Caractéristiques des poussières de hauts fourneaux

poussières. Certaines de leurs caractéristiques ont pu être déterminées à partir de données

issues de la littérature et d’analyses qui ont été réalisées sur les échantillons issus de l’usine

de Dunkerque.

Avant de détailler cela il faut noter que le système d’épuration des gaz des hauts fourneaux

peut légèrement varier d’un site à l’autre, ce qui peut avoir une influence sur les

caractéristiques (composition, granulométrie…) des effluents en sortie du système

d’épuration. A titre d’exemple, dans l’aciérie d’ArcelorMittal à Gand, les fumées passent

successivement dans un pot à poussières, un cyclone et un laveur (voir Figure 1.3). Dans

l’usine d’ArcelorMittal à Dunkerque, le système d’épuration est quant à lui composé d’un

cyclone et d’un laveur.

Ces échantillons de poussières ont été prélevés à deux endroits du circuit d’évacuation des

poussières du site : dans le pot de collecte sous le cyclone (échantillon sous forme de poudre

prélevé en avril 2014) et en sortie du laveur (échantillon prélevé sur filtre en juillet 2014).

Les emplacements de ces points d’échantillonnage sont localisés sur la Figure 1.3.

Figure 1.3 : Circuit d’épuration des poussières (hauts fourneaux de Gand, ArcelorMittal) et

emplacement des prises d'échantillons de poussières (hauts fourneaux de Dunkerque,

2.1 Composition des poussières

La composition du gaz peut varier en fonction du minerai utilisé. Le Tableau 1.4, issu de la

littérature, donne un exemple de composition et de distribution granulométrique de

poussières de hauts fourneaux.

Le Tableau 1.5 donne la composition des poussières prélevées sous un cyclone dans l’usine

d’ArcelorMittal à Gand. Nous retrouvons ici des valeurs du même ordre de grandeur que

celles issues de la littérature.

Tableau 1.4 : Composition et granulométrie de poussières de hauts fourneaux (Raguin, 1992)

Elément Fe_tot CaO SiO

2

C Zn

a

Pb

a

Composition (% massique) 20-35 4-6 5-10 30-45 0,1-0,2 0,05

Taille

b

(μm) 34 44 62 125 250 500

Distribution (%) - 13 32 35 18 2

a

: sous forme de composés /

b

: granulométrie déterminée par tamisage

Tableau 1.5 : Composition des poussières de hauts fourneaux (ArcelorMittal, 2014)

Elément H

2

O Al

2

O

3

C Cl_tot CaO Fe K

2

O

Quantité

(%conc) ^{12,76 1,28 47,03 1,30 1,86 28,27 0,83}

Elément MnO Na

2

O P

2

O

5

S SiO

2

TiO

2

Zn

Quantité

(%conc) ^{0,13 0,31 0,06 0,34 3,71 0,23 0,54}

Une microanalyse par Energie Dispersive de rayons X (ou EDX) a été réalisée afin de

déterminer la composition des poussières (voir Figure 1.4). Les éléments prépondérants

dans les poussières collectées par le cyclone sont le carbone, l’oxygène, le fer, la silice et le

calcium tandis que pour les poussières en sortie du laveur on trouve le silicium, l’oxygène

et le carbone.

Figure 1.4 : Analyse EDX de poussières de hauts fourneaux (site de Dunkerque, ArcelorMittal)

2.2 Masse volumique des poussières (résultats d’analyses)

Les analyses EDX réalisées précédemment permettent de calculer une masse volumique à

partir de la composition des poussières. Les calculs réalisés donnent une masse volumique

moyenne de 2,630 g.cm

-3

pour les poussières retenues par le cyclone et une masse

volumique moyenne de 1,924 ± 0,002 g.cm

-3

pour les poussières en sortie du laveur. Cette

valeur légèrement inférieure à celle trouvée pour les poussières retenues par le cyclone est

liée à la composition différente des deux prélèvements : en effet, les poussières retenues par

le cyclone sont principalement composées de carbone et d’oxygène tandis qu’en sortie du

laveur elles contiennent essentiellement de la silice et de l’oxygène. De plus, il n’y a plus de

fer en sortie du laveur.

La masse volumique des poussières issues du cyclone a pu être comparée à celle déterminée

expérimentalement à l’aide d’un pycnomètre à hélium (Micromeritics AccuPyc 1330). Trois

échantillons ont été analysés. Le Tableau 1.6 donne la masse volumique moyenne sur 15

mesures effectuées sur chacun des 3 échantillons. L’échantillon de poussières prélevé a

ainsi une masse volumique moyenne de 2,551 ± 0,002 g.cm

-3

(ce qui est cohérent avec la

valeur calculée précédemment).

Tableau 1.6 : Masse volumique des poussières de hauts fourneaux retenues par le cyclone (site de

dunkerque, ArcelorMittal)

Mesure 1 2 3

Masse volumique (g.cm

-3

) 2,554 ± 0,002 2,525 ± 0,002 2,574 ± 0,002

A noter que cette analyse n’a pu être réalisée sur les échantillons prélevés en sortie du

laveur en raison de la quantité trop faible de poussières présentes sur les filtres

d’échantillonnage.

2.3 Granulométrie des poussières (résultats d’analyses)

Une analyse au microscope électronique à balayage (MEB) a été réalisée sur les poussières

de l’usine de Dunkerque pour caractériser la morphologie des poussières (l’appareil utilisé

est un JSM 6490LV, de JEOL).

La Figure 1.5 représente les clichés obtenus à partir de l’échantillon de poussières prélevé

sous le cyclone. On observe quelques agglomérats ainsi que des particules ayant une taille

variant de quelques micromètres à quelques centaines de micromètres. Concernant les

poussières en sortie du laveur, les images ont montré des particules ayant une taille de

l’ordre de quelques micromètres.

Figure 1.5 : Images au MEB de poussières retenues par le cyclone du circuit poussières (hauts

fourneaux, site de Dunkerque, ArcelorMittal)

La granulométrie des poussières retenues par le cyclone a été mesurée à l’aide d’un

granulomètre en phase liquide (Mastersizer 2000). Les poussières ont été mises en

suspension dans de l’eau déminéralisée. Une courbe moyenne de l’ensemble des mesures

est présentée Figure 1.6. Les résultats donnent un D

90

à 352 µm (90 % en volume des

particules ont un diamètre inférieur à 352 µm), un D

50

à 130 µm et un D

10

à 40 µm. Une

mesure de la suspension soniquée, afin de disperser les agrégats de poussières, a également

été réalisée et a donné des résultats similaires (un D

90

à 284 µm, un D

50

à 103 µm et un D

10

microscope électronique. Malheureusement, cette analyse n’a pas pu être réalisée sur les

échantillons prélevés en sortie du laveur pour la même raison que précédemment. Au vu de

l’efficacité du cyclone et considérant que le laveur supprime une partie des particules

restantes il a été supposé qu’en sortie du laveur les particules avaient un diamètre inférieur

à 20 µm, sans avoir néanmoins une idée précise quant à leur distribution granulométrique.

Figure 1.6 : Courbe granulométrique des poussières de hauts fourneaux retenues par le cyclone (site

de Dunkerque, ArcelorMittal)

Dans le document Procédé alternatif pour l’épuration des fumées de hauts fourneaux (Page 36-40)