Brevet FR2187694A1 — publié le 19740118

La présente invention se rapporte à un procédé de traitement de la boue rouge obtenue lors de la fabrication d'alumine d'après le procédé dit de Bayer, au moyen d'un traitement thermique réducteur, au cours duquel il se forme du fer brut et des scories qui contiennent de l'aluminate de sodium et de l'aluminate de calcium immédiatement lessivables. Suivant le brevet Hongrois N t54 125, on obtient des masses agglomérées de fer à partir de la boue rouge par traitement thermique réducteur. Les propriétés physico-chimiques des scories se formant au cours de ce procédé sont réglées à l'aide de produits ajoutés contenant du C et/ou de 1'A1205. Après séparation réalisée de manière magnétique, la teneur en Na20-Al203 des scories est récupérée par frittage par un procédé du type utilisant du carbonate de sodium et de la chaux L'inconvénient de ce procédé réside dans le fait que la fabrication du fer est des scories lessivables nécessite: deux traitements thermiques. Pour obtenir du fer brut à partir de la boue rouge, plusieurs procédés sont déjà connus. Suivant l'un de ce procédé, on obtient à partir de boue rouge à faible teneur en Na20 des scories d'aluminate de calcium se décomposant d'elles-mEmes qui sont lessivé dans une solution de carbonate de sodium. L'inconvénient de ce procédé réside dans le fait que la teneur en Na20 de la boue rouge n'est pas récupérée. Suivant un autre procédé connu, on fait fondre la boue rouge et le fer fluide ainsi obtenu est soumis à un traitement ultérieur, débarassé i la chaux et du phosphore qu'il contient puis saturé au carbone. L'inconvénient de ce procédé réside aans le fait que l'on ne peut pas récupérer la teneur en Na20 et Al203 des scories. Dans les procédés connus les silicates de sodium et d'aluminium contenus dans la boue rouge sont décomposés en présence de chaux et d'agents réducteurs en quantité importante, si bien que la teneur en Na20 de la boue rouge n'est pas récupérée lors du traitenent thermique réducteur. C'est pourquoi la production de fer et celle de l'Al2O3 doit être réalisée en deux phases. Dans la première phase, le mélange de boue rouge ne contenant pas de chaux est réduit et l'on obtient du fer brut; dans la seconde phase, les scories liquides après avoir été séparés du fer contenant des quantités minimales de carbone, sont traîtées'à à la chaux en vu d'obtenir des scories lessivables. te but de la présente invention, au moyen d'un traitement thermique unique, est de récupérer la teneur en Fe2O3 et en Al2O3 de la boue rouge, et par ailleurs de récupérer de la manière la plus complète possible la teneur en Na20, ce qui (ne pouvait jusqu'à présent obtenu avec les procédés connus. L'avantage réside dans le fait que la matière refroidie n'a pas besoin d'être chauffée encore une fois pour permettre l'exécution des autres phases de traitement, L'invention repose sur le fait connu que la décomposition de l'aluminate de sodium formé à partir des silicates de sodium et d'aluminium décomposés avec une quantité correspondante de CaO peut, dans des conditions avantageuses, être suffisamment repoussée pour que la perte en Na20 soit, contre toute attente, abaissée à une valeur d'environ 30-40%. L'invention concerne donc un procédé de traitement de la boue rouge obtenue de l'alumine d'après le procédé dit de Bayer au moyen d'un traitement thermique réducteur, dans lequel le mélange est fondu, les-scories formées et le produit ferreux séparés l'un de l'autre et dans lequel enfin la teneur en oxyde de sodium et en oxyde d'aluminium des scories réduites petits morceaux est récupérée par lessivage. te procédé est caractérisé par le taist que l'on ajoute à la boue rouge à traiter de la chaux, de la pierre à chaux ou des composés contenant du CaO, dans des quantités calculées en fonction du poids de ladite boue, suivant un rapport moléculaire de en ce que le mélange est fondu par un seul traitement thermique réducteur et en ce que les scories réduites en morceaux et contenant de l'aluminate de sodium et de l'aluminate de calcium, après avoir été séparées du fer, sont lavées en deux phases avec une lessive alcaline et une solution de carbonate de sodium ou en une phase unique avec une solution de carbonate de sodiumcontenant une lessive. te traitement thermique réducteur est avantageusement réalisé rapidement, en l'espace de 20 minutes. Le mélange fondu par le traitement thermique réducteur est séparé en fer et en scories, soit à l'état solide par séparation magnétique soit à l'état fondu. Le procédé conforme à l'invention est avantageusement réalisé dans deux fours montés en série dans un système fermé. te premier four est avantageusement un four tubulaire tournant et sert à réduire le mélange, sa température de fonctionnement est inférieur au point de ramollissement du mélange c'est-à-dire généralement inférieur à 12000C. Dans le four suivant, le mélange est fondu et la température de fonctionnement de ce four s'élève à 1200-1600 C. Par des expériences, on a constaté que la stabilité de l'aluminate de sodium diminuait en fonction de l'augmentation de la durée du traitement thermique, de l'augementation de la température ainsi que de l'accroissement du surcrott de coke. Par ailleurs, on a remarqué que lors de la réduction et de la fusion dans un système fermé, le Na20 s'échappant se déposait aux. points les plus froids du système ( l'extrémité froide du four de réduction), parvenait à nouveau dans le mélange et réagissait avec ce dernier si bien que la perte en Na20 diminuait du fait de cette circulation du Na2O. Par ailleurs, on a prouvé par des expériences que la perte en Na20 croissait si l'on augmentait la proportion de substances volatilesdans le produit réducteur, ce qui explique pourquoi il est avantageux de travailler avec des agents réducteurs dont la teneur en substances volatiles est faible. Dans 1'intérêt d'une bonne rentabilité thermique, les fours de réduction et de fusion fonctionnent conformément à l'invention dans un système de chauffage fermé. te four de fusion ainsi que la partie assurant la fusion du four tubulaire tournant disposent d'un revêtement basique, avanageusement de magnésite, de dolomie ou de magnésite au chrome appliqué sur un mur réfractaire. Ainsi, lors de la fusion du mélange avec une quantité correspondante de chaux, il est possible de produire des masses agglomérées de fer ou du fer brut à partir de boue rouge dans une seule phase de procédé ainsi que des scories pouvant être lessivées directement et contenant de l'aluminate de sodium et de l'aluminate de calcium, la perte en Na20 étant relativement faible. La teneur en Na2 O de la boue rouge est généralement suffisante pour la formation de Na2Al 204 Si bien que l'on ajoute le calcaire uniquement dans les quantités nécessaires à la formation de silicate dicalcique, des titanite de calcium et de ferrite dicalcique ainsi qu'à la formation de silicate d'aluminium et de calcium (CA12al 14033) à partir de l'Al205 non liée par le Na20. Le procédé conforme à l'invention convient particulièrement au traitement de la boue rouge disposant d'une teneur en Na2O supérieure à environ 5% Pour le procédé, on a élaboré deux modes de réalisation qui sidifférencYnt essentellement dans le choix de la température du traitement thermique réducteur. 9i le traitement ' thermique est réalisé à une température à laquelle le mélange commence à couler plastiquement, il se forme comme au cours du procédé dit de Krupp-Renn des masses agglomérées de fer qui sont séparées des scories après refroidissement du produit par séparation magnétique alors que dans la seconde varinte de réalisation on travaille à une température supérieure à 135O0C, donc dans des conditions de fusion totale du mélange, et il se forme du fer en fusion qui est soumis à un traitement ultérieur en étant coulé dans des moules ou en vu d'améliorer sa qualité. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux au cours de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant deux modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 représente la première variante de réalisation pour une température de 1200-1350 C; - la figure 2 montre le second mode de réalisation pour une température de 1350 à 16000C;; et - la figure3est un diagramme indiquant en abscisse la teneur en % en CaO des scories et en ordonnée le rendement de Na2 O et Al2O3 également en Dans le premieimode de réalisation montré à la figure 1, on travaille à une température faible, 1200-1350 C. Dans ce cas, les scories ne fondent pas totalement mais elles deviennent plastique9,Le mélange formé de la boue rouge, de la quantité de calcaire calculée et de l'agent de réduction est homogénéisé et parvient ensuite dans un dispositif de réception 1, puis dans le four de réduction 2 et à partir de celui-ci dans le dispositif de fusion 3. La matière devenue plastique est refroidie dans le refroidisseur 4 puis broyée dans un broyeur à boulets avec tamis périphérique.Dans le séparateur 6 on sépare par des moyens magnétiques les masses agglomérées de fer et les scories qui sont récupérées dans des soutes 7. tes scories sont lavées dans l'installation de lessivage 8 avec une lessive et/ou une solution de carbonate de sodium. te mélange est filtré sur le tamis 9 et la boue grise qui reste est lavée avec un fluidede lavage approprié. ta lessive d'aluminate est avantageusement remise en circulation dans le procédé de recyclage dit de Bayer, la boue obtenue en fin de travail étant utilisée pour la fabrication de ciment. La seconde variante de réalisation du procédé conforme à l'invention se différencie de la première en ce que l'on opère avec des températures beaucoup élevées, de l'ordre de 1350 à 16O00C. On produit du fer liquide et des scories qui sont facilement séparablesl'un de l'autre par application d'un procédé de coulée. Il n'est donc pas necessaire de procéder à une séparation par des moyens magnétiques. Il? est toutefois nécessaire de prévoir un dispositif de fusion appropriée. Dans cette seconde variante du procédé conforme à l'invention, le mélange se composant de boue rouge, de calcaire et d'un agent de réduction est déversé au moyen du dispositif 10 dans le four de réduction 11 à partir duquel la matière réduite parvient par l'orifice 12 dans le four de fusion 13 où elle est fondue.Le fer en fusion s'écoule par le trou de coulée 14 vers le dispositif de coulage 16 et est moulé en forme de gueuses. Les scories fluides s'évacuent pas le trou de coulée 15 hors du four, sont refoidies dans le refroidisseur 17 puis réduites en petits morceaux dans le moulin à boulets à tamis périphérique. 18. Les scories ainsi réduites en petites parcelles sont lavées dans l'installation de lessivage 19 avec un liquide de lessivage approprié. A partir de l'installation de lessivage, le mélange parvient sur le filtre 20 ou la boue est séparée de la lessive et lavée avec un liqude de lavage. La boue grise et la lessive d'aluminate sont récupérées, comme dans le premier exemple de réalisation du procédé conforme à l'invention, pour l'industrie de fabrication du ciment ou la fabrication d'alumine d'après le procédé dit de Bayer. De la boue rouge présentant la composition indiquée au tableau 1 (voir tableau présenté plus loin), a été mélangée à des quantités variables de calcaire mais à des quantités identiques d'agent de réduction p-is fondue à une température d'environ 14O00C. Les scories formées ont été lavées dans les conditions connues. La figure 3 montre le rendement de Na20 et-Al203 obtenu par des lessivages de scories pour différentesteneutsen chaux. lies meilleurs résultats ont éé obtenus pour des scories contenant environ 40% de CaO. Il ressort de la fifre 3 que les meilleurs résultats ont été atteints lorsque la boue rouge contenait les quantités additives de chaux nécessaire à la formation d'aluminate de sodium, de silicate dicalcique, de titanite de calcium et de ferrite dicalcique. La perte en Na20 apparaît également dans ce cas et l'Al203 exempt de Na20 forme avec le silicate dicalcique de la gehlenite (Ca2Al2SiO7). Ce composé n'est pas soluble dans les solutions de carbonate de sodium et l'on constate de cette manière une perte en Na2 O mais également une perte en Al2O3. Pour les -faibles additions de chaux, la perte en Na20 est effectivement plus faible mais le silicate Na-Al n'est que partiellement décomposé si bien qu'il se forme moins de Na2Al204. Si l'on ajoute au mélange plus de chaux que la quantité théoriquement nécessaire, il s'élimine beaucoup plus Na20 , du fait de la présence en surcroit de chaux,qu'il ne serait nécessaire d'en disposer - pour lier l'A1205 exempt Na20 sous forme de Ca12Al1403D. De cette manière, la proportion de gehlenite dans le mélange augmente et la perte Al2O3 staccroit. Si l'on ajoute donc à une boue rouge uniquement la quantité de chaux théoriquement nécessaire et si l'on respecte les autres conditions suivant l'invention, on produit par un traitement thermique en une seule phase à partir de la boue rouge, pour la formation de masses agglomérées de fer 84% et pour la formation de fer en fusion 90% de la teneur en Fe2O3 et par ailleurs en 80% de la teneur en Al2O3 et 60-70% de la teneur en Na20. Exemple 1. La boue est traitée suivant le schéma de la figure 1. Dans un four tu@ulaire tournant de 20 mètres de ioeig on déverse à l'heure 1,5 tonnes d'un mélange de boue rouge, de calcaire et d'anthracite;la teneur en humidité de la boue rouge est de 30%, la quantité de calcaire rapportée à la masse de bouqkouge sèche est de 57,7% , la teneur en Anthracite est de 20%. La granulométrie est inférieure à 3mn. lia matière réduite dans le four tubulaire tournant et amenée à l'état fluide plastique à une température de 1300 C,estrefroidie, broyée et séparée par des moyens magnétiques. La composition des scories formées est indiquée au tableau 1. Tableau 1 Composant : % dans la : % dans les :% dans les boue rouge scories scories lessivées Fe - 1,1 1,5 FeO - 5,2 6,9 Fe2O3 39,5 - Al2O3 16,5 19,4 5,4 SiO2 13,0 15,3 20,2 Na2O 10,1 10,2 2,5 CaO : 1,3 : 38,2 : 48,8 MgO 1,1 1,3 1,7 MnO 0,2 0,2 : 0,3 TiO2 6,5 7,7 10,1 : SO3 : 1,1 1,3 : 1,7 : Perte au rouge : 9,8 : et autres La composition des scories et de la boue lavée a été calculée pour une perte au rouge de 0%.Suivant les indications 84 de la teneur en Fe2O3 de la boue rouge sont contenus dans les masses agglomérées de fer, 25% de la teneur en Na2 se sont volatisés. lia composition de la boue lavée est également indiquée au tableau 1. lies valeurs de rendement calculées à partir de la composition de la boue sont les suivantes - A partir des scories : Na20 81,7 % A1203 78,9 % - A partir de la boue rouge : Na20 69,5 % Al2O3 78,9 % Fe2O3 84,0 % Exemple 2. Un mélange présentant la composition indiquée dans l'exemple 1 est tout d'abord réduit dans le four tubulaire tournant montré à la figure 2 à une température de 900-1100 C puis rapidement fondu dans un four de fusion à une température de 135O-î6OO0C.Bien que la température du traitement soit plus élevée qu ce n'est le cas dans la variante de l'exemple 1, on peut s'attendre à une perte en Na20 équivalente étant donné que le Na20 s'échappant avec les fumées se dépose dans le four tubulaire tournant et parvient à nouveau dans le mélange, de sorte que la perte en Na20 conserve sa valeur antérieur. Au cours du processus de fusion, la partie de Fie 203 éliminée est plus importante, elle s'élève à environ 90% alors que le rendement de Na20 est inférieur puisque la température de fusion plus élevée entraîne une perte en Na2 O plus importante(environ 25%). Ainsi, le rendement en A1203 diminue. Les composantes utilisables sont récupérées dans les proportions suivantes à partir de la boue rouge Na20 61,2 % Al2O3 69,5 % 2 3 90,0 % Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de la boue rouge produite lors de la fabrication d'alumine d'après le procédé dit de Bayer, parin traitement thermique réducteur dans lequel le mélange est fondu, les scories formées et le produit ferreux sont séparés l'un de l'autre et la teneur en oxyde de sodium et oxyde d'aluminium des scoriesréduitesen finesparcelles est récupérée par lessivage, caractérisé en ce que l'on ajoute à la boue rouge, dans des proportions rapportées au poids à sec de cette dernière, de la chaux ou du calcaire ou des composés contenant du CaO dans un rapport moléculaire de en ce que le mélange est fondu par un traitement thermique unique et en ce qu'après séparation des scories du fer, les scories réduites en fines parcelles et contenant de l'aluminate de sodium et de l'aluminate de calcium sont lavées en deux phases avec une lessive et du carbonate de sodium ou en une seule phase avec une solution de carbonate de sodium contenant une lessive. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique réducteur est réalisé rapidement, avantageusement en l'espace de 20 minutes. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la séparation des scories et du fer est réalisée à l'état solide au moyen d'une séparation par des voies magnétiques. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que séparation du fer et des scories est réalisée à l'état de fusion.