Produits carbonés

Carbon Impulse se positionne sur le marché des charbons naturels et synthétiques en fournissant à chacun de ses clients un produit carboné de haute qualité parfaitement adapté à l’application visée. Son expertise dans le domaine, associée à un contrôle qualité rigoureux et systématique des matières premières avant livraison, permet à Carbon Impulse d’offrir à ses clients l’assurance d’une exploitation sécurisée.

Les charbons, des produits carbonés naturels

Les produits carbonés naturels sont obtenus par extraction minière et sont communément appelés charbons. Le terme “charbon” est un terme générique qui regroupe une large famille de roches sédimentaires d’origine organique résultant de la transformation de biomasses (résidus de végétaux) enfouies dans le sol au cours des temps géologiques. Les charbons sont dénommés combustibles fossiles, du fait de leur longue élaboration naturelle, et contiennent du carbone (majoritairement), de l’eau et différents composés chimiques en proportions variables, générant après combustion des matières volatiles (comme c’est le cas pour le soufre, l’azote, l’hydrogène, le chlore, le fluor …) et des cendres (comme c’est le cas pour le sodium, le potassium, le calcium…).  Une classification courante des charbons consiste à les distinguer selon leur niveau de maturation géologique, correspondant à un taux croissant de carbone, telle que présentée ci-après :

  • la tourbe : matériau à texture fibrique, souvent riche en mousses, d’aspect blond à noir avec une teneur en carbone comprise entre 35 et 55 pour-cent. Il existe une grande variété de tourbes. Plus la tourbe est foncée, plus elle est âgée et plus elle est riche en carbone. La tourbe est principalement exploitée comme substrat agricole. Séchée, elle peut servir de combustible mais avec une performance moindre que celle du bois ou de la houille.
  • le lignite : matériau à texture plutôt tendre d’aspect brunâtre avec une teneur en carbone comprise entre 55 et 75 pour-cent. Il existe différents types de lignites. Citons notamment, le lignite noir ou charbon sub-bitumineux à texture légère et poreuse plutôt tendre d’aspect brun foncé à noirâtre avec une teneur en carbone comprise entre 70 et 80 pour-cent.  Compte tenu de sa forte teneur en eau et de son faible pouvoir calorifique, le lignite est exploité pour le chauffage et la production d’électricité plutôt aux alentours immédiats de son lieu d’extraction pour éviter des surcoûts liés à son transport.
  • la houille (le plus connu des charbons) : matériau à texture compacte tachant les doigts d’aspect noir mat à noir brillant avec une teneur en carbone comprise entre 75 et 90 pour-cent. La houille se subdivise en trois catégories : la houille grasse (le type de charbon le plus courant), la houille demi-grasse et la houille sèche. La houille est essentiellement utilisée dans les centrales thermiques pour la production d’énergie (électricité et chauffage urbain). Elle est également utilisée en ferronnerie et comme composant pour la fabrication de moules.
  • l’anthracite (qui est en fait une sous-catégorie de haut rang de la houille) : matériau à texture compacte qui ne tache pas les doigts d’aspect noir brillant avec une teneur en carbone comprise entre 90 et 97 pour-cent. L’anthracite génère très peu de cendres après combustion. Sa richesse en carbone en fait un très bon combustible mais le rend difficile à allumer. Les applications industrielles de l’anthracite sont variées. On la trouve en tant que combustible mais également comme matière première dans la fabrication de colorants, d’électrodes, de caoutchoucs synthétiques ou de charbon actif. Longtemps utilisée dans la sidérurgie, elle est aujourd’hui supplantée par le coke car elle a une résistance mécanique moindre que ce dernier.
  • le graphite : matériau à texture solide à l’aspect noir sub-métallique avec une teneur en carbone de 100 pour-cent. Le graphite est la forme stable de l’élément carbone à température et pression ambiantes. Il est très peu utilisé comme combustible. En effet, ses excellentes propriétés chimiques et physiques lui confère une très grande polyvalence permettant son usage dans de nombreuses industries telles que la métallurgie (fabrication d’acier, revêtements de moules de fonderies, mélanges de briques réfractaires), l’automobile (garnitures de freins et d’embrayage, pièces de moteurs, joints étanches mécaniques), la chimie (peintures anticorrosion et antistatiques, additifs des polymères et des caoutchoucs, produits ignifugeants) ou encore les industries de pointe (modérateur dans les moteurs atomiques, piles à combustibles).

Les charbons synthétiques, des produits carbonés fabriqués par l’homme

Les charbons synthétiques sont obtenus en transformant une substance organique en produit carboné. Ces charbons synthétiques peuvent être exploités depuis fort longtemps, comme c’est le cas du charbon de bois issu de la carbonisation du bois, ou plus récemment, comme c’est le cas des cokes ou des produits carbonés issus de la biomasse.

  • le charbon de bois : matériau solide poreux d’aspect noir ne tachant pas ou peu les doigts au toucher à teneur en carbone comprise entre 50 et 95 pour-cent selon l’essence de bois de départ et le procédé utilisé. Le charbon de bois peut être obtenu par procédés artisanaux ou industriels. Les procédés industriels les plus connus sont la pyrolyse lente et la supra-carbonisation. La supra-carbonisation industrielle du bois par le procédé IMAGE est menée à des températures de l’ordre de + 800 °C et permet notamment d’atteindre une teneur en carbone fixe dans le charbon de bois comprise entre 82 et 84 pour-cent. 
  • le coke métallurgique (également appelé met coke) : matériau solide fissuré, d’apparence poreuse et mécaniquement résistant à teneur en carbone comprise entre 88 et 92 pour-cent. Il est constitué uniquement de carbone et de matières minérales calcinées. Le coke métallurgique est le résultat de la pyrolyse d’un type de charbon spécifique, dit à coke, réalisée à l’abri de l’air dans des fours portés à une température comprise entre 1.200 et 1.350°C pendant seize à vingt heures. La principale utilisation du coke métallurgique est la production dans les hauts-fourneaux de fonte en vue de sa transformation en acier. Il est également utilisé pour l’élaboration de la fonte de cubilot, la fabrication de ferroalliages, comme combustible dans certains fours à chaux, dans le processus de recyclage de batteries automobiles et dans la protection cathodique d’ouvrages enterrés.
  • le coke de pétrole (également appelé petcoke) : matériau solide, d’apparence friable plus dur que la houille avec une teneur en carbone supérieure à 80 pour-cent. Le coke de pétrole est un coproduit du raffinage de coupes lourdes de pétrole. Deux variétés de coke de pétrole sont disponibles sur le marché : le coke de pétrole brut qui contient, outre le carbone, une teneur hydrocarbures résiduels comprise entre 15 et 20 pour-cent et le coke de pétrole calciné, exempt d’humidité, qui présente une teneur en carbone comprise entre 97 et 99,5 pour-cent et quelques traces d’hydrocarbures. Le coke de pétrole brut est utilisé pour la production d’énergie dans les centrales thermiques ou les cimenteries. Il est également utilisé pour la protection cathodique des ouvrages enterrés. Le coke de pétrole calciné est utilisé dans l’industrie métallurgique de l’aluminium et de l’acier.
  • les produits carbonés issus de la biomasse tels que le grignon d’olive torréfié

Caractéristiques des produits carbonés

Compte tenu de leur composition chimique, les charbons naturels et synthétiques sont, le plus souvent, caractérisés, avant leur combustion, par leur taux de carbone fixe, leur taux d’humidité, leur taux de soufre et, le cas échéant, leur granulométrie et, après combustion, par leur pouvoir calorifique, leur indice de matières volatiles, leur teneur en cendres et la température de fusibilité de ces cendres. D’autres paramètres peuvent être nécessaires pour les caractériser en vue de l’application visée.

  • la teneur en carbone (exprimée en pourcentage de la masse totale) est la quantité de carbone fixe contenu dans le produit analysé.
  • la teneur en eau liée (exprimée en pourcentage de la masse totale) est la quantité d’eau liée contenue dans ce produit carboné. L’eau libre s’évapore à température ordinaire tandis que l’eau liée nécessite un séchage par évaporation dans un courant d’air porté à 105°C. La teneur en eau d’un produit carboné représente l’eau de constitution de ce matériau.
  • la teneur en soufre (exprimé en pourcentage de la masse totale) est un indice permettant d’évaluer le niveau de pollution des fumées de combustion de ce produit carboné.
  • le pouvoir calorifique (exprimé en kJ/kg ou Kcal/kg) est défini comme étant la quantité de chaleur dégagée au cours d’un processus normé de combustion d’une quantité normée de produit. Le pouvoir calorifique d’un produit carboné dépend de sa teneur en carbone : plus celle-ci est élevée, plus la quantité de chaleur dégagée sera grande. On observe que ce paramètre varie de 3.000 kcal/kg pour certains lignites à 8.000 kcal/kg pour les anthracites les plus qualitatives.
  • l’indice de matières volatiles (exprimé en pourcentage de la masse totale) est défini comme étant la quantité de gaz adsorbés dans les charbons au cours de leur formation géologique. Il s’agit essentiellement de gaz carbonique, de méthane et autres hydrocarbures ainsi que de l’argon et de l’hydrogène. Sous l’effet d’une élévation de température, les matières volatiles se dégagent du combustible, s’enflamment facilement, et accélèrent sa combustion.
  • la teneur en cendres (exprimé en pourcentage de la masse totale) est définie comme étant la quantité de résidus obtenus après un processus normé de combustion à 815°C d’une quantité normée de produit de départ.
  • la granulométrie 
  • la masse volumique et la densité 
  • le comportement des cendres 
  • la fusibilité des cendres 
  • l’analyse chimique des cendres

Traitement des produits carbonés avant usage

Après leur extraction ou leur fabrication, les charbons naturels ou synthétiques peuvent nécessiter un traitement complémentaire avant leur utilisation pour que leurs caractéristiques soient en parfaite adéquation avec l’application visée. Ces traitements peuvent être mécaniques ou chimiques afin de modifier :

  • la granulométrie (taille des grains) en procédant par broyage, concassage et/ou tamisage ;
  • le taux d’humidité en éliminant toute ou partie de l’eau contenu dans le produit par séchage ;
  • le taux d’impuretés, la teneur en cendres ou l’indice de matières volatiles en éliminant par lavages les particules solubilisables (ou les éléments chimiques) indésirables.

Coke

Le coke est un combustible solide obtenu soit par pyrolyse de la houille à l’abri de l’air, soit comme résidu du processus de distillation et de craquage des pétroles bruts, soit encore après un retraitement de ce même résidu.

Anthracite

L’anthracite est, parmi les différents types de charbons utilisés en tant que combustibles solides, le plus riche en carbone fixe. Par ailleurs, il contient peu d’eau et présente un faible taux de cendres et de matières volatiles.

Charbon Process​

La qualité du charbon est déterminante pour envisager son utilisation dans des process industriels autres que la production d’énergie. Il est donc nécessaire de connaître parfaitement ses caractéristiques avant de se lancer.