Brevet FR2004664A1 — publié le 19691128

i 2004664 La présente invention concerne et a essentiellement pour objet un procédé de prétraitement ou de traitement préalable de produits, corps ou substances minéraux métallifères (c'est-à-dire contenant ou renfermant des métaux), de préférence des concentrés de minerais de fer, consistant en la production de boulettes, pastilles, granules, sphérules, pelotés ou analogue agglomérées à froid ou des agglomérés ou agrégats analogues de concentrés de minerais liés ou agglutinés ensemble par de la chaux et/ou par un agent liant hydraulique ou analogue, ainsi qu'un dispositif pour l'exécution dudit procédé et les diverses applications et utilisations résultant de leur mise en oeuvre, ainsi que les systèmes, ensembles, appareils, machines, unités, équipements et installations pourvus de tels dispositifs. • Le processus d'agglomération, qui peut se produire sous diverses formes, est maintenant considéré comme constituant une opération normalement nécessaire dans l'enrichissement de minerais de fer. Le procédé d'agglomération peut être considéré comme définissant un complément renovateur ou analogue au broyage ou concassage fin des minerais qui constitue une opération qui est nécessaire pour l'affinage des minéraux et l'importance du procédé d'agglomération saa d'autant plus grande que l'on doit réaliser un affinage poussé de minéraux ou minerais pauvres. Parmi les méthodes classiques d'agglomération peuvent être mentionnés le frittage ou moulage par concréfaction à dépouille, tirage ou retrait descendant et le frittage de boulettes, pastilles ou analogue. Actuellement, la technique de l'agglomération de minerais de fer est dominée par le premier procédé, mais le nombre d'installations de fabrication de boulettes ou pastilles est en rapide augmentation. Ces installations sont du type dans lequel des boulettes ou pastilles vertes, liées ou agglomérées par l'humidité , sont cuites, séchées, chauffées ou calcinées pour obtenir des boulettes ou pastilles frittées à environ 1250 C. Les méthodes classiques d'agglomération ont été développées ou mises au point pour les concentrés humides mécaniquement enrichis et pour les cencentrés humides magnétiquement enrichis qui ont été de pratique commune ou courante depuis le commencement de ce siècle. Elles sont basées, au moins pendant la phase ou Fétape initiale,, sur l'utilisation des faces capillaires de l'eau pour la formation d'un aggloméré, agrégat ou 69 08612 2 2004664 congloméré pendant la phase ou l'étape précédant la cuisson ou le grillage. Les liants aqueux ou à Peau,sur lesquels ces procédés classiques d'agglomération sont basés, sont cependant influencés quand des procédés chimiques de surface sont appliqués pour compléter ou achever lIaffinage du minerai. Il est 5 évident qu'il est nécessaire d'améliorer ou de perfectionner les procédés d'agglomération et d'élargir lé fondement principal pour leurs agents liants afin de permettre le développement nécessaire surtout du procédé d'affinage par flottation ou flottage. On peut donner à la technique, qui sous ce rapport est considérée 10 comme étant la plus susceptible d'être développée, le nom commun d* "agglomération à froid" , car elle n'est pas basée sur le principe du frittage mais sur l'emploi d'agents liants agglomérants ou cristallisants qui sont actifs à la température ambiante ou à des températures modérément élevées. L'un des procédés proposés est basé sur l'emploi de chaux éteinte comme agent 15 liant. Conformément à un mode de réalisation, de la chaux éteinte et de l'eau sont fournies au concentré de minerai de fer broyé ou concassé . Après que la matière a été malaxée ou mélangée à fond, elle est roulée ou laminée pour obtenir des boulettes , pastilles ou analogue et durcie à la vapeur dans O un autoclave sous pression à environ 200 C. 20 Un tel procédé de passage à l'autoclave est décrit par exemple dans ' le brevet américain n° 3.235.371 conformément auquel, de l'hydroxydé de calcium et de l'alcali sont ajoutés comme accélérateur. Les exemples indiqués concernent cependant seulement la fabrication de briquettes, quoique dans le préambule de la description, il est dit que des boulettes ou pastilles 25 peuvent également être produites conformément à des principes correspondants. Des expériences , qui ont été exécutées pendant le développement ou la mise au point de la présente invention, n'ont cependant pas démontré des avantages provenant de l'addition en mélange d'alcali tels qu'ils peuvent êtie considérés comme compensant le fait que l'alcali influence ou affecte le 30 procédé ou processus du haut-fourneau d'une manière désavantageuse par le fait qu'il produit ou provoque des perturbations ou troubles dans l'écoulement de matière à travers le haut-fourneau. Afin d'obtenir un aggloméré résistant, on a également proposé d'utiliser des agents liants hydrauliques, tels que par exemple du ciment de 69 08612 3 2004664 Portland. Quand on emploi des agents liants hydrauliques, le durcisœment est réalisé par la précipitation de substances constituées par des gels et des cristaux après l'accomplissement de réactions entre la chaux vive ou l'oxyde de calcium GaO , la silice SiO^ et l'eau O avec des grandes ou petites 5 contributions fournies par l'alumine A 1^03 . L'emploi de ciment comme agent liant a donné un aggloméré qui peut satisfaire des exigences sévères quant à la résistance mécanique. Cependant, le ciment normal ou standard ne convient pas car il y a du sulfate de calcium hydraté (gypse) ajouté à celui-ci, ce qui fait que le silicate de calcium, qui rentre dans le procédé avec le 10 ciment, sous la forme de laitier ou de scorie, reçoit une aptitude remarquablement diminuée d'absorption de soufre dans le haut-fourneau. En outre, le ciment contient de l'acide silicique dont l'addition en mélange produit un accroissement considérable de la quantité de laitier ou de scorie nécessaire pour maintenir la basicité optimale du laitier ou de la scorie. Du ci-15 ment ne contenant pas ou exempt de gypse procure des conditions ou états de laitier ou de scorie quelque peu plus bénéfiques ou profitables. Dans certaines situations, il est cependant extrêmement difficile, pour des raisons qui ont à voir avec le coût et la composition de l'addition ou du mélange, d'ajouter du ciment et/ou des agents liants à base d'hydrate de 20 calcium en des quantités qui sont nécessaires au concentré de minerai,si le dit concentré doit être fourni sous la forme de boulettes ou pastilles agglomérées à froid. Ceci est surtout le cas quand des laitiers ou scories de four à acier sont renvoyés, retournés ou ramenés afin de maintenir le pourcentage de phosphore dans des limites tolérées et/ou pour prendre soin des 25 constituants de valeur du laitier de four sidérurgique ou à acier, tels que le fer, le manganèse, etc. Pendant le développement ou la mise au point de la présente invention, on a toutefois découvert qu'il est possible d'ajouter le laitier de four sidérurgique ou à acier lui-même comme agent liant, seul ou ensemble avec du ciment ou de l'hdrate de calcium, etc. 30 II est connu que du laitier de hàut-fourneau finement broyé ou moulu agit comme un agent liant hydraulique et le laitier de haut-fourneau, ajouté en mélange avec du ciment ou de la chaux éteinte , est par conséquent employé dans une grande mesure comme agent liant pour différenfetypes de matériaux de construction. Le laitier de haut-fourneau a aussi été proposé 35 très tôt comme agent liant pour l'agglomération à froid de concentrés de 69 08612 4 2004664 minerai de fer5 mais en raison des inconvénients résultant du retour ou renvoi du laitier de haut-fou me au au processus de haut-fourneau, le procédé n'a pas reçu une grande extension ou importance dans la production moderne du fer. 5 Quand on utilise du laitier de four sidérurgique ou à acier comme agent liant, le laitier doit d1abord être éteint dans l'eau de la même manière que la chaux éteinte. De ce fait, son aptitude, pouvoir ou capacité d'agglomé-ration dans le procédé à lIautoclave est très remarquablement amélioré , de sorte qu'il est comparable au pouvoir agglomérant du ciment. Si on le désire, 10 il e-st évidemment possible d'ajouter en mélange de la chaux, du ciment ou d'autres agents liants comme compléments au lâtier de four sidérurgique ou à acier , ainsi que par exemple des accélérateurs, c'est-à-dire des agents qui accélèrent les réactions chimiques lors du durcissement de l'aggloméré . En raison du fait que le laitier de four sidérurgique ou à 15 acier peut être employé comme agent liant, on bénéficie par conséquent d'une occasion d'une manière pratique de renvoyer ou retourner les constituants précieux ou de valeur f différents métaux') qui sont présents dans le laitier reçu lors de l'affinage et de la décarburation de l'acier fondu. Des expériences ont cependant montré qu'afin d'obtenir des caracté-20 ristiques de résistance mécanique de boulettes ou pastilles agglomérées au laitier, comparables aux caractéristiques de résistance mécanique de boulettes ou pastilles agglomérées au ciment, l'homogénéisation du concentré de minerai et de l'agent liant est une question de la plus grande importance. Ceci est le cas à un degré encore plus élevé quand on utilise seulement ou 25 en substance seulement de la chaux comme agent liant. Ainsi, des dispositifs mélangeurs ou malaxeurs communs ou ordinaires, tels que des mélangeurs ou malaxeurs à vis, n'ont pas été capables d'homogénéiser l'aggloméré d'une manière satisfaisante. Au moyen d'un certain degré de broyage conjoint ou simultané du concentré de minerai et de l'agent liant, les carac-30 téristiques de résistance mécanique sont cependant essentiellement améliorées et l'invention est par conséquent en premier lieu caractérisée par un tel broyage simultané ou conjoint. Les expériences ont été exécutées sur une petite échelle au moyen d'un broyeur à barres ou analogue et l'invention 6st également caractérisée 69 08612 5 2004664 par ltemploi d'un tel broyeur à barres comme dispositif homogénéisant. La résistance mécanique des boulettes ou pastille s, produites/juand on utilise un broyeur à barres comme appareil homogénéiseur,est beaucoup plus grande que ce qui peut être expliqué seulement en raison dTune meilleure répartition 5 "d'agent liant et d'une compression serrée ou d'un tassement compact amé~ lioré. Dans certains cas, l'augmentation de la résistance mécanique a été de plusieurs centaines de pourcents et il existe par conséquent une raison de soupçonner ou de se douter qu'une réaction chimique et/ou une action de surface surprenante a eu lieu entre les agents liants et les surfaces du 10 concentré de fer pendant l'opération de broyage ou de concassage. De grandes exigences doivent cependant être imposées au degré de compression serrée ou de tassement dense ou compact de l'aggloméré afin d'obtenir des résistances mécaniques élevées. Quand on emploie un concentré dont la totalité a été broyée jusqu'à obtenir des répartitions ou distri-15 butions normales de tailles ou grosseurs de très fines particules dont au moins 80% sont plus fines que O, 08 mm, il est.par conséquent impossible d'obtenir des boulettes ou pastilles satisfaisant aux exigences qui doivent être imposées relativement à la résistance mécanique nécessaire pendant le transport et le chargement du haut-fourneau. Si cependant l'aggloméré, 20 conformément à un autre développement de l'invention, est intentionellement composé de concentrés de minerai broyés selon différentes distributions ou repartitions de tailles ou grosseurs de particules , il y a une occasion d'obtenir un degré plus élevé de compression serrée, de tassement étroit ou de compacité et par suite une résistance mécanique élevée des boulettes 25 ou pastilles finies traitées dans l'autoclave. Le minerai est de préférence broyé ou moulu jusqu'à obtenir des distributions ou repartitions discontinues de grosseuisde particules dans lesquelles les différents composants possèdent des distributions choisies et complètement différentes de grosseurs de particules. 30 II s'est avéré être particulièrement avantageux si environ 2/3 du minerai sont broyés ou moulus jusqu'à obtenir une fraction plutôt grossière dont ^jusqu'à environ 80% de particules sont inférieures à 0,4 mm, tandis s eu que/le tiers restant est moulu ou broyé jusqu'à obtenir une fraction plus fine comportant des tailles ou grosseurs de grains dont environ 80% sont 69 086 î 2 6 2004664 inférieurs à O, 08 mm qui sont les tailles les plus usuelles en corrélation avec la transformation ou conversion de concentrés de minerai en boulettes ou pastilles. Par ce broyage sélectif sont créées des conditions pour obtenir des boulettes ou pastilles plus résistantes en même temps qu'on réalise l'éco-5 nomie essentielle de coût et de travail résidant dans le fait que seulement une fraction plutôt petite est à broyer pour obtenir les dimensions les plus petites de particules. Un autre principe d'obtention d'une compression, d'un tassement ou d'une compacité serré consiste à choisir des distributions ou repartitions 10 continues de grosseurs de particules. Si le pourcentage de poids cumulatif , en tant que fonction de la distribution ou repartition de grosseurs de particules ,est représenté sur un diagramme ou graphique, les distributions de tailles devront être telles que la courbe du diagramme reçoive la même pente ou inclinaison qu'une courbe représentant la distribution discontinue. 15 L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront au cours de la description explicative qui va suivre, en se reportant au dessin schématique annexé > donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lequel la figure unique représente un procédé pour l'ag-20 glomération de concentrés de minerai de fer. La matière première 1 consiste en minerai de fer qui est broyé, moulu ou concassé en 2 jusqu'à obtenir des tailles ou grosseurs de particules optimales pour le processus de concentration. Après l'opération de concentration, le concentré de minerai de fer est divisé en deux parties. Une partie 25 qui devra représenter environ l/3 de la quantité totale , est finement moulue ou broyéè en 3 jusqu'à obtenir une distribution de grosseurs de particules telle qu'au moins 80% de cell es-ci soient inférieures à 0,08 mm. Par ce broyage sélectif sont réalisées les conditions pour une formation efficace de boulettes ou pœtilles sans que la quantité totale de concentré ait à être 30 broyée ou moulue et par ailleurs, comme cela a été mentionné dans le préambule, on obtient également une résistance mécanique plus élevée dans l'aggloméré fini, ei^aison d'une compression, d'un tassement ou d'une compacité serré amélioré . Il est évidemment aussi possible , au lieu d'un tel broyage sélectif d'une certaine quantité de minerai, de choisir 08612 7 2004664 deux fractions déjà broyées, à savoir une fraction comportant des tailles de grains grossiers et une fraction comportant des grosseurs de grains fins. Conformément aux expériences actuelles, on a utilisé,comme agent liant, du laitier de four sidérurgique ou à acier 4 provenant de fours Kaldo ou analogue s.Linvention n'est cependant pas limitée au laitier provenant du procédé Kaldo. Des laitiers provenant également dtautres procédés d'élaboration d'acier , dans lesquels un bain ou une masse fondue est traité à l'oxygène, ainsi que du procédé Martin basique ou analogue, peuvent ainsi être utilisés. La seule condition ou exigence est que le procédé de production d'acier réalise un laitier basique qui contienne les composants liants nécessaires en même temps qu'il est sensiblement exempt de composants nuisibles que l'on ne désire pas renvoyer dans le processus de production de fer-acier. Le laitier de four sidérurgique ou à acier est broyé ou moulu dans un broyeur ou analogue 5 jusqu'à une finesse granulométrique correspondant approximativement à la finesse granulométrique du ciment normalisé ou standard. Après cela, le laitier est éteint dans de l'eau 6 de la même manière que lorsque l'on éteint de la chaux. GrSce à cette action, le laitier a acquis d'une façon tout à fait surprenante, un pouvoir agglomérant comparable à celui du ciment. Le concentré de minerai humide, le laitier éteint de four sidérurgique ou à acier et éventuellement une certaine quantité de ciment et/ou de chaux éteinte et/ou d'un accélérateur 7 sont mélangés à fond et simultanément ou conj ointement broyés jusqu'à un certain degré dans un broyeur à barres ou analogue 8 qui s'avère produire un effet homogénéisant supérieur avec une distribution ou repartition de l'agent liant sur toutes les particules de minerai et probablement un certain accroissement dit mécano-chimique de la tendance de réaction. Pendant une expérience, le mélange dans le broyeur à barres 8 avait la composition suivante : - concentré (minerai de fer + gangue) ; 84,4 % en poids - laitier éteint de four sidérurgique ou à acier ÎO, 4 % en poids - ciment : 5,2 % en poids. Le broyage simultané fut exécuté jusqu'à un degré correspondant à une quantité brute d'énergie fournie au broyeur d'environ 3 kWh/t de gros morceaux. Un certain degré d'humidité était nécessaire pour l'opération subséquente de 69 08612 8 2004664 roulage ou de laminage de boulettes ou pastilles j pour laquelle de l'eau 9 était fournie afin dIobtenir une formation parfaite de boulettes ou pastilles. L'opération de roulage ou de laminage de boulettes ou pastilles fut exécutée au moyen drune plaque pastilleuse ou de formation de boulettes ordinaires 5 ÎO mais aurait pu aussi bien être accomplie au moyen de tout autre appareil de laminage ou de roulage de boulettes, comme par exemple par un cylindre ou par un cône. Il est à souligner que le mélange homogénéisé doit être transmis ou transféré à la plaque pastilleuse ou de formage de boulettes directement du 10 broyeur à barres. Pendant certaines expériences, le mélange fut emmagasiné ou stocké dans un récipient pendant une courte durée avant d£être transformé en boulettes ou pastilles. Il s'avéra que la résistance mécanique de l'aggloméré fini fut de ce fait essentiéllement détériorée ou amoindrie. Les boulettes,fabriquées au moyen de la plaque pastilleuse ou de 15 formage de boulettes, furent amenées à un transporteur se déplaçant avec une faible vitesse . Le transporteur était agencé de façon à constituer une . installation de sechage 11 à température élevée et à soufflage d'air. Après passage dans un autoclave 12 pendant ÎO heures à une température d'environ 200° C et à une pression d'environ 20 atmosphères , on obtint des boulettes 20 qui satisfaisaient à toutes les exigences ou conditions imposées à la résistance mécanique ainsi qu'à la porosité. La résistance mécanique à l'état froid était supérieure à 200 kgf pour une boulette ayant un diamètre de 15 mm. Le nombre de pores (rapport du volume des pores au volume de la masse pleine) était d'environ 0,25. Si cependant la période de préséchage 25 était omise, les boulettes se désintégraient dans l'autoclave,ce qui constituait une circonstance qui doit être expliquée par la teneur élevée en humidité dans les boulettes. Il semble par conséquent être nécessaire de diminuer la teneur en humidité libre jusqu'à environ 5%,ce qui peut être obtenu simplement en emmagasinant ou stockant les boulettes sur un lit de séchage. 30 Le préséchage peut évidemment être accéléré au moyen de ventilateurs et/ ou par chauffage modéré. En outre, il est important que le laitier de four sidérurgique ou à acier soit éteint quand les boulettes sont en cours de formation. Si l'opération d'extinction avait lieu dans les boulettes formées, les boulettes seraient brisées en raison de la- réaction d'extinction. 08612 9 2004664 Les boulettes finies sont finalement amenées à un silo'ou analogue 13. Il est évident que l!on peut faire varier l'invention dans son esprit et dans son cadre ou étendue telle que celle-ci est définie par les revendications suivantes. Bien entêndu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier 3 elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. 08612 ÎO 2004664 REVENDICATIONS 1. - Procédé de prétraitement de produits minéraux métallifères ou analogue, de préférence de concentrés de minerai de fer, du type consistant en l'élaboration de boulettes ou analogues agglomérées à froid ou d'agglomérés analogues de concentrés de mire rai, destiné s à être traités à la vapeur sous pression dans un autoclave, ledit aggloméré, avant son passage dans l'autoclave, contenant ledit concentré de minerai, de l'humidité et un agent liant ou analogue et ledit procédé étant caractérisé en ce que les composants du concentré sont mélangés entre eux et avec ledit agent liant et homogénéisés au moyen d'un certain degré de broyage simultané ou combiné. 2«- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le concentré de minerai et l'agent liant précité sont broyés conjointement jusqu'à un degré correspondant à une four niture d'énergie brute au broyeur de 1 à ÎO kWh/t de gros morceaux. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractéisé en ce que l'opération de broyage homogénéisant est exécutée au moyen d'un broyeur à barres ou analogue. 4. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange broyé précité est transféré ou transmis , directement ou immédiatement après l'opération de broyage, c'est-à- dire sans stockage ni autre traitement retardateur quelconque, à l'appareil de fabrication de boulettes ou analogues dans lequel le mélange est converti ou transformé en boulettes ou analogues, de préférence par roulage, laminage ou analogue. 5. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise-un mélange contenant des concentrés présentant différentes distributions ou repartitions de grosseurs de particules afin' d'obtenir une compression ou un tassement serré, compact ou dense de l'aggloméré et ainsi également une haute résistance mécanique des boulettes précitées traitées ou passées à l'autoclave ou analogue. é. - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on réalise le mélange de façon à ce qu'il contienne un concentré de minerai à 69 08612 ii 2004664 distributions ou repartitions discontinues de tailles de particules dans lesquelles les fractions ou portions présentent des grosseurs de particules déterminées et différentes. 7.- Procédé selon la revendication 5,caractérisé en ce qu'environ 5 2/3 de la quantité de concentré consistent en un composant grossier présentant des grosseurs de particules dont jusqu'à environ 80% sont plus fines que O, 4 mm t andis que seul le tiers restant est choisi et/ou broyé de façon à obteriir un composant plus fin présentant des grosseurs de grains normales dont au moins 80% sont plus fines que O, 08 mm. 10 8.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le minerai précité est broyé ou moulu jusqu'à obtenir des distributions ou repartitions continues de grosseurs de particules et en ce que le pourcentage de poids cumulatif, en tant que fonction des distributions de grosseurs de particules, peut être représenté graphiquement par une courbe sur un 15 diagramme, la pente ou l'inclinaison de la courbe correspondant sensiblement à une courbe approximative représentant la distribution selon la revendication 5. 9. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que comme agent liant ou agglomérant, on utilise l'un ou plusieurs 20 des agents suivants en combinaison mutuelle entre eux ou avec d'autres agents : laitier ou scorie ( de préférence laitier de four à acier ou analogue) finement broyé ou moulu et éteint , chaux éteinte , ciment. ÎO.- Procédé selon l'une des revendications précédentes , caractérisé en ce que l'aggloméré précité est traité à la vapeur dans un autoclave 25 à une température de I6O0 C à 230° C et à une pression atteignant environ 70 atmosphères pendant un temps atteignant 24 heures. 11. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aggloméré précité est préséché avant l'opération de traitement ou de passage à l'autoclave. 30 12. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 dans lequel on utilise un laitier de four à acier comme agent liant ou agglomérant, caractérisé en ce que ledit laitier est éteint avec de l'eau à un certain moment avant la formation de boulettes ou analogues précitée s. 13. » Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le 35 laitier précité de four à acier est éteint avant qu'il soit ajouté au concentré 08612 12 2004664 de minerai précité. 14. - Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le laitier précité de four à acier est finement moulu ou broyé avant d'être éteint. 15. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'avant l'opération de passage ou de traitement précité à l'autoclave, on réalise l'aggloméré précité de façon qu'il contienne 2% à 20% et de préférence 5% à 15% de laitier éteint de four à acier, jusqu'à 10% de chaux éteinte et jusqu'à 10% de ciment. 16. - Procédé selon l'une des revendications ÎO à 15, caractérisé en ce qu'on donne à l'aggloméré précité la forme de boulettes , pastilles ou analogues qui sont passées ou traitées à l'autoclave. 17. - Dispositif pour l'exécution du procédé selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison les appareils et installations nécessaires à la mise en oeuvre dudit procédé.