Brevet FR2040425A1 — publié le 19710122

i 2040425 La présente invention concerne un procédé perfectionné ;• pour extraire le nickel et/ou le cobalt présent dans tout minerai ou toute-substance contenant des oxydes de ces éléments, en même temps que du fer ou des oxydes du fer et pour obtenir directement 5 du ferro-nickel de qualité commerciale contenant, à peu de chose près, tout le nickel et/ou le cobalt présents dans le minerai. Dans la suite de ce brevet il ne sera généralement question que du nickel, mais il doit être bien entendu que l'on désignera par le mot "nickel" l'ensemble du nickel et du cobalt présents dans 10 le minerai traité et dans les produits finis ou en cours d'élaboration . Le procédé convient particulièrement bien au traitement des minerais de fer nickelifêres du type des silicates tels que les latérites et garniérites classiques que l'on trouve en Nouvelle 15 Calëdonie, aux Iles Philippines, en Indonésie, à Cuba, en Grèce, "ën Yougoslavie, au Guatemala, au Vénézuela, etc..Ces minerais contiennent normalement.une quantité d'eau considérable à l'état libre et à l'état combiné et leur analyse pondérale après séchage donne moins de 3% de nickel, moins de 0,15% de cobalt et plus de 20 15% de fer. On connaît différents procédés permettant d'obtenir, à partir de ces minerais, des alliages de fer et de nickel dits "ferro-nickels ". Dans le procédé KRUPP-RENN le minerai est réduit d'une ma-25 nière directe et totale dans un four tournant; le nickel est recueilli avec le fer dans des granulés métalliques appelés " loupes" et qui sont du ferro-nickel impur; ces "loupes" emprisonnées dans la scorie, doivent en être extraites, par un broyage et une séparation magnétique. 30 Les autres procédés principaux actuellement en usage sont de nature électro-métallurgique. Suivant le procédé PERRIN, appliqué surtout aux Etats-Unis le minerai est préchauffé, puis fondu dans un four électrique et la matière en fusion est mélangée avec un bain ferro-nickel et un 35 agent réducteur tel que le ferro-silicium; après une dëphosphora-tion dans un four séparé, on obtient un ferro-nickel ayant une richesse en nickel de l'ordre de 40% et relativement impur. Suivant le procédé appliqué en Nouvelle-Calédonie, le minerai préchauffé est mélangé avec du coke et fondu dans un four 40 électrique. La fonte nickelifère ainsi obtenue est dësulfurisée 70 15196 2 2040425 puis traitée d'une façon classique dans un convertisseur BESSEMER pour éliminer la majeure partie du carbone et les impuretés telles que le chrome, le- silicium, le phosphore; on élimine en même temps une partie du fer afin d'enrichir l'alliage en nickel et 5 d'obtenir un ferro-nickel dont la teneur en nickel est de l'ordre de 27 à 30 %. Suivant le procédé Udy, le minerai est d'abord stabilisé par calcination, il est ensuite mélangé avec des fondants appropriés de préférence de la magnésie et de la silice, et chauffé 10 entre 1100° et 1300°C dans un four rotatif classique. Le produit sortant de ce four rotatif est additionné de réducteur carboné en quantité voulue pour réduire la totalité du nickel et une partie seulement du fer, la charge ainsi constituée est fondue dans un four électrique a trois électrodes ou elle est introduite sur 15 la périphérie, sa surface supérieure allant en s'abaissant depuis la paroi du four jusqu'aux électrodes. Suivant le procédé Moussoulos, qui est appliqué principalement en Grèce et qui a fait l'objet de perfectionnements successifs, le minerai est d'abord soumis à une réduction contrôlée dans 20 un four rotatif muni de dispositifs spéciaux permettant notamment de faire circuler dans ce four des courants gazeux ayant des directions des débits, des vitesses et des compositions convenables ensuite le produit sortant du four rotatif, après avoir été éventuellement mélangé avec une certaine quantité de minerai n'ayant 25 pas subi de réduction préalable, est introduit au centre d'un four électrique travaillant à bain nu où il est fondu à une température comprise d'ordinaire entre 1450° et 1550°C, le ferro-nickel obtenu à la sortie du four électrique est enfin désulfuré et enrichi davantage en nickel, en cas de besoin. 30 Tous les procédés électro-métallurgiques présentent 1'in convénient de consommer une quantité importante d'énergie électrique, qui dans certaines régions est coûteuse et peu,abondante, et d'exiger d'importants investissements. Le premier but de la présente invention est de remédier à 35 cet inconvénient, tout en permettant d'obtenir du premier coup et sans perte sensible de nickel un alliage de qualité commerciale, débarrassé d'éléments oxydables tels que le silicium, le carbone le chrome et le phosphore. L'invention a aussi pour but de fournir une méthode nouvel-40 le pour maîtriser la réduction des minerais de nickel siliceux 70 15196 3 2040425 hautement réfractaires de manière .à obtenir un produit bien homogène à point de fusion relativement bas, facile à traiter ultérieurement. L'invention a encore pour but de fournir des moyens de rë-5 glage de la température de l'alliage fondu qui est recueilli et de faciliter ainsi sa manutention. Suivant la présente invention, le procédé de production de ferro-nickels riches à partir de minerais de fer pauvres en nickel tels que des latérites, dans lequel le minerai à traiter, après 10 avoir été additionné de combustible carboné solide et éventuellement de fondants, subit une réduction préalable incomplète à une température inférieure au point de ramollissement dudit minerai et dans lequel le produit de cette réduction préalable est ensuite fondu, de manière à obtenir un alliage de ferro-nickel riche en 15 nickel et une scorie à très faible teneur en nickel recouvrant l'alliage, est caractérisé en ce que la fusion est effectuée dans des conditions permettant, de façon continue, le brassage de l'alliage et de la scorie et le renouvellement de leur surface de contact, la chaleur nécessaire à la fusion étant fournie par la 20 flamme d'au moins un brûleur. Grâce au brassage continu du bain, à la chaleur intense produite par la flamme du brûleur et au caractère oxydant de la scorie, l'équilibre chimique entre l'alliage et la scorie est rapidement atteint et les éléments oxydables sont complètement éli-25 minés. Selon un mode d'exécution préféré de l'invention, le minerai à traiter et le combustible carboné sont broyés, mélangés et agglomérés sous la forme de boulettes qui subissent ensuite la réduction préalable. Cette réduction a notamment pour effet de dur-30 cir les boulettes, ce qui facilite leur manutention ultérieure et diminue la production de poussière. A l'étape de la fusion l'emploi d'une charge propre et bien calibrée permet de mieux maîtriser la composition de l'alliage obtenu et d'améliorer le rendement thermique du four. 35 Le four employé pour la fusion est, de préférence, entraî né en rotation autour d'un axe faiblement incliné sur l'horizontale et sa paroi extérieure est abondamment arrosée de sorte qu'elle soit constamment recouverte d'une couche d'eau continue. Le refroidissement qui en résulte permet de limiter efficacement l'usu-40 re du revêtement intérieur du four. 70 15196 4 2040425 L'alliage et la scorie en fusion qui sont évacués à l'extrémité la plus basse du four rotatif, sont recueillis, de préférence, dans un pot où ils se séparent par différence de densité; ce pot est muni d'un dispositif de réglage de la température, qui 5 permet de maintenir l'alliage dans l'état le plus convenable pour la coulée. D'autres particularités de l'invention résulteront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitait) tifs, on a représenté une forme particulière d'exécution de l'invention, La Figure 1 est une coupe verticale schématique de l'ensemble du dispositif correspondant à cette forme d'exécution. La Figure 2 est une coupe verticale à plus grande échelle 15 de l'extrémité du four de fusion, du côté où se fait l'évacuation. La Figure 3 est une coupe transversale, à la même échelle que la précédente, suivant III-III de la Figure 2. Le dispositif représenté par la Figure 1 comprend un four rotatif de réduction.préalable 11 dont la structure est conforme 20 aux caractéristiques indiquées dans le brevet français délivré au demandeur le 16 Décembre 1968 sous le N°1.555.289. Au-dessous de la sortie de ce four est disposée une trémie 1 isolée thermi-quement. Une goulotte 3 refroidie par une circulation d'eau fait communiquer la base de cette trémie avec l'entrée 8 d'un four de 25 fusion 2. La goulotte 3 traverse une chambre S poussières 9 dont les parois 10 sont revêtues de briques réfractaires et qui est jointive du four de fusion 2 par l'intermédiaire d'une garniture étanche 13. Des conduits tels que 12 relient la partie supérieure de la chambre à poussières 9 au dispositif d'admission des gaz 30 chauds dans le four de réduction préalable 11. Le long des parois intérieures de la chambre à poussière 9 sont disposés des récupérateurs 14 pour le prëchauffage de l'air destiné à des brûleurs qui équipent le four de fusion 2. Ces brûleurs, alimentés avec de l'huile lourde, sont au 35 nombre de deux: un brûleur à courte flamme 5 et un brûleur à longue flamme 6, ils sont disposés au voisinage de l'extrémité de sortie du four de fusion 2; l'air de combustion est préchauffé dans les récupérateurs 14 et/ou enrichi en oxygène. Le four de fusion 2 est mobile autour d'un axe AA lëgère-40 ment incliné sur l'horizontale, le côté le plus haut correspondant 70 15196 5 2040425 à l'entrée 8; il est entraîné en rotation à une vitesse comprise entre 2 et 5 tours/minute au moyen d'un mécanisme non représenté sur la figure. Il est revêtu intérieurement de briques de magnésie 4. La paroi du four 2 est traversé, notamment dans les zônes en 5 contact avec la scorie fondue, par des orifices dans lesquels sont logés des couples thermoëlectriques 15. Un dispositif d'arrosage 7 est prévu pour refroidir les parois du four de fusion 2. Un collecteur d'eau 26 est disposé le long de la même génératrice inférieure 25. Le four de fusion 2 présente encore un trou de coulée 10 16 traversant la paroi et le revêtement 4 au voisinage de l'extrémité de sortie; ce trou de coulée pourrait d'ailleurs être supprimé ou au contraire être doublé par un second trou diamétralement opposé au premier. Un pot de séparation de l'alliage et de la scorie 17 est 15 disposé au-dessous de l'extrémité d'évacuation du four de fusion 2. Ce pot de séparation 17 comprend une partie cylindrique 18, entourée d'un circuit électrique, qui se comporte comme un four à induction sans noyau; la partie cylindrique 18 est surmontée d'une partie tronconique 19 refroidie par une circulation d'eau extérieure. 20 Un trou de coulée 27 est prévu à la base du pot de séparation 17, laquelle repose sur un chariot 20 permettant un échange rapide en cas de besoin. Une goulotte 21 est prévue à la partie supérieure du pot de séparation 17; au-dessous de cette goulotte 21 se trouvent un bac de granulation de la scorie 22 rempli d'eau et une vis 25 sans fin d'égouttage 23. On va maintenant décrire le fonctionnement de cette installation. Le minerai séché et broyé est soigneusement homogénéisé puis stocké dans une première série de trémies non représentées 30 sur les figures. Ce minerai homogénéisé est extrait desdites trémies à une cadence constante et aggloméré, suivant une technique connue, dans un tambour ou sur un disque pour obtenir des boulettes fréquemment désignées par le terme "pellets". Ces boulettes crues sont séchées au moyen des gaz s'échappant du four rotatif 11 puis 35 elles sont enfournées dans ledit four suivant les flèches F et portées à une température comprise entre 1000°' et 1200°C. Le four rotatif 11 est chauffé au moyen des gaz s'échappant du four de réduction 2 par la chambre à poussières 9 et les conduits 12. Il est muni de ventilateurs, non représentés•sur la 40 figure, permettant de souffler dans ledit four des quantités d' 70 15196 6 2040425 air réglables et, par suite, de maîtriser la composition des gaz en circulation dans ledit four, notamment de leur conférer un caractère oxydant.,A leur sortie du four rotatif 11, les boulettes ont acquis une résistance élevée; tout le nickel qu'elles contien-5 nent est réduit à l'état métallique; en ce qui concerne le fer, seule une faible partie, ne dépassant pas 6% est à l'état métallique alors que 70 à 85% sont à l'état de FeO et que le reste est encore à l'état de Fe2C>3; les boulettes cuites contiennent encore une petite quantité de carbone, ne dépassant pas 1%. La majeure 10 partie du es*- concentrée au voisinage de la surface des bou lettes, ce qui a pour effet d'élever notablement leur point de ramollissement et de leur permettre de supporter une température de l'ordre de 1200°C sans risquer qu'elles ne se collent entre elles ou aux parois du four. 15_ A leur sortie du four rotatif 11, les boulettes sont sto ckées dans la trémie 1, isolée thermiquement; puis comme le montrent les flèches F elles sont enfournées, de manière continue ou intermittente par la goulotte refroidie 3, dans le four de fusion 2, avec addition éventuelle de petites quantités de fondants, no-20 tareraient du fluorure de calcium, et de combustible carboné non broyé, par exemple sous forme de coke en grains, afin d'ajuster le point de fusion du mélange aux environs de 13 00°C et la richesse en nickel de l'alliage final. Cette richesse est en effet conditionnée par les quantités de nickel, de carbone et d'oxydes de 25 fer supérieurs contenus dans la charge. La charge du four de fusion 2 est soumise à l'action directe de la flamme produite par les brûleurs 5 et 6 ainsi qu'à celle des parois. Aux environs de 1350°C la fusion de la partie non métallique de cette charge est généralement terminée, le métal 30 étant encore pâteux. Mais on doit encore faire monter la température jusqu'à une valeur comprise entre 1450°C et 1550°C pour donner une.fluidité suffisante à l'alliage et à la scorie liquides. La rotation du four de- fusion 2 provoque un renouvellement continuel de la surface de contact entre l'alliage et la scorie, ce 35 qui a pour effet d'intensifier les réactions chimiques au niveau de cette surface; en particulier les réactions qui produisent le raffinage de l'alliage, grâce au caractère oxydant de la scorie, sont très actives.et l'équilibre chimique entre l'alliage et la scorie est rapidement obtenu. Les éléments facilement oxydables 40 comme le silicium, le chrome, le phosphore et le carbone sont 70 15196 7 2040425 éliminés de l'alliage dans lequel il ne reste plus comme impureté qu'une quantité relativement élevée de soufre suivant les teneurs en cet élément du minerai initial, du réducteur carboné et de l'huile lourde envoyés dans les brûleurs 5 et 6; des procédés bien 5 connus permettent de l'éliminer aisément. Le refroidissement très énergique des parois du four, qui est obtenu grâce au dispositif d'arrosage 7 assure la protection du revêtement en briques 4 et permet à un auto-revêtement de s'établir dans la zône où la scorie est à l'état fondu. L'état du re-10 vêtement est constamment surveillé grâce aux couples thermoëlec-triques 15. Les gaz de combustion s'êchapppent par l'extrémité d'entrée 8 dans la chambre à poussières 9 d'où ils sont dirigés, comme indiqué ci-dessus, vers le four rotatif 11 en suivant le trajet indiqué par les flèches L . La surface libre du bain dans 15 le four de fusion s'établit sensiblement au niveau le plus bas atteint par le trou de coulée 16 au cours du mouvement de rotation du four 2. A l'extrémité du four de fusion 2 opposée à l'entrée 8, l'alliage et la scorie sont évacués à l'état liquide, soit par le 20 trou de coulée 16 soit éventuellement par l'ouverture axiale du four, dans le pot de séparation 17 comme indiqué par la flèche G. L'alliage se rassemble dans la partie cylindrique 18, dont la température est maintenue à la valeur voulue grâce au dispositif de chauffage électrique à induction dont elle est pourvue, et il est 25 finalement recueilli par le trou de coulée 27 comme indiqué par la flèche H. La scorie se rassemble dans la partie supérieure 19 et elle s'en échappe par la goulotte 21 pour tomber, comme indiqué par la flèche K, dans le bac de granulation 22, au-dessous duquel elle est reprise à l'état solide par la vis d'ëgouttage 23. 30 Le procédé qui vient d'être décrit combine d'une manière originale l'homogénéisation et l'agglomération du minerai à l'état de boulettes, le traitement préalable de ces boulettes, maintenues à l'état solide, dans un four de réduction 11, puis leur fusion dans un autre four rotatif 2 avec des additions éventuel-35 les de fondants et de carbone. Il permet, d'une manière particulièrement économique, d'extraire le nickel des latérites et de l'obtenir directement a l'état de ferro-nickel exempt d'impuretés oxydables. La richesse de cet alliage en nickel peut être réglée aisément à n'importe quel taux jusqu'à 90% cependant pour que 40 les pertes de nickel soient minimales on se limite généralement 70 15196 8 2040425 à un taux de 27 à 30% qui est le minimum commercialement acceptable. En effet pour que les réactions chimiques se déroulent avec le meilleur rendement, il convient de se maintenir aussi près que possible de l'équilibre chimique et il est bien connu que la teneur 5 en nickel de la scorie en équilibre avec l'alliage est une fonction linéaire croissante de la teneur en nickel de l'alliage. Avec la teneur de 27 à 30% citée plus haut, le nickel retenu par la scorie représente moins de 0,07% du poids du minerai initial; pour une latérite usuelle contenant de 1,2 à 1,5 % de nickel, le rende-10 ment total en nickel est donc d'au moins 95%. Grâce à ce rendement élevé et aux moyens particulièrement économiques qui sont mis en oeuvre dans le procédé décrit, on peut traiter avec profit des minerais très pauvres qu'aucun autre procédé ne permettrait d'utiliser . 15 Les exemples suivants, qui sont donnés à titre indicatif, sans qu'il puisse en résulter une limitation de la portée de l'invention, permettant de mieux comprendre l'intérêt de celle-ci. Exemple I Un minerai latéritique des Philippines contenant, à l'état sec: 1,44 % de nickel, 0,08% de cobalt; 30,50% de fer; 20 21,80% de silice et 10,30% de magnésie est séché et broyé; puis on y ajoute 12% de lignite, ce pourcentage s'appliquant aux matières sèches, qui contient 31,10% de carbone fixe; 54,90% de matières volatiles et 14,00% de cendres; ce lignite a une teneur en soufre totale de 2,44%, une partie de ce soufre étant comprise 25 dans les matières volatiles et l'autre partie dans les cendres. Après une homogénéisation complète, le mélange est aggloméré sous forme de boulettes crues, puis traité dans un four rotatif à 1050°C en atmosphère légèrement réductrice. Les boulettes réduites chaudes sortant dudit four rotatif ont une bonne résis-30 tance mécanique; elles contiennent 0,96% de carbone, la totalité du nickel et du cobalt est à l'état métallique; le fer se trouve en partie à l'état de FeO (38,2% de FeO par rapport au poids des boulettes) et en partie à l'état de (8,83% de Fe2°3 Par rapport au poids des boulettes), la teneur en fer métallique étant 35 nulle. Les boulettes ainsi réduites sont ensuite additionnées de 1% de fluorure de calcium et de 1,1% de carbone sous forme de coke et le mélange est passé dans un four de fusion tournant à 1480°C. Le ferro-nickel obtenu contient:'29,10% de nickel; 1,13% de cobalt 40 o,03% de silicium; 0,01% de phosphore; 0,02% de chrome; 0,11% 70 15196 9 2040425 de soufre. Du nickel contenu dans le minerai 95,67% se retrouvent dans le- ferro-nickel, la scorie renfermant environ 0,05% de nickel. Exemple II- Les boulettes réduites, ayant la même composition que celles de l'exemple I sont additionnées de 1% de fluorure de cal-5 cium et de 0,80% de carbone sous forme de coke et le mélange est passé dans un four de fusion tournant à 1480°C. Le ferro-nickel obtenu contient 41,65% de nickel et il en reste environ 0,13% dans la scorie; le rendement global en nickel se trouve abaissé à 90,90 %. 10 De nombreuses variantes peuvent être apportées au procédé décrit sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple la réduction préalable des boulettes crues pourrait être effectuée suivant l'une quelconque des techniques bien connues, par exemple sur un grille Dwight-Lloyd ou dans un four à cuve au lieu de l'être dans 15 un four rotatif comme il est prévu ci-dessus. " Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de 1'invention ". 20 70 15196 10 2040425 REVENDICATIONS 1. Procédé de production de ferro-nickels riches à partir de minerais de fer pauvres en nickel, tels que des latérites,, dans lequel le minerai à traiter, après avoir été additionné de combus-5 tible carboné solide et éventuellement de fondants, subit une réduction préalable incomplète à une température inférieure au point de ramollissement dudit minerai et dans lequel le produit de cette réduction préalable est ensuite fondu de manière à obtenir un alliage de ferro-nickel liquide riche en nickel et une scorie à très 10 faible, teneur en nickel recouvrant l'alliage, caractérisé en ce que la fusion est effectuée dans des conditions permettant de façon continue le brassage de l'alliage et de la scorie et le renouvellement de leur surface de contact la chaleur nécessaire à la fusion étant fournie par la flamme d'au moins un brûleur. 15 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le minerai à traiter et le combustible carboné sont broyés, mélangés en quantités déterminées et agglomérés suivant une technique connue sous la forme de boulettes de composition homogène qui subissent ensuite la réduction préalable. 20 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la réduction préalable du minerai par le combustible carboné est effectuée à une température comprise entre 1000° et 1200°C et en atmosphère légèrement oxydante. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que 25 les boulettes ayant subi la réduction préalable sont mélangées avec une quantité déterminée de combustible carboné non broyé, après quoi elles sont chargées dans l'appareil de fusion. 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que des fondants sont ajoutés au mélange de boulettes et de combustible 30 non broyé avant le chargement dans l'appareil de fusion. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que les fondants comprennent notamment du fluorure de Ca. 7. Procédé selon la revendication 1 caractérisé ce que la tëmpérature à laquelle s'effectue la fusion du produit provenant 35 de la réduction préalable est comprise entre 1450°C et 1550°C. 8. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'alliage fondu et la scorie fondue sont évacués simultanément et de façon continue dans un pot, dans lequel s'effectue leur séparation par densité, la partie inférieure de ce pot étant main- 40 tenue à une température déterminée. 70 15196 11 2040425 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la re vendication 1, caractérisé en ce que la fusion du produit provenant de la réduction préalable est effectuée dans un four à chauffage interne tournant autour d'un axe faiblement incliné sur l'ho-5 rizontale, la paroi intérieure de ce four étant revêtue de briques de magnésie et sa paroi extérieure étant refroidie de manière à limiter l'usure du revêtement intérieur. "10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que la paroi extérieure du four de fusion est abondamment arrosée, de 10 sorte qu'elle reste constamment recouverte d'une couche continue d'eau. 11. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le four de fusion est chauffé au moyen de deux brûleurs à huile lourde, l'un à flamme longue et l'autre à flamme courte, disposés 15 au voisinage de l'extrémité du four par laquelle se fait l'évacuation de l'alliage et de la scorie. 12. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce qu' un pot de séparation de l'alliage et de la scorie est disposé au-dessous de l'extrémité d'évacuation du four de fusion. 20 13. Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce que la partie inférieure du pot de séparation est pourvue d'un enroulement parcouru par un courant électrique et assurant le chauffage par induction de l'alliage fondu. 14. Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce que 25 la partie supérieure du pot de séparation est pourvue d'un circuit d'eau de refroidissement. 15. Dispositif conforme à la revendication 14 caractérisé en ce que le pot de séparation est monté sur un chariot et en ce qu' il fait partie d'un ensemble de pots interchangeables. 30