Brevet FR2028020A1 — publié le 19701002

La présente invention concerne un procédé de grillage d'une matire à base de fer sulfuré en deux étapee afin d'obtenir un produit grillé contenant de la magnétite et ayant une faible teneur en soufre et de faibles teneurs en substances telles que l'arsenic! le-plomb, l'antimoine, l'étain ou le bismuth, ce procédé étant également approprié pour récupérer les teneure éventuelles en cuivre et en zinc de ladite matière par chloration et/ou lixiviation, de façon que les produits grillés puissent avantageusement être enrichis également magnétiquement par rapport au fer. Il est connu de griller une matitre å base de sulfure de ier dans un procédé en deux étapes, la première étape étant effectuée dans un procédé de grillage, de pré ijrence, à plus de 15 % de soufre résiduel, tandis que l'autre étape est un procédé de grillage par oxydation pratiquement avec formation d'hématit. Ce procédé a principalement pour but d' éli- miner l'arsenic et le plomb. Toutefois, on a trouvé qu'il était souhaitable d'obtenir les produits grillés en un état magnétique, en partie eu égard å la possibilité d'enrichir magnétiquement la matitre à base de fer et, en partie, eu égard à la possibilité de supprimer, au cours du procédé de grillage donnant de la magnétite, la formation de ferrites ou de cuivre, de colbalt, de nickel et de zinc lorsque ces dernier doivent etre récupérés par chloration et/ou lixiviation. Lorsqu'on effectue le grillage par oxydation suivant les procédés connus, ces substances risquent très fort d'être transformées en ferrites, rendant les procédés ultérieurs de lixiviation difficiles.Afin de réduire la formation de ferrites, il convient de maintenir une très faible température lors du grillage effectué pendant la deuxième étape. Toutefois, lorsqu'on eifectue le grillage par oxydation à basses températures, il se forme des sulfates, si bien qu'il est difficile d'éliminer complètement le soufre des produits grillés. La preaence d'oxyde de fer trivalent catalyse davantage la formation de S03, ce qui donne lieu à la formation d'une solution de lavage acide lors des procédés ultérieurs de fabricationd'acide sulfurique. De plus, il est connu de griller une matière à base de sulfure de fer à l'état de magnétite. Lorsqu'on effectue le procédéen une seule étape, on peut former un produit grillé pouvant être enrichi magnétiquement mais si, au coure du procédé de grillage, la température est trop élevée, le rendement est altéré au cours du procédé d'enrichissement par suite de la réaction qui le produit entre l'oxyde de fer et d'autres types de eatibres présents. Toutefois, pour diverses raisons, il est souhaitable d'effectuer le grillage à une température élevée, habituelle tent à environ 9000 C et plus.Une haute température de cet ordre est nécessaire lors du grillage d'une matière ayant de hautes. teneurs en arsenic, et principalement en plomb, afin d'isoler ces derniers. On a également constaté qu'à cette température élevée, il se formait des ferrites de cuivre et de zinc en présence de faibles quantités d'orgie de fer trivalent. Suivant la présente invention, on a trouvé que l'on pouvait combiner les avantages de ces procédés, tout en évitant en même temps leurs inconvénients. Le. procédé delta présente invention, est caractérisé en ce que le grillage est effectué. en deux étapes, la deuxième étape étant un procédé de. grillage en magnétite à une tempéture relativement basse, par exemple entre environ 700 et 8500 C. Il ne se forme aucune ferrite lorsqu'on travaille dans ces conditions. Malgré la basse température, on peut éliminer pratiquement tout le soufre. des produits grilles, du fait qu'il ne se produit aucune sulfatation. En même temps, la formation de 803 est supprimée au cours du grillage et du re froidissement. des produits grillés, évitant ainsi la formation d'une solution de lavage acide lors de la fabrication d'acide sulfurique à partir des gaz de grillage de sorte tue l'on évite également las difficultés associées à la condensation de S03 lors de la préparation de 802~liquidez Le procédé de grillage formant de la magnétite permet également d'atteindre une concentration plus élevée en SO2 dans. les gaz de grillage formés. Les conditions pré- citées procurent également do sensibles avantages, à la fois en ce qui concerne l'économie de 11 opération et du milieu ambiant. Le procédé de grillage de la pré sente invention peut également btre appliqué au traitement dune matière ayant de hautes teneurs en arsenic et en plomb. Suivant la présente invention, le grillage lors de la première étape est ef- fectué dans une atmosphère fortement réductrice. De la sorte,- on peut maintenir une haute température de grillage sans qu'il se pro duise une réaction avec d'autres types de matières ou de ferrites. L'atmosphère fortement réductrice et la haute température permettent également d'éliminer la-majeure partie de l'arsenic et du plomb lors de la première étape. Les résidus éventuels de la première étape peuvent Entre réduits davantage lors de la deuxième étape, étant donné que, lors de celle-ci, le grillage est effectuéen magnétite. Dès lors, suivant la présente invent ion, une matière à base de fer sulfuré est grillée lors de la première étape dans des conditions fortement réductrices. La teneur désirée en soufre dans les produits grillés après le grillage doit autre réglée par rapport au type de matière chargé dans le four et à sa teneur en soufre. Normalement, il est souhaitable qu'après le grillage, les produits grillés contiennent au moins 5 % de soufre, de préiérence au moine plus de 15 % et, au maximum, environ 38 % de soufre, ces dernières teneurs étant basées sur la pyrite pure servant de matière première.Le procédé de grillage est effectué dans un four à lit turbulent et l'on charge un gaz contenant de l'oxy- gène libre, par exemple de l'air ou des mélanges d'air et d'anhydride carbonique et/ou d'azote et/ou d'anhydride sulfureux en quantités permettant de maintenir ces conditions. Outre la matière sulfurée, on charge également, dans le réacteur, une matière oxydique et d'vautrés matières ierreuses telles que la sidérite en quantités telles que la température ne puisse plus entre maintenue sans prévoir un apport de chaleur supplémentaire. Alors qu' elle est encore chaude, la matière est ensuite chargée dans un deuxième réacteur à lit fluidifié dans lequel on poursuit le grillage, éventuellement après avoir ajouté une quantité supplémentaire de matière à base de fer', par exemple du type oxydique ou sulfuré. La matière chargée peut Titre utilisée à la fois lors de la première et de la deuxième étape pour refroidir les réacteurs. On peut également effectuer le refroidissement en pulvérisant de l'eau dans les réacteurs ou indirectement par des tubes de refroidissement avec formation de vapeur. On effectue le grillage dans le deuxième réacteur dans des conditions permettant de former de la ma magnétite. Ces conditions sot décrites en détails dans le brevet canadien 796.672 et on peut les résumer en disant que le rapport entre l'air et la matière chargée dans le réacteur est réglé de telle sorte que la pression partielle d'oxygène dans le gaz de grillage formé ne dépasse pas les valeurs associées sur une courbe de pression/ température dans un système de coordonnées binaires, dans lequel la pression partielle d'oxygène, exprimée en log10PO s est portée en ordonnée, tandis que les températures en degrés C2sont portées en abscisse, la courbe passant par les points suivants Log1 0P0 Température Pression en atmosphère OC - 12,0 700 - 9,5 800 - 7f5 900 La pression partielle d'oxygène doit outre supérieure à la pression partielle d'oxygène lorsque le sulfure est stable, ce qui, dans le système de coordonnées mentionné ci-dessus, correspond aux points suivants d'une courbe LogrOPO Température Pression en atmosphère OC - 15,0 700 - 13,5 800 - 12,0 900 Les gaz de grillage sont éliminés des deux réacteurs et les produits grillés. entraînés avec ces gaz sont séparés dans des cyclone après quoi le gaz de grillage est alimenté en oxygène, en soudre primaire, en arsenic et leurs composés à oxyder.La capacité thermique du gaz de grillage est récupérée d'une manière appropriée dans une chaudière de,récupération et le gaz est purifié davantage dans un électro-filtre. Une post-combustion peut également être effectuée après le passage par la chaudière de récupération et, à titre de varlante, à la fois avant et après le passage par la chaudière. Suivant une forme de réalisation particulière, on combine les gaz de grillage à la fois de la première et de la deuxième étape et on sépare les produits grillés entrat- nés dans un seul cyclone, lesdits produits étant renvoyés à la deuxième étape. Dans ce cas, la post--combustion est effectuée dans une installation et l'on ne peut employer qu'un seul système de récupération de chaleur et de purification de gaz. On règle le procédé de façon que la quantité totale d'air, introduit dans le système soit dans une relation spécifique avec la matière chargée à base de eulfure, afin que l'on puisse maintenir la pression partielle désirée d'oxygène dans le gaz de grillage venant de la deuxième étape. La répartition de la quantité d'air entre les deux étapes est effectuée de façon à obtenir une relation appropriée entre la température et la fluidification dans les deux étapes. De plus faibles variations dans la relation entre la quantité d'air chargé dans les deux étapes est de moindre importance, car les résultats de la deuxième étape sont réglés par la relation entre la matière à base de sulfure et la quantité totale d'air.Si une plus grande partie des produits grillés de la deuxième étape sont éliminés du lit, les irrégularités éventuelles des produites grillés venant de la première étape sont compensées étant donné. que le lit contient une importante quan- tité de produit par rapport aux quantités chargées et déchargées. La description ci-après est faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 illustre une forme de réalisation de l'invention avec une post-combustion après les deux étapes. - la figure 2 illustre une forme de réalisation de l'invention dans. laquelle les produits de grillage des deux étapes sont combinés devant un cyclone commun. Le graphique de la figure 1 illue- tre un premier réacteur 1 dans lequel on charge, via la conduite 2, une matière ferreuse sulfurée. Une matière oxydique et d'autres matières ferreuses telles que la sidérite peuvent entre chargées dans le réacteur, via la ponduite 3. Du réacteur 1, lee gaz de grillage passent, via la conduite 4, dans un cyclone 5 oÙ les produits grillés entrains sont séparés et amenés à un deuxième réacteur 7 via la conduite 6. La matière grillée est également amenée au deuxième réacteur via la conduite 8. Une matière oxydique ou une matière à base de sulfure peut également outre amenée à ce réacteur via la conduite 9. Cette matière peut également entre utilisée pour refroidir le réacteur.Du réacteur 7 les gaz de grillage sont amenés, via la conduite 10, à un cyclone Il où les produits grillés entraînés sont séparés et renvoyés via la conduite 12. Le produit est déchargé du réacteur 7 sous forme e magnétite via la conduite 13. Des cyclones 5 et 11, les gaz de grillage sont amenés respectivement, via les conduites 14 et 15, aux zones de post combustion 16 et 17 dans lesquelles de l'oxygène est chargé via les conduites 18 et 19. Des zones de post-combustion 16 et 17, le gaz passe, via les conduites 20 et 21, dans une chaudière de récupération 22 où le gaz est refroidi et où il se forme de la vapeur.On peut également effectuer la post-ómbustion après la chaudière de récupération 22 et, dans certains cas, il peut être avantageux d'effectuer la post-combustion à la fois avant et après la chaudière de récupéra- tion 22. Après le refroidissement du gaz, on fait passer ce dernier dans un électrofiltre 23 et finalement via la conduite 24, il est évacué en vue d'une utilisation facultative dans la fabrication d'acide sulfurique. De l'air est amen aux réacteurs 1 et 7 via les conduites 25 et 26, à partir dispositif de distribution 27 auquel l'air est amené en quantit6s réglées à partir d'un ventila teur (non représenté) via la conduite 28. La figure 2 montre un premier réac- teur 30 dans lequel une matière ferreuse sulfurée eet amenée via la conduite 31. Une matière oxydique et d'autres matières ferreuses telles que la sidérite peuvent également entre chargées dans le réacteur via la conduite 32. Du réacteur 30, la matière partielle ment grillée passe, via la conduite 33, dans un deuxième réacteur 34. Une matière oxydique et d'autres matières à base de sulfure peuvent également être chargées dans le deuxième réacteur 34 via la conduite 35.Des réacteurs 30 et 34, les gaz de grillage passent respectivement par les conduites 36 et 37 dans le cyclone 38 dans lequel les produits grillés entraînés sont séparés et renvoyas via la conduite 39, dans le réacteur 34. Les gaz de grillage pae- sent, via la conduite 40, dans une zone de post-combustion 41, qui est alimentée en oxygène via la conduite 42. De la zone de postcombustion 41, le gaz passe ensuite, via la conduite 43, dans une chaudière de récupération 44. Tout comme dans le système de la figure 1, on peut également prévoir l'étape de post-combustion avant et/ou après la chaudière de récupération 44. Le gaz passe ensuite dans un électrofiltre 45 et de là > via la conduite 46, il est amené à une étape facultative où l'on peut utiliser la teneur du gaz en anhydride sulfureux. Tout comme dans le système de la figure. 1, de l'air est amené aux réacteurs 30 et 34, via les conduites 47 et 48 à partir d'un dispositif de distribution 49, alimenté en air à partir d'un ventilateur (non représenté), en une quantité ré- glée, via la conduite 50. Le produit est retiré sous forme de magnétite via la conduite 51. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICÂTIONS 10) Procédé de grillage d'une matitre à base de fer sulfuré, par exemple un concentrat de flotta- tion et des pyrites brutes granulaires, en deux étapes, dans des réacteurs à lit turbulent, procédé du type dans lequel la matière grillée dans la première étape à une teneur d'au moins 5 % en soufre résiduel-de préférence d'au moins environ 15 % et, au maximum d'environ 38 % de soufre résiduel, à une température supérieure à 800 C, de préférence supérieure å 9000C, procédé caractérisé en ce que la matière est ensuite transférée dans une deuxième étape, alors qu'elle est encore chaude, tandis qu'elle est grillée pratiquement en magnétite, de façon connue, à une température infé rieurs à celle de la première étape, soit entre 700 et 8500C, après quoi la matière est éventuellement enrichie magnétiquement. 20) Procédé suivant la revendication 12 caractérisé en ce qu'on grille une matière sulfurée contenant une ou plusieurs des substances suivantes : l'arsenic, le plomb, l'antimoine, l'étain ou le bismuth. 30) Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce quton grille une matière sulfurée contenant au moins une des substances suivantes 0 le colbalt, le nickel, le cadmiun, le cuivre ou le zinc, après quoi, ces métaux peuvent tre éliminés des produits grillés par des procédés de grillage par chloration, lixiviation ou volatilisation par chloration. 4 ) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une matière ferreuse oxydique telle que du minerai à base de magnétite ou d'hématite* des produits grillés ou d'autres matières minérales ferreuses els que la sidérite, sont soumis à un grillage simultané dans la première ou la deuxième étape et en ce que la matière oxydique est chargée tout au plus en quantités telles que la température du procédé puisse entre maintenue sans apport de chaleur supplémentaire. 50) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue le procédé de grillage dans deux réacteurs à lit fluidifié qui sont alimentés en gaz contenant de l'oxygène libre, la matière à griller étant amenée au premier réacteur, tandis que le matière partiellement grillée est amenée du premier au deuxième réacteur alors qu'elle est encore chaude les gaz de grillage venant des réacteurs étant libérés des produits entraînés dans des cyclones dBoù les produits entraînés isolés sont renvoyés à.la deuxième étape la pression partielle d'oxygène dans les gaz de grillage étant ensuite élevée par apport d'oxygène de façon à brayer le soufre primaire, l'arsenic et leurs composés, la capacité thermique des gaz de grillage étant récupérée dans une chaudière de-réupération, tandis que les dits gaz sont purifiés davantage dans un électro-filtre le produit étant éliminé du lit sous forme de magnétite dans la deuxième étape. 6 ) Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les gaz de grillage provenant des deux étapes sont combinés devant un cyclone commun pour passer ensuite ensemble à une étape de post-combustion.