Brevet FR2028142A1 — publié le 19701009

La présente invention concerne un procédé pour la préparation dtun résidu de calcination de pyrite destiné à la fabrication de la fonte2 qui est exempt de gangue et d'éléments d'accompagnementO Au cours du grillage de la pyrite de fer, il se produit, en géndral, des résidus de calcination qui renferment encore des proportions importantes de gangue et d'éléments d'accompagnement ou d'impuretés tels que le plomb ou le zinc, et qui sont, par suite, extrêmenent indésirables pour la transfo mation en fonte des résidus de calcination renfermant de l'oxyde de fer dans les hauts fourneaux et mettent m8me, partiellementy en question ltutilisation conjointe de cette sorte de résidus de calcination dans la charge de minerai et de fondants en raison de la pauvreté de leur teneur en fer0 Il est maintenant connu de conduire le grillage de la pyrite en une couche tourbillonnaire de telle manière que, dans un premier stade, le soufre disponible ainsi désigné soit libéré, et que la pyrite partiellement désulfurée soit grillée dans un deuxième stade pour former l'hématite (Fe203)0 Il est en outre connu de prévoir l'utilisation des gaz de grillage chauds, formés dans le deuxième stade, comme gaz de fluidification pour le premier stade et d'entraîner le soufre disponible au moyen de l'ensemble des gaz de grillage chauds (brevet Allemand n 617 603, brevet Allemand n 1 098 921 )r Selon les conditions opératoires, la pyrite partiellement désulfurée est-transformée en Fe2O3, Fe304 ou en un mélange de ces deux composés. Dans les documents ainsi divulgués, on ne trouve toutefois aucun indice quant à la possibilité et la manière d'éli- miner la gangue et les éléments d'accompagnement. L'invention permet de disposer essentiellement dtun pro cédé économique pour la préparation de résidus de calcination formés par l'oxyde de fer, pratiquement exempts de gangue et d'éléments d'accompagnement et destinés à la fabrication de la fonte0 A cet effet, lçinvention est fondée sur un procédé connu en lui mime pour le grillage de la pyrite0 L'invention est ainsi caractérisée par la combinaison des trois stades opératoires suivants se déroulant deune manière continue a) Dans un premier stade on procède au chauffage de la pyrite de fer dans une couche tourbillonnaire à 600-800 C et A la disso ciation de FeS2 en FeS et en composés volatils du soufre par grillage partiel avec de l'air ou par recyclage des gaz de grillage chauds provenant du deuxième stade de grillage (c)O b) On procède à la fusion de la pyrite, préchauffée, partiellement désulfurée, et provenant du stade opératoire (a), dans un four électrique, à l'entraînement des sulfures de métaux volatils et à l'enlèvement des scories et du sulfure de fer, c) On procède au grillage du sulfure de fer amené à la dimension de particules appropriée dans une couche tourbillonnaire aux températures de 900 à 11000C, de préférence de 950 à 1000 C. Pour la réalisation du procédé de ltinvention, on utilise une pyrite réduite en particules de fines dimensions, par exemple, ayant des dimensions de particules réduites jusqu'à 4 mmO Il est, à cet effet, convenable d'introduire la pyrite en fines particules à l'état préchauffé dans le procédé, et d'une manière convenable, on introduit la matière à traiter à une tem pérature dsenviron 3000C dans la couche tourbillonnaire0 la couche tourbillonnaire elle-même se trouve à une température d'environ 600 à 8000C, Dans ce premier stade opératoire, on soumet la pyrite à un grillage, de manière connue en soi, avec des gaz con- tenant de l'oxygène, en particulier de l'air, de telle manière qu'il se forme un produit prégrillé ayant une proportion de Fe : S égale au minimum à 1 : 1, ou, encore, on utilise pour le prégrillage, en totalité ou partiellement le gaz de grillage chaud provenant du deuxième stade de grillage afin de récupérer la chaleur renfermée par lesdits gaz de grillage0 Les gaz s'échappant du stade de prégrillage, qui renferment en dehors de S02, des quantités variables de vapeur de soufre et de sulfure d'arsenic, sont dépoussiérés dans des cyclones montés successivement et on les transforme, éventuellement après une post-combustion de la vapeur de soufre éventuellement présente, en acide sulfurique0 Dans certains cas, il peut également être convenable d'introduire la pyrite réduite en fines particules en même temps que du sulfate ferreux afin d'augmenter la proportion dvanhydride sulfureux dans le gaz de grillage. La pyrite chaude, partiellement désulfurée,qui qui peut renfermer encore de la gangue de même que des éléments d'accom- pagnement tels que le zinc et le plomb, est alors directement amenée au four électrique en même temps que les produits séparés des cyclones du premier stade de grillage. Ce genre de four électrique est connu en soi d'après les procédés métallurgiques dans lesquels par exemple, on fait fondre le minerai sulfuré et on procède à une séparation des produits résultant du procédé, à savoir les scories et le sulfure de métal. Le four électrique opère à une température de bain de 1200 à 14000Co Pour faciliter la réaction et la séparation entre la matière en fusion et les scories et le sulfure de fer, on peut éventuellement ajouter encore un fondant, tel que la chaux, des sels de métaux alcalins ou alcalino-terreux.Pendant la réaction de fusion, la plus grande partie des éléments d'accompagnement de la pyrite partiellement dé sulfurée sont chassés sous forme de sulfures volatils, tels que le sulfure de zinc ou le sulfure de plomb. Lorsque le zinc doit atre volatilisé d'une manière aussi poussée que possible, il s'avère utile d'ajouter au mélange de sulfure de fer-scories fondu une certaine quantité de fer métallique, par exemple de la ferraille. Le fer réagit dans ce cas avec le sulfure de zinc encore présent en formant.FeS et de la vapeur de zinc qui s'échappe avec le courant gazeux0 Le courant gazeux retiré du four électrique et qui renferme les sulfures des éléments d'accompagnement est reuni avec le courant de gaz résiduaire du premier stade de grillage et on envoie alors ensemble les gaz ainsi réunis dans un stade de traitement complémentaire0 Il peut, cet effet, autre convenable de soumettre le courant de gaz réunis, qui renferme la vapeur de soufre, l'anhydride sulfureux de même également que des sulfures de métaux volatils une post-combustion commune avec amenée de gaz renfermant de ltoxygèneO Dans ce cas, la matière résultant de la post-combustion est constituée par des poussières oxydiques, par exemple, de zinc et de plomb, On soumet le courant gaseux renfermant des poussières oxydiques ou, lorsqu'on noa pas effectué de post-combustion, le courant gazeux renfermant les matières en poussières sulfurées, à une purification de gaz par voie électrostatique, dans quel cas on peut alors envoyer le gaz résiduaire contenant de l'anhydride sulfureux, par exemple, ensuite, & une installation de préparation d'acide sulfurique. A partir du four électrique, on soutire le sulfure de fer sous forme pratiquement pure et largement exempte de gangue et d'éléments d'accompagnement On amène alors le sulfure de fer en dimension de particules appropriée pour le stade de grillage consécutif0 On peut effectuer cette opération soit directement par granulation de la masse fondue, soit, toutefois, en introduisant la masse formée dans une autre opération de réduction des dimensions0 La masse à dimensions de particules réduites parvient alors dans le réacteur 9 couche tourbillonnaire dtun deuxième stade de grillage. Dans ce stade, on grille le sulfure de fer aux températures de 900 à 1100 C, de préférence & 950 & 1000 C, dans une couche tourbillonnaire pour le transformer en hématite. On peut introduire les gaz de grillage chauds, entièrement ou partiellement, dans le premier stade opératoire et afin d'y fournir la quantité de chaleur nécessaire pour le processus endothermique de séparation du soufre de pyrite disponible ou, encore, on peut les transformer directement dtune manière connue en soi, en acide sulfurique0 Le résidu de calcination ou l'hématie retiré à partir de la couche tourbillonnaire du deuxième stade de grillage ne contient plus de gangue,estexempt d'arsenic de mgme que pratiquement exempt de zinc et de plomb. Le procédé de l'invention présente des avantages0 Il permet d'obtenir un résidu de calcination transformable en fonte, sous forme dehématite, qui est exempt de gangue et qui ne contient que des faibles quantités d'impuretés gênantes telles que le zinc ou le plomb, tandis que, dans les procédés de grillage courants, il se forme un résidu de calcination fortement mélangé à des constituants indésirables. Enfin, par rapport à un mode opératoire seulement entrepris dans un four électrique, on économise plus de la moitié de lténergie électrique, tandis qu'également, dans la construction du four électrique utilisé dans le procédé de l'invention, il ne s'impose aucune exigence en ce qui concerne l'étanchéité aux gaz, car, dans le procédé de l'invention, il ne se forme pas de vapeur de soufre. Le procédé de lYinvention est illustré ci-après avec plus de détails par les exemples suivants, nullement destinés à limiter le cadre et l'esprit de l'invention, en référence à la figure unique du dessin annexé, dans laquelle les lettres ont la signification suivante : A Pyrite en fines particules + (F2SO4) B Premier stade de grillage C Pyrite (partiellement désulfurée) D Deuxième stade de grillage E Fe203 F Air tourbillonnaire G Sulfure de fer - FeS R Granulation I Four électrique J Scories K CaO L ZnS - PbS M Air N Post-combustion O Chaudière P Purification de gaz par voie électrostatique Q Installation de production de H2S04 R Poussière dioxydes :ZnO, PbO, Fe203 SIEMPIS 1 On introduit 1000 kg de pyrite en fines particules à 31,8 % de Fe, 40,5% de S, 8,4% de Zn, 0,5% de Pb, 9,1%de SiO2, et ayant une, dimension de particules abaissée jusqu'à 4 mm, dans un tambour sécheur rotatif 1, qui est directement chauffé avec des gaz de combustion d'huile0 La pyrite quittant le tambour sécheur 1 à une température de 3O00C parvent, par l'intermédiaire d'un sas d'admission, étanche aux gaz, dans un four à couche tourbillonnaire 2, dans lequel on introduit à la partie inférieure, au moyen de tuyères en céramique, des gaz de grillage chauds à 950 provenant du four de grillage 4.Lesdits gaz de grillage renferment 12 % de SO2 et 2,2 9t de 2 et ils ont été dépoussiérés d'une manière poussée dans un cyclone monté en amont. Dans le four de grillage 2, on débarrasse la pyrite d'environ 45% de sa teneur en soufre et on brûle celui-ci pour former le SO20 Les gaz de grillage provenant du four de grillage 2 parviennent, par l'intermédiaire du cyclone de purification, dans un four A post- combustion 5, dans lequel le soufre élémentaire éventuellement présent, est soumis à une post-combustion avec addition deair en formant SO2. pyrite partiellement désulfurée chaude, quittant le four de grillage 2 à environ 700 C, en une quantité de 820 kg, parvient directement dans le four électrique 3, dans lequel elle est complètement fondue à une température de 1400000 Dans cette opération, 85 % de la teneur en zinc de la pyrite et 90 % du plomb, sous forme de sulfures, sont volatilisés et, après addition d'air dans l'enceinte de post-combustion 5, sont brûlés en oxydes, ceux-ci étant séparés dans l'électro-filtre 6. A partir du four électrique 3, on retire un sulfure de fer que l'on granule avec de l'eau.On obtient 500 kg de sulfure de fer ayant une dimension de particules abaissée Jusqu' & 4 mm, que loon grilles d'une manière connue avec de l'air dans le four à couche tourbillonnaire 40 On réduits d'une manière connue en soi, l'oxyde ferrique, ainsi obtenu, en éponge de fer et on obtient ainsi un produit de haute pureté c EXEMPLE 2 On soumet une pyrite de flottation à 48 % de S, 41,2% de Fe, 0,8% de Zn, 5,8% de SiO2, après séchage, à un grillage avec de ltair dans un four à- couche tourbillonnaire, de manière à retirer du four un produit de grillage à 31% dé So Ce produit de prégrillage chaud, à environ 750 C, parvient directement dans un four électrique, dans lequel il est amené à la fusion0 On sépare le sulfure de fer liquide à partir des scories, de même liquides, et après granulation, on le grille dans un four à couche tourbillonnaire avec de l'air. On transforme le gaz de grillage ainsi obtenu, d'une manière connue en soi, ensemble avec le gaz de grillage du stade de prégrillage, en acide sulfurique. On réduit le résidu de calcination2 dune manière connue en soi, en éponge de fer. REVEND I CATI ON S Procédé pour la préparation de résidus de calcination, formés par l'oxyde de fer, pratiquement exempts de gangue et d'éléments deaccompagnement, et destinés à la fabrication de la fonte, ledit procédé étant caractérisé par la combinaison des trois stades opératoires suivants se d8roulant d9une manière continue : dans un premier stade on procède au chauffage de la pyrite de fer dans une couche tourbillonnaire à 600-800 C et à la dissociation de FeS2 en FeS et en composés volatils du soufre par grillage partiel avec de gaz ou par recyclage des gaz de grillage chauds provenant du deuxième stade de grillage, défini ci-après ; on procède dans un second stade à la fusion de la pyrite, préchauffée et partiellement désulfurée, provenant du premier stade opératoire, dans un four electriqueg à l'entraîne- ment des sulfures de métaux volatils et à l'enlèvement des scories et du sulfure de fer; on procède dans un troisième stade (ou second stade de grillage) au grillage du sulfure de fer amené à la dimension de particules appropriée dans une couche tourbillonnaire aux températures de 900 à 11000C, de préférence de 950 à 1000 C. 2. Procédé selon la revendication 1g caractérisé en ce quoon utilise dans le premier stade opératoire une pyrite chauffée à 300 C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce quton envoie les gaz de grillage du premier stade opératoire, en même temps que les gaz résiduaires contenant les sulfures de métaux, provenant du four électrique, et éventuellement après une post-combustion préalable, à une purification de gaz commune.