Procédé Matmor : production innovante de fer utilisant le charbon lignite

Procédé Matmor pour la production de fer

Le procédé Matmor est un procédé de production de fer actuellement en développement par Environmental Clean Technologies Ltd (ECT). La technologie du procédé Matmor est une technologie brevetée. La technologie est basée sur le charbon lignite et est capable de remplacer le minerai de fer en morceaux de haute teneur par des matières premières alternatives à moindre coût en raison de sa chimie unique et de sa conception de four. Normalement, le charbon lignite (également connu sous le nom de charbon brun) n'est pas utilisé pour les applications métallurgiques en raison de sa teneur élevée en matières volatiles et en humidité.

Environmental Clean Technologies Ltd est le propriétaire de la technologie du procédé Matmor, y compris l'usine, l'équipement et la propriété intellectuelle (PI). Le procédé Matmor s'est positionné pour révolutionner le processus de production de fer primaire avec une conception consistant en un four retorte Matmor simple, à faible coût, à faibles émissions et breveté, utilisant des matières premières alternatives moins chères. Cette technologie comprend deux caractéristiques exclusives : (i) elle utilise le charbon lignite comme réducteur et source de chaleur, ce qui n'est pas revendiqué à ce jour par aucune autre technologie, et (ii) elle inclut dans sa conception d'usine, un four à puits vertical qui fonctionne avec la chimie naturelle du charbon lignite.

Le développement du procédé Matmor est basé sur l'élimination de l'humidité par la technologie Coldry, une autre technologie brevetée d'Environmental Clean Technologies Ltd, et l'exploitation de la chimie naturelle du charbon lignite à travers un processus et un four retorte vertical dont la conception et la chimie de processus sont différentes de celles d'un haut fourneau. La chimie de processus du procédé Matmor utilise l'hydrogène comme gaz réducteur, permettant des températures d'exploitation plus basses et des temps de processus plus courts que ceux rencontrés dans la production de fer par haut fourneau.

Bien que la technologie du procédé Matmor soit individuellement attractive, sa combinaison avec la technologie Coldry a une attractivité plus élevée puisque les deux technologies ensemble sont capables de valoriser des ressources de moindre valeur (charbon lignite et rejets de minerai de fer des mines de fer) pour produire des produits de plus haute valeur, diversifiés tels que le fer et les alliages de fer en plus du produit de charbon thermique du processus Coldry.

La technologie du procédé Matmor est une méthode de production de fer de haute qualité à partir de charbon lignite et de matériaux porteurs d'oxyde de fer tels que les calamines de laminage, les résidus de nickel ainsi que le minerai de fer de haute ou basse teneur. Le produit du processus est un produit de fer propre dont la taille/forme et la teneur en carbone peuvent être contrôlées pour répondre aux exigences de l'utilisateur final. Le produit de fer produit par le procédé Matmor est un substitut de haute qualité pour, ou un complément à, la ferraille utilisée comme matière première dans les fours à arc électrique ou à induction.

Procédé Matmor

La première étape du procédé Matmor est la préparation des matières premières. Cette étape de processus utilise la technologie Coldry pour la préparation des matières premières. Comme dans le processus Coldry, les matières premières consistant en charbon, oxydes de fer et fondant sont broyées à moins de 8 mm. Le matériau broyé est combiné avec une petite quantité d'eau, mélangé et extrudé. Le mélange extrudé est conditionné jusqu'à ce qu'il soit sec au toucher.

Les granulés semi-secs sont convoyés dans un sécheur à lit vertical, où de l'air chaud fourni par la chaleur résiduelle est circulé à travers les granulés pour l'élimination de l'humidité évaporée. Les granulés composites sont déchargés à la base du sécheur et sont convoyés vers la retorte Matmor. Les granulés composites sont auto-réducteurs et auto-fondants.

Dans la deuxième étape du processus, l'oxygène des oxydes de fer est éliminé dans une retorte Matmor qui est un four à puits vertical. Les granulés composites produits à la première étape sont chargés au sommet de la retorte Matmor. L'atmosphère dans la retorte est de nature réductrice. Les granulés sont chauffés dans la retorte dans cette atmosphère réductrice. Au fur et à mesure que la température des granulés augmente, l'humidité restante s'évapore et les matières volatiles du charbon sont chassées sous forme de gaz combustible. Ce gaz combustible est recirculé dans la base de la retorte, où il est enflammé, fournissant un effet similaire à celui d'un haut fourneau.

Au fur et à mesure que les granulés composites descendent le long du centre de la retorte, des réactions de réduction ont lieu qui éliminent l'oxygène des oxydes de fer. Les granulés réduits chauds sont déchargés à la base de la retorte. Ces granulés chauds contiennent du carbone, du fer et des cendres. De l'air chaud ou de l'oxygène est injecté ce qui brûle le carbone restant et élève la température des granulés au-delà du point de fusion du fer pour produire du métal liquide et des scories. Le métal liquide est soit coulé en fonte, soit peut être directement emmené au four de fabrication d'acier.

Produit Matmor

Le produit Matmor est un produit de fer propre et les paramètres du processus peuvent être ajustés pour produire un produit qui répond aux spécifications de taille/forme et de teneur en carbone selon les exigences de l'utilisateur final. La composition typique du fer produit par le procédé Matmor est : Fe – 98,94 %, C – 1 %, Mn – 0,02 %, et S – 0,03 %. Ce produit Matmor a été produit à partir de la qualité des matériaux d'entrée comme indiqué dans le Tableau 1.

Tableau 1 : Qualité des matériaux d'entrée
Minerai de fer		Charbon lignite		Fondant
Composant	% base sèche	Composant	% base sèche	Composant	% base sèche
Fe	67,42	Analyse ultime		SiO₂	7,26
SiO₂	2,15	C	65,40	Al₂O₃	1,64
Ni	0,03	H	4,80	Fe₂O₃	4,57
TiO₂	1,02	N	0,60	CaO(CaCO₃)	46,70
V	0,37	S	1,50	MgO(MgCO₃)	0,44
MgO	2,25	O	24,20	Na(Na₂CO₃)	0,10
Al	0,27	Minéraux et inorganiques		K₂O(K₂CO₃)	0,17
CaO	0,80	SiO₂	0,23	MnO	0,02
Mn	0,09	Al₂O₃	0,40	TiO₂	0,08
Cu	0,004	K₂O(K₂CO₃)	0,034	Perte au feu	39,00
P	0,011	TiO₂	0,002
S	0,057	FeS₂	0,42
		Fe(F₂O₃)	0,06
		Ca(CaCO₃)	1,30
		Mg(MgCO₃)	0,77
		Na(Na₂CO₃)	0,22
		Cl	0,13

Le procédé Matmor, la retorte Matmor, et le produit Matmor sont montrés à la Fig. 1.

Fig. 1 : Procédé Matmor de production de fer

Avantages du procédé Matmor

Les avantages suivants sont ceux du procédé Matmor :

• Il remplace le charbon métallurgique coûteux par du charbon lignite qui est bon marché et disponible en abondance. Actuellement, c'est le seul procédé connu à utiliser le charbon lignite comme agent réducteur.
• Le procédé est capable d'utiliser du minerai de fer de faible teneur moins cher, remplaçant ainsi le minerai de fer de haute teneur coûteux avec une teneur en Fe de 60 % minimum.
• Le procédé ajoute de la valeur au charbon de faible teneur et aux matériaux ferreux de déchets. Il améliore également la sécurité énergétique et des ressources en se découplant du coke et du minerai de fer de haute teneur.
• Le procédé est capable de récupérer des matériaux ferreux de déchets tels que les calamines de laminage, les rejets miniers, les boues ferreuses, et autres matériaux ferreux de déchets.
• Puisque les températures sont basses, le procédé nécessite considérablement moins de chaleur et donc économise de l'énergie. Les températures d'exploitation sont inférieures à 1000 °C.
• Le procédé a un faible coût en capital puisqu'il n'y a pas de nécessité d'installer une batterie de fours à coke et une usine d'agglomération. Il est également économique à petite échelle d'exploitation.
• Le procédé a de faibles émissions de gaz grâce à la recirculation des gaz de déchets.
• La réactivité chimique du charbon lignite utilisé comme agent réducteur dans le procédé est jusqu'à 1000 fois supérieure à celle du charbon noir utilisé actuellement dans d'autres procédés de production de fer primaire.
• Le procédé produit un produit de fer de haute qualité qui peut être utilisé dans le processus de fabrication d'acier comme remplacement de la ferraille d'acier.

Statut actuel de la technologie du procédé Matmor

Environmental Clean Technologies Limited a maintenant signé un accord avec NLC India Limited (NLC) et NMDC Limited (NMDC) pour aller de l'avant avec le développement du processus. Selon l'Accord Cadre de Projet (ACP) signé en mai 2018 : (i) les partenaires indiens contribueront à 100 % des fonds du projet (environ 35 millions de dollars australiens), (ii) un Véhicule à Objet Spécial (VOS) sera créé à l'achèvement de la phase de recherche et développement (R&D) du projet, avec la propriété d'ECT – 49 %, NLC – 25,5 %, NMDC – 25,5 %), (iii) des droits de licence mondiaux seront accordés au VOS, à l'exclusion de l'Australie, et (iv) les futures redevances seront distribuées aux partenaires selon les pourcentages de propriété du VOS.

L'ACP a autorisé ECT à établir la première usine Coldry et Matmor conçue en Australie dans l'État du Tamil Nadu, en Inde, pour diversifier l'utilisation du charbon lignite dans la production d'électricité et inclure la production d'acier à moindre coût avec des émissions de CO₂ significativement plus faibles.

En commençant par une phase de R&D de 35 millions de dollars australiens, le projet vise à mettre à l'échelle les technologies Matmor et Coldry d'ECT pour livrer une usine de démonstration Coldry intégrée et une usine pilote Matmor pour valider leur faisabilité technique et économique à une capacité d'environ 2 tonnes par heure de métal. La vue picturale de la disposition de l'usine est montrée à la Fig. 2. Actuellement, la conception de base de l'usine a été complétée.

Fig. 2 : Vue picturale de la disposition de l'usine Matmor