Nouvelle méthode pour évaluer la qualité du charbon métallurgique

Par Emmanuelle Brière
décembre 2013

Des chercheurs ont mis au point un nouvel essai à petite échelle en vue de mesurer rapidement la qualité du charbon qui sera utilisé pour produire du coke métallurgique.

Actuellement, la capacité de production du fer à l’échelle mondiale est dominée par la technologie des hauts fourneaux. Un des facteurs clés en ce qui a trait à la fabrication du fer en haut fourneau est l’offre de charbon de haute qualité utilisé dans les mélanges pour fabriquer du coke métallurgique. En plus de produire la chaleur qui provoquera les réactions chimiques et fera fondre le fer et le laitier, le coke agit également comme un agent réducteur qui transforme l’oxyde de fer en fer.

Photo d’une installation pour mesurer la résistance du coke après réaction et l’indice de réactivité

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Installation expérimentale pour mesurer la résistance du coke après réaction et l’indice de réactivité du coke

Les nombreuses fonctions que remplit le coke quant à la production en haut fourneau moderne de haute productivité nécessitent une évaluation rigoureuse de ses propriétés physiques et chimiques. La résistance du coke après réaction (CSR) et l’indice de réactivité du coke (CRI) sont deux paramètres essentiels permettant d’évaluer le comportement du coke pour la production du fer en haut fourneau.

Les méthodes utilisées habituellement pour évaluer les paramètres du coke nécessitent en général un échantillon de plus de 300 kg de charbon pour produire des résultats fiables. Grâce à la recherche et au développement, les scientifiques de Ressources naturelles Canada (RNCan) à CanmetÉNERGIE ont élaboré une nouvelle technique pour produire du coke qui permet la prise de mesure de la résistance du coke après réaction en utilisant des quantités nettement moindres de charbon.

Une technique novatrice

Le Canada est un important producteur et exportateur de charbon métallurgique de première qualité. L’acquisition d’un grand nombre d’échantillons de charbon provenant de nouveaux sites prometteurs afin de déterminer la qualité du coke nécessite d’importants investissements de la part des entreprises de charbon métallurgique. Elles doivent souvent composer avec des terrains accidentés, des saisons courtes et des conditions météorologiques incertaines. Réussir à extraire une petite quantité de charbon d’un site minier potentiel et à effectuer une évaluation à petite échelle de la qualité du coke permet aux entreprises de sauver temps et argent en renonçant à un processus d’extraction coûteux dans une région non développée.

Photo d’un four à sole pour produire du coke métallurgique et évaluer sa résistance après réaction

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Four à sole (capacité de 12 kg) utilisé afin de produire du coke métallurgique pour l’évaluation de la résistance du coke après réaction

La méthode mise au point par les scientifiques de RNCan se déroule en deux étapes. Premièrement, un petit échantillon de charbon d’environ 12 kg est chauffé dans un four à sole réglé au départ à 554 °C, puis on augmente graduellement la température à 950 °C. La chaleur pénètre l’échantillon de charbon et quand, après six ou sept heures, le dessus de la couche de charbon atteint 500 °C, le semi-coke est immergé dans l’eau puis mis à sécher pendant une nuit.

La deuxième étape de la méthode consiste en un traitement thermique au cours duquel le semi-coke séché est chauffé lentement jusqu’à 1100 °C et maintenu à cette température pendant une heure sous un débit continuel d’azote gazeux. Après le traitement, l’échantillon de coke produit est préparé et mis à l’essai pour les mesures de résistance du coke après réaction et de l’indice de réactivité du coke.

Avantage pour l’industrie du charbon métallurgique

Les scientifiques de RNCan ont démontré que du coke produit de cette façon permet des mesures du taux de rendement de la résistance du coke après réaction et de l’indice de réactivité du coke qui peuvent être corrélées aux résultats de la méthode uniformisée actuelle de l’industrie où l’on utilise des fours à coke à parois mobiles d’une plus grande capacité. Jusqu’à maintenant, les résultats des essais recourant à cette nouvelle technique ont déjà été fournis à un certain nombre de producteurs de charbon. Ils ont ensuite été à même de réduire la quantité de charbon utilisé pour effectuer des essais fiables de mesure de la résistance du coke après réaction.

Photo de blocs de coke métallurgique sortis d’un four à sole

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Blocs de coke métallurgique sortis d’un four à sole et déposés dans une caisse de refroidissement

Même si cette nouvelle technique fournit rapidement de l’information pour l’évaluation de gisements houillers, elle ne remplace pas la norme de référence des essais à plus grande échelle qui fournissent d’autres paramètres essentiels nécessaires à la production de coke de haute qualité.

« Cette nouvelle méthode d’évaluation du charbon permet aux petites et grandes entreprises charbonnières d’évaluer la qualité de leur mélange de charbon plus rapidement et d’obtenir la bonne information afin d’être en mesure de prendre les décisions importantes concernant l’exploitation de nouvelles mines, souligne Tony MacPhee, qui a travaillé avec une équipe de chercheurs pour élaborer la nouvelle méthode. Celle-ci leur permettra d’acheminer leur produit plus rapidement sur le marché, de réaliser d’importantes économies et de détenir un avantage concurrentiel. »

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