Brevet FR2125566A1 — publié le 19720929

La présente invention concerne un procédé de préparation du ferrosilicium sous forme de particules sphéroidales qui sont à la- fois - - lisses, compactes et résistantes à la corrosion et conviennent comme milieu dense dans des liqueurs denses destinées a la préparation des minerais par le procédé de flottation et de sédimentation. Selon le brevet de la République Fédérale d'Allemagne nO 972.687, le ferrosilicium pulvérulent destiné à être utilisé pour ia préparation de liqueurs denses pour le procédé de flottation et de sédimen tation doit présenter, dans la mesure du possible, des propriétés magnétiques, anticorrosives et antiabrasives, ainsi qu'une forme aussi sphéroidale que possible et une surface lisse. Ces propriétés assurent la récupération des particules de ferrosilicium de la liqueur dense et leurremise en service à plusieurs reprises et elles permettent la- préparation de liqueurs présentant une densité élevée pour une faible viscosité. Selon ia demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne DAS n, 1.058.081, on obtient le ferrosilicium sou formede particules arrondies lisses par pulvérisation à l'aide de vapeur d'eau, d'air ou d'azote d'une masse fondue de ferrosilicium contenant 10-25 % de silicium et 0,08-0,5 % d'aluminium. Le brevet de la République Fédérale d'Allemagne n" 1.212.733 décrit la préparation d'un alliage de ferrosilicium pulvérulent consistant en particules arrondies lisses et contenant 8-15 %oe silicium, 0,5-5 % de nickel, 1,4-25 7 de cuivre, 0,08-0,3 % d'aluminium et, éventuellement, 0,8-3 7 de manganèse. On obtient l'alliage en soumettant la masse fondue de ferrosilicium à la pulvérisation à l'aide de vapeur d'eau ou d'air comprimé, suivie d'un refroidissement brusque, ou bien par fragmentation de la masse fondue sur un disque de granulation, puis refroidissement brusque. Un autre procédé permettant de transformer des particules de ferrosilicium irrégulières solides en particules globulaires ou sphéroidales a déjà été décrit antérieurement, selon lequel on fait passer les particules irrégulières solides, pouvant autre obtenues, par exemple, par broyage d'un matériau grossier, dans une flamme inversée à température élevée pour provoquer au moins une fusion superficielle, puis on refroidit les particules ainsi traitées. On produit la flamme inversée par combustion d'un gaz combustible dans de l'air ou dans de l'air enrichi d'oxygène, ltair étant amené centralement dans la flamme et étant entouré du gaz combustible.La poudre à transformer par fusion en particules sphroEdales traverse d'abord la zone oxydante, puis la zone réductrice de la flamme. Pour améliorer la transformation par. fusion des particules irrégulières en particules arrondies-,=on peut mettre en~turbutence les pårtlcules de ferrosiIicium qui sont amenées centralement dans la flamme. Les procédés cités ont cependant l'inconvénient d'utiliser un ferrosilicium d'une teneur en carbone inférieure à 0,5 % du fait qu'une teneur en carbone plus élevée nuit considérablement à la résistance des particules à la corrosion. Dans le procédé de pulvérisationprécité, la mise en oeuvre d'un ferrosilicium à plus forte teneur en carbone favorise de plus la formation de sphères creuses, que l'on doit attribuer à un dégagement de CO pendant qu'on pulvérise la masse fondue. Pour le ferrosilicium pulvérulent, il en résulte d'une part, une densité moyenne réduite et, d'autre part, une moindre résistance à la corrosion, par suite d'une désintégration mécanique que subissent les sphères creuses pendant l'opérati!n. Ce sont les raisons pour lesquelles il est impossible d'utiliser du fErrosilicium préparé par un procédé carbothermique dans un four à cuve à partir d-'un mélange minerai de fer/quartz, étant donné sa teneur en carboneoemprise entre 1 et 2 7. I1 est nécessaire plutôt d'utiliser du ferrosilicium considérablement plus coûteux,préparé au four électrique par fusion de débris d'acier pauvre en carbone avec addition d'une quantité correspondante de ferrosilicium pauvre en carbone mais à forte teneur en Si, en général du ferrosilicium à 75 7 de Si. Un autre inconvénient rencontré dans la transformation par fusion en particules sphéroidales à l'aide d'une flamme inversée réside dans la formation inévitable d'une pellicule d'oxyde relativement épaisse et irrégulière sur les particules, qui abaisse la densité et la résistance à la corrosion. L'invention a pour objet la mise au point d'un procédé qui, sans les inconvénients mentionnés, permet d'utiliser du ferrosilicium moins comateux obtenu par voie carbothermique, d'éviter la formation de sphères creuses et leurs effets nuisibles à la densité et de préparer principalement des particules globulaires à surface non oxydée. Le procédé de l'invention se caractérise plus particulièrement en ce que l'on injecte des particules de ferrosilicium de forme irrégulière à l'aide d'un gaz de support inerte dans un jet de plasma d'hydrogène, d'hélium, d'argon, d'azote ou leurs mélanges produit de manière habituelle à l'aide d'un arc ou par induction, pour rtaliser au moins une fusion superficielle des particules de ferrosilicium, puis on fait passer les particules dans une zone de refroidissement et on recueille les particules solidifiées, ou bien on les sépare du courant gazeux de la manière classique à l'aide d'un cyclone. L'invention peut encore etre avantageusement caractérisée par les points suivants, pris isolément ou en combinaison a) on choisit le gaz de support inerte parmi l'hydrogène, l'hélium, l'argon, l'azote ou leurs mélanges b) on utilise des particules de ferrosilicium contenant 10-18 Z en poids de silicium et 0-2 % en poids de carbone ; c) on utilise des particules de ferrosilicium contenant 14-16 % en poids de silicium d) on utilise des particules de ferrosilicium contenant 1-2 % en poids de carbone e) on prépare des particules de ferrosilicium, dont au moins 90 % ont une forme globulaire à l'état solidifié. Par le terme "plasma", on entend un gaz partiellement ou complètement ionisé et électriquement neutre vers l'extérieur, le gaz étant susceptible de conduire le courant électrique comme un conducteur électronique métallique et possédant une énergie intérieure accrue. Dans le cas où un plasma présente une vitesse focalisée, on parle d'un jet de plasma ou d'une flamme de plasma. On peut produire un tel Jet de plasma, par exemple en chauffant un gaz en mouvement à l'aide d'un arc électrique ou d'une bobine d'induction. En prenant des dispositions appropriées, on a la possibilité de concentrer le courant gazeux, d'établir des densités de courant plus élevées et de produire des températures moyennes supérieures à 3.0000C. La vitesse d'un tel jet de plasma peut varier de quelques mètres par seconde à plusieurs fois la vitesse du son. L'arrondissement de particules irrégulières à l'aide d'un jet de plasmaadéjàété décritantérieurement en liaison avec des matériaux à point de fusion très élevé, parmi lesquels, par exemple le carbure d'uranium, lroxyde d'aluminium, le molybdène métallique, le tungstène-métallique et le tantale métallique. Selon l'invention, la demanderesse a découvert avec surprise que l'on peut utiliser avec avantage une flamme de plasma, dont la température moyenne est comprise entre 3.000 et 10.0000C environ, pour la transformation par fusion en particules sphérotdales d'un alliage de ferrosilicium contenant 10-18 % de silicium et 1-2 % de carbone et présentant un point de solidification relativement faible de l.2000C environ. Malgré sa forte teneur en particules globulaires, le ferrosilicium à forte teneur en carbone arrondi par fusion à l'aide d'une flamme de plasma ne présente pas de sphères creuses et il possède une meilleure résistance à la corrosion que le ferrosilicium pulvérulent préparé par les procédés classiques. Par le procédé de l'invention, permettant la mise en oeuvre des alliages de ferrosilicium préparés par réduction carbothermique de matières premières moins coûteuses dans un four à cuve, on a la possibilité de réduire considérablement les frais de préparation des poudres destinées à être utilisées dans le traitement des minerais par le procédé de flottation et de sédimentation. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLE 1 (procédé antérieur) On utilise une masse fondue de ferrosilicium contenant 14,9 7. de silicium et 0,39 % de carbone. A l'aide de vapeur d'eau, on la pulvérise sous une pression de Il atmosphères relatives par une buse à fente annulaire et on soumet la poudre obtenue au refroidissement brusque par l'eau. On procède à l'examen de deux fractions de granulométrie différente et on obtient les résultats suivants Répartition des particules (7) a b > 0,063 mm 9,4 2,5 > 0,040 mm 23,9 97,5 70,020 mm 66,0 40,020 mm 34,0 Densité au pycnomètre, g/cm3 7,0 6,9 Proportion de particules globulaires, 7 82 75 EXEMPLE 2 (procédé selon l'invention) On utilise du ferrosilicium pulvérulent contenant 12,5 % de silicium et 1,0 % de carbone et présentant une granulométrie inférieure à 0,1 urne. A laide d'une buse mélangeuse et de 3 m3 normaux/heure d'argon comme gaz de support, on injecte le ferrosilicium tangentiellement dans un jet de plasma, ce dernier étant produit avec un brûleur à plasma à arc à 3 courant continu, à 100 V, 250 A et avec 3 m normaux/heure d'hydrogène. Les particules de ferrosilicium se mélangent au plasma et traversent la flamme de plasma ayant une longueur de 100 mm environ. On soumet ensuite les particules arrondies par fusion au refroidissement brusque dans un tube refroidi à l'air et ayant une longueur de 1 m environ, et on les recueille dans un récipient. On transforme en particules arrondies deux matières de départ présentant des spectres granulométriques différents. Après le traitement selon l'invention, on obtient les résultats suivants Répartition des particules (%) a b 7 0,063 mm 5,7 2,2 > 0,040 mm 49,9 97,8 > 0,020 mm 89,0 4 0,02 mm 11,0 Densité au pycnomètre, g/cm3 7,00 6,o7 Proportion de particules globulaires, % 92 90 On procède à l'examen de la résistance à la corrosion des poudres de ferrosilicium préparées dans les exemples 1 et 2, respectivement. Acet effet, on en prépare des liqueurs denses et on détermine la quantité d'hydrogène dégagée. On réalise les expériences dans les conditions suivantes 3 Den6ité de la liqueur dense 3,5 g/cm3 Volume de la liqueur dense 350 ml Liquide dense tampon à l'acétate, pH 4,62 Température de la liqueur dense 80 "C Vitesse d'agitation de la liqueur dense 400 tr/mn Le tableau suivant indique les quantités (en ml) d'hydrogène dégagées. Temps E x e m p 1 e (heure) la lb 2e 2b 18 720 90 130 120 45 1.700 280 210 290 68 2.460 750 260 440 96 3.190 1.250 330 690 Comme il résulte du tableau ci-dessus, les particules de ferrosilicium arrondies selon l'invention ont une meilleure résistance à la corrosion que les particules arrondies de manière classique. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation du ferrosilicium sous forme de particules sphéroidales qui sont à la fois lisses, compactes et résistantes à la corrosion et conviennent comme milieu dense dans des liqueurs denses destinées à la préparation des minerais par flottation et sédimentation, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on injecte des particules de ferrosilicium de forme irrégulière à laide d'un gaz de support inerte dans un jet de plasma produit de manière habituelle, à partir d'hydrogène, d'hélium, d'argon, d'azote ou de leurs mélanges, à l'aide d'un arc ou par induction, pour réaliser au moins une fusion superficielle des particules de ferrosilicium, puis on fait passer les particules dans une zone de refroidissement et on recueille les particules solidifiées, ou bien on les sépare du courant gazeux de la manière classique à l'aide d'un cyclone. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de support inerte est choisi parmi l'hydrogène, l'hélium, l'argon, l'azote et leurs mélanges. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les particules de ferrosilicium contiennent 10-18 % en poids de silicium et 0-2 % en poids de carbone. 4. Procédé selon la revendication 3, cSractérisjé en ce que les particules de ferrosilicium contiennent 14-16 % en poids de silicium. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les particules de ferrosilicium contiennent 1-2 7 en poids de carbone. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on prépare des particules de ferrosilicium, dont au moins 90 % ont une forme globiaire à l'état solidifié.