Fabricants d’oxyde de zinc : Les différences et l’importance du processus

L’oxyde de zinc est un matériau qui semble simple, mais ses performances dépendent de choses qui se produisent bien avant que le sac ou le fût n’arrive dans votre usine. La méthode de production, thermique “française” (indirecte), thermique “américaine” (directe) ou chimique humide (précipitation et variantes connexes), détermine la pureté, la taille et la forme des particules, la surface, les revêtements et la cohérence d’un lot à l’autre. Ces paramètres, à leur tour, influencent la composition des caoutchoucs, la brillance des revêtements et leur protection contre les rayons UV, la clarté des cosmétiques, la biodisponibilité des aliments pour animaux, le frittage des céramiques et même la réglementation des nanoformes. Le moyen le plus rapide de comprendre pourquoi deux poudres de “ZnO 99,5 %” peuvent agir différemment est de comprendre comment elles fonctionnent.

Les trois principales routes industrielles

1) Le processus français (indirect)

Dans le procédé français (indirect), le zinc métal de qualité supérieure (≈99,995 %) est fondu et vaporisé à une température de 910 à 1000 °C environ. Il est ensuite oxydé dans l’air pour produire des fumées d’oxyde de zinc, qui sont refroidies et collectées dans des cyclones et des filtres à manches. L’oxydation est “indirecte” par rapport à la source d’origine, car la matière première est un métal raffiné au lieu d’un minerai. Les usines modernes contrôlent soigneusement la combustion, le flux d’air et le refroidissement afin de modifier la taille, la surface et le niveau d’impuretés dans les agrégats. Elles procèdent ensuite à des étapes telles que la désagglomération ou le traitement de surface pour faciliter l’épandage des agrégats. Ce procédé permet d’obtenir du ZnO de grande pureté avec un contrôle étroit de la surface. Ce ZnO est utilisé dans le caoutchouc haut de gamme, les céramiques, l’électronique, les produits pharmaceutiques et les cosmétiques, où la propreté et l’uniformité sont très importantes.

Le zinc se transforme en gaz juste au-dessus de 907 °C et réagit avec l’oxygène de manière contrôlée pour produire des noyaux de ZnO. Ces noyaux grossissent au fur et à mesure qu’ils refroidissent. La taille et la surface des particules dépendent de la durée de leur séjour dans l’eau et de la rapidité de leur refroidissement. La manipulation de la poudre permet de l’affiner davantage. Il existe différents types de qualités commerciales, telles que “white seal”, “gold seal” et “high-SA” (high surface area). Ces qualités sont généralement vendues avec des certificats d’analyse détaillés et des plages de BET spécifiques pour un comportement de durcissement ou de frittage précis.

Le procédé français reste le meilleur pour les produits haut de gamme, car il garantit une très faible teneur en métaux lourds, des propriétés de surface constantes et une large gamme d’industries. Il consomme beaucoup d’énergie et s’appuie sur un zinc SHG coûteux, ce qui constitue son principal problème. Elle permet un grand contrôle, mais l’obtention de qualités transparentes ultrafines nécessite souvent des technologies supplémentaires de chimie humide ou de fumées spécialisées.

 

2) Le processus américain (direct)

Le procédé américain (direct) produit de l’oxyde de zinc en chauffant des minerais contenant du zinc, de la calcine ou des sous-produits de fonderie avec un réducteur à base de carbone comme le coke ou l’anthracite. Lorsque les composés de zinc sont chauffés, ils se transforment en vapeur métallique, qui se retransforme rapidement en ZnO et est recueillie sous forme de fines fumées. Le processus combine la réduction et l’oxydation en une seule étape, car la matière première provient directement de minerais ou de résidus secondaires au lieu de zinc métal raffiné. Il est largement utilisé pour les pneus, les produits en caoutchouc, l’agriculture et les céramiques, où une pureté ultra élevée n’est pas nécessaire. Il est également très rentable.

Lorsque le carbone est chauffé, il transforme l’oxyde de zinc ou les matières premières sulfurées en vapeur, qui s’oxyde ensuite lorsqu’elle quitte le four. Pour tirer le meilleur parti des sous-produits et favoriser la production circulaire, les usines sont souvent construites à proximité de fonderies ou de recycleurs. Les installations modernes de traitement direct ont amélioré l’épuration des gaz et le dépoussiérage, ce qui rend les produits plus propres et plus homogènes. Certaines usines vendent également du ZnO “actif” avec une plus grande surface pour le rendre plus réactif dans le caoutchouc, ce qui le rapproche des performances du procédé français.

Les principaux atouts de ce procédé sont qu’il permet d’économiser de l’argent, d’utiliser une grande variété de matières premières et qu’il est potentiellement respectueux de l’environnement. Mais il est plus difficile d’obtenir les très faibles niveaux de métaux lourds et les tolérances étroites en matière de surface qui sont typiques du ZnO fabriqué en France. Les changements dans les matières premières peuvent affecter l’uniformité, mais les nouvelles usines ont permis d’améliorer la cohérence et le respect des règles.

3) Voies chimiques humides (précipitations et autres)

La première étape de la fabrication de l’oxyde de zinc par voie humide consiste à dissoudre de manière contrôlée des sels de zinc purifiés tels que les sulfates, les chlorures ou les nitrates. Pour fabriquer un précurseur, qui est généralement du carbonate ou de l’hydroxyde de zinc basique, on modifie le pH, la température et le mélange. Le précurseur est calciné pour produire du ZnO après avoir été vieilli, lavé, filtré et séché. Les fabricants peuvent contrôler très précisément la taille, la forme et la surface des particules, car la nucléation et la croissance se produisent dans un liquide. Cela est difficile à réaliser avec les méthodes basées sur la vapeur.

 

Cette méthode permet de produire des qualités de ZnO ultrafines et nanométriques dont les formes peuvent être adaptées, comme des bâtonnets, des plaques ou des sphères. Les variations hydrothermales ou sol-gel améliorent encore l’uniformité et le contrôle. Ces poudres sont utilisées dans les cosmétiques qui bloquent les rayons UV, les revêtements transparents, les catalyseurs et les céramiques avancées. La silice ou l’alumine sont souvent utilisées pour traiter les surfaces des produits cosmétiques et de soins personnels afin de les rendre plus stables, plus étalées et plus lisses, tout en respectant les règles strictes de caractérisation et d’essai des matériaux“nanoformes”.

La méthode chimique par voie humide vous permet de mieux contrôler la conception des particules, d’utiliser de faibles niveaux de métaux lourds au départ et d’obtenir facilement des surfaces fonctionnalisées. Cependant, elle nécessite plus de ressources, comme beaucoup d’eau, un lavage minutieux pour éliminer les ions restants et beaucoup d’énergie pour la calcination. Même si elle est plus coûteuse, elle est nécessaire pour les applications optiques, de haute performance ou de grande pureté, pour lesquelles la fumigation ordinaire ne fonctionne pas.

Ce que l’itinéraire détermine (et ce que les acheteurs ressentent réellement)

Même si deux produits passent le même test, leurs différents procédés de fabrication créent des microstructures différentes qui influencent leur efficacité. L’oxyde de zinc de fabrication française est très pur car il provient du zinc SHG. Il contient très peu de Pb, Cd, Fe et Mn, ce qui est important pour les produits pharmaceutiques, les cosmétiques et l’électronique, car les traces de métaux peuvent modifier leur comportement lorsqu’ils sont chauffés et refroidis. Les teneurs obtenues par traitement direct dépendent de la qualité du minerai et de la manière dont le gaz est capturé. Les producteurs modernes ont un bon contrôle sur ces qualités, mais elles sont généralement utilisées dans des applications où la pureté n’est pas aussi importante.

Les fumées issues du procédé français produisent des particules fines de l’ordre du micron, dont la surface peut être modifiée. Les qualités directes sont généralement plus grossières, mais elles s’améliorent grâce à l’ingénierie. Les méthodes de chimie humide vous permettent de contrôler la taille et la forme des particules avec une grande précision et de produire des particules ultrafines, transparentes ou de formes spéciales. Les traitements de surface, tels que les revêtements d’acides gras pour le caoutchouc ou les coquilles de silice/alumine pour les cosmétiques, ont un effet important sur la qualité du mélange, la réactivité et la stabilité des produits.

Les qualités françaises à surface élevée rendent la vulcanisation du caoutchouc plus efficace à des températures plus basses, ce qui contribue aux efforts de réduction du zinc. Certaines qualités directes, en revanche, rendent la vulcanisation plus sûre et le traitement plus facile. Le ZnO ultrafin ou nanométrique utilisé dans les revêtements et les cosmétiques offre une forte protection contre les UV tout en blanchissant peu, conformément aux règles de la SCCS/REACH relatives aux “nanoformes”. Pour les céramiques et l’électronique, les qualités françaises ou chimiques humides ont un meilleur comportement au frittage parce qu’elles contrôlent mieux les impuretés et la surface. Cependant, le ZnO direct de bonne qualité est encore bon pour des utilisations moins exigeantes

Comment les fabricants se positionnent-ils ?

Les principales différences entre les producteurs de ZnO mondiaux et régionaux sont la gamme de procédés qu’ils utilisent, les types d’applications sur lesquelles ils se concentrent et leur position à l’égard de l’environnement. la durabilité

Certaines entreprises proposent à la fois des lignes directes et indirectes. Par exemple, elles proposent des qualités françaises de haute pureté pour les cosmétiques et les produits pharmaceutiques et des qualités directes rentables pour les céramiques, le caoutchouc et l’agriculture. Les entreprises exclusivement françaises mettent l’accent sur la pureté, le contrôle strict des BET et les variantes traitées pour une utilisation cohérente dans les zones sensibles.

Aujourd’hui, les leaders du traitement direct vendent des qualités techniques pour les peintures, le caoutchouc et l’agriculture. Les spécialistes de la chimie par voie humide, quant à eux, se concentrent sur le ZnO nano ou précipité pour les écrans solaires, les revêtements et les catalyseurs. Ces produits sont différents en raison de la conception de leurs particules et de leur documentation complète sur les nanoformes SCCS/REACH.

Coût, énergie et carbone

Les procédés thermiques utilisent beaucoup d’énergie pour la vaporisation et/ou la réduction, tandis que les procédés chimiques humides utilisent de l’énergie pour la calcination et la préparation/filtration des solutions en amont. Les projets d’électrification et de récupération de la chaleur s’étendent aux deux voies thermiques. L’industrie du zinc publie désormais des directives sur l’empreinte carbone, et de plus en plus d’acheteurs souhaitent obtenir des EPD (déclarations environnementales de produits) ou des données d’ACV “du berceau à la porte” pour le ZnO. Les fabricants qui intègrent la récupération des déchets et les fours efficaces peuvent affirmer qu’ils produisent moins de CO₂ spécifique par tonne. Cela devient un facteur clé dans les appels d’offres, en particulier en Europe.

Des différences axées sur les applications que vous verrez dans l’usine

Dans la fabrication du caoutchouc et des pneus, l’oxyde de zinc de traitement français à haute surface (HSA), plus fin, accélère le processus de durcissement et rend le matériau plus résistant que les qualités plus grossières de traitement direct. Pour utiliser moins de zinc sans diminuer la qualité de la cuisson, les fabricants de pneus choisissent souvent le ZnO direct pour les composés de carcasse en vrac et les qualités HSA ou “actives” pour les pièces minces ou précises. Le ZnO ultrafin obtenu par voie humide améliore la protection contre les UV et la transparence des couches transparentes, tandis que les qualités françaises améliorent la blancheur et réduisent le jaunissement des couches de finition. Les qualités directes restent le meilleur rapport qualité-prix pour les apprêts et les sous-couches.

Tableau 2 : Comparaison entre le ZnO actif traditionnel (A-ZnO) et un matériau composite (M-ZnO) pour les bandes de roulement des pneus de camions

Type de ZnO	Teneur en ZnO (phr)	Densité de réticulation	Résistance à la traction (MPa)	Résistance à la déchirure (N/mm)	Résistance à l’abrasion	Résistance au roulement
A-ZnO	2	Moyen	Haut	Haut	Bon	Plus élevé
M-ZnO	2	Moyen	Haut	Haut	Bon	Plus bas
A-ZnO	3	Haut	Amélioré	Amélioré	Amélioré	Modéré
M-ZnO	3	Haut	Amélioré	Amélioré	Amélioré	Plus bas

Le ZnO à l’échelle nanométrique dans les cosmétiques offre une solide protection contre les UV-A avec un blanchiment minimal, bien qu’il nécessite une documentation complète sur la conformité aux normes SCCS et REACH. De nombreux formulateurs optent pour des systèmes enrobés ou hybrides ZnO-TiO₂ afin de contourner les règles relatives aux nanoformes. Le ZnO français et le ZnO par voie chimique humide sont meilleurs pour un frittage cohérent et une précision microstructurale dans les céramiques et l’électronique, car ils maintiennent les niveaux d’impureté stables et contrôlent la surface. Dans le domaine de l’agriculture et de l’alimentation animale, le ZnO par procédé direct reste un bon choix car il est facile à disperser et à dissoudre, et il est rentable, car les limites de métaux-traces ne sont pas aussi strictes.

Qualité, conformité et réalité des “nanoformes” pour les acheteurs modernes

Deux sujets transversaux séparent désormais les fournisseurs de ZnO matures du peloton :

1) Systèmes de qualité et dossiers réglementaires documentés.

Vous devez obtenir des CoA complets, des politiques de contrôle des changements et, si nécessaire, des enregistrements REACH de l’UE qui répertorient les nanoformes. Vous devez également obtenir des dossiers de qualité cosmétique conformes aux notes d’orientation du CSSC. Les acheteurs de produits cosmétiques doivent vérifier si un produit est “nano” ou “non nano”, quel est le statut des revêtements et si les dimensions des particules correspondent à ce qui est indiqué sur l’étiquette.

2) Rapports sur le carbone et la circularité.

De plus en plus de clients européens veulent des bilans carbone des produits (PCF) et des évaluations du cycle de vie (LCA) “du berceau à la porte”. Il est plus facile de comparer les empreintes lorsqu’il existe des directives industrielles pour le zinc et le ZnO en aval. Les producteurs qui utilisent des matières premières recyclées (procédé direct) ou de la chaleur électrifiée peuvent revendiquer des avantages. Demandez l’alignement sur les méthodologies (ISO 14040/44, GHG Protocol Product Standard).

Choix d’un fabricant : heuristique pratique

Si vous avez besoin de la meilleure pureté et du meilleur contrôle de la surface (par exemple, excipients pharmaceutiques, cosmétiques avec des limites strictes de métaux lourds ou céramiques électroniques), faites une liste des experts français du processus qui ont publié des échelles SA et des variantes traitées pour la dispersion. Vérifiez les métaux traces et les fenêtres BET dans les lots.

[Si vous souhaitez obtenir les meilleures performances pour le moins d’argent possible dans le domaine du caoutchouc ou de l’agriculture, examinez les qualités modernes obtenues par traitement direct auprès d’entreprises qui publient également des profils d’impuretés et des mesures de dispersion. Faites des courbes de cuisson à la même phr et à une phr inférieure pour voir combien cela coûte à l’utilisation, et pas seulement en $/kg.

Si vous avez besoin de poudres très fines ou de forme spécifique (comme des revêtements UV transparents, des écrans solaires à indice de protection élevé ou des catalyseurs), recherchez des spécialistes de la chimie humide et des nanotechnologies qui proposent des options de revêtement et une documentation complète sur les nanoformes de l’UE. Demandez des données sur la distribution des particules en nombre et en volume, sur la chimie des revêtements et sur la photostabilité des poudres.

Si vous vous intéressez aux données relatives au développement durable, demandez des EPD ou des PCF et découvrez comment le producteur prend en compte les aliments recyclés, le mélange énergétique et la récupération de la chaleur. Demandez-vous si vos clients ou auditeurs ont besoin d’une identification des nanoformes et de dossiers cosmétiques conformes aux lignes directrices du SCCS dans le cadre du règlement REACH de l’UE.

Quoi de neuf depuis 2023-2025 : un bref aperçu

Convergence des portefeuilles de procédés. Afin de fournir une logistique et un soutien technique cohérents pour toutes les catégories de coûts et de performances, de plus en plus de producteurs commercialisent des portefeuilles directs et indirects, parfois sur le même site.

Ultrafin sans “nano” ? La recherche et la littérature commerciale examinent les méthodologies composites et enduites pour atteindre la performance UV tout en minimisant les complexités réglementaires ; anticipez une augmentation des affirmations UV “sans nano” dans les cosmétiques tout en garantissant une protection UV-A substantielle.

Pression pour rendre compte des émissions de carbone. Les appels d’offres européens et les grandes multinationales exigent désormais des fournisseurs de ZnO qu’ils fournissent des PCF vérifiables. Les orientations de l’industrie se sont améliorées et la différenciation du CO₂ par tonne passe du marketing à une ligne de spécification.

L’évolution de la composition des applications entraîne une croissance du marché. Les pneus représentent toujours le principal volume, mais les cosmétiques, les céramiques spéciales et les catalyseurs sont les créneaux qui se développent le plus rapidement et pour lesquels la microstructure spécifique au procédé est très rentable.

Conclusion

• Procédé français (indirect) : grande pureté, contrôle étroit de la surface et large acceptation dans les applications de haute technicité comme le caoutchouc lorsqu’un durcissement réactif est nécessaire, les produits pharmaceutiques/cosmétiques et les céramiques électroniques.
• Le procédé américain (direct) est le plus important en termes de valeur, a des flux circulaires et produit des qualités techniques pour le caoutchouc, l’agriculture et la peinture lorsque les normes le permettent.
• La chimie humide est synonyme de contrôle ultrafin, de réglage de la morphologie, de protection transparente contre les UV et de catalyse spécialisée. Cela signifie également que les nanoformes ont besoin de plus de documentation.

Lorsque vous choisissez un fabricant, l’important n’est pas tant le numéro figurant sur le certificat d’authenticité que la correspondance entre l’empreinte digitale du processus et votre application et les règles qui s’y appliquent. Les meilleurs fournisseurs montrent leur travail en indiquant leur itinéraire, leur stratégie en matière de matières premières, le contrôle des impuretés, l’échelle de surface, les traitements optionnels et les documents nécessaires pour respecter les règles actuelles.

1. Kim, I., et al, Effect of nano zinc oxide on the cure characteristics and mechanical properties of the silica-filled natural rubber/butadiene rubber compounds. Journal of Applied Polymer Science, 2010. 117: p. 1535-1543.