Brevet FR2112234A1 — publié le 19720616

La présente invention concerne un procédé de traitement de mélanges de minerais de latérites nickélifères pour préparer une matière première de grillage réducteur ayant une teneur pratiquement constante en fer. 5 On appelle en géologie "latérite" les minerais ferrugineux obtenus par transformation, sous l'effet des agents atmosphériques dans les conditions d'humidité tropicale, de roches. Les minerais, qui ont des compositions très variables, se trouvent à l'état de dépôt au voisinage de la surface du sol sous une couche de terrain de couverture d'épaisseur 10 variable. Les latérites nickélifères obtenues par dégradation sous l'effet des agents atmosphériques des roches nickélifères et ferrifères sont constituées d'une matière décomposée molle semblable parfois à de l'argile qu'on rencontre généralement sous forme de couches constituées de minéraux appelés "liminite" et "serpentine". Un dépôt typique de minerai nickélifère 15 latéritique se trouve dans l'île Nonoc dans les Philippines. Le dépôt est constitué de trois couches distinctes. La couche supérieure est en limonite dont le nickel et le cobalt ont été en grande partie éliminés par lessivage. La teneur de cette couche est normalement comprise entre 0,4 et 0,8% en poids de nickel, 0,05 et 0,08 % en poids de cobalt, et 46 à 48% 20 en poids de fer. La couche moyenne est constituée de limonite non tassée qui est relativement riche en nickel et en cobalt. Sa teneur en métaux est comprise entre 0,9 et 1,5% de nickel, 0,09 et 0,13% de cobalt et 41 à 46% de fer. La couche inférieure est constituée de serpentine tassée; sa teneur en métaux est comprise entre 0,8 et 1,7% de nickel, 1^05 à 0,08%, de cobalt 25 et 11 à 17% de fer. Donc, les couches de limonite ont une teneur relativement élevée en fer, comprise entre 41 et 48% et la couche de serpentine a une teneur beaucoup plus faible comprise entre 11 et 17%. Le minerai de ces trois couches est généralement assez humide; une teneur en humidité de 40% est courante. 30 Comme les dépôts de latérite sont mous et recouverts d'une couche molle relativement mince de terrain de couverture, on peut généralement exploiter les dépôts à ciel ouvert. On peut recueillir le minerai en utilisant des appareils de terrassement tels que des bulldozers, des pelles mécaniques et des dragues. Le forage et l'utilisation d'explosifs 35 sont rarement nécessaires. On transporte généralement le minerai dans des stocks de réserve d'où il est dirigé dans des installations de traitement. On connaît divers procédés pour récupérer le nickel et le cobalt dans les mélanges de minerais concentrés ou purs constitués de 71 35316 2 2112234 limonite et de serpentine nickélifères. La présente invention concerne la préparation de tels mélanges de minerais qu'on traite selon des procédés particuliers dans lesquels on réduit le minerai par grillage dans des conditions strictes pour mettre le nickel et le cobalt sous une for:a« 5 permettant de les extraire pratiquement sélectivement par lessivage en conditions oxydantes avec une solution ammoniacale de sel d'ammonium. La teneur en fer du minerai traité dans ce grillage réducteur a un effet important sur la réponse du minerai au grillage dans des conditions déterminées. Des conditions de grillage donnant les résultats optimaux 10 lorsqu'on les applique à un minerai ayant une teneur en fer donnée ne donnent pas les mêmes résultats lorsqu'on les applique à un minerai ayant une teneur en fer légèrement supérieure ou inférieure. Comme il est difficile de modifier les conditions de grillage pour s'adapter aux variations de la teneur en fer habituelles dans les minerais de latérite, il est très im-15 portant de régler la teneur en fer de la matière soumise à la réduction dans des limites très étroites. Si l'on n'opère pas ainsi, le rendement en nickel et cobalt varie considérablement et des problèmes importants se posent pour 1'utilisation des concentrateurs utilisés dans le circuit de lessivage. En raison des variations de la composition du minerai dans un 20 même dépôt, il est très difficile de régler la teneur en fer de la matière première dans les limites désirées. Généralement, on règle essentiellement la teneur en fer en utilisant des techniques d'exploitation sélectives* On utilise les dragues sur les faces de teneur connue des lits de limonite et de serpentine, et on 25 accumule dans une zone commune de stockage un nombre préalablement déterminé de bennes de minerai provenant de chaque face. On obtient ainsi un mélange de minerai de latérite ayant une teneur en fer pratiquement constante qu'on utilise pour le grillage. On ne peut utiliser ce mélange pour le grillage sans lui faire subir un traitement complémentaire car il contient 30 encore des blocs riches ou pauvres en fer qu'on ne peut admettre dans l'appareil de grillage. Dans l'art antérieur, on diminue ces variations importantes de la teneur en fer du mélange par homogénéisation des minerais dans la zone de stockage. Ainsi, on mélange les divers minerais et on obtient une matière première pratiquement homogène dont la teneur en fer ne 35 varie que de 2 à 3%. L'homogénéisation du minerai est une opération coûteuse et de plus des variations atteignant 2 à 3% de la teneur en fer du mélange à 71 35316 3 2112234 griller posent encore des problèmes sérieux. Les taux d'extraction du nickel et du cobalt dans le minerai varient considérablement et les concentrateurs ne fonctionnent pas de façon satisfaisante. Il est très souhaitable,pour obtenir les rendements optimaux en nickel et en cobalt 5 et un fonctionnement efficace du circuit de lessivage,de régler la teneur en fer du minerai d'alimentation dais une limite plus étroite que 2 à 3%. L'invention a donc pour but de traiter les mélanges de minerai de latérites nickélifères pour obtenir une matière première de réduction par grillage ayant une teneur en fer pratiquement constante 10 préalablement déterminée. L'invention vise également la mise en oeuvre de ce procédé sans utiliser un appareillage particulier différent de ceux utilisés dans les techniques précédemment décrites pour récupérer le nickel et le cobalt dans les mélanges de minerai.. 15 L'invention repose sur la découverte que de façon éton nante il existe une corrélation étroite entre la teneur en fer des particules de minerai de latérite non broyées et leur taille. On entend ici par "minerai non broyé?" le minerai qui a été concassé pour diviser les gros blocs et qui n'a pas encore été traité par un broyeur à boulets d'une 20 taille convenant à la réduction par grillage et au lessivage. Les particules non broyées ayant une teneur élevée en fer,qu'il s'agisse de la limonite ou de la serpentine,sont relativement petites. Les particules des deux minerais ayant une faible teneur en fer sont relativement grosses. Bien que la teneur moyenne en fer de la serpentine soit relativement 25 faible, les particules fines de ce minerai ont une teneur ai fer relativement élevée par rapport aux particules plus grosses. De même, les grosses particules de limonite ont une teneur en fer relativement faible bien que la teneur moyenne en fer de la limonite soit élevée. L'invention consiste à sécher et à diviser les particules 30 de minerai de latérite non broyée en particules supérieures à une taille donnée et ayant une faible teneur en fer et en particules inférieures à la taille donnée et ayant une teneur en fer élevée. On constate que lorsqu'on opère ainsi, les deux fractions ont une teneur pondérale en fer pratiquement constante. La variation est inférieure à 2% en poids et 35 généralement inférieure à 1% en poids. On mélange les fractions à sec dans les proportions nécessaires pour obtenir une matière première du dispositif de grillage ayant une teneur en fer préalablement déterminée très régulière, ce qui permet de réaliser et de maintenir un fonctionnement optimal du dispositif de grillage. 71 35316 4 21 1223^4 Plus particulièrement, le procédé de l'invention consiste à traiter un mélange humide de limonite et de serpentine pour obtenir une matière à griller ayant une teneur pondérale pratiquement constante en fer consistant : à sécher le mélange de minerai; a séparer les particules 5 de minerai sec en deux fractions, une fraction constituée de particules supérieures à une taille donnée et constituée essentiellement de particules à faible teneur en fer et en une seconde fraction constituée de particules inférieures à la taille préalablement déterminée constituée essentiellement de particules riches en fer; et à mélanger en continu les deux fractions 10 dans des proportions convenant à l'obtention d'un mélange ayant une teneur pondérale en fer préalablement déterminée pratiquement constante. On constate qu'en général, la majeure partie des particules de latérite retenues au tamis de 0,208 mm d'ouverture de mailles ont une teneur en fer relativement basse et les particules passant au tamis de 15 0,043 mm d'ouverture de mailles ont une teneur en fer relativement élevée. Ci-aprèsj de façon arbitraire, on considérera qu'un minerai ayant une teneur en fer d'environ 40% est un minerai à teneur élevée en fer et un minerai ayant une teneur inférieure à 40% est un minerai à faible teneur en fer. Par conséquent, la valeur de division des fractions de taille différente 20 correspondra à des ouvertures de mailles comprises entre 0,208 mm et 0,043 mm. De préférence, on réalise la séparation à une ouverture de mailles d'environ 0,074 mm. Si on réalise la division à une ouverture de mailles supérieure à 0,208 mm, la fraction fine contient trop de serpentine, ce qui abaisse la teneur en fer de cette fraction. Si on réalise la division à une 25 ouverture de mailles inférieure à 0,043 mm, la fraction à faible teneur en fer contiendra trop de limonite. Il est important que les deux fractions aient des teneurs en fer nettement différentes pour permettre un réglage plus précis de la teneur en fer du mélange des fractions. Ceci est obtenu lorsqu'on procède à la division des ouvertures de mailles comprises entre 30 0,208 et 0,043 mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en ee référant au dessin annexé dans lequel la figure unique représente un diagramme de fonctionnement simplifié montrant 35 la succession des opérations du mode préférentiel de réalisation de 1'invention. Selon ce mode préférentiel, on sèche tout d'abord le minerai humide dans un four à sécher 10 tournant chauffé à l'huile minérale. 71 35316 5 2112234 Les gaz chauds traversent le four à sécher à vitesse élevée si bien qu'une proportion importante de particules riches en fer est entraînée et sort du four avec le courant de gaz. Donc, les conditions d'utilisation du four à sécher ne sont pas réglées de façon à réduire au minimum les pertes uc pous-5 sières comme dans le procédé classique. Au contraire, les conditions sont réglées pour obtenir des pertes de poussières importantes. De préférence, la vitesse des gaz chauds est comprise dans la gamme de 2 à 6 m/s. Lorsque le four à sécher fonctionne dans ces conditions, il sèche non seulement le minerai mais il le sépart grossièrement en particules passant au tamis de 10 0,074 mm d'ouverture de mailles (qui sortent avec les gaz) et en particules de taille supérieure. Les particules qui sortent avec le gaz chaud sont essentiellement constituées de particules ayant une teneur élevée en fer. Les particules retenues au tamis de 0,074 mm d'ouverture de mailles restant dans le four à sécher ont essentiellement une faible teneur pondérale en 15 fer. La fraction fine entraînée par les gaz rejetés est recueillie dans un collecteur de poussières 12 constitué par exemple d'un cyclone et d'un dépoussiéreur électrostatique. La poussière est recueillie dans la zone de stockage 14 du minerai à teneur élevée en fer. 20 La fraction grossière du four à sécher traverse le tamis 16 qui retient les roches de plus de 9,4 mm. Ces roches ne contiennent généralement pas de nickel et de cobalt en quantité justifiant qu'on les soumette au traitement d'extraction, par conséquent, on les rejette. Le produit traversant le tamis pénètre dans 1'appareil de broyage par chocs 18 qui est 25 par exemple un broyeur à marteaux, dans lequel les matières fines adhérant aux particules grossières sont séparées et les particules fines agglomérées sont divisées. Les particules fines sont dirigées dans le dispositif de récupération des particules fines 20 qui est par exemple un classeur par air comprimé et réunies à la fraction à teneur élevée en fer du four sécheur 30 dans la zone de stockage 14. La fraction grossière est dirigée du dispositif 18 dans le dispositif de broyage par attrîtion 22 qui réduit la taille des particules. Le dispositif 22 peut être un broyeur à boulets. La matière broyée du dispositif 22 est dirigée dans la zone de stockage 24 à faible teneur en fer. 35 On prélève la matière dans les deux zones de stockage et on mélange de façon proportionnelle en 26 pour obtenir une matière première ayant une teneur préalablement déterminée et constante en fer. 71 35316 6 2112234 Sous sa forme la plus simple, le procédé de l'invention comporte donc deux stades; le premfe: consistant à diviser le mélange séché de serpentine et de limonite en deux fractions, une fraction étant constituée de particules supérieures à une taille préalablement déterminée et 5 ayant une teneur en fer relativement faible et une autre fraction constituée de particules inférieures à la taille préalablement déterminée et ayant une teneur relativement élevée en fer puis à mélanger aitre elles des parties de ces deux fractions pour obtenir une matière à griller ayant une teneur en fer préalablement déterminée. 10 Le procédé décrit présente deux avantages importants. Comme indiqué, les variations de la teneur en fer peuvent être abaissées en dessous de 1%, ce qui facilite considérablement le fonctionnement du dispositif de grillage et des circuits de concentration. Egalement, le procédé est utile lorsque la composition du ninerai extrait varie de façon 15 très importante. Selon les procédés de l'art antérieur, si la composition du minerai change, il est impossible d'adapter progressivement le dispositif de grillage et le reste du circuit à ces changements. L'existence de deux réserves de stockage et le mélange à sec formant la matière première, utilisés dans l'invention, permettent de s'accommoder de chan-20 gements brusques de la composition du minerai extrait en modifiant progressivement la composition du mélange d'alimentation et en adaptant progressivement les conditions de grillage aux nouvelles compositions. EXEMPLE 1 Cet exemple illustre le rapport entre la taille de 25 particules et la teneur en fer de la limonite et de la serpentine non broyées. Un procédé simple correspondant à ce rapport permet d'obtenir une matière à griller ayant une teneur ai fer déterminée. Les minerais proviennent d'un gisement de latérites nickélifères des Ihilippines. On tamise des échantillons de limonite et 30 de serpentine qu'on analyse en obtenant les résultats mentionnés dans les tableaux I et II ci-après. On mélange environ 70 parties de limonite à environ 30 parties de serpentine et on introduit le mélange contenant 42% en poids d'eau à un débit maximal de 2400 kg/h dans un séchoir rotatif de 1,2m de 35 diamètre sur 11 m de long. Le séchoir est alimenté en fuel lourd "C". Le gaz de combustion et l'air à 21°C traversent le séchoir à une vitesse de 1,2 m/s. La température de sortie du gaz est de 118°C. Le minerai séjourne dans le séchoir pendant 55 mn. On récupère la poussière du gaz en utilisant un séparateur à cyclone et un filtre à sac. 71 35316 7 2112234 La matière fine recueillie dans le gaz de sortie du séchoir constitue environ 18% en poids de la totalité du produit. 99% de cette fraction passent au tamis de 0,043 mm d'ouverture de mailles. Ce produit est constitué de : 1,31% en poids de nickel, 43,5% en poids 5 de fer. Le produit grossier recueilli dans le séchoir constitue environ 82% du poids total du produit. Les particules sont réparties selon le tableau III ci-après. Le produit est constitué de : 1,33% en poids de nickel et 31j9% en poids de fer. 10 Les tableaux I et II montrent la corrélation entre la taille des particules et la teneur en fer de la limonite non broyée et de la serpentine non broyée. La teneur en fer de ces deux minerais augmente lorsque la taille des particules diminue. Cependant, les particules de limonite de taille moyenne sont quelque peu plus riches que les 15 particules de serpentine de même taille. Le rapport entre la taille des particules et la teneur en fer se retrouve dans le produit du séchoir. Le séchoir sert à la fois à sécher et à répartir le minerai en particules passant ou non dans un tamis de 0,043 mm d'ouverture de mailles. La teneur pondérale moyenne 20 en fer des particules passant au tamis de 0,043 mm d'ouverture de mailles est de 42,5% et celle des particules retenues au tamis de 0,043 mm d'ouverture de mailles est de 31,9 %. Pour préparer une matière à griller ayant une teneur moyenne en fer comprise entre 31,9 et 42,5%, il suffit de traiter le minerai 25 dans un séchoir pour le sécher et le séparer en fractions passant ou non au tamis de 0,043 mm d'ouverture de mailles et de combiner en proportions appropriées les deux fractions. Par exemple, si on désire une matière à griller ayant une teneur de 35% en fer, on déteimine comité suit le rapport pondéral des particules passant au tamis de 0,043 mm d'ouverture de mailles 30 aux particules retenues par le même tamis de la façon suivante : 42,5 x + 31,9 y = 35 z x + y = z x étant le poids des particules passant au tamis de 0,043 mm d'ouverture de mailles, 35 y étant le poids des particules retenues au tamis de 0,043 mm d'ouverture de mailles, z étant le poids total de particules ayant une teneur en fer de 35%. L 71 35316 8 2112234 42,5 x + 31,9 y = 35 (x + y) (42}5 - 35)x = (35 - 31,9)y 2£ = 42,5 - 35 = 7^5 = 2 4 y 35 - 31,9 3,1 5 Donc, on doit mélanger les particules passant au tamis de 0,043 nrni d'ouverture de mailles avec les particules retenues au même tamis dans le rapport de 1 à 2,4. Bien entendu, diverses modifications peuvent être appor-10 tées 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 l'invention. 71 35316 9 2112234 TABLEAU I Granulométrie de la limonite, tamisée à sec, non broyée. Taille (mm) + 304,8 - 304,8 + 152,4 - 152,4 + 50,8 - 50,8 + 25,4 10 - 25,4 + 12,7 - 12,7 + 5,08 5,08 + 2,362 - 2,362 + 1,168 - 1,168 + 0,589 15 - 0,589 + 0,417 - 0,417 + 0,208 - 0,147 + 0,074 - 0,074 + 0,043 - 0,043 + 0,038 20 - 0,038 °L du poids total 2,5 1,9 1,9 0,4 0,51 0,30 0,69 0,79 1,07 0,84 1.98 1,29 0,38 5.99 78,4 Ni 0,43 0,43 0,71 0,80 2,05 1,14 1,07 1,09 0,97 0,90 1,17 1,91 1,50 1,61 1,44 Pourcentage pondétal Co 0,013 0,013 0,013 0,013 0,015 0,016 0,016 0,084 0,285 0,412 0,574 0,894 0,650 0,554 0,108 Fe 5,97 5,97 6,23 6,59 7,88 6,81 6,51 12,1 21,0 25,6 26,4 28.0 29,4 38.1 46,6 71 35316 10 2112234 TABLEAU II Granulométrie de la serpentine, tamisée à sec, non broyée. 5 Taille (mm) 10 15 20 + 304,8 - 304,8 + 152,4 - 152,4 + 51,8 - 51,8 + 25,4 - 25,4 + 4,699 - 4,699 + 2,362 - 2,362 + 1,168 - 1,168 + 0,589 - 0,589 + 0,417 - 0,417 + 0,208 - 0,208 + 0,147 - 0,147 + 0,074 - 0,074 + 0,043 - 0,043 + 0,038 - 0,038 % du poids total 12.4 14,0 9,1 4,8 4,3 4,1 4,7 4.6 2,1 3,5 1,5 1.7 3,0 0,7 29.5 Ni 0,80 1,18 1,25 1,33 1,24 1,10 1,20 1,14 1,14 1,23 1,43 1,46 1,51 1,51 1,73 Pourcentage pondétal Co 0,013 0,104 0,016 0,092 0,013 0,013 0,017 0,031 0,064 0,104 1,150 0,182 0,178 0,166 0,058 Fe 5,92 6,50 7,19 9,47 6,97 6,49 6,92 8,55 9,13 9,80 10,7 12,2 16,4 20,6 30,6 71 35316 ii 2112234 TABLEAU III Taille des particules (mm) Pourcentage par rapport à la totalité de l'alimentation. + 25,4 5,0 - 25,4 + 12,7 1,9 - 12,7 + 6,35 4,2 - 4,699 + 2,362 7,21 - 2,362 + 1,651 8,8 - 1,651 + 0,833 18,3 - 0,833 + 0,495 13,54 - 0,495 + 0,208 10,8 - 0,208 + 0,147 5,4 - 0,147 + 0,104 5,4 - 0,104 + 0,074 0,8 - 0,074 + 0,043 0,4 - 0,043 0,6 82,35 71 35316 12 2112234 REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement d'un mélange humide non broyé de minerais de limonite et de serpentine nickélifères pour obtenir un produit à griller ayant une teneur pondérale en fer pratiquement constante, carac- 5 térisé en ce qu'il consiste : à sécher le mélange de minerais, à diviser le minerai séché en deux fractions, l'une constituée de particules supérieures à une dimension préalablement déterminée comprise dans la gamme de 0,208 à 0,043 mm et constituée essentiellement de particules ayant une faible teneur en fer, et une autre fraction constituée de particules infé- 10 rieures à la taille déterminée et constituée essentiellement de particules ayant une teneur élevée en fer; et à combiner en continu les deux fractions dans les proportions nécessaires à l'obtention d'un mélange ayant la teneur en fer pratiquement constante préalablement déterminée. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 la taille préalablement déterminée des particules correspond à environ 0,074 mm. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on fait passer un courant de gaz chauds à travers ledit mélange de minerai non broyé pour le sécher, lesdits gaz passant à une vitesse élevée 20 de façon à entraîner une partie importante de particules de teneur en fer élevée et à les séparer des particules du reste dudit mélange. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce quron fait passer un courant de gaz chauds à travers ledit mélange de minerai non broyé pour le sécher, lesdits gaz passant à une vitesse comprise 25 entre 2 et 6 m/s de façon à entraîner une partie importante des particules ayant une teneur élevée en fer et à les séparer du reste des particules dudit mélange. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on concasse par chocs le mélange pour fractionner les particules 30 agglomérées de façon à diviser le minerai sec en les deux dites fractions. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on concasse par chocs les particules supérieures à la taille déterminée pour rompre les particules agglomérées; en ce qu'on sépare les particules rompues inférieures à la taille préalablement déterminée et en ce qu'on 35 combine lesdites particules à ladite autre fraction constituée de particules ayant une teneur élevée en fer; et en ce qu'on broie par attrition les particules restantes supérieures à la taille préalablement déterminée pour obtenir une fraction ayant une faible teneur en fer. 71 35316 13 2" 12234 7 - Procédé de traitement d'un mélange humide non broyé de minerais de limonite et de serpentine nickélifères selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste : à sécher le mélange de minerais dans un séchoir tournant et en le divisant en une 5 fraction constituée essentiellement de particules ayant une teneur élevée en fer et une fraction essentiellement constituée de particules ayant une faible teneur en fer en maintenant la vitesse du gaz chaud traversant le séchoir entre 2 et 6 m/s de façon à entraîner hors du séchoir une proportion importante de particules ayant une teneur élevée en fer en 10 laissant dans le séchoir une partie prépondérante de particules ayant une faible teneur en fer, à récupérer séparément les deux fractions et à mélanger des portions des deux fractions pour obtenir une matière de grillage ayant une teneur pondérale en fer préalablement déterminée.