Le vanadium comme moteur d'acier
Incidents de la découverte
Le Vanadium a été communiqué pour la première fois en 1801. Andrés Manuel del Río a découvert le vanadium dans les mines de plomb de Zimapa, au Mexique, qui dépendaient alors de l'Espagne. Ce géologue et chimiste madrilène fut nommé professeur au «Séminaire royal des mines» dirigé par Fausto Elhuyar au Mexique en 1795 et, avec Fausto, commença à améliorer l’exploitation des mines mexicaines. Ainsi, Andrés Manuel del Río découvrit que dans le plomb minéral extrait des mines du Zimapan il y avait un autre élément jusque-là inconnu. Au début, il a appelé ce nouvel élément ‘panchrome’, mais plus tard, voyant qu’en se chauffant il acquérait une couleur rougeâtre, il l’a appelé ‘eritronium’.
Un an plus tard, le fleuve donna à son ami Alexander von Humboldt des échantillons dont Humboldt envoya Collet-Desotils au prestigieux chimiste français de l'époque. Collet-Desotils, qui enseignait à Paris, a confirmé sa propre recherche des éléments de chrome et d'iridium découverts des années plus tôt. Son opinion était donc appréciable. Collet-Desotils a remis en question le travail de Rio, arguant que le nouvel élément n'était qu'un chromate de plomb. Il semble que Del Río a également été questionné et les vicissitudes du nouvel élément ont été oubliées.
En 1831, le chercheur suédois Sefstrom réidentifia le vanadium. Sa découverte a eu lieu en analysant le fer extrait du minerai obtenu de la mine de Taberg. Élève du prestigieux chercheur suédois Sefstrom Berzelius, il a été chargé de diffuser internationalement les résultats du jeune Sefstrom. Le nom de Vanadius fut aussi donné par les Suédois, sur la base de la déesse suédoise de la beauté et de la fécondité ‘Vanadis’.
Peu après, le chercheur allemand Wöhler (et ancien élève du laboratoire de Berzeilus à Stockholm) a affirmé que l'érythrénium et le vanadium étaient le même élément. Pour cela, il a utilisé des échantillons prélevés par Humboldt 30 ans plus tôt. Cependant, 30 ans plus tard, le chimiste anglais Sir Henry Roscoe a réussi à isoler le vanadium.
Tous ces incidents font que, bien que pour certains le découvreur du vanadium soit de la rivière, dans certaines publications sont mentionnés uniquement les résultats de Sefstrom. Cependant, la plupart des références sont considérées en 1801 comme la date de la découverte du vanadium. Aujourd'hui, un important prix de recherche mexicain porte le nom de Del Río, et du Rio et Fausto Elhuyar sont considérés comme des créateurs de la science et de la recherche mexicaines.
Mines et production
Les principales mines de vanadium se trouvent en Australie, en Chine, en Russie et en République sud-africaine. En ce moment, les réserves économiquement utiles devraient atteindre 63 millions de tonnes. Étant donné que la consommation annuelle est de 40.000 tonnes, on peut affirmer que dans les années à venir il n'y aura pas de problèmes d'approvisionnement.
En Russie, en Chine et en République sud-africaine, le vanadium se trouve dans la magnétite minérale. Le vanadium est donc obtenu conjointement avec le fer. Le fer est obtenu en réduisant la magnétite dans un grand four ou à l'état solide, dans les deux cas, 1,5% du fer extrait. Le vanadium sort du fer comme des scories.
Outre les mines de fer, il existe d'autres sources pour l'obtention du vanadium. Aux États-Unis, par exemple (Colorado), le vanadium est généralement accompagné d'uranium minéral, tandis que dans les Caraïbes et au Venezuela, le pétrole.
En général, on peut dire que le vanadium est produit comme oxyde. Cette oxyde est utilisé dans la production de ferrobanadium et alliages de vanadium-aluminium, les produits les plus intéressants du point de vue de l'utilisation industrielle.
La production de vanadium a augmenté progressivement. au cours du XXe siècle. Au début du siècle la production était très réduite, et jusqu'en 1920 la production mondiale n'a pas atteint les 200 tonnes. Deux ans plus tard, la production a été multipliée par dix, mais jusqu'au début de la Seconde Guerre mondiale, elle n'a pas dépassé 5000 tonnes.
Par ailleurs, cette décennie a doublé la consommation, passant de 20 400 tonnes en 1991 à 40 000 tonnes en 2001.
Applications du vanadium
Les études de Seftrom et Roscoe se sont concentrées uniquement sur l'utilisation du vanadium dans des composants chimiques, ce qui a représenté sa première application. Jusqu'en 1900 le vanadium était très cher et assez curieux, de sorte que son application était réduite. Plus tard, XX. Au début du 20ème siècle, après avoir trouvé de grandes quantités de vanadium dans certaines mines, son prix a été considérablement réduit et a commencé à être utilisé industriellement.
On a découvert en Allemagne que les sels de vanadium pouvaient être utilisés comme catalyseurs dans certaines réactions chimiques, étant la première application industrielle importante du vanadium. La catalyse reste la principale application chimique du vanadium. À cette époque, le processus métallurgique du vanadium a été très avancé et différents types de ferro-alliages ont été produits commercialement. Ainsi, au Pays de Galles a été construite la première unité productive qui a utilisé le vanadium comme élément d'alliage dans les aciers. Le professeur Arnold de Sheffield a également été invité à analyser l'influence du vanadium sur différents types d'acier. Arnold s'est rendu compte que le vanadium était un élément très approprié pour augmenter la résistance des aciers à outils, retardant l'effet de ramollissement de ces matériaux à haute température. Ces caractéristiques font du vanadium l'un des composants des outils de coupe.
À la suite de ces recherches et d'autres, l'Angleterre et la France ont commencé à intégrer le vanadium dans les cigognes en acier automobiles pour augmenter la résistance des vilebrequins. Et puis il y avait un hasard qui a révolutionné l'utilisation et le marché du vanadium. Henry Ford a découvert que dans une course de voiture tenue en Floride le châssis d'une voiture française était différent. Plusieurs pièces en acier de la voiture étaient plus petites que les vues à ce jour et, en outre, trois fois plus résistantes que les classiques. Ford lui-même a dirigé la recherche sur les caractéristiques de ces pièces d'acier et a découvert que l'acier des voitures de course françaises avait vanadium.
Dans le célèbre modèle T réalisé par Ford, des pièces en acier alliées au vanadium ont été utilisées pour la première fois dans une voiture conventionnelle (et non pour les courses). Et pas seulement cela. Dans la propagande de licenciement de l'automobile on attribuait au vanadium les avantages de la voiture. En fait, dans l’annonce publiée dans le premier numéro d’octobre 1908 de la revue Life, on mentionne expressément les propriétés extraordinaires de l’acier Ford Banadio. Le modèle T a commencé à être fabriqué en 1908 et jusqu'en 1927 Henry Ford n'a pas vu la nécessité de créer un nouveau modèle. Durant cette période, 15 millions de voitures de ce modèle ont été vendues. À cette époque, aux États-Unis, ils ne savaient pas comment fabriquer de l'acier au vanadium et s'occupait aussi de la production d'acier Henry Ford.
Le prochain grand défi du vanadium doit être lié aux améliorations de l'acier pour les structures. À la suite de la Seconde Guerre mondiale, le soudage est devenu la principale procédure d'union des pays occidentaux. Les techniciens se sont vite rendu compte que tous les aciers n'étaient pas aptes à souder (rappelez-vous, sinon, combien d'accidents et de pannes subirent les bateaux américains Liberty pendant la guerre, qui étaient chargés de fissures et de défauts par les soudures).
Pour que l'acier soit soudable, il a été jugé opportun de réduire la quantité de carbone et d'ajuster la composition chimique, perdant la résistance à l'acier. Plusieurs procédés ont été conçus pour produire de l'acier soudable sans perte de résistance, une des plus importantes étant la fabrication de micro-alliages d'acier et de vanadium.
Ce type d’aciers sont maintenant appelés “aciers microalliés à haute résistance”. L'importance économique de ces aciers a augmenté d'année en année. Pas tous les aciers de cette famille en acier ont du vanadium, puisque le niobium et le titane sont également très utilisés dans les micro-alliages, mais les aciers de vanadium peuvent être trouvés n'importe où.
Comme à l'époque d'Henry Ford, de nombreux composants en acier des voitures (à commencer par le vilebrequin) ont encore du vanadium. Également dans le domaine de la construction, une méthode importante pour augmenter la résistance des poutres métalliques est basée sur le vanadium. En effet, si l'on peut augmenter la résistance des poutres et des piliers, ceux-ci pourront être plus étroits, facilitant les procédures de soudage et réduisant les coûts de construction. Pour ces raisons, l'utilisation du vanadium est en augmentation.
Comme vous pouvez le constater, l'augmentation de la résistance de l'acier est un objectif urgent et, avec l'utilisation du vanadium, il peut être facile et bon marché. Dans de nombreux aciers de qualité différente, le vanadium est un additif important car en ajoutant de petites quantités de vanadium, la résistance de l'acier augmente considérablement. En poids, la quantité de vanadium est généralement de 0,1% et il est très rare qu'il contienne plus de 0,2% en poids. Tous ces produits sont produits dans plusieurs aciéries du Pays Basque.
Ces avantages font que le vanadium est principalement utilisé dans le secteur de l'acier, ce qui représente 85% du vanadium consommé. Dans le cas des aciers, leur utilisation est principalement axée sur les aciers microalliés pour les structures (65%), le reste est consommé en aciers à outils, aciers à haute température, etc. La consommation de vanadium et la production d'acier sont donc étroitement liées. Au cours de la dernière décennie, une moyenne de 0,05 kg de vanadium est utilisée par tonne d'acier.
En aéronautique, le vanadium est également largement utilisé dans les alliages de titane pour augmenter la résistance de l'alliage.
Pour l'avenir, il ne semble pas y avoir de grands changements à court terme, donc on peut dire que le vanadium sera principalement utilisé pour augmenter la résistance de l'acier. Cependant, compte tenu des résultats de certaines recherches et tests industriels, il semble possible d'ouvrir de nouvelles portes. L'utilisation du pentoxyde de vanadium pour la production de batteries permet, avec succès, de modifier drastiquement le marché du vanadium.
Perspectives économiques
En demandant au responsable de toute aciérie du Pays Basque sur le vanadium, il répondra immédiatement que le principal problème du vanadium est le coût. Et c'est ainsi. En fait, étant donné que dans les aciéries sont produites chaque année des milliers de tonnes d'acier, bien que de petites quantités de vanadium sont ajoutés, il est cher.
Une des caractéristiques du prix du vanadium est sa variabilité. Pour le comprendre, il faut tenir compte du déséquilibre entre production et consommation. Étant donné la faible consommation mondiale de vanadium, le système se déséquilibre relativement facilement dans la commercialisation des stocks ou dans la mise en service de nouvelles mines, ce qui entraîne un déséquilibre important. Par exemple, dans les années 1970, de nouvelles mines ont été découvertes en Chine et en République sud-africaine, entraînant une surproduction. Dans les deux prochaines décennies, l'Union soviétique a commercialisé ses stocks à un prix inférieur à celui du marché, ce qui a réduit les prix en dessous des 3 dollars.
À la fin des années 80 et suivantes, l'augmentation de la production d'acier a entraîné une augmentation de la consommation et une diminution des réserves en Russie, en Afrique du Sud et aux États-Unis. En 1997, la consommation de pentoxyde de vanadium a atteint 80.000 tonnes, ce qui a entraîné la vidange de stocks dans le monde entier. Pensez que le gouvernement américain a lancé le vanadium gardé au National Defense Stockpile. Dans les mois à venir, le prix du vanadium a été vendu plus cher que jamais, mais depuis lors, le prix a considérablement diminué en raison de la réduction de la consommation en Russie.
Selon l'utilisation à laquelle il est destiné, le vanadium est vendu comme pentoxyde et ferrobanadium. Par conséquent, sur le marché on utilise les prix de ces deux produits et pas seulement de la distribution. La République sud-africaine produit plus de pentoxyde de vanadium, avec près de 60% de commercialisation. Le coût de production de la livre s'élève à 1,8-2 dollars.
Actuellement le prix de base du vanadium est de 2,5 dollars. Lorsque le prix baisse de cette limite, certains fabricants coupent la production jusqu'à ce que le prix atteigne sa valeur minimale. Comme on peut le voir dans la figure, ces derniers mois le pentoxyde est très bon marché et le prix du ferrobanadium diminue également. Les prix bas stimuleront la consommation de vanadium. Cependant, compte tenu de la tendance à la hausse qui montre la production d'aciers microalliés, bien que les prix remontent à des valeurs plus normales, la consommation devrait augmenter lentement dans les années à venir.
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