Laitier (métallurgie)

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Article général Pour un article plus général, voir Scorie (métallurgie).
photo de tas de laitier
Tas de laitier de haut fourneau à l'usine sidérurgique de Fos-sur-Mer : laitier vitrifié (en beige clair, cône au premier plan et tas en arrière-plan) et cristallisé (en gris, au centre gauche). À l'arrière-plan, de gauche à droite : un gazomètre de gaz de cokerie et l'usine broyant le laitier vitrifié.
La composition chimique est rigoureusement identique, seul le mode de refroidissement varie.

En sidérurgie, le laitier correspond aux scories qui sont formées en cours de fusion ou d'élaboration du métal par voie liquide. Il s'agit d'un mélange composé essentiellement de silicates, d'aluminates et de chaux, avec divers oxydes métalliques, à l'exception des oxydes de fer. Ses rôles dans la métallurgie des métaux ferreux en fusion sont multiples.

Cette matière est un important coproduit des hauts fourneaux, appréciée comme remblai ou comme matière première dans la fabrication du ciment. Quant aux laitiers d'aciérie, si les scories Thomas étaient également un débouché essentiel de la sidérurgie au début du XXe siècle, la valorisation des laitiers modernes passe après l'optimisation des procédés métallurgiques de la sidérurgie.

Définition[modifier | modifier le code]

Éléments étymologiques[modifier | modifier le code]

D'après Le Petit Robert, le terme est employé en métallurgie depuis au moins 1676. Son étymologie l'amène immédiatement au mot « lait ». En effet, lorsqu'elles sont complètement exempte de fer, les scories issues d'un haut fourneau ont une blancheur et un aspect qui rappelle le lait en ébullition. C'est un mot du métier[SF 1] :

« Laitier, terme de fondeurs traduisant bien dans sa métaphore spontanée la blancheur éclatante des scories qui surnagent dans le bain de fonte en fusion, alors que les ouvrages savants employaient plutôt « scories » ou « crasses »[1] »

— Pierre Masson , Dix-huitième siècle, revue de 1991

Acceptation moderne[modifier | modifier le code]

Le laitier est le nom que l'on donne aux scories métallurgiques issues de la métallurgie du fer et de ses composés :

« On appelle « laitiers » les scories exemptes de fer dans la métallurgie du fer et des ferroalliages, réservant le terme de scories aux scories ferrugineuses de la métallurgie des métaux non ferreux. On appelle aussi scories les sels fondus provenant par exemple de la réduction électrolytique d'halogénures[2]. »

— Pierre Blazy & El-Aid Jdid , Introduction à la métallurgie extractive

Pour les hauts fourneaux, « l'expression sous-produit a été utilisée pendant très longtemps sans que personne n'y trouve à redire … Cependant afin de montrer que la valorisation des laitiers était un objectif en soi, cette expression a été remplacée dans les années 1980 par l'expression coproduit[SF 1] ». Le débat sémantique est identique pour les laitiers issus des convertisseurs Thomas : ces laitiers devaient être les plus riches possible en phosphore pour justifier leur emploi comme engrais. Par contre, pour les autres laitiers d'aciérie, leur valorisation est rarement rentable : il s'agit de sous-produits sans intérêt économique.

Obtention[modifier | modifier le code]

Le laitier apparaît lors de l'élaboration des métaux sous forme liquide. Sa faible densité (2,4[SF 1]) le fait flotter au-dessus du métal en fusion. Le métal s'en sépare facilement car c'est un composé ionique, non miscible avec le métal en fusion[3].

Laitier de haut fourneau[modifier | modifier le code]

C'est un coproduit issu de la fabrication de la fonte dans un haut fourneau, où il correspond à la gangue stérile du minerai de fer à laquelle s'ajoutent les cendres du coke[4]. La quantité de laitier produite correspond directement à la richesse du minerai de fer utilisé. Pour un haut fourneau moderne fonctionnant avec des minerais riches en fer, on atteint généralement une proportion 180 à 350 kg de laitier pour 1 tonne de fonte produite. Des chiffres extrêmes sont possibles 100 kg/t pour un haut fourneau consommant du charbon de bois, 1 300 kg/t pour des minerais pauvres et un combustible bon marché. Ce denier chiffre était classique au XVIIIe siècle… mais la teneur en fer dépassait 5%[SF 1].

Pour le sidérurgiste, le laitier de fonte permet le contrôle de la composition de la fonte (notamment en ôtant le soufre, élément indésirable, mais aussi les alcalins, qui perturbent la marche du haut fourneau[SF 1])[note 1] et la maîtrise de l'usure des réfractaires[4].

Cependant, du point de vue thermique, le laitier est un stérile à fondre, même si son enthalpie, d'environ 1 800 MJ/t de laitier ne corresponde qu'à 3,5 % du bilan énergétique du haut fourneau[SF 1], sa valeur, quoique non négligeable, est bien moins intéressante que celle de la fonte. Les minerais de fer pauvres, comme la minette lorraine, induisant une plus grande consommation de coke au haut fourneau ont été ainsi abandonnés, puisque la quantité de matière à chauffer dans le haut fourneau est plus importante. En effet, même pour un haut fourneau fonctionnant avec des minerais riches en fer, le volume de laitier est identique à celui de la fonte produite (à cause de la différence de densité)[7], le prix de vente du laitier granulé intervient dans moins de 5 % du coût de production de la fonte[8],[note 2].

Compositions typiques de laitiers de fonte (en % du poids)
Type de laitier FeO, / Fe2O3 MnO SiO2 Al2O3 CaO MgO P2O5 TiO2 S
Haut fourneau[10] (fonte hématite) 0,16 -0,2 < 1 34 - 36 10 - 12 38 - 41 7 - 10 1 1 - 1,5
Cubilot[11] 0,5 - 2,5 1 - 2 25 - 30 5 - 15 45 - 55 1 - 2

Le laitier de haut fourneau, de composition chimique très stable, est souvent valorisé dans la fabrication de ciment (BFS-OPC)[note 3] ou, plus occasionnellement, dans la fabrication de verre : il est alors granulé ou bouleté sous forme de sable. Ce sable est obtenu par refroidissement brutal au contact avec de l'eau de manière à le fracturer et à le vitrifier. Le laitier peut également être coulé en fosse, où il cristallise et craquelle après un refroidissement lent : il est alors destiné aux travaux publics (ballast, enrobé bitumé...). S'il satisfait à de sévères conditions qualité, il peut aussi entrer dans la fabrication de laine de verreetc.[SF 3]

Laitier d'aciérie[modifier | modifier le code]

Laitier de métallurgie primaire (ou laitier noir)[modifier | modifier le code]

Dans une aciérie, le laitier vient à la fois des convertisseurs, où celui-ci est très oxydé, de la métallurgie en poche ou des fours électriques. Pour une tonne d'acier produite, on compte de 150 à 200 kg de laitier d'aciérie produits, quelle que soit la filière (haut fourneau - convertisseur ou fusion de ferrailles)[13].

Le laitier de convertisseur (ou laitier noir[14]) est généré par l'oxydation des éléments indésirables (comme le silicium et le phosphore) ou l'oxydation inévitable due au procédé (comme le fer et le manganèse). Ces oxydes sont dilués dans des matières destinées à donner au laitier un caractère plus ou moins basique, ou visqueux , etc.. Ces matières sont généralement basiques, comme la chaux magnésienne ou le spath fluor.

Compositions typiques de laitiers de métallurgie primaire (en % du poids, en fin d'affinage) [15]
Type de laitier FeO / Fe2O3 MnO SiO2 Al2O3 CaO MgO P2O5 S
Bessemer original 15 7 75 3 0
Procédé Thomas original 17 9 15 37 10 12 0,5
Thomas amélioré 10 3 7 2 52 5 20 0,3
Convertisseur type OLP 12 4 7 57 20
Convertisseur type LD 20 7 13 48 2
Four à arc électrique avec traitement OLP 20 - 30 7 50 1 - 2,5

Laitier de métallurgie secondaire (ou laitier blanc)[modifier | modifier le code]

Le rôle du laitier de métallurgie secondaire (ou laitier blanc[14]) est aussi variable que complexe. Il rassemble les impuretés et les éléments chimiques indésirables en absorbant les inclusions d'oxydes dissoutes dans le métal, généralement issues du calmage. Pour cela, il est essentiel de gérer sa composition, de manière à le rendre réactif. Par exemple, une haute teneur en chaux et en fluor va favoriser la captation des inclusions d'alumine, qui sont acides. Cependant, ce laitier doit aussi ménager les briques réfractaires… le réglage des laitiers d'aciérie est donc un compromis.

Par ailleurs, certains oxydes du laitier, comme le FeO, peuvent oxyder les additions d'alliage comme le ferrotitane, l'aluminium, le ferrobore… Dans ce cas, ces éléments d'alliages sont consommés avant d'atteindre le métal liquide : leur oxydation est donc un gaspillage. Une quantité de laitier trop importante, ou une oxydation du laitier mal maîtrisée est dans ce cas rédhibitoire.

En métallurgie en poche ou métallurgie secondaire, les outils liés au traitement du laitier consistent généralement en un « râteau » pour « écrémer » le laitier flottant sur l'acier liquide. Des trémies permettent l'addition des produits destinés à constituer ou amender le laitier.

Les laitiers d'aciérie sont généralement de composition chaux-alumine, pour les aciers au carbone destinés aux produits plats, et chaux-silice pour les aciers au carbone destinés aux produits longs. Pour les aciers inoxydables, leur forte teneur en chrome les rend inaptes à l'utilisation en remblais mais leur recyclage en interne dans l'aciérie est économiquement intéressant.

Compositions typiques de laitiers de métallurgie secondaire (en % du poids, en fin d'affinage)
Type de laitier FeO / Fe2O3 MnO SiO2 Al2O3 CaO MgO P2O5 S
Acier calmé à l'aluminium (laitier désulfurant) 0 0 10 35 45 10 0,1

Le laitier au soudage[modifier | modifier le code]

On appelle laitier la croûte qui se forme sur le bain de la soudure. Il protège ce bain de l'oxygène de l'air, et l'isole thermiquement.

Dans le soudage à l'électrode enrobée, c'est l'enrobage qui va, en fondant, créer le laitier.

On distingue alors les électrodes en fonction de leur enrobage:

  • enrobage basique (riche en chaux), dont la mise en œuvre est difficile, mais qui assure une excellente résistance mécanique.
  • enrobage acide (riche en silice), à l'utilisation plus facile.

Physico-chimie[modifier | modifier le code]

Lorsqu'il est en fusion, le laitier est une solution d'oxydes. Les plus fréquents sont le FeO, le Fe2O3, le SiO2, l'Al2O3, le CaO, le MgO. Quelques sulfures peuvent y être aussi présents, mais la présence de chaux et d'alumine diminue leur solubilité[16].

La géométrie moléculaire d'un laitier en fusion peut être distinguée selon trois groupes d'oxydes : acide, basique et neutre. Les oxydes acides les plus fréquents sont la silice et l'alumine[note 4]. Lorsque ces oxydes sont en fusion, ils polymérisent en formant de longs complexes. Les laitiers acides sont ainsi très visqueux et, bien sûr, n'assimilent guère les oxydes acides présents dans le métal en fusion[16].

Les oxydes basiques, comme la chaux ou la magnésie, se dissolvent dans un laitier acide en tant que composés ioniques. Ils brisent les chaînes moléculaires d'oxydes acides en de plus petites unités. Le laitier devient alors moins visqueux. L'assimilation d'autres oxydes acides devient aussi plus facile. Jusqu'à une certaine limite, l'ajout d'oxydes basiques dans un laitier acide, ou d'oxydes acides dans un laitier basique, baisse la température de fusion[16].

Enfin les oxydes neutres (en fait légèrement acides), comme la wustite (FeO) ou l'oxyde de cuivre (Cu2O), réagissent peu avec les chaînes d'oxydes[16].

En règle générale, la conductivité électrique varie beaucoup avec la température, et augmente avec la basicité et la teneur en oxydes de cuivre et de fer. La tension superficielle, elle, dépend peu de la température et augmente avec l'acidité[16].

Valorisation des laitiers[modifier | modifier le code]

Conditionnement[modifier | modifier le code]

Plusieurs qualités de laitier sont présentes sur le marché. On peut premièrement les classer suivant leur origine :

On peut aussi les classer suivant la façon dont ils ont été transformés[17] :

  • vitrifiés par mélange brutal avec de l'eau (75% en 2010). Le laitier ressemble alors à un sable humide qui est envoyé aux cimenteries où il peut remplacer une partie du clinker ;
  • cristallisés en le coulant dans une fosse où il refroidit lentement (23% en 2010). Le produit obtenu est une roche poreuse mais résistante, généralement utilisée comme remblai ;
  • bouletés dans une installation de bouletage (2% en 2010). Le laitier est alors plus ou moins vitrifié, avec une certaine dispersion granulométrique il peut lui aussi être broyé pour des applications cimentières.
  • transformés en laine de verre (par refroidissement rapide avec de l'air et de la vapeur d'eau) ou en mousse de verre (avec refroidissement ralenti en utilisant peu d'eau). Ces deux procédés ne concernent qu'un tonnage très faible.

Les laitiers granulés et les laitiers bouletés sont généralement produits grâce à la projection d'eau sous pression dans le laitier en fusion, dès la sortie du haut fourneau. Le produit obtenu est un sable fin et homogène. Dans de rares cas, le refroidissement est fait à l'air, mais de nombreux inconvénients (dégagement gazeux, bruit, fibre de verre, encombrement de l'installation) limitent cette pratique[17].

Les laitiers cristallisés sont issus du refroidissement par aspersion d'eau du laitier en fusion coulé à terre. La solidification et le refroidissement du laitier amènent à son craquelage. Ce procédé est le premier historiquement réalisé : il ne nécessite qu'une fosse de stockage du laitier en fusion et des rampes d'arrosage. Son obtention ne consomme en outre que de faibles quantités d'eau. Cependant, un concassage secondaire est généralement nécessaire pour utiliser ce matériau. L'inconvénient réside dans le fait que ce matériau présente une certaine hétérogénéité[17].

Actuellement, la tendance pour les laitiers de haut-fourneau va vers la granulation, éventuellement la cristallisation[17]. La plus faible quantité de laitier produit par les aciéries ne rendant pas une installation de granulation ou bouletage rentable, les laitiers de convertisseur, de four électrique ou de poche sont cristallisés.

Il faut cependant noter que les laitiers sidérurgiques, en piégeant certains composés ou métaux lourds, peut être très polluants pour les sols[18].

Utilisation[modifier | modifier le code]

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On peut définir trois grandes classes d'utilisation des laitiers :

Utilisation sous forme de liants hydrauliques[modifier | modifier le code]

Les laitiers granulés ou bouletés peuvent développer une prise hydraulique lente sous l'effet d'un activant (clinker ou chaux). Après broyage fin (3 500 à 4 500 blaines) avec séchage simultané, ils trouvent leurs utilisations comme composant principal ou secondaire du ciment.

Ces laitiers dits « GGBS » (Ground Granulated Blast furnace Slag c'est-à-dire laitier de haut fourneau granulé broye) entrent dans la composition des ciments composés, clinker et ajouts (laitier, cendres volantes, calcaire...).

Utilisation sous forme de granulats[modifier | modifier le code]

L'utilisation sous forme de granulats est moins rentable que l'utilisation sous forme de liant hydraulique. Cependant, tous les types de laitiers cristallisés sont utilisables sous forme de granulats.

L'utilisation des laitiers de haut-fourneau cristallisés est reconnue sous deux formes :

  • en fraîche production : le laitier est refroidi à la sortie du haut-fourneau et subit un concassage dans la foulée ;
  • après un passage en crassier : le laitier est stocké dans un crassier, équivalent d'un terril. Ce stockage peut entraîner une hétérogénéité du matériau notamment en cas de mauvais suivi des approvisionnements.

Dans les deux cas, on note l'utilisation de ces granulats :

  • en graves non traitées (GNT)
  • en graves traitées au laitier granulé (dites graves laitier tout laitier)
  • en enrobés hydrocarbonés

La pratique des laitiers électriques est plus récente mais se substitue de plus en plus à la précédente du fait de la disparition progressive des hauts fourneaux et de l'emploi, de plus en plus développé, du laitier de haut fourneau granulé moulu soit comme composant du ciment, soit comme addition dans le béton en substitution du ciment. Il faut rester méfiant quant aux diverses appellations de laitiers : sous l'appellation de laitier électrique, on peut trouver des laitiers de poche (dans lesquels sont affinés les aciers pour donner les nuances voulues) qui contiennent une teneur non négligeable en métaux lourds. Toutefois, les contraintes règlementaire actuelles encadrant leur mise sur le marché garantissent leur innocuité sanitaire et environnementale.

On note l'utilisation de ces granulats :

  • en graves non traitées (GNT)
  • en graves traitées au laitier granulé (dites graves laitier tout laitier)
  • en enrobés hydrocarbonés et en lit de pose en assainissement

Le laitier bouleté a connu également 2 autres formes d'utilisation de par ces caractéristiques de densité plus favorable pour des bétons[19].

  • Dans la confection de béton léger pour un gain de poids dans les planchers de bâtiment de grande hauteur, principalement aux Etats Unis. (Siège de General Motors)[19].
  • Dans la confection de parpaing avec des granulométries de 0/4mm pour le sable et 4/20 pour le gravier. [19].

L'usage des laitiers d'aciérie à convertisseur d'oxygène est encore d'ordre expérimental, et exclusivement en granulats non liés. En effet, il n'est pas rare de trouver des nodules de chaux ayant la possibilité de s'hydrater plus tard. Il en résulte un gonflement qui peut intervenir après la mise en œuvre de ce laitier, et qui provoque une détérioration de la chaussée.

Plusieurs méthodes sont utilisées pour s'affranchir du risque d'expansion volumique due à l'hydratation de la chaux :

  • le vieillissement à l'air libre du matériau : le matériau est étalé à l'air libre et s'hydrate sous l'effet de la pluie ou par une humidification artificielle. Cette méthode exige des superficies considérables de stockage notamment, si pour optimiser cette méthode, on étale le matériau avec une épaisseur faible permettant le ruissellement de l'eau de la surface à la base du stock ;
  • le vieillissement accéléré dans des autoclaves. Cette méthode exige des quantités d'énergie non négligeables mais est utilisée dans des pays pauvres en matériaux naturels (ex : Pays-Bas)
  • la traçabilité des laitiers de la coulée à la transformation de ceux-ci en granulats. Certaines aciéries peuvent à travers les analyses chimiques qu'ils font sur les laitiers (en lien directement avec la qualité de l'acier produit) classer les matériaux en matériaux valorisables ou non comme granulats et développer un système de traçabilité.

Actuellement, peu d'usages en granulats sont autorisés par les bureaux de contrôle. Leur utilisation se fait encore beaucoup dans le cadre de chantiers expérimentaux. Par contre, cette même "richesse" en chaux qui freine leur usage en tant que granulats, favorise leur usage en tant que produit de traitement de sols en place ou en tant qu'activant dans des liants hydrauliques (prEN 13282-2). Cette pluralité d'usages possibles, selon la teneur en chaux, justifie de plus en plus la mise en place de ce suivi (traçabilité) au niveau de la production.

Utilisation comme engrais et pour amendement de sols[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Scories Thomas.

La minette lorraine, minerai de fer pauvre et contenant beaucoup de phosphore, générait une fonte qu'il fallait déphosphorer au convertisseur Thomas. Le laitier de convertisseur alors obtenu, riche en P2O5, est un excellent engrais. L'acide phosphorique qui s'y trouve se présente essentiellement sous forme de phosphate tétracalcique (4CaO.P2O5) : un broyage fin (0/160µ et un tout passant à la maille de 630µ) suffit à rendre le laitier assimilable par la végétation[20]. Les sols sableux et acides sont chaulés par la scorie basique et dopés par le phosphore[21]

Bien que Sidney Gilchrist Thomas ait pronostiqué que « quelle que puisse être risible l'idée, je suis convaincu qu'à la fin, en prenant en compte les coûts de production, l'acier sera le coproduit, et le phosphore le produit principal[21] », la valorisation du laitier Thomas est resté une activité marginale. La prédiction de Thomas ne s'est réalisée, brièvement, que vers vers la fin de la Seconde Guerre mondiale[22].

Si les laitiers de convertisseur sont parfois valorisés comme engrais, l'abandon des minerais riches en phosphore, comme la minette lorraine, rend cette filière moins attractive. Enfin, l'efficacité des engrais modernes éclipse les intérêts de ce produit.

Autres utilisations[modifier | modifier le code]

La forte teneur en silice des laitiers en fait une matière première pour la fabrication du verre. Cette utilisation est réservée aux laitiers granulés les plus purs, c'est-à-dire de haut fourneau. Des précautions sont nécessaires pour éviter toute pollution (gravats, poussière...) pendant le stockage ou le transport.

Production[modifier | modifier le code]

La production française de granulats de laitier était, en France et pour 2005, de 2 080 000 tonnes, pour 51 847 000 euros, dans 10 entreprises.

La production de 2009 montre une forte évolution des usages :

  • diminution de l'usage des laitiers de haut-fourneau mieux valorisés en tant que liant ou composant de liant hydraulique,
  • utilisation de plus en plus massive de laitiers d'aciérie puisque, sur une production brute (pour 25 sites sidérurgiques français) de :
    • 2,3 million de tonnes de laitier de haut-fourneau,
    • 1,6 million de tonnes de laitiers d'aciérie (52 % d'aciérie de conversion et 48 % d'aciérie électrique)

Les volumes employés en granulats représentent respectivement :

  • 440 000 tonnes de laitier de haut-fourneau (19 % de la production annuelle),
  • 400 000 tonnes de laitier d'aciérie de conversion (46 % de la production annuelle),
  • 492 000 tonnes de laitiers d'aciéries électriques.

Ce développement de leur utilisation est, essentiellement dû à :

  • la professionnalisation des filières de valorisation avec la mise en place de plan d'assurance qualité,
  • la prise en compte, récente, de la notion de développement durable (économie des ressources naturelles, minimisation des transports et de leur impact CO2, etc.)

Risques[modifier | modifier le code]

Risques pour l'homme[modifier | modifier le code]

Le liquide résiduel de lessivage (lixiviat ou percolat) des laitiers est très alcalin, pouvant atteindre un PH de 12 [sources: Lewis, 1980 et Zulhan, 2013, cf. section composition]. Une protection adéquate est donc recommandée pour les travailleurs exposés selon la nature du travail (lunettes de sécurité, gants, visières, vêtements de protection,...).

Le risque d'irritation et de sensibilisation des métaux a été étudiée et un article récent [source: Suh M, Troese MJ, Hall DA, Yasso B, Yzenas JJ, Proctor DM. Evaluation of electric arc furnace-processed steel slag for dermal corrosion, irritation, and sensitization from dermal contact. J Appl Toxicol. 2014;34:1418-25], concernant une expérimentation in vitro et in vivo chez l'animal (cochon d'inde et lapin albinos), montre que les laitiers issues des fours électriques ne sont pas corrosifs, ni irritants et ne sont pas responsables d'une sensibilisation cutanée (apparition d'une allergie). Les concentrations en chrome hexavalent (CrVI) sont faibles et seraient même plus faibles que dans le ciment.

La présence de carbonate de calcium (CaCO3) peut provoquer une pneumoconiose bénigne de surcharge avec un tatouage pulmonaire (chalicose) sans altération de la fonction pulmonaire ni de prédisposition aux cancers ou aux infections (tuberculose) [source: Lauwerys R. Toxicologie industrielle et intoxications professionnelles. 4e édition. Masson. 2003. 620-1].

La silice libre cristalline provoque une pneumoconiose maligne (silicose). La calcination à haute température de terre de diatomée transforme celle-ci en silice très fibrogène (tridymite et cristobalite). Toutefois, les silicates combinés aux cations métalliques sont biologiquement moins réactifs (à l'exception de l'asbeste et du talc) [Source: Lauwerys, cf. supra]. La silice retrouvée dans les laitiers est sous forme de silicates de chaux.

Les laitiers sont donc considérés comme non dangereuses même si un suivi médical de la fonction pulmonaire (radiographie et/ou spirométrie) est régulièrement réévalué. Des mesurages biologiques (dans les urines des travailleurs exposés) et atmosphériques (dans l'air ambiant sur les lieux de travail) des produits nocifs peuvent être réalisés.

Risques environnementaux[modifier | modifier le code]

Les laitiers sont des sources potentielles de relargage de métaux lourds, ou parfois de radionucléides.

Parfois, en présence de soufre et de certaines bactéries, un phénomène de forte acidification autoentretenu du substrat peut apparaître, c'est le drainage acide (ou « drainage acide minier » dans le contexte de séquelles minières)[23]. Ce phénomène peut être accompagné d'une altération des scories, avec lessivage[24] avec relargage important de métaux toxiques qui peuvent alors être dispersés dans l'environnement.

Les métaux présents dans les scories ou d'autres contaminants adsorbés dans ces mêmes scories (dioxines, furanes, etc.) peuvent polluer l'air (émissions de vapeurs lors de la production, puis envols de poussières). Ils peuvent aussi polluer l'eau et les sols (via la percolation et la désorption surtout si les eaux sont acides et plutôt tièdes ou chaudes). Ces phénomènes sont comparables à ceux qui se produisent à partir de déchets industriels dits « stabilisés »[25].

Paradoxalement certains sites très pollués par des scories de métallurgie ont été classés et sont protégés pour les espèces rares qu'ils abritent (quelques espèces protégées, dites « métallophytes » ou « métallorésistantes ») qu'il est utile de conserver car elles contribuent - dans une certaine mesure - à la phytostabilisation des polluants qui en leur présence sont moins susceptibles d'être mobilisés par l'érosion éolienne ou hydrique. C'est le cas par exemple de la friche industrielle de Mortagne-du-Nord dans le nord de la France[26],[27], dont en France à partir de scories d'Usinor à titre de test avec le Laboratoire central des Ponts-et-Chausées (LCPC)[28].

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Un laitier basique, quoique plus infusible, permet d'ôter le soufre de la fonte par la réaction, qui se déroule dans le creuset du haut fourneau :           S + CaO + C → CaS + CO         pour T ≈ 1 550 °C[5] Les sidérurgistes expérimentés devinent la composition approximative et les propriétés du laitier alors qu'il est encore liquide. Pour la vérification, il suffit souvent de l'« essai au crochet », où l'on plonge un crochet de fer dans le laitier en fusion. Si le laitier reste collé en petites gouttes résistantes au crochet (laitier court), il est basique, avec un indice de basicité i, caractérisé par un rapport des poids CaO / SiO2 supérieur à 1. Si par contre le laitier s'écoule du crochet en longs fils (laitier long), il est acide, avec un rapport i = CaO / SO2 < 1[6].
    Mais si un laitier basique permet le retrait du soufre, les alcalins ne sont évacués du haut fourneau que par un laitier acide. Ainsi « la composition des laitiers est soumise à un compromis supplémentaire : le dilemme devant lequel se trouve le haut fourniste se résout parfois par l'acceptation d'une teneur en soufre dans la fonte relativement élevée […], ou par le remplacement, à basicité constante, de la chaux du laitier par de la magnésie, circonstance plus favorable à l'élimination des alcalins[SF 1] ».
  2. À fin 2010 - début 2011, aux États-Unis, pour une tonne de fonte en fusion coûtant environ 460 $ (compte tenu de la vente du gaz rapportant 41 $ à la tonne de fonte produite)[9], il était possible de vendre environ 300 kg de laitier vitrifié à 74 $ la tonne (sinon 7,4 $, si le laitier n'est que cristallisé)[8]
    La généralisation de la granulation apporte donc une rentabilité intéressante car, malgré « l'enrichissement des lits de fusion entraînant une relative rareté […], en 1982, en France, le bilan économique était quasi systématiquement déficitaire[SF 2] ».
  3. Un des intérêts de l'utilisation du laitier de haut fourneau est la réduction des émissions de dioxyde de carbone pour les cimenteries : chaque tonne de clinker remplacée par du laitier granulé correspond à une tonne de CO2 émise en moins[12].
  4. On peut citer d'autres oxydes acides rarement majoritaires : le Cr2O3 et le ZrO2. Quelques oxydes acides plus rares sont l'As2O3, le Bi2O3, le Sb2O3. Parmi les oxydes basiques, on peut ajouter à la chaux et la magnésie, le FeO, le Fe2O3, le PbO, l'Cu2O, le Na2O, le Cu2O, le CaF2, ces trois derniers oxydes étant souvent considérés comme des fondants.

Références[modifier | modifier le code]

  • Jacques Corbion (préf. Yvon Lamy), Le savoir… fer - Glossaire du haut fourneau : Le langage… (savoureux, parfois) des hommes du fer et de la zone fonte, du mineur au… cokier d'hier et d'aujourd'hui, 5, [détail des éditions] (lire en ligne)
  1. a, b, c, d, e, f et g § Laitier
  2. § Laitier (Valorisation des)
  3. § Laitier (usages des)
  • Autres références
  1. Pierre Masson, « Dix-huitième siècle », revue annuelle, Paris, P.U.F., no 23,‎ , p. 302 cité par Corbion dans § Laitier
  2. Pierre Blazy et El-Aid Jdid, « Introduction à la métallurgie extractive », dans Techniques de l'ingénieur, Éditions techniques de l'ingénieur, (lire en ligne)
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