Métallurgie extractive du vanadium

À l’état naturel, le vanadium est présent dans des minerais de magnétite vanadifère, dans des grès à vanadium et uranium, dans des schistes vanadifères, dans des phosphates et des argiles, ainsi que dans des pétroles lourds bruts. On trouve également du vanadium dans des résidus industriels : cendres et suies de cracking pétrolier, catalyseurs usés des industries pétrolière et chimique, déchets du procédé Bayer.

Le vanadium présente ainsi une grande variété d’associations minéralogiques et chimiques, qui en font un sous- ou un co-produit : sa production demeure donc tributaire de celles d’autres substances, ce qui fragilise sa position économique. Ces associations imposent par ailleurs un ajustement technique constant de la méthode métallurgique d’extraction du vanadium, qui doit être, dans chaque cas, adaptée au minerai ou au matériau qui en contient.

La principale source actuelle d’approvisionnement en vanadium est constituée par les magnétites vanadifères et titano-vanadifères, exploitées en tant que minerai de fer, le vanadium et le titane étant des sous-produits. Le traitement de la magnétite « vanadifère », pauvre en titane (< 1,4 % Ti), consiste à produire d’abord une fonte vanadiée en haut fourneau ; le vanadium peut ensuite être extrait de la fonte en fusion par scorification. La magnétite « titano-vanadifère », riche en titane (> 1,4 % Ti), ne peut être traitée en haut fourneau : elle est pré-réduite en four tournant. La charge pré-réduite est ensuite fondue en four électrique à arc, ce qui donne un fer vanadié ; une injection d'oxygène dans ce fer en fusion produit une scorie vanadifère qui constitue un produit marchand.

Une autre source de vanadium, encore limitée, est le vanadium secondaire provenant du recyclage d’alliages et de catalyseurs usés. Le recyclage des alliages vanadifères en fin de vie est un recyclage direct, sans séparation du vanadium, les teneurs en vanadium et autres métaux étant réajustées en fonction des nuances désirées. Mais un tel recyclage reste pour le moment marginal, du fait des difficultés d’organisation de la récolte et du triage des alliages usés, dues à leur dispersion, à leur manque d’homogénéité et à leurs imbrications dans des structures complexes (véhicules automobiles, avions, navires, immeubles etc.). La récupération du vanadium à partir de catalyseurs usés ne se heurte pas aux difficultés précédemment évoquées en matière de collecte : l’industrie chimique et l’industrie pétrolière générant des catalyseurs en fin de vie se chargent en effet de leur récolte et de la constitution de lots homogènes. Le recyclage des catalyseurs vanadifères ne peut être direct car le vanadium s’y trouve intimement associé à d’autres éléments, métalliques ou non. Ce recyclage est relativement simple pour les catalyseurs issus de l’industrie chimique ; il est beaucoup plus complexe pour les catalyseurs issus de l’industrie pétrolière, le vanadium étant dans ce cas un co-produit d’autres métaux comme Mo, Ni, Co, dont la valeur économique, supérieure à la sienne, rend la récupération prioritaire.

Les autres ressources potentielles en vanadium (grès à vanadium et uranium, schistes vanadifères, phosphates, argiles, pétroles lourds et sables bitumineux, effluents du procédé Bayer) sont généralement trop pauvres ou trop polluantes pour être exploitées. Seuls certains résidus pétroliers (cendres et suies de cracking), dont le caractère polluant impose un traitement, font éventuellement l’objet d’une valorisation du vanadium et d’autres métaux accompagnateurs, comme le nickel. Pour ce qui concerne les grès vanadifères, ils ont été exploités par le passé, mais ne le sont plus pour des raisons économiques et environnementales (pollution radioactive).

La pyro-métallurgie, qui est la voie classique d’extraction du vanadium en aciérie, offre peu de risques pour la santé. Il convient toutefois de souligner la dangerosité du pentoxyde de vanadium, surtout sous forme de particules ultra fines ou d’aérosols. L’hydro-métallurgie, que l’on applique au recyclage de matériaux comme les catalyseurs usés et divers résidus de l’industrie pétrolière, présente des risques dus à divers métaux lourds toxiques autres que le vanadium, contenus dans les effluents industriels.

La pollution des milieux naturels par le vanadium est due aux résidus de la sidérurgie, à la combustion de substances fossiles et aux rejets des industries pétrolières et chimiques.