Réalisation d’une étude pré-opérationnelle portant sur le développement d’un pilote basé sur le procédé de désorption pour le traitement et le recyclage des boues de cokerie et de laminoirs
Mots-clés : Economie circulaire / Déchets
Contexte : ArcelorMittal est le leader mondial de la production sidérurgique et minière. Présent dans 60 pays, l’entreprise emploie 190 000 salariés. Le site de Dunkerque fait partie du cluster Nord du groupe France, en interconnexion avec sept autres sites industriels dont ceux de Mardyck, Montataire et Desvres en Hauts-de-France. Il emploie plus de 3 000 personnes et transforme les minerais et ferrailles en brames et bobines à chaud avec une capacité de production de 7 MT / an pour les marchés de l’automobile, de l’industrie et de l’emballage. ArcelorMittal déploie une stratégie appelée « feuille de route de décarbonation » sur la période 2020-2030 avec l’objectif d’atteindre la neutralité carbone en 2050. Pour cela une diversité d’investissements, de développements technologiques et d’innovation est planifiée et passe notamment par la mise en place d’actions de « boucles circulaires du carbone et de l’acier ». Le présent projet a pour objectif de contribuer à cette ambition en développant deux pilotes basés sur le procédé de désorption pour le traitement et la valorisation matières en interne des boues de cokerie d’une part, et des boues de laminoirs d’autre part.
Description : Le process de fabrication de l’acier pour les produits plats génère des boues qui sont issues principalement : · Des dépôts solides présents dans les équipements de stockage tels que le gazomètre de la cokerie, et de transport dans les collecteurs gaz de cokerie. Ces boues de cokerie représentent un volume de production de 500 tonnes par an et un stock historique de 12 000 tonnes, elles contiennent principalement 40% de soufre, 20% de fer, 20% de carbone organique et 1% de composés cyanurés. · Du traitement des eaux du train à bandes. Ces boues de laminoirs représentent un volume de production de 5000 à 8000 tonnes par an et un stock historique de 220 000 tonnes, elles ont comme caractéristiques d’être riches en fer (60-70%) et d’avoir un taux de Matière Organique (MO) de 2 à 4%. Les boues de cokerie contiennent du fer, dans le résidu aimantable, qui pourrait être recyclé aux agglomérés, et du carbone dans le résidu non aimantable, qui pourrait être réintégré dans la pâte de coke et ainsi permettre l’économie de ressources naturelles. Les boues de laminoirs pourraient, quant à elles, également permettre de réintégrer environ 190 000 tonnes de minerai de fer aux agglomérés et 47,5 tonnes d’anthracite utilisables en tant qu’énergie. Cependant à ce jour, il n’existe pas de filière externe de traitement répondant à la fois au volume de boues produites annuellement et à la fois à la préservation des ressources naturelles. Ces traitements nécessitent de conduire des expérimentations amont préalables pour le recyclage des matières résiduelles valorisables dans le process amont de fabrication de la fonte. En effet, pour pouvoir recycler les boues issues de ses process, ArcelorMittal Dunkerque doit les débarrasser de certains éléments chimiques (notamment le soufre et les matières organiques). Il convient donc de mener des séries d’expérimentations semi-industrielles via des prototypes pilote basés sur un process de désorption thermique adapté en fonction des contraintes de chaque type de boues en tenant compte des contraintes environnementales propres à l’activité d’ArcelorMittal (rejets aux cheminées, protections des sols, de la santé des salariés...), ce qui nécessite également des expérimentations préalables.
Objectifs et résultats attendus : Valorisation et recyclage des boues de cokerie La première partie de ce projet de recyclage des boues de cokerie consisterait en : - une caractérisation des éléments constitutifs de cette boue (chimie, dangerosité pour l’homme et l’environnement), - une recherche bibliographique de moyens d’élimination des éléments critiques bloquants par rapport au recyclage interne sur les équipements de production, sachant que la solution identifiée est un traitement par désorption thermique puis une déferrisation du résidu désorbé, - une première série d’essais en laboratoire permettant de vérifier la possibilité d’éliminer certains éléments (comme les polluants COV, HAP) et de séparer le soufre du fer principalement, - une validation de la gamme de température de chauffe (100-150°) présentant le meilleur compromis entre plusieurs paramètres : le maintien du soufre dans le résidu désorbé, l’élimination des COV, HAP et la séparation finale du fer par simple procédé d’aimantation. Ce processus restera à valider tout au long de la chaîne de traitement identifiée : broyage du produit en amont, désorption thermique par chauffage (100-150°) puis déferrisation par aimantation. En effet, à partir des premiers résultats, il restera à valider la représentativité de ces résultats via un prototype pilote, ainsi que les points clés de réglage (temps, T°C, la gestion des rejets, l’intégration sur les outils de production…). L’objectif du projet pour le traitement des boues de cokerie sera donc de valider sur un essai prototype pilote pendant 3 semaines : - le traitement des fumées assurant un niveau de rejets en cheminée conforme à la réglementation, - l’obtention d’un produit exempt de matières volatiles et n’émettant plus de substances nocives dans l’atmosphère lors du recyclage dans les process de production (COV, HAP…), - l’obtention d’un produit riche en fer après aimantation et dont la composition permet le recyclage aux agglomérations, - l’obtention d’un produit recyclable dans la pâte à coke présentant un taux de fer compatible avec la protection des réfractaires, - le maintien du soufre dans le résidu à recycler dans la pâte à coke. Cela permettra de valider la faisabilité industrielle du procédé, et de dimensionner la future installation de traitement à grande échelle des boues de process. Valorisation et recyclage des boues de laminoirs Le procédé de désorption thermique est connu et a été mis au point pour le traitement des terres polluées, mais peu de premières expériences existent pour l’application de ce process au traitement des boues grasses de laminoirs. Le procédé existant utilise un process haute température (400 à 500°), ce qui permettrait d’éliminer l’essentiel des Matières Organiques (MO) afin de recycler ce déchet très riche en fer aux agglomérations. Le niveau de MO du résidu désorbé est un point clé limitant le niveau de recyclage sur les chaînes d’agglomération compte tenu des contraintes de productivité des lignes et de rejets gazeux réglementaires aux cheminées. Pour cela, des échantillonnages du stock historique des boues seront effectués pour réaliser des tests de désorption en laboratoire par des prestataires potentiels afin de vérifier la faisabilité de ce traitement et l’atteinte du niveau de MO < 0,2%. L’objectif des essais sera de valider la faisabilité du process développé sur les points suivants : - décontraindre le seuil actuel maxi de MO de 65 g/tonne d’aggloméré, et l’amener vers 75 g/tonne, - lever les risques incendie en lien avec le recyclage d’un déchet contenant des Matières Organiques, - de mettre sous contrôle le niveau de MO (moyen de contrôle adapté au mode et à la fréquence de mesure), ainsi que la caractérisation de l’auto échauffement des poussières (mise en place d’une surveillance des risques d'échauffement), - mettre en oeuvre un traitement rapide des 220 000 T de stock, via une unité mobile, en cohérence avec la stratégie d’utilisation des chaînes d’agglomération, en cohérence avec la stratégie de décarbonation d’Arcelor Mittal Dunkerque. Le projet sera présenté à des fournisseurs potentiels afin de décider du choix du prestataire qui aura en charge l'exploitation de l'équipement choisi sur le site de Dunkerque. Cette étude sera donc engagée pour le dimensionnement de la future installation notamment concernant : - le process de chauffage intégrant différentes possibilités dont l’utilisation des gaz sidérurgiques permettant ainsi une réduction de l’impact CO2 et un recyclage interne des gaz, - l’atteinte d’une productivité en cohérence avec le timing du projet, - le traitement du gaz dans le respect de la réglementation (niveaux de poussières, d’oxydes de soufre…) - la prise en compte des impacts bruit et ré-envols (matières désorbées fines) de l’installation. En parallèle, l’objectif interne est de mettre en cohérence la productivité de cette future unité mobile de désorption avec la capacité de recyclage des process d’agglomération afin d’éviter les phénomènes de rupture de charge et les stockages intermédiaires, source de contraintes économiques et environnementales supplémentaires. Indicateurs Unité Valeur Emplois créés ETP 0 Emplois maintenus ETP 7,2 Population sensibilisée au changement (pratiques et comportements) Personnes 15 Nombre d’entreprises mobilisées par les relais, partenaires, autres… Entreprises 5 Le projet comporte-t-il un volet qualité de l'air ? Oui ou non Oui Est-ce que le projet a été suivi/initié dans le cadre d'une dynamique territoriale reconnue (COT, COTTRI, Territoire d’Industrie, démonstrateur Rev3, CRTE …) ? Oui (laquelle) ou non TI, Démonstrateur Rev3, TIGA
Bénéficiaire : ARCELORMITTAL FRANCE
Localisation : Dunkerque, Hauts-de-France, FRANCE
Début : 01/04/2021 — Durée : 33 mois
Budget total : 432029.73 € — Aide ADEME : 38445.06 €
Statut : Clos