou destinés à l’abandon (épaves automobiles, électroménager, boîtes métalliques). I.3.2 Classification La ferraille peut se trouver sous de nombreuses formes qui influencent le type de traitement de recyclage, de stockage, et des dangers encourus. De ce fait, les ferrailles sont classées d’après des normes définies préalablement pour optimiser le traitement et utiliser les bons moyens de protections. La ferraille est classée de différentes manières, en fonction des régions et des pays. Il existe des normes englobant de nombreux pays comme les normes européennes (référentiel EUROFER du 27 mars 1995). En Europe, les pays comme la France, l’Allemagne, la Belgique, l’Espagne et le Royaume-Uni possèdent un système de classification propre à eux en plus du système Thèse de Doctorat Contribution à la caractérisation et synthèse de pigment de peinture à base de calamine. Evaluation de la qualité et analyse des incertitudes sur les propriétés. UBMA-Laboratoire LESIMS Mohammed Tayeb ABEDGHARS 17- européen. Lors de transactions, les normes sont décidées par les différents partis pour correspondre au mieux aux normes qu’ils souhaitent suivre. Les classifications existent sous différentes formes : -. Par l’origine de provenance de la ferraille, -. Par le type de déchet (voiture, bâtiments et constructions, électrique, emballage), -. Par la taille des déchets, -. Par la composition des déchets (composition chimique du métal, densité, pureté). Ces classifications sont principalement établies en conséquence des dangers encourus (Normes de sûreté de l’AIEA) en fonction des différents matériaux. 

Traitements de la ferraille

Les opérations de recyclage commencent par la collecte et le prétraitement (compactage, broyage et séparation magnétique À la sortie du broyeur, les métaux magnétiques sont prélevés par un électro-aimant. Ensuite, les métaux non ferreux sont séparés par trie. La récupération des métaux permet des économies de matières premières, mais aussi des économies d’énergie. Les ferrailles sont utilisées par la sidérurgie et les fonderies de fonte et d’acier. L’acier produit en France provient à 50% de matières recyclées (soit70% du gisement de ferraille courant disponible dans le pays). En Algérie, la demande de ferraille est faible à cause du manque d’usines de production (élaboration) d’acier. La calamine se trouve dans la ferraille sous une forme difficilement récupérable. Thèse de Doctorat Contribution à la caractérisation et synthèse de pigment de peinture à base de calamine. Evaluation de la qualité et analyse des incertitudes sur les propriétés. UBMA-Laboratoire LESIMS Mohammed Tayeb ABEDGHARS 18- Conclusion Le fer est le matériau le plus répandu dans l’écorce terrestre après l’aluminium. La teneur en fer d’un minerai est la première caractéristique brute de richesse de ce produit. Les minerais de fer sont classés selon la combinaison du fer avec l’oxygène (type d’oxydes). Nous distinguons, les minerais hématite, magnétite, limonites, sidéroses. La pyrite n’est pas un oxyde de fer, elle est plutôt un sulfure. La calamine est un ensemble d’oxydes de fer. Elle se forme par oxydation à haute température des aciers au cours des traitements de réchauffage et du formage à chaud. La wustite étant en contact direct avec le métal ensuite viennent en couches superposées la magnétite et l’hématite. La ferraille constitue les déchets des métaux ferreux et les débris de pièces de fonte et d’acier (voiture, bâtiments, construction, usine sidérurgique, emballage, …).