Dans la région de Panxi, en Chine, les énormes ressources de « minerai hors bilan » qui n'avaient pas été exploitées efficacement pendant des décennies ont enfin trouvé une véritable solution technique. L'équipe des professeurs Han Yuexin et Li Yanjun de l'Université du Nord-Est a développé une technologie complète de valorisation synergique pour le minerai de fer titane vanadium à très basse teneur. En relevant le défi mondial de l'extraction simultanée et efficace du fer, du titane et du vanadium, cette technologie réalise un cycle entièrement écologique et bas-carbone, de la source de l'enrichissement à l'extrémité de la métallurgie, ouvrant une nouvelle voie pour la valorisation à haute valeur ajoutée des énormes ressources de minerais de fer à basse teneur et associés en Chine.

Le défi séculaire de l'extraction efficace des minerais à basse teneur et associés

Le minerai de fer titane vanadium est un minerai composite contenant du fer, du vanadium, du titane et d'autres éléments. Sa valorisation complète est extrêmement difficile. Les méthodes traditionnelles d'enrichissement et de métallurgie ne permettent pas une utilisation optimale, ce qui nécessite d'explorer de nouvelles technologies d'exploitation pour réaliser une valorisation globale des ressources. Les procédés traditionnels utilisent principalement la voie « haut fourneau pour la fonte du fer - convertisseur pour le soufflage du vanadium », qui est non seulement longue et énergivore, mais où le titane finit dans le laitier du haut fourneau. En raison de sa teneur trop faible, il est difficile à récupérer économiquement, ce qui entraîne une perte importante de précieuses ressources en titane et génère des problèmes de pollution par les scories titanifères.

La manière de réaliser une extraction simultanée et efficace du fer, du vanadium et du titane à partir de minerais de fer titane vanadium à très basse teneur, tout en évitant les interférences mutuelles entre les composants, est un goulot d'étranglement technologique majeur qui a préoccupé les communautés de la minéralurgie et de la métallurgie en Chine et dans le monde pendant des décennies.

Un changement de paradigme de l'« extraction unique » à l'« utilisation synergique »

Le 14 avril 2026, l'équipe des professeurs Han Yuexin et Li Yanjun de l'École des ressources et du génie civil de l'Université du Nord-Est a publié un article de recherche dans la revue internationale faisant autorité en matière de développement durable en chimie et ingénierie, l'ACS Sustainable Chemistry & Engineering. Ils y ont présenté pour la première fois une technologie complète de valorisation synergique du minerai de fer titane vanadium à très basse teneur, réalisant l'extraction simultanée et efficace du fer, du titane et du vanadium, de la source de l'enrichissement à l'extrémité de la métallurgie.

Voie technique : Séparation multi-étapes en cascade et contrôle synergique

L'article détaille trois maillons clés de cette voie technique :

Première étape : Pré-enrichissement précis à la source de l'enrichissement. Face aux caractéristiques de finesse de dissémination et de relations complexes de共生minérale du minerai de fer titane vanadium à très basse teneur, l'équipe a développé un procédé combiné efficace de broyage par étapes, de séparation magnétique par étapes et de concentration par gravité. En contrôlant précisément la granulométrie de broyage et l'intensité du champ magnétique lors de la phase d'enrichissement, le fer et le titane sont séparés préliminairement, évitant ainsi le problème fondamental des procédés traditionnels où le fer, le titane et le vanadium sont « mélangés » dans les étapes ultérieures de métallurgie, rendant leur séparation difficile.

Deuxième étape : Réduction synergique et séparation sélective. Dans le maillon métallurgique, l'équipe a innové en adoptant une voie technique combinant le grillage réducteur et la lixiviation sélective. En ajustant précisément la température de réduction, l'atmosphère et le temps, le minéral de fer est réduit préférentiellement en fer métallique, qui est efficacement récupéré par séparation magnétique. Le vanadium et le titane sont respectivement enrichis dans le laitier et extraits de manière sélective par les étapes ultérieures de grillage oxydant et de lixiviation acide. L'innovation clé réside dans le fait qu'en contrôlant l'alcalinité du laitier, la température de fusion et d'autres paramètres lors du grillage réducteur, les interférences mutuelles entre le fer, le vanadium et le titane pendant la réduction sont efficacement évitées, transformant le processus de réduction, auparavant concurrent, en une voie d'extraction synergique.

Troisième étape : Récupération efficace des ressources en titane et réduction des résidus. L'équipe a développé un procédé amélioré de lixiviation et d'enrichissement pour le composant titane dans le laitier. Tout en réalisant une récupération efficace du fer et du vanadium, ce procédé porte le taux de récupération global du titane à un niveau viable pour une application industrielle, résolvant ainsi le problème récurrent de la perte massive de ressources en titane dans les résidus et le laitier de haut fourneau, caractéristique des procédés traditionnels.

Données de performance : Extraction simultanée et efficace du fer, du titane et du vanadium

Les données expérimentales fournies dans l'article montrent que, dans les conditions de procédé optimales, cette technologie complète de valorisation synergique a réalisé :

Taux de récupération du fer : Nettement supérieur au niveau des procédés traditionnels d'enrichissement et de métallurgie.

Taux de récupération du titane : Franchissement du goulot d'étranglement de l'impossibilité de récupération économique des ressources en titane par les procédés traditionnels.

Taux de récupération du vanadium : Atteint un niveau comparable à celui des procédés traditionnels d'extraction du vanadium.

Percée clé : Grâce à la voie d'extraction synergique, les interférences mutuelles entre les trois composants, fer, titane et vanadium, sont évitées, réalisant véritablement un effet synergique où « 1+1+1 > 3 ».

Révélation du mécanisme : De l'interférence mutuelle à la synergie

L'article analyse systématiquement les lois de transformation de phase et le comportement de迁移des composants valorisables du minerai de fer titane vanadium à très basse teneur. Pour la première fois, il révèle, d'un point de vue thermodynamique et cinétique, le mécanisme interne par lequel les trois composants (fer, vanadium, titane) passent d'une « compétition mutuelle » à une « synergie » dans la voie de valorisation synergique. Le mécanisme fondamental est le suivant : en ajustant précisément la température et l'atmosphère pendant l'étape de grillage réducteur, les minéraux de fer sont réduits préférentiellement en fer métallique, tandis que le vanadium est stabilisé dans une phase minérale spécifique du laitier. Cela évite les situations des procédés traditionnels où le vanadium est sur-réduit et entre dans la fonte pendant la réduction du fer, et où le titane est réduit pour former des composés de titane réfractaires.

L'étude a également révélé que, dans la voie de valorisation synergique, l'état du vanadium dans le laitier passe d'un état dispersé à un état enrichi, ce qui améliore considérablement l'efficacité de l'étape de lixiviation ultérieure. Le titane, quant à lui, se présente sous une forme spécifique de titanate dans le laitier, évitant les réactions d'interaction avec les produits de réduction du fer, créant ainsi des conditions favorables à sa récupération efficace.

Avantage bas-carbone : Processus court et faible consommation d'énergie

Comparée à la longue voie traditionnelle du haut fourneau-convertisseur, cette voie technique raccourcit considérablement le processus de production et réduit la consommation d'énergie et les émissions de carbone par unité de produit. L'article indique que l'empreinte carbone de la voie de valorisation synergique ne représente qu'environ 60 % de celle de la voie traditionnelle de fusion au haut fourneau. Cela est dû à trois aspects : premièrement, le pré-enrichissement efficace en phase d'enrichissement réduit le volume de matière chargée, diminuant considérablement la consommation d'énergie des étapes ultérieures ; deuxièmement, le processus de grillage réducteur-séparation magnétique-lixiviation nécessite une température plus basse et une consommation d'agent réducteur moindre par rapport au processus haut fourneau-convertisseur ; troisièmement, la récupération simultanée des ressources en titane évite le processus à haute consommation d'énergie des fusions répétées.

De la « ressource endormie » à la « garantie stratégique »

Mobiliser les énormes ressources de minerai de fer titane vanadium à très basse teneur

Les ressources en minerai de fer titane vanadium à très basse teneur dans la région de Panxi, en Chine, ainsi qu'à Chengde, dans le Hebei, sont extrêmement importantes. Prenons l'exemple de la région de Panxi : elle possède les plus grandes réserves de minerai de fer titane vanadium du pays, mais une proportion considérable de minerais à basse teneur (teneur en fer inférieure à 20 %) ne peut être exploitée économiquement par les procédés traditionnels. Cette technologie offre une voie d'exploitation et d'utilisation viable pour ces « ressources endormies » longtemps inutilisées. Des technologies apparentées ont déjà fait l'objet d'explorations d'ingénierie dans la zone de minerai de fer titane vanadium à très basse teneur de Chengde.

Garantir l'approvisionnement sûr des minéraux stratégiques clés

Le vanadium et le titane sont tous deux des minéraux stratégiques clés pour l'État. Le vanadium est l'un des éléments d'alliage les plus importants dans l'industrie sidérurgique, largement utilisé dans la production d'aciers faiblement alliés à haute résistance. Il joue également un rôle irremplaçable dans les systèmes de stockage d'énergie par batterie à flux de vanadium, qui connaissent un essor croissant. Le titane, quant à lui, est un matériau clé pour l'aérospatiale, le génie océanique et la fabrication d'équipements haut de gamme. Bien que la Chine dispose de réserves abondantes de vanadium et de titane, la technologie d'extraction efficace et écologique a toujours constitué un maillon faible de la chaîne industrielle. La percée de cette technologie renforcera considérablement la capacité de la Chine à garantir son approvisionnement autonome en ressources de vanadium et de titane.

Réaliser une fusion et un enrichissement à bas carbone efficaces des ressources associées

Dans le contexte mondial de réduction des émissions de carbone, les avantages de l'enchaînement court, de la faible consommation d'énergie et du taux de récupération élevé de cette technologie répondent à l'orientation du développement vert et bas-carbone des industries minière et métallurgique. Dans le cadre de recherches antérieures sur l'exploitation de minerais de fer titane vanadium ultra-pauvres dans la région de Chengde, l'équipe de recherche concernée avait déjà validé préliminairement la faisabilité d'une voie de fusion et d'enrichissement à bas carbone et efficace, grâce à une application intégrée de technologies clés telles que la fusion courte à réduction profonde et l'utilisation propre et efficace des scories titanifères.

Extension à d'autres ressources minérales complexes et associées

La méthodologie fondamentale de cette voie technique - éviter les interférences mutuelles des composants valorisables à la source par le biais d'une synergie et d'une division du travail entre l'enrichissement et la métallurgie - possède une importante universalité. Elle peut être étendue à l'utilisation efficace et propre d'autres ressources minérales complexes et associées abondantes en Chine, telles que les minerais de fer boraté, les schistes vanadifères et les minerais à terres rares associés.