R&D- Purifier l'aluminium de 2ème fusion

4 décembre 2008

R&D- Purifier l'aluminium de 2ème fusion

La pierre philosophale permettait, dans la tradition alchimiste, de transformer le plomb en or. La pierre philosophale des métallurgistes de l'aluminium (et des affineurs) consisterait à transformer un alliage de 2ème fusion (haute teneur en impuretés) en un alliage de 1er fusion (bas niveau d'impuretés).
Impossible ! A voir ...

Exportation de l'aluminium vers les pays low cost
Entre 2002 et 2008, l'export de déchets d'aluminium de l'Europe vers la Chine a augmenté de 20 % et vers l'Inde de 228 % (données Organisation of European Aluminium Refiners and Remelters).

Contexte
Purifier l'aluminium de 2ème fusion est donc important pour lui redonner de la valeur (et éviter son exportation). Pour cela, il faut le purifier en éliminant (ou diminuant de manière importante) les inclusions et impuretés qui dégradent les propriétés mécaniques.

Plusieurs voies de purification
Plusieurs voies de purification ont été identifiées au cours du projet Européen MAP (Molten Aluminium Purification) : optimisation du tri, filtration, ..., par différentes méthodes.

Tri optimisé
L'idée est de mieux trier les déchets d'aluminium selon leur provenance afin d'éviter le mélange de différents types d'alliages. Ce tri poussé pourrait se faire en sortie de broyeur. Il peut également être mise en place lors d'opération de déconstruction totale ou partielle.
Les choses ne sont cependant pas si simples car pour les seules cannettes en aluminium, le corps de la cannette est dans un alliage à 1 % de magnésium et 1.2 % de manganèse alors que le dessus est dans un autre alliage (2.5 % de Mg et 0.3 % de Mn). Le mélande conduit à un alliage de teneur moyenne de 1.3 % de Mg et 1 % de Mn, non réutilisable directement dans la filière "cannette" et à plus faible valeur.

Tri sélectif optimisé des déchets d'aluminium (pour mieux séparer les nuances)

Filtration
La filtration peut permettre d'éliminer les inclusions des réfractaires des fours. Elle est cependant limitée et ne permet pas d'abaisser les impuretés.

Electroraffinage
L'Université de Cambridge s'est penché sur l'électroraffinage qui consiste à partir d'une électrode de métal impur et par phénomène de dissolution et d'électrolyse à récupèrer du métal purifié.

Précipitation sélective sur une paroi froide
Une autre iéde consisterait à réaliser une précipitation sélective (alliage à haute impureté) sur une paroi froide pour purifier progressivement l'alliage restant.

Formation de composés intermétalliques
Une autre méthode consiste à produire des composés dits intermétalliques (qui forment des cristaux au sein du bain) et à les séparer ensuite. En effet, l'aluminium s'allie dans certaines conditions à des impuretés présentes (Fe, Mn, ...) dans le bain pour former des composés définis (type Al6Mn, Al13Fe4, Al3Ti, ...).

Purifier par décantation des composés intermétalliques

Ces composés, appelés "points durs" bien connus des fondeurs sous pression (en particulier) ont des formes anguleuses et massives et une densité supérieure à celle de l'aluminiumm liquide. Il "suffirait" ensuite d'éliminer ces composés par des procédés classiques de type filtration, décantation ou centrifugation. Cependant, passer de 1 % de fer à 0.3 % nécessite de créer des quantités très importants de composés (points durs) et induit des cinétiques relativement longues.

Si ces principes sembleraient fonctionner à une échelle laboratoire, il reste à les mettre au point de manière économiquement rentable à une échelle industrielle, ce qui suppose de maîtriser finement les cinétiques de transformation (temps, concentration, température, ..), ce qui pose des problèmes de capteurs , de méthodes d'analyses et de réactivité de l'aluminium (qui dissout naturellement le fer présent).

Purifier par centrifugation

Le potentiel ?
Le potentiel de telles technologies semblent importants (et séduisant) car cela permettrait par exemple de transformer un Al Si9Cu3(Fe) de 2ème fusion en Al Si5Cu3 de 1er fusion, à plus forte VA. L'intérêt économique dépend cependant des cours LME et du différentiel de coût entre les 2 alliages.

Or ce différentiel est assez fluctuant et de l'ordre de quelques centaines d'Euros la tonne (sur une base de 2500 €/tonnes). Seuls des grands volumes d'alliage pourront être purifiés de manière économiquement rentable. Si sur le cours terme, ces technologies ne sont que peu rentables, elles le deviendront probablement à plus long terme.