Le recyclage des copeaux d’aluminium

Les copeaux d’usinage des pièces en aluminium constituent une matière première valorisable. Traditionnellement, les copeaux d’aluminium sont rachetés aux fondeurs par les affineurs qui les refondent et les retransforment en lingots (avant de les revendre aux fondeurs). Cette pratique ne nécessite pas d’investissement spécifique pour le fondeur et permet de diminuer le prix d’achat des lingots neufs (déduction de la reprise des copeaux). Cependant, le niveau de reprise des copeaux est souvent faible au regard du prix du métal neuf et certains transformateurs (fondeurs, forgerons, usineurs) envisagent souvent de recycler les copeaux en interne. Il existe deux grandes technologies de recyclage des copeaux d’aluminium : le compactage en billettes puis la refonte dans un four traditionnel et la refusion en vrac dans un four dédié statique ou rotatif.

L’origine des copeaux d’aluminium

Les copeaux d’aluminium proviennent de 2 opérations ; le sciage du système d’alimentation et des masselottes (en moulage coquille ou en moulage sable) et l’usinage (ou le pré-usinage) proprement dit. Les fondeurs, en particulier automobile étant de plus en plus amenés à intégrer les opérations d’usinage, leur volume de copeaux s’est accrue progressivement au fil des années pour représenter autour de 10 % du tonnage transformé annuellement.

L’huile de coupe résiduelle

Essais de refusion de briquettes compressées - flamme à la refusion.

Essais de refusion de briquettes compressées – flamme à la refusion.

Les copeaux contiennent de l’huile de coupe, en quantité relativement faible dans les cas des copeaux de sciage (< 1 %), mais en quantité beaucoup plus importante (10 à 20 % environ) pour les copeaux d’usinage. Cette huile de coupe, si elle n’est pas évacuée avant refusion des copeaux, va provoquer des fumées importantes, des oxydes et des crasses et un faible rendement (ratio copeaux enfournées / aluminium liquide). De plus, l’huile de coupe va provoquer une oxydation importante de l’aluminium liquide, ce qui nécessiterait une opération de traitement (rotor et flux de décrassage) relativement longue.

La refusion des copeaux en vrac

Une installation de traitement et de refusion des copeaux en vrac comprendra un système d’essorage (pour passer d’un taux d’humidité de 15 % à 2 % et récupérer l’huile de coupe), un système de criblage éventuel pour séparer les copeaux des impuretés de grande taille (noyau, …) et un déferrage de type roue magnétique (pour éliminer les particules de fer), un système de séchage puis un four spécial dédié spécifiquement à la refusion des copeaux. Le niveau d’investissement d’un système complet de traitement et de refusion de copeaux en vrac est relativement élevé (1 à 1,5 M€), ce qui réserve cette technologie aux très grosses unités de fabrication.

Le convoyage des copeaux est une opération qui peut amener à une accumulation de poussières d’aluminium dans les conduits de transport de copeaux – si la maintenance est insuffisante – et provoquer des départs de feu.

Les fours de recyclage des copeaux en vrac

Système Lotuss de Metaullics pour la refusion des copeaux d'usinage.

Système Lotuss de Metaullics pour la refusion des copeaux d’usinage en vrac.

Refondre des copeaux dans un four nécessite de brasser le métal. En effet, les copeaux flottent à la surface des bains et ne peuvent être introduits que via un brassage énergique. Ces fournisseurs de fours de refusion de copeaux sont (liste non exhaustive) Insertec, SFR, Striko Westoffen, ZPF. Des dispositifs ont donc été développés qui provoquent un vortex d’aluminium liquide dans lesquels les copeaux sont injectés. Le vortex provoque leur immersion dans le bain de métal liquide.

Introduction des copeaux (gauche) et vortex (droite).

Introduction des copeaux (gauche) et vortex (droite) permettant d’immerger les copeaux dans le bain.

Il n’est pas obligatoirement nécessaire d’investir dans un four dédié. En effet, un four de fusion existant peut être modifié pour ajouter un auget latéral auquel on aura ajouté un système de vortex (Lotuss de Metaullics) pour introduire les copeaux. Enfin, on pourrait utiliser des fours rotatifs (Techni-Therm). Ces fours, très spécifiques, nécessitent l’utilisation de sels qui vont capter jusqu’à 7 % d’aluminium et augmenter la perte au feu. De plus, ces sels doivent être recyclés et mis en décharge. Ce type de four n’est envisageable que pour des charges très sales et oxydés et plutôt chez des affineurs.

Le compactage de copeaux d’aluminium

Presse a compacter les copeaux aluminium.

Presse a compacter les copeaux aluminium.

L’autre technologie consiste à briqueter les copeaux à l’aide d’une presse hydraulique. Cette technique, beaucoup moins coûteuse qu’un système de traitement des copeaux en vrac, ne permet pas d’éliminer totalement les résidus d’huile de coupe (3 % d’huile résiduel après compactage). Le compactage a cependant plusieurs avantages : la récupération d’une partie de l’huile de coupe, la manipulation et le stockage plus aisée que des copeaux en vrac et enfin la facilité de transport vers un affineur car le compactage réduit considérablement le volume (facteur 5 à 10).

Briquettes de copeaux d'aluminium compactés.

Briquettes de copeaux d’aluminium compactés.

Les fournisseurs de presses à compacter les copeaux sont (liste non exhaustive) RUF GmbH & Co (Euragglo revendeur pour la France), Metso Lindemann, Di-Piu. Les presses à compacter les copeaux sont relativement peu onéreuses (40 k€ à 300 k€ pour les grosses unités) en comparaison aux installations de refusion en vrac. Par contre, si la quantité d’huile est trop importante (> 2 %) les briquettes compactées ne peuvent pas être refondues par le fondeur car elles provoquent des flammes, des fumées et des odeurs importantes liées à l’huile résiduelle.

Certaines installations complètes de traitement des copeaux peuvent comprendre des installations de cassage de copeaux (turning crusher) si les copeaux sont trop longs (> 5 cm), une centrifugeuse, une unité de stockage des copeaux, un système de dosage et enfin la presse à compacter proprement dite.

La quantité de crasses augmente à la fusion

La refusion de copeaux d’aluminium dans un four de fusion va augmenter fortement la teneur en crasses extraites (valorisés à très faible prix) et ceci proportionnellement à la quantité de copeaux introduits. On peut raisonnablement tabler sur un quasi-doublement des crasses par rapport à un bain conventionnel (sans copeaux).

La teneur en oxydes après refusion de copeaux et de billettes

Qualité métallurgique dans un bain d aluminium avec 20 % de copeaux.

Qualité métallurgique dans un bain d aluminium avec 20 % de copeaux.

La teneur en oxydes augmente considérablement avec seulement 10 % à 20 % de copeaux refondus dans un bain. Un nettoyage poussé (rotor et flux de décrassage) pendant une durée conséquente est nécessaire. Si ce nettoyage est bien réalisé, le niveau de propreté du bain – mesuré avec l’appareil Qualiflash et la densité d’un lingotin sous pression réduite (80 mbar) – est alors identique à du métal liquide traditionnel (sans copeaux).

Modification de la composition chimique lors du recyclage

Lors du recyclage de copeaux en interne, il peut y avoir un faible enrichissement en fer (0,1 % pour 20 % de copeaux), en zinc ou en plomb. Si cette augmentation du fer ne pose pas de problème pour les alliages de 2eme fusion (AlSi9Cu3) à haute teneur en fer utilisés en fonderie sous pression, elle peut être plus problématique pour les alliages de 1er fusion (AlSi7Mg, AlSi10Mg, AlSi10) en moulage coquille aux faibles teneurs en fer. Il pourra alors être pertinent de diluer l’aluminium recyclé avec de l’aluminium « sans copeaux » afin de maitriser la teneur en fer.

Recycler en interne ?

Le recyclage des copeaux en vrac en interne nécessite des volumes annuels de copeaux conséquents de l’ordre de 1000 t/an (production automobile). Le prix de l’alliage étant relativement volatil (spéculation, cotation LNE, fluctuation de l’offre et de la demande), le calcul du ROI pour ce type d’installation va fortement dépendre des hypothèses sur le prix du métal. Cependant, le prix du métal représentant une partie non négligeable du prix des pièces, les gains sur la valorisation des copeaux en interne peuvent être intéressants. La difficulté peut venir d’un trop grand nombre de nuances qui va alors en compliquer le traitement et la refusion de copeaux. L’idéal étant un fonctionnement en mono-alliage (AlSi9Cu3 ou AlSi7Mg). Au-delà du recyclage en interne, le compactage des copeaux, relativement aisé à mettre en œuvre avec un investissement limité, peut être intéressant économiquement pour mieux valoriser les copeaux auprès de repreneurs.

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