Brevet FR2145597A1 — publié le 19730223

La présente invention concerne le traitement des minerais et des composés métalliques. Récemment, on s'est intéressé dans-l'industrie et dans les établissements de recherche du monde entier à des procédés et des dispositifs de traitement et d'affinage continu de toutes les matières essentielles. Cet intérêt est motivé par le rendement bién supérieur des opérations co- tinues, par rapport à celui des opérations discontinues. Des procédés continus demandent en général un temps moindre, sont moins comateux, plus rentables et en général plus souhaitables que les procédés discontinus. De plus, l'augmentation des besoins de la population qui croit a incité à l'exploration de procédés de traitement continu pour la production de grandes quantités des matières demandées par l'économie. L'un des domaines principaux dans lesquels on étudie le traitement continu est l'industrie pyrométallurgique. On va considérer le développement du traitement continu, historiquement, à partir du traitement des matières brutes aux stades d'origine et intermédiaire. On réalise un tel traitement par une opération discontinue qui est non seule- ment peu rentable et conteuse, mais qui contribue encore dans une grande mesure à la pollution atmosphérique et à la dissipation des ressources naturelles. Par exemple, dans la production de la fonte, on charge un haut fourneau avec du coke métallurgique, du minerai de fer et des fondants, ces diverses matières formant des couches. Le coke brille en donnant de l'oxyde de carbone qui, à la suite de réactions chimiques auxiliaires, réduit l'oxyde du minerai en fer. Les gaz qui forment les sous-produits sont retirés à la partie supérieure du four.Dans les étalages, la réduction directe par le carbone chauffé au rouge du coke transforme l'oxyde du minerai en fer métallique qui descend dans le haut fourneau. Ce fer ou la fonte se rassemble à la partie inférieure et on ltéva- cue par un trou de coulée à intervalles réguliers. En général, du laitier fondu ou de la gangue associé .par un fondant ajouté, flotte sur la fonte à la partie inférieure du four. Le laitier, qui comprend du silicate de calcium fusible contenant des oxydes de métaux lourds, est déchargé à la partie inférieure du four comme sous-produit. Bien qu'en un sens le haut fourneau soit un dispositif de production continue de métal chaud, il est particulièrement peu efficace et motteux du fait des quantités élevées d'appareillage auxiliaire nécessaire et des problèmes importants posés par l'ampleur relative des quantités de matières brutes introduites pour assurer la réduction du minerai en une quantité donnée de métal chaud. Par exemple, pour retirer une tonne de métal chaud d'un haut fourneau, il faut le charger avec 1,5 tonne environ de minerai et d'autres matières contenant du fer, 18 kg de gaz naturel, 500 kg de coke, 1,25 t de fondant fritté, 7 kg de calcaire et environ 1,5 t d'air. En-plus de 1 t de métal chaud fourni, on obtient environ 1/4 de t de laitier, 27 kg de poussières dans les gaz et 2,5 t de gaz de hauts fourneaux.En conséquence, on voit qu'un haut fourneau moderne est dans une grande mesure un appareil digestif ouvert à ses deux extrémités, de fonctionnement coûteux mais aussi peu efficace étant donné le pourcentage relativement faible de produit final utilisable obtenu en comparaison des produits introduits. Il existe des problèmes et des dépenses inutiles aux deux extrémités du procédé. Lorsqu'on introduit les matières brutes, il faut auparavant les transporter, les stocker et les introduire dans le four ; à la sortie, il faut manipuler les matières, évacuer les sous-produits, par exemple les oxydes du laitier et analogues, et il faut tenir compte de la pollution par les sous-produits de la combustion. L'invention concerne ce genre de problème de l'industrie métallurgique, ainsi que d'industries voisines. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de fusion de minerai et/ou de composés métalliques. Un tel procédé est continu, une masse mobile fondue ou un courant de métal produit, formant un composé ou en solution avec d'autres éléments reçoit le minerai et/ou le composé métallique dont provient le métal au-dessous de sa surface. On obtient d'excellents résultats par introduction du minerai avec un débit différent de celui de la masse mobile. Les caracté ristiques physiques du métal produit sont très homogènes et améliorées, car le mélange est uniforme. De plus, l'introduction du minerai. dans le courant, à des débits différents, provoque le déplacement continu du minerai qui s'éloigne du point d'introduction et réduit ainsi les possibilités de congélation à cet emplacement.Les additifs ou produits chimiques nécessaires, par exemple les éléments réducteurs tels que le carbone, le silicium, l'hydrogène ou l'aluminium sont aussi introduits avec des débits différents de celui du courant et en quantités nécessaires, dans la masse fondue mobile et au-dessous de la surface de celle-ci. L'énergie, provenant d'une source externe et/ou d'une réaction exothermique de produits chimiques, peut entre transmise à la masse fondue. De cette manière, la masse elle-meme constitue le milieu dans lequel a lieu la réaction et la scurce d'énergie pour les réactions chimiques voulues. Par rapport aux procédés classiques de traitement de minerais et composés métalliques, l'invention est excellente à de nombreux égards. Par exemple, le haut fourneau et tous les dispositifs de réduction à température élevée, destinés à la libération d'un métal libre à l'état fondu, nécessitent des quantités extraordinairement élevées d'énergie et de matières brutes, sous forme de minerai, de fondant et d'agents réducteurs. La raison de l'utilisation de telles grandes quantités d'énergie et de matières brutes est la quantité extraordinaire de sous-produits et d'agents polluants à évacuer, créée lors de la mise en oeuvre du procédé, à l'atmosphère. Les procédés actuels nécessitent donc des quantités très importantes de matières pour l'obtention d'une quantité relativement faible de produit final.Il y a donc un grand pourcentage de déchets, et les problèmes de pollution et les dépenses inutiles sont très importants. L'invention met en oeuvre d'autre part un milieu réglé et bien délimité pour la production de la quantité maximale de produit final, en comparaison de la quantité de matières brutes introduites. Un avantage et une caractéristique de l'invention est donc la très grande réduction des déchets obtenus par traitement des minerais et/ou oxydes métalliques. Plus précisément, notamment dans le cas de.l'in- troduction de minerais et/ou de composés métalliques, tels que le minerai de fer et/ou l'oxyde de fer, les matières sont introduites dans une masse mobile fondue de métal chaud qui constitue un milieu de caractéristiques réglées et qui transmet l'énergie, l'introduction des matières s'effectuant à différents débits de manière à assurer un mélange homogène et une réaction chimique uniforme. On peut mettre en oeuvre le procédé de l'invention pour la fusion continue ou discontinue des minerais et/ou composés métalliques. Par exemple, on va décrire l'invention appliquée à la fusion du minerai de fer et/ou d'un composé métallique d t oxyde de fer, de manière continue. Lors du traitement du fer, celui-ci forme une masse fondue appelée métal chaud, à partir des matières brutes. Le métal chaud ou la fonte, suivant le nom qu'elle porte lorsqu'elle est froide et solide, contient en général jusqu'à 4 % de carbone et d'autres impuretés moins concentrées telles que le manganèse, le phosphore et le soufre. Selon l'invention, ce métal chaud est sous forme d'une masse fondue mobile ou d'un courant, qui constitue un milieu dynamique contrôlé dans lequel le minerai et/ou l'oxyde de fer est introduit. La masse transmet l'énergie qui favorise la réaction de réduction. La masse se déplace suivant un débit, par gravité ou d'une autre manière. Les matières introduites dans la masse ont un débit différent du premier, si bien que le mélange qui a lieu assure une réaction chimique très efficace dans le métal produit. La réduction commence lors de l'introduction du minerai et/ou de l'oxyde dans la masse fondue et au-dessous du niveau de celle-ci. Cette opération assure visiblement l'immersion de l'oxyde qui est totalement enveloppé du métal chaud fondu. On introduit de la même manière les additifs chimiques nécessaires. Les matières et les additifs introduits dans la masse constituent donc l'origine du produit final supplémentaire. La masse constitue un milieu dans lequel a lieu la réaction chimique. Celle-ci produit divers gaz, du laitier et du métal chaud supplémentaire. Les gaz sont facilement retirés par un dispositif convenable. De plus, un trou permet la coulée du laitier en excès. Un trou peut aussi permettre le retrait continu ou intermittent du produit final. On voit facilement que les divers constituants de la réaction peuvent et doivent entre contrôlés pour que le produit final ait les caractéristiques souhaitables.Si par exemple on ne retire par suffisamment d'oxygène de l'oxyde pour la teneur particulière en carbone du métal fondu, il faut mettre en contact intime avec l'oxyde du carbone supplémentaire, sous forme de coke, de gaz d'hydrocarbure ou analogues. La production optimale dépend de nombreux facteurs, notamment du volume et du poids de la masse fondue, du débit de celleci, du débit des matières introduites, du débit d'alimentation des additifs, de la composition chimique de la masse et des matières introduites, de l'énergie ou des températures nécessaires et autres. I1 faut noter, en ce qui concerne le facteur énergétique, qu'au cours de la réaction, de la chaleur est perdue, par exemple pour le chauffage des additifs introduits. Cette réaction assure l'attraction de l'oxygène de l'oxyde par le carbone du métal chaud, si bien que du fer est libéré, et se combine à la masse fondue. La nécessité d'addition d'énergie est évidente pour rendre optimale la réaction. I1 faut noter que le procédé décrit n'est pas limité à l'utilisation continue, mais peut travailler de manière discontinue. A cet égard, les matières introduites sont disposées de manière à être recouvertes de masse fondue. L'ensemble est soigneusement réglé, en ce qui concerne les quantités relatives et les caractéristiques chimiques. De manière analogue, la quantité et la nature des additifs sont soigneusement con tablées. L'énergie est transmise à la masse fondue pour que le traitement soit optimal. En plus de l'application de l'invention à la fusion des minerais et/ou composés métalliques, l'invention s'applique à d'autres traitements. Par exemple, pour la fusion continue des déchets métalliques, une masse fondue mobile ou un courant de métal constitue un milieu de caractéristiques con tr8lées. Le métal fondu est introduit au-dessous de la surface du courant fondu. Du fait de l'immersion totale des déchets, l'utilisation de l'énergie pour la fusion est opti male. Le déplacement de la matière fondue dans le courant favorise la fusion et la répartition du métal.Le traitement continu est obtenu par réglage du débit d'introduction des matières dans le courant, du débit de coulée et du con trtle des autres paramètres cités, notamment du chauffage le cas échéant. I1 faut noter que le traitement continu des minerais peut oestre réalisé avec recyclage du métal produit, ou d'une autre manière, par exemple par coulée en cascade et analogues. Ainsi, les sous-produits gazeux produits lors des réactions chimiques citées peuvent constituer des agents de préchauffage et/ou de préréduction qui accroissent le rendement. Les gaz sont simplement capturés lorsqu'ils quittent la surface de la masse fondue, et ils sont transmis vers le minerai et/ou l'oxyde, le gaz passant de manière à déclencher le préchauffage et/ou la réduction préalable de ces constituants. I1 est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de minerai et d'oxyde métallique, caractérisé en ce qu'on forme une masse de métal produit, se déplaçant avec un certain débit, et on introduit dans la masse mobile de métal produit un minerai- métallique dont le métal est le même que le métal produit, les débits des matières introduites et du'métal produit étant différents de manière que l'ensemble se mélange uniformément. 2. Procédé selon la revendication 1, destiné à la réduction directe de minerais métalliques avec un débit pratiquement continu, caractérisé en ce que la vitesse d'introduction du minerai métallique est différente de la vitesse de déplacement de la masse du métal produit, si bien que le mélange de la masse et du minerai est uniforme, et on maintient le niveau d'énergie de la masse mobile le cas échéant pour assurer le déroulement d'une réaction chimique accroissant le volume de métal produit. 3. Procédé selon la revendication.1, destiné au traitement de minerai métallique dans un milieu non gazeux, assurant une réduction substantielle des effets de pollution et améliorant le rendement du traitement, caractérisé en ce que la réaction chimique est uniforme dans la masse grâce au mélange dA auKvitesses différentes des diverses matières, la quantité de métal produit étant ainsi accrue et le minerai étant réduit. 4. Procédé selon la revendication 1, destiné à la fusion de minerais et oxydes métalliques, dans un milieu ne comprenant pas de gaz, de manière pratiquement continue, ledit procédé étant caractérisé en ce que le minerai et l'oxy- de métallique sont introduits au-dessous de la surface d'un courant de métal fondu de manière que le mélange soit uniforme, le métal du minerai et de l'oxyde étant le même que celui du courant, l'ensemble des matières réagissant en produisant le métal du courant et des sous-produits, le niveau d'énergie du courant étant maintenu le cas échéant pour que le réaction soit optimale. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend l'introduction d'additifs chimiques nécçssaires le cas échéant pour favoriser la réaction chimique voulue. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend le retrait de métal produit de manière prédéterminée en fonction du débit d'introduction du minerai et de l'oxyde métallique. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend le retrait de sous-produits de la réaction. 8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend le retrait de quantités de métal produit à un débit qui est fonction du débit d'introduction du minerai et de l'oxyde métallique. 9. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le minerai et l'oxyde métallique introduits dans le courant sont du minerai et de l'oxyde de fer, le courant étant formé du métal chaud. 10. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les gaz formés par les sous-produits de la réaction chimique du métal, du minerai et de l'oxyde sont récupérés et circulent sur le minerai et l'oxyde et introduit dans le métal fondu de manière à déclencher une réaction préalable de réduction.