Les chercheurs cartographient les voies de réduction métallurgique pour le fer et les métaux industriels

Le cœur du traitement métallurgique consiste à convertir les éléments métalliques du minerai d'un état composé en métal élémentaire. Pour les minerais sulfurés tels que le cuivre et le nickel, la première étape de fusion ne repose généralement pas sur un agent réducteur pour éliminer l'oxygène. Au lieu de cela, des réactions d'oxydation sont utilisées pour éliminer les impuretés.

Lors de la fusion des sulfures, le minerai est converti en un concentré métallique partiellement oxydé connu sous le nom de matte. À ce stade, la gangue et autres matières résiduelles se combinent avec des fondants pour former du laitier. Le soufflage d'oxydation ultérieur dans un convertisseur sépare le métal cible de son état sulfuré, produisant un métal de plus grande pureté. Le procédé met l'accent sur l'élimination des impuretés par oxydation et formation de laitier plutôt que sur l'élimination de l'oxygène par un agent réducteur.

Contrairement aux minerais sulfurés, les métaux tels que le fer, le ferrochrome, le plomb et le magnésium sont produits principalement par fusion réductrice. Dans cette voie, un agent réducteur, généralement du charbon de bois ou du coke, agit avec un fondant tel que le calcaire à haute température pour réduire les oxydes métalliques du minerai en métal élémentaire.

Pour les métaux très réactifs tels que l'aluminium, la réduction carbonée conventionnelle ne peut souvent pas répondre aux exigences du procédé. L'industrie s'appuie donc principalement sur l'électrolyse de sels fondus, une autre forme de pyrométallurgie dans laquelle le courant électrique fournit les électrons nécessaires à la réduction et permet au métal d'être déposé.

Quelle que soit la voie d'extraction utilisée, la fusion primaire laisse généralement des traces d'impuretés dans le métal. Le raffinage est la dernière étape nécessaire pour amener le métal aux normes d'application commerciale. Le procédé est conçu pour éliminer les impuretés et peut parfois récupérer des sous-produits économiquement précieux.

Les méthodes de raffinage se répartissent en trois catégories principales :

• Raffinage pyrométallurgique : séparation basée sur les différences de propriétés thermodynamiques par oxydation, réduction ou distillation.
• Raffinage électrolytique : migration et dépôt dirigés du métal dans une cellule électrolytique basés sur des principes électrochimiques.
• Raffinage chimique : séparation par réactions entre des réactifs chimiques et des impuretés.