Brevet FR2066854A1 — publié le 19710813

La présente invention est relative à un four rotatif pour le traitement des minerais par le procédé de ségrégation. On sait que ce procédé consiste à réaliser à haute température une chloruration du métal et une production de chlorure métallique gazeux, au sein de la masse de minerai, suivie d'une réduction du chlorure par du carbone solide, avec dépôt du métal sur le carbone. Après refroidissement des minerais à l'abri de l'air ou noyage dans l'eau, on concentre mécaniquement le métal, notamment par flottation Ce procédé a été baptisé du nom de " ségrégation " parce que le métal, originellement disséminé dans la masse du minerai, se concentre en particules discrètes au cours de l'opération Ce procédé de traitement de minerai est parfois mis en oeuvre dans un four unique qui sert à la fois au chauffage et à la ségrégation. Dans d'autres cas on utilise deux fours distincts et le minerai chaud est transféré au four de ségrégation où il reçoit l'agent chlorurant et en général également le carbone servant de réactif . Parfois le carbone a déjà été ajouté au four de chauffage . Le four de ségrégation donne un temps de séjour qui peut varier de dix minutes à une heure et qui permet le déroulement des réactions La présente invention concerne un four de ségrégation comportant des caractéristiques originales et elle vise également divers modes de mise en oeuvre de ce four Suivant l'invention le four est rotatif et il est caractérisé en ce qu'il est court et de grand diamètre, le rapport de la longueur au diamètre intérieur étant compris entre 3 et 10. Ses extrémités, qui sont rétrécies de façon à permettre un coefficient de remplissage élevé compris entre 0,10 à 0,25, s'insèrent dans deux boites d'extrémité fixes et les joints entre parties fixes et parties mobiles sont assurés par le frottement de deux bagues b D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après qui en référence au dessin annexé en illustre un mode de réalisation donné à titre d'eem- ple dépourvu de tout caractère limitatif La Figure unique est une vue schématique en coupe verticale d'un exemple de réalisation du four En se référant à la figure on voit que le four rotatif 10 est assez court et de grand diamètre, le rapport de sa longueur au diamètre intérieur étant compris entre 3 et 10 Afin d'assurer un coefficient de remplissage élevé, de le volume du four et l'ordre de 0,10 à 0,25 qui diminue/les pertes de mé tal par volatilisation, les extrémités 12 et 14 du four sont rétrécies. La pente du four est assez faible ( 2 à 5% par exemple ) de façon à ce que l'avancement du minerai ne soit pas exagéré malgré une vitesse de rotation relativement élevée ( 2 à 4 tours par minute par exemple ). Suivant une caractéristique de l'invention, on insère dans le revêtement réfractaire du four certaines briques telles que 16 en saillie de façon à améliorer le brassage du minerai. Le revetement est épais et est calorifugé par l'emploi de briques isolantes Le four comporte à chacune de ses extrémités des boîtes d'extrémités fixes respectivement 20 et 22 . Les joints entre la partie mobile ( four ) et les boîtes d'extrémité fixes 20-22 sont assurés par le frottement de deux bagues telles que 18 pourvues de caractéristiques convenables et incapables de gripper . Suivant un exemple de réalisation l'une des deux bagues est en fonte et l'autre en acier . Ces bagues sont graissées de façon adéquete, par exemple avec une pate à base de sulfure de molybdène qui tient jusqu'à une température de 4000C. Les bagues sont disposées de façon à ne pas dépasser cette température. La sur pression dans le four est maintenue à quelques millimètres d'eau, par le réglage de l'évacuation des gaz de façon à ne pas soumettre les joints à des différences de pression exagérées. Pour permettre la dilatation libre du four, lors de la mise en chauffe avec maintien de l'étanchéité des joints, la bol- te de tête ou d'amont 20 est positionnée sur un bâti 24 comportant des galets ou des roues pouvant se déplacer sur un chemin de roulement, des rails par exemple, qui a la même pente que cel le du four et elle s'appuie, par son poids, contre le four, La boîte de queue ou d'aval 22 peut également etre montée sur un bti 26 déplaçable sur raile et elle est de même pressée contre le four par un contrepoids ou des ressorts (non représentés au dessin gaz chargés de composés du chlore qui se dégagent dans le four de ségrégation ne doivent pas se perdre dans l'atmosphère du four de chauffage.Plusieurs dispositifs diffèrentspeuvent être utilisés à cet effet .On peut constituer un sas à l'aide d'une sole doseuse dont la vitesse est réglée de façon à toujours maintenir au-dessus d'elle un joint de minerai,ou bien on peut,comme représenté au dessin,installer sur l'arrivée du minerai, deuxclb pets en série 28-30 qui s'ouvrent alternativement. Suivant un autre mode de réalisation on peut placer dans le tuyau,décrit ci-après,un brûleur dirigé vers le bas, ou y effectuer,dans le même sens,une légère injection de gaz. A condition de s'assurer que la différence de pression entre le four de chauffage et le four de ségrégation ne soit pas excessive, cette façon de procéder est efficace L'alimentation du four 10 en minerai chaud M est obtenue à l'aide d'un tuyau ou d'une goulotte 32 inclinée d'au moins 450 sur l'horizontale. Une inclinaison à 50-55 est satisfaisante. Les minerais pulvérulents et chauds s'écoulent souvent difficilement, même à des températures très inférieures aux températures de fusion ou de frittage, et la pente doit être importante.Le tuyau 32 est en général d'une seule pièce et aussi lisse que possible pour n'offrir aucun obstacle au glissement du minerai.Une ouverture à l'extrémité supérieure permet un ringardage manuel ou mécanique. Si le tuyau a une position fixe par rapport au four de chauffage, un joint flexible 34 est établi entre le tuyau 32 et la boite d'amont 20 du four de ségrégation pour permettre le mouvement de la boite 20. Le tuyau est fortement calorifugé dans sa partie extérieure au four Les réactifs solides, en dehors des réactifs gazeux qui sont introduits par un tube ou brûleur à la boîte amont, constitués par l'agent chlorurant solide et du carbone finement-broyés et qui sont en général mélangés, sont alimentés dans le four 10 par un alimenteur vibrant ou une vis 36.De la poussière de minerai est souvent ajoutée si l'agent chlorurant,comme c'est fréquemment le cas,est hydroscopique. L'alimenteur est disposé de façon que les réactifs tombent sur le talus de minerai produit par la rotation du four et soient immédiatement recouverts par de nouvelles couches de minerai, glissant ou roulant sur le talus. I1 est important que le mélange soit rapide et efficace et l'alimenteur peut être muni d'un -bec qui distribue les réactifs sur une certaine longueur, Dans un but de sécurité il faut que l'alimentation en réactifs soit coupée si l'arrivée du minerai venait à être interrompue. Suivant l'invention, on place un indicateur d'écoulement (non représentézdans la goulotte 32 commandant le mouvement de la vis d'alimentation 36 des réactifs. On peut utiliser à cet effet des systèmes mécaniques ou électroniques. Eventuellement l'agent chlorurant solide est remplacé par une injection d'acide chlorhydrique gazeux faite à la boîte amont. Le tuyau 39 sert à cette injection ou à l'introduction d'air ou de chlore mentionnée plus loin0 Le four 10 comporte à l'entrée un brtleur 38 qui sert à l'é- chauffement des réfractaires au démarrage. Eventuellement le brûleur est maintenu en marche en permanence et, dans ce cash la nature de la flamme doit entre contrôlée avec précision. Si le brûleur ne sert qu'au démarrage, il peut être retiré dès que la température voulue est atteinte. Les pièces qui pénètrent à l'intérieur du four telles que la goulotte d'alimentation 32 du minerai, l'alimenteur à réactifs 36 et éventuellement le bradeur 38 doivent entre protégés contre la corrosion. Elles peuvent être non métalliques, par exemple en silice ou en céramique ou constituées par un acier réfractaire émaillé. Une fonte à au moins 13 % et de préférence 14 à 16 % de silicium convient également bien par suite de sa résistance à l'acide chlorhydrique. Les gaz dégagés et les fumées du brûleur sont évacués par un carneau 40 relié à la boîte de queue 22 et vont à l'installation de traitement et de récupération des produits chlorés pour la régénération de l'agent chlorurant. Le minerai ségrégé est évacué à la base de la boîte de queue 22 et tombe dans un conduit vertical qui reçoit une injection d'eau annulaire 48 et qui présente à sa base un joint d'eau. L'injection d'eau est destinée à éviter le bouchage par du minerai humide. Ce conduit 42 pourrait également déverser le minerai dans un refroidisseur rotatif. Dans ce cas celui-ci devrait être maintenu sous pression pour empêcher toute rentrée d'airs La température est mesurée et enregistrée dans le four par des couples thermoélectriques tels que 44 placés soit dans le revêtement cylindrique et connectée à des rails de contact concentriques au four et qui tournent avec celui-ci, soit dans les boites d'extrémité .La pression dans le four est mesurée et enregistrée et un relai sensible commande le ventilateur exhausteur de façon à maintenir dans le four une pression positive très faible de quelques milXmètres d'eau Une prise de gaz 46 est faite par la boSte de sortie 22 et analysée en continu par des moyens tels que l'analyse aux rayons infra-rouges ou l'analyse chromatographique On définira maintenant les caractéristiques d'emploi et de mise en oeuvre du four décrit ci-dessus CONXROLE DE LA T1PERATURE L'exécution correcte des réactions de ségrégation demande un contrôle précis de la température dans l'enceinte Dans la majorité des cas, le four n'est pas chauffé, et même lorsqu'il l'est, le chauffage n'est qu'un appoint et n'est pas très important.L'apport de chaleur principal est dA au minerai chaud alimenté et celui-ci doit être à température constante et alimenté avec un débit constant Les moyens prévus par l'invention , et par exemple , les clapets 28 - 30 , et le tuyau 72 doivent entre établis en conséquence et ne donner lieu à aucune obstruction CONTROLE DE LA CONSOSIDION DES GAZ La composition des gaz dans l'enceinte est un autre fan- teur essentiel et elle doit être réglée avec précision.Tous les dispositifs de construction qui ont été décrits plus haut ont précisément pour but de permettre ce réglage La composition du gaz au - dessus de la charge dépend de la nature et de la température de la charge , de l'admission des réactifs , et de l'admission de gaz sous une forme ou une autre Le réglage précis du débit des réactifs est essentiel Lorsque la température de ségrégation est relativement élevée, comme c'est le cas des minerais de nickel qui sont traités à 1000 OC, les conditions sont fortement réductrices et les gaz dégagés par la charge renferment beaucoup d'oxyde de carbone. Ces conditions sont parfois trop réductrices et sont la cause d'une rduction prématurée du chlorure de nickel gazeux ou même de l'oxyde Üe nickel. il y a intérêt alors 2- in@roduire un peu @'oxygène dans le four et à brûler une partie de l'oxyde de carbone. Ceci peut étre fait par le réglage du @rûleur placé dans lagoulotte a'a limentation de minerai ou du brûleur de chauffe 38 ou encore par une petite introduction 'air (39) à la boîte de tête 20. La com@ustion ue l'oxyde de carbone a un effet thermique favorable. Dans certaines conditions, et notarament dans le cas des minerais de nickel mentionne plus haut, il y a également dégagement de chlorure ferreux gazeux. L'introduction d'oxygene, mentionnée plus haut, l'oxyde en chlorure ferrique qui est décomposa par l'oxygane ou la vapeur d'eau, ce qui libre l'acide chlorhydrique contenu et ce qui est favorable pour le traitement ultérieur des gaz. Dans le traitement de certains minerais, comme les minerais de cuivre, la teneur en vapeur d'eau des gaz n'a pas d'importance, mais dans d'autres cas, elle joue au contraire un grand rôle. Par exemple, dans le traitement des minerais de nickel, l'accroissement de la teneur en vapeur d'eau des gaz a d'abord un effet favorable en diminuant la réduction du fer et en augmentant la teneur au concentré. Au delà d'une concentration critique toutefois, le chlorure de nickel gazeux est décomposé et la ségréga @ion est ruinée. La teneur en vapeur d'eau dépend du minerai qui peut contenir de l'eau e constitution ne se dégageant complètement qu'à haute température, et dans ce cas, c'est sur les conditions du chaurfago qu'il faut agir, pour en régler la quantité. Elle dépend galement des brûleurs mentionnes plus haut, c'est à dire de la nature @u com@ustible utilisé et du débit. On peut, au lieu de fuel ou de gaz naturel, employer le gaz pauvre d'un gazogène à coke ou un gaz de haut fourneau, tous deux exempts. ou presque, d'hy@rogene, pour diminuer 1, teneur en vapeur @'eau de l'enceinte. Une autre solution intéressante est d'introduire un peu de @@ore dans le four, per la boîte de tête @0. @@ se compine à l'@yarogene, et à haute température également, à la vapeur d'eau. Dans ce dernier cas et en présence d'oxy@e @e carbone on a la r@action : C12 + H20 + CO = 2 HCl + C02 On abaisse ainsi la concentration de la vapeur d'eau et on augmente celle de l'acide chlorhydrique. Le chlore oxyde également le chlorure ferreux en chlorure ferrique et facilite ainsi la libération de l'acide chlorhydrique0 CONTROLE DE LA DUREE DE SEJOUR La durée de séjour du minerai dans le four correspond au temps qui est nécessaire pour compléter les réactions. Elle est fixée par le rapport entre le débit horaire de minerai et le tonnage de minerai présent dans le four. Un four alimenté à 20 tonnes/Heure contenant 10 tonnes de minerai donne une durée de séjour de 30 minutes. Les réactions étant plus rapides lorsque la température s'élève, la durée de séjour peut être diminuée, c'est à dire que le débit peut être augmenté. Ceci nécessite un accroissement de la vitesse de rotation pour que le minerai ait une vitesse d'avancement convenable et ne s'accumule pas à l'entrée du four. Il demeure bien entendu que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté ici, ni aux modes de mise en oeuvre exposés ci-dessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. - REVENDICATIONS 1.- Four rotatif, pour le traitement des minerais- par le procédé de ségrégation,caracterisé en ce qu'il est Court et de grand diamètre, et en ce que le rapport de la longueur au diamètre intérieur est compris entre 3 et 10. 2.- Four selon la revendication 1,caractérisé en ce que Ses extrémités sont rétrécies de façon à permettre un coefficient de remplissage élevé de l'ordre de 0,10 à 0,25. 3. - Four selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ses extrémités s'insèrent dans deux boîtes d'extrémité fixes et les joints entre parties fixes et parties mobiles sont assurés par le frottement de deux bagues de caractéristiques convenables et incapables de gripper. 4.- Four selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'une des bagues est en fonte et l'autre en acier les bagues sont graissées de façon adéquate, par exemple avec une patte à base de sulfure demolybdène. 5.- Four selon la revendication 3 caractérisé en ce que las dites boites d'extrémité fixes respectivement amont et d'aval sont pourvues de moyens permettant leur déplacement sur un chemin de roulement, des rails par exemple, présentant la même pente que l'axe du four et elles peuvent se déplacer librement pour suivre la dilatation 6.- Four selon la revendication 5 caractérisé en ce que la bote d'amont s'appuie contre le four par son poids et la boite ou plusieurs d'aval est maintenue au contact par un/contrepoids ou ressorts. 7.- Four selon l'une quelconque des revendications I à 6 caractérisé en ce que le revêtement réfractaire est épais et calorifugé par des briques isolantes. 8.- Four selon la revendication 7, caractérisé en ce que s briques en saillie améliorent le brassage du minerai 9.- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que sa pente est assez faible, 2 à 30% par exemple, mais corrélativement la vitesse de rotation est assez grande, par exemple 2 à 4 tours par minute, pour assurer un brassage efficace du minerai sans une vitesse d'avancement excessive. 10.- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé n ce que un joint est prévu entre le four de chauffage et le futur de ségrégation pour que les gaz dégagés au four de ségrégation n soient pas entraînés dans le four de chauffage et pour permettre un contrôle précis de l'atmosphère Ou four de ségrégation. 11.- Four selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dit joint est fait soit de façon mécanique au moyen d'une sole doseuse ou d'un syst-me de clapets, soit de façon pneumatique à l'aide d'un brûleur ou un injecteur de gaz placé dans le tuyau d'alimentation du minerai. 12.- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caracterisé par un tuyau ou une goulotte incliné à au moins 45 qui pénètre dans le four et sert à l'alimentation du minerai, ce ou goulotte tuyau/est aussi lisse que possible pour ne présenter aucune obs- truction et comporte une ouverture à l'extrémité supérieure qui permet un ringardage manuel ou mécanique. 13.- Four selon la revendication 12, caractérisé en ce que le ou goulotte dit tuyau/est relié à la boîte d'amont par un joint flexible, permettant les mouvements. 14.- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'un alimenteur, constitué par un convoyeur vibrant ou une vis, sert à l'introduction des réactifs, cet alimenteur étant disposé de façon à ce que les réactifs tombent sur le talus de minerai produit par la rotation. 15.- Four selon la revendication 14 caractérisé en ce que le dit alimenteur est pourvu d'un bec qui distribue les réactifs sur une certaine longueur. 16.- Four selon la revendication 12, caractérisé en ce que ou goulotte un indicateur d'écoulement est installé dans le tuyau/d'alimen- tation du minerai et commande l'arrivée des réactifs en coupant celle-ci si l'arrivée du minerai est arrêtée. 17.- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'un tuyau raccordé à la boîte amont sert à l'introduction d'acide chlorhydrique gazeux, à la place du reac- tif chlorurant solide, ou à l'introduction d'air ou de chlore, servant à régler la composition du gaz dans le four. 18.- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'un brûleur est placé à l'entrée du four pour chauffer les réfractaires au démarrage et éventuellement pour réchauffer le minerai. 19.- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que les pièces qui pénètrent à l'intérieur du four c'est à dire tuyau d'alimentation du minerai, d'alimentation de gaz, alimenteur à réactifs et hrûleur,sont protégées contre la corrosion par l'acide chlorhydrique gazeux, qu'elles sont en silice ou en céramique, éventuellement en acier réfractaire émaillé, ou en fonte siliceuse à 13 à 16 % de silicium connue pour sa résistance à cette corrosion, 20.- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce qu'un carneau relié à la boîte aval sert à l'é- vacuation des gaz vers l'installation, de retraitement et de récupération des composés chlorés. 21.- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'un conduit vertical évacue le minerai à la base de la boîte aval et le conduit dans l'eau au dans un refroidisseur rotatif, maintenu sous pression pour éviter toute rentrée d'air. 22.- Four selon l'une quelconque des revendications I à 21 caractérisé en ce qu'il comportè des moyens pour mesurer et enregistrer en continu la température du four et la composition des gaz, notamment leur teneur en vapeur d'eau. 23.- Four selon la revendication 22, caractérisé en ce que sa température est mesurée et enregistrée par des couples thermo- électriques placés soit dans le revêtement cylindrique et connectés à des rails de contact concentriques au four et tournant avec lui, soit dans les boftes d'extrémités. 24.- Four selon la revendication 22, caractérisé en ce que une prise de gaz est faite par la boîte de sortie et analysée en continu à l'aide de rayons infra-rouges ou par chromatographie. 25.- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, caractérisé en ce que la pression régnant dans le four est mesurée et enregistrée et qu'un relais sensible commande le ventilateur exhausteur de façon à maintenir dans le four une surpression de quelques millimtres d'eau. 26.- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, caractérisé en ce que une faible quantité d'oxygene est introduite dans le rour par le réglage des brûleurs ou directement par l'injection d'un peu d'air à la boîte amont, pour brûler une par tie de l'oxyde de carbone dégagé et oxyder le chlorure ferreux dégagé. 27.- Four selon l'une quelconque des revendications I à 26, caractérisé en ce que la teneur en vapeur d'eau des gaz est contrôlée et maintenue dans des limites correctes. 28.- Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 27, caractérisé en ce qu'une faible quantité de chlore est injectée par la boîte amont pour réagir avec la vapeur d'eau des gaz, relever leur teneur en acide chlorhydrique, et oxyder le chlorure ferreux dégagé par la charge,