FERMinerais de fer

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Le fer, dont l'invention, au sens des techniques humaines, date de 1 500 avant J.-C, a permis l’essor de l’industrie moderne. Les sources de fer sont essentiellement les minerais et la récupération des ferrailles. Ce dernier produit sera cependant toujours un approvisionnement complémentaire des minerais, malgré le tonnage élevé consommé. En France, un tiers de la production d'acier est élaboré à partir de ferrailles, leur part dans la production d'acier étant de plus en plus importante. Très abondant sur la Terre, le fer y est aussi très dispersé. Aussi n'est-il pas un pays, sinon les plus petits, qui ne produise cette matière première. Les formes et compositions des minerais sont fort diverses. Par ailleurs, ce ne sont pas nécessairement les minerais qui contiennent les plus fortes teneurs en fer qui sont les plus intéressants à utiliser.

En effet, dans l'exploitation de cette matière première de faible valeur marchande interviennent de très nombreux facteurs économiques et techniques. En particulier, un minerai doit subir une série de traitements complexes pour que l'on puisse en extraire le métal, et le rôle des éléments associés au fer est déterminant. Aussi une sélection est-elle opérée parmi les différentes roches ferrifères.

L'industrie du minerai de fer était devenue très vivace en raison des besoins croissants de la sidérurgie. Le développement du transport maritime par des minéraliers de plus en plus puissants et la découverte en de nombreux points du monde d'importants gisements de minerais riches en ont considérablement modifié le commerce. Ainsi sont apparues des difficultés dans les pays occidentaux dont les approvisionnements étaient purement locaux.

En France, le fer n'est plus exploité depuis la fermeture des mines de Lorraine en 1998.

Qualité d'un minerai

Deuxième métal le plus courant après l'aluminium, le fer figure à la quatrième place des éléments de l'écorce terrestre ; on estime qu'il constitue 5 p. 100 de son poids. Les gisements les plus intéressants sont généralement offerts par des zones où le produit recherché est le plus concentré, mais cette règle n'a rien d'absolu : la situation géographique et la forme sous laquelle se présente le produit peuvent en effet modifier profondément la répartition des teneurs exploitables. Le produit contenant le métal recherché et exploité pour lui est appelé minerai ; la concentration naturelle de minerai est un gisement. Ces définitions font apparaître une dualité d'aspect dans l'activité minière : c'est, d'un côté, un fond de données naturelles ou de caractéristiques géologiques de la minéralisation ; de l'autre, un ensemble de facteurs techniques et économiques permettant d'extraire avec profit une certaine partie du produit en place. Ainsi les teneurs exploitées varient-elles fortement d'un gisement à un autre : de 65 à 69 p. 100 à Itabira (Minas Gerais, Brésil), 63-68 p. 100 à Fdêrik (Mauritanie), de 42 à 50 p. 100 à Rougé (Bretagne), de 20 à 40 p. 100 en Lorraine, de 18 à 20 p. 100 à la mine Labrador (Canada).

La teneur en fer d'un minerai est la première caractéristique brute de richesse de ce produit. C'est cependant un renseignement très difficile à utiliser dans l'absolu, car cette teneur brute est souvent fort différente de celle du produit préparé pour l'utilisation. C'est ainsi qu'un minerai sidéritique titrant 35 p. 100 de fer conduit à un lit de fusion titrant 60 p. 100 par départ des matières volatiles au grillage ou à l'agglomération, alors qu'un minerai hématitique siliceux titrant 60 p. 100 conduira, après addition des fondants indispensables (CaO et MgO), à un lit de fusion titrant seulement 55 p. 100.

La caractéristique de richesse fondamentale est donc la quantité de laitier à laquelle conduit l'utilisation du minerai, et que l'on appelle mise au mille, c'est-à-dire la quantité de laitier produite par tonne de fonte. Cette mise au mille de laitier dépend de la teneur en fer du minerai et des teneurs en silice, chaux, magnésie, alumine, dits éléments majeurs.

À côté de la mise au mille, l'une des propriétés essentielles de la gangue des minerais de fer est la fusibilité du laitier, qui est mesurée par l'indice de basicité, rapport entre la quantité de bases (CaO + MgO) et celle d'acides (Al2O3 + SiO2). Les minerais acides ont un indice inférieur à 1, les minerais autofondants en ont un voisin de 1, les minerais calcaires supérieur à 1. On trouve également parmi les éléments majeurs des composants volatils (dioxyde de carbone, eau) qui par leur départ enrichissent le minerai au cours des processus métallurgiques.

Parallèlement à cette définition indirecte, globale, mais précise, on utilise couramment les vocables de minerais riches ou pauvres dans un sens quelque peu différent. Il s'agit alors d'une terminologie à tendance économique très difficile à préciser. En pratique, on appelle minerais riches, par opposition à des minerais pauvres encore appelés locaux, des minerais qui sont produits à des prix suffisamment bas pour qu'ils puissent être commercialisés sur de grandes distances.

En plus des éléments majeurs, bon nombre d'éléments chimiques sont susceptibles d'être présents dans les minerais de fer.

Les éléments les plus importants par leur rôle et leur fréquence sont : le phosphore, le manganèse, le soufre, le baryum, le potassium, le sodium, le cobalt, le cuivre, le chrome, le nickel, l'arsenic, le titane, l'étain, le vanadium, le molybdène, le tungstène, le zinc et le plomb ; pour chacun d'eux il existe des teneurs critiques qui condamnent le minerai pour un procédé donné. En fait, le rôle des éléments associés au fer dans les minerais ne peut se juger que dans le produit sidérurgique fini qui en renferme de petites quantités. Il est très différent suivant les conditions d'utilisation de l'acier. Par ailleurs, il est essentiel d'être maître de la composition finale et on recherche par conséquent dans la mesure du possible à nuancer celle-ci dans des additions d'éléments qui permettent d'obtenir un produit très pur par élimination des éléments traces. De tous ces éléments, le phosphore est celui qui différencie le plus [...]

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Écrit par :

  • : chef du département Études à la direction des mines de la Société nationale Elf Aquitaine-Production (S.N.E.A.-P.)
  • : responsable de département fonte à Arcelor, Maizières-Lès-Metz
  • : ingénieur géologue, chef du service matières premières à l'Institut de recherche de la sidérurgie

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Pour citer l’article

Louis BUBENICEK, Éric HESS, Richard PAZDEJ, « FER - Minerais de fer », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 01 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/fer-minerais-de-fer/