Développement de la fibre de basalte

En parlant de la technologie de production de fibres de basalte, il est impossible de ne pas mentionner Paul Dhe, un Français. Il fut le premier à avoir l'idée d'extruder des fibres à partir de basalte et déposa un brevet américain en 1923. Vers 1960, les États-Unis et l'ex-Union soviétique commencèrent à étudier l'utilisation du basalte, notamment dans le domaine militaire, comme pour les fusées. Le nord-ouest des États-Unis concentre un grand nombre de formations basaltiques. À l'Université d'État de Washington, RV Subramanian mena des recherches sur la composition chimique du basalte, les conditions d'extrusion et les propriétés physico-chimiques des fibres de basalte. Owens Corning (OC) et plusieurs autres entreprises verrières menèrent des projets de recherche indépendants et obtinrent des brevets américains. Vers 1970, l'American Glass Company abandonna la recherche sur les fibres de basalte, recentra sa stratégie sur ses produits phares et développa des fibres de verre plus performantes, dont la fibre de verre S-2 d'Owens Corning.
Parallèlement, les travaux de recherche se poursuivent en Europe de l'Est. Dès les années 1950, les institutions indépendantes menant des recherches dans ce domaine à Moscou, Prague et dans d'autres régions ont été nationalisées par l'ancien ministère soviétique de la Défense et regroupées en ex-Union soviétique, près de Kiev, en Ukraine. Des instituts de recherche et des usines y ont été installés. Après la dissolution de l'Union soviétique en 1991, les résultats de ces recherches ont été déclassifiés et ont commencé à être utilisés dans des produits civils.

Aujourd'hui, la plupart des recherches, de la production et des applications commerciales de la fibre de basalte reposent sur les résultats de recherches menées dans l'ex-Union soviétique. Concernant le développement actuel de la fibre de basalte en Chine, on distingue trois technologies de production de fibre continue de basalte : le four combiné électrique, utilisé par Sichuan Aerospace Tuoxin ; le four de fusion entièrement électrique, utilisé par Zhejiang Shijin Company ; et le four de fusion à cuve entièrement électrique, utilisé par Zhengzhou Dengdian Group.
En comparant l'efficacité technique et économique de plusieurs procédés de production nationaux, le four tout électrique actuel présente un rendement élevé, une grande précision de contrôle, une faible consommation d'énergie, un impact environnemental réduit et aucune émission de gaz de combustion. Qu'il s'agisse de la production de fibres de verre ou de fibres de basalte, le pays encourage unanimement le développement des fours tout électriques afin de réduire les émissions atmosphériques.

En 2019, la Commission nationale du développement et de la réforme a, pour la première fois, explicitement inclus la technologie de tréfilage des fibres de basalte au four à bassin dans le « Catalogue national des orientations pour l'ajustement de la structure industrielle (2019) » afin d'encourager son développement. Cette mesure a défini la direction à suivre pour l'industrie chinoise des fibres de basalte et a incité les entreprises de production à passer progressivement des fours unitaires aux grands fours à bassin, en vue d'une production à grande échelle.
Selon les informations disponibles, la société russe Kamenny Vek a développé une technologie de production de cuves à 1 200 trous. Les fabricants chinois dominent encore actuellement les technologies de production de cuves à 200 et 400 trous. Ces deux dernières années, plusieurs entreprises chinoises ont mené des recherches approfondies sur les cuves à 1 200, 1 600 et 2 400 trous, obtenant des résultats prometteurs et entrant dans la phase d'essais. Ces recherches constituent une base solide pour la production à grande échelle de fours à cuve et de cuves de grande taille en Chine.
La fibre continue de basalte (FCB) est une fibre de haute technologie et de haute performance. Elle se caractérise par une forte technicité, une division du travail rigoureuse et un large éventail de domaines d'application. Actuellement, son procédé de fabrication est encore en développement et repose principalement sur des fours individuels. Comparée à l'industrie de la fibre de verre, la production de FCB souffre d'une faible productivité, d'une forte consommation énergétique, de coûts de production élevés et d'une compétitivité insuffisante sur le marché. Après près de 40 ans de développement, les fours à cuve de grande capacité (10 000 et 100 000 tonnes) actuels sont bien établis. Ce n'est qu'à l'instar de l'industrie de la fibre de verre que la fibre de basalte pourra progressivement évoluer vers une production en fours de grande capacité afin de réduire continuellement ses coûts et d'améliorer la qualité de ses produits.
Au fil des ans, de nombreuses entreprises de production et instituts de recherche scientifiques nationaux ont investi d'importantes ressources humaines, matérielles et financières dans la recherche sur les technologies de production de fibres de basalte. Après des années d'exploration et de pratique techniques, la technologie de production par étirage en four unique est désormais bien maîtrisée. Cependant, le manque d'investissement dans la recherche sur les fours à cuve a conduit à des avancées trop timides, aboutissant le plus souvent à des échecs.

Recherche sur la technologie des fours à cuveL'équipement du four est un élément clé de la production de fibres continues de basalte. La conception du four, la répartition de la température, la résistance du matériau réfractaire à l'érosion par la solution de basalte, les paramètres de contrôle du niveau de liquide et la régulation de la température du four sont autant de questions techniques essentielles qui doivent être résolues.
Pour une production à grande échelle, les fours à cuve de grande capacité sont indispensables. Heureusement, le groupe Dengdian a pris l'initiative de réaliser des avancées majeures dans la recherche et le développement de la technologie des fours à cuve de fusion entièrement électriques. Selon des sources proches du secteur, l'entreprise exploite depuis 2018 un four à cuve de fusion entièrement électrique de grande capacité, d'une capacité de production de 1 200 tonnes. Il s'agit d'une avancée majeure dans la technologie de tréfilage des fibres de basalte grâce à ce four, qui représente une référence et un moteur de croissance importants pour l'ensemble de la filière.

Recherche à grande échelle sur la technologie des lattes :Les fours de grande capacité nécessitent des caillebotis de grande taille. La recherche sur les technologies de caillebotis implique des modifications du matériau, de la disposition des caillebotis, de la répartition de la température et de la conception de leur structure. Il ne suffit pas que des professionnels qualifiés expérimentent avec audace. La technologie de production de caillebotis de grande taille est un levier essentiel pour réduire les coûts de production et améliorer la qualité des produits.
Actuellement, les lames en fibres de basalte continues, tant en Chine qu'à l'étranger, comportent principalement 200 ou 400 perforations. La production de lames de grande taille à l'aide de plusieurs filières permettra d'accroître considérablement la capacité de chaque machine. Les recherches sur les lames de grande taille s'inspireront du développement des lames en fibres de verre, passant de 800, 1200, 1600, 2400 perforations, etc., à un nombre toujours plus élevé. Les développements technologiques dans ce domaine contribueront à réduire les coûts de production. La diminution de la quantité de fibres de basalte utilisées permettra également d'améliorer la qualité du produit, ce qui constitue une voie incontournable pour l'avenir. Ces avancées contribueront à améliorer la qualité des mèches non torsadées en fibres de basalte et à accélérer l'utilisation de la fibre de verre et des matériaux composites.
Recherche sur les matières premières basaltiquesLes matières premières sont essentielles à la production industrielle. Or, ces deux dernières années, sous l'effet des politiques nationales de protection de l'environnement, de nombreuses mines de basalte en Chine ont connu des difficultés d'exploitation. L'approvisionnement en matières premières, auparavant négligé par les entreprises de production, est devenu un frein au développement du secteur et a contraint les fabricants et les instituts de recherche à étudier l'homogénéisation du basalte.
La particularité technique du procédé de production de fibres de basalte réside dans son héritage des procédés soviétiques, utilisant un seul minerai de basalte comme matière première. Ce procédé est exigeant quant à la composition du minerai. La tendance actuelle est d'utiliser un ou plusieurs minéraux de basalte purs et naturels afin d'homogénéiser la production, conformément aux objectifs « zéro émission » de l'industrie du basalte. Plusieurs entreprises de production chinoises mènent des recherches et des essais dans ce sens.