Brevet FR2168170A1 — publié le 19730831

"Perfectionnements d la réduction des minerais de chrome" La présente invention concerne des perfectionnements à la réduction des minerais de chrome. On sait qu'en vue de réduire la consommation d'énergie électrique on a proposé d'alimenter un four de production de ferro-chrome ou d'alliages de chrome par une matière dérivant du minerai de départ 3ar une réduction partielle de ses oxydes. Qu'elle soit partiellement réduite ou non, cette matière doit se présenter sous forme de morceaux et non SOU8 forme d'une poudre qui empOcherait ou gênerait le dégagement des gaz provenant de la réduction. La présente invention concerne le premier stade de tels procédés od, après réduction partielle, la réduction s'achève grâce h un four électrique. Elle concerne plus particulièrement la préréduction du minerai de chrome au four tournant avec obtention d'un mélange contenant, d'une part des produits non métalliques, d'autre part du métal solide provenant de la réduction des oxydes de chrome et de fer du minerai. On sait que, pour obtenir dans un four tournant une bonne réduction de Oxyde de chrome, il est nécessaire d'assurer un bon contact du minerai avec le réducteur carboné solide.Ceci est usuellement obtenu en mélangeant du minerai de chrome en poudre avec un réducteur carboné tel que du coke, du oharbon-d,e bois ou de l'anthracite également en poudre et en agglomérant le mélange sous forme de boulettes ou de boulets. I1 a été constaté que les agglomérés conservent difficilement leur forme et donnent lieu à la formation d'une proportion importante de poussières, ce qui nuit au contact réducteur-minerai nécessaire pour la réduction des oxydes, en particulier de chrome, et ce qui empoche 1'obtention des morceaux que 1'on désire introduire ensuite dans le four électrique où s'achèvera la réduction. On a proposé divers moyens pour éviter cet effritement des agglomérés et leur désagrégation en poussières. On peut citer parmi les plus récents celui du brevet français 2.068.831 selon lequel un aggloméré est constitué d'une région interne poreuse et d'un revêtement extérieur dur, cet aggloméré contenant une proportion de silice supérieure à celle que l'on rencontre usuellement dans les minerais de chrome, le rapport du total des oxydes de magnésium et de calcium à la quantité existante d'oxyde d'aluminium étant précisé. Mais un tel moyen conduit à des produits siliceux dont l'introduction ultérieure dans un four électrique présente de nombreux inconvénients techniques et économiques. La demanderesse a constaté que des agglomérés constitués à partir d'un minerai de chrome et d'un réducteur carboné peuvent être soumis à une réduction partielle de leurs oxydes dans un four tournant sans désagrégation notable, donc sans formation notable de poussières, s'ils contiennent une proportion convenable d'oxyde de fer et si l'on opère de façon telle que le métal résultant de la réduction préférentielle de l'oxyde de fer dans le four tournant constitue en quelque sorte un squelette qui assure à l'aggloméré une robustesse mécanique suffisante pour éviter sa désagr6gation ou son effritement. L'invention concerne donc en particulier des compositions associées à des conditions opératoires permettant d'obtenir un tel résultat. Le procédé selon la présente invention est donc un procédé de réduction de minerais de chrome en vue de la production de ferro-chrome ou d'autres alliages de chrome, dans lequel le minerai en poudre est aggloméré au moyen d'un liant avec un réducteur carboné en poudre, ces agglomérés sont soumis à une préréduction en four tournant et la matière résultant de cette préréduction est introduite dans un four électrique où s'achève la réduction cherchée, ladite préréduction étant caractérisée en ce que la proportion des oxydes de fer et de chrome dans les agglomérés initiaux est telle que le rapport pondéral Cr/Fe soit dans son ensemble inférieur à 3, en ce que le chauffage de ces agglomérés sous l'action des gaz provenant de la zone de préréduction est relativement lent jusqu'à 9000C environ, puis rapide Jusqu'à la température choisie pour la réduction de l'oxyde de fer entre 9000C et 1,2000C, et en ce que la température de chauffage des agglomérés est augmentée dans une deuxième zone de réduction jusqu'à une valeur pouvant atteindre 1.4000C. En associant ainsi une composition et des règles de montée en température on peut, dans la dernière portion du four tournant et à sa sortie, disposer d'un produit exempt de poussières et constitué d'agglomérés dont la forme est sensiblement celle des agglomérés de départ, dans lesquels l'oxyde de chrome est maintenu en contact intime avec le réducteur carboné et dont la robustesse permet leur introduction dans le four électrique sans qu'ils y arrivent notablement brisés ou effrités. Il vient d'entre indiqué que, suivant l'invention, le rapport pondéral-chrome/fer dans les agglomérés initiaux doit être inférieur à 3. On ne peut donner de limites plus précises sans réduire indûment la portée de l'invention. Mais la demanderesse a constaté qu'il est avantageux de choisir ce rapport en considération de la finesse de broyage des matières agglomérées. I1 est bien connu qu'il est avantageux de broyer finement une matière à réduire et le réducteur utilisé. La demanderesse a constaté que, dans le procédé de l'invention, le-degré de broyage a une influence sur le rapport Cr/Fe à utiliser. Une augmentation de la finesse permet l'emploi de rapports Cr/Fe plus élevés, ce qui permet une diminution de la quantité de réducteur carboné nécessaire pour la réduction de l'oxyde de fer initialement présent dans les agglomérés. C'est ainsi qu'avec des produits de départ passant au tamis 200 de la norme ASTM il est préférable d'utiser un rapport Cr/Fe inférieur à 2,5, tandis qu'avec des produits de départ passant au tamis 325 des rapports Cr/Fe s'élevant jusqu'à 3 sont avantageusement utilisés.Il n'y a pas théoriquement de limite inférieure du rapport Cr/Fe pour l'exé- cution du procédé de l'invention ; mais il est bien évident que, pour des raisons économiques, on préférera utiliser les rapports Cr/Fe les plus élevés compatibles avec l'obtention du squelette de fer que comportent les agglomérés obtenus suivant l'invention à la sortie du four tournant. Suivant l'invention les agglomérés initiaux, préséchés vers 100-2000C ou non, sont soumis à un chauffage progressif jusque vers 9000C. Une progression trop rapide de la température risquerait de provoquer l'éclatement et la fragmentation des agglomérés avant qu'ils atteignent la zone de réduction. Une progression lente est favorable à un bon bilan thermique, car elle permet un meilleur échange thermique entre les agglomérés à chauffer et les gaz de chauffage qui proviennent de la première zone de réduction. Ce chauffage jusque vers 9000C environ peut se faire dans une première zone du four tournant ; mais si l'on veut éviter un allongement du four il peut avoir lieu dans un appareil différent, connu en lui-même, choisi comme permettant un bon échange thermique entre les agglomérés et les gaz chauds issus de la première zone de réduction du four. Après avoir été chauffés jusque vers 9000C les ag glomérés pénètrent dans la première zone de réduction du four où ils sont portés à la température de réduction choisie dans l'intervalle 900 - 1.2000C. On sait que dans cet intervalle de température l'oxyde de fer peut être réduit par l'oxyde de carbone. Il est avantageux d'atteindre rapidement la température choisie pour effectuer la réduction de l'oxyde de fer=-Cette température doit être éLevée pour obtenir des vitesses de réduction élevées, mais doit rester en chaque point de cette pre mière zone de réduction au-dessous des températures où se produirait une fusion de la partie non réduite des minerais. Sans être totale la réduction effectuée dans cette première zone de réduction intéresse la plus grande partie de l'oxyde de fer initialement présent, en général go à 95%. Après cette première zone de réduction,les agglomérés qui y ont acquis la robustesse désirée parviennent dans une deuxième zone de réduction à atmosphère non oxydante vis-à-vis du chrome métallique où la température peut et enlevée jusqu'S 1.4000C et où les grains de carbone restants une partie de l'oxyde de chrome, La quantité de réducteur carbone mélange initialement au minerai est déterminée en fonction de la quantité nécessaire pour assurer la réduction de l'oxyde de fer présent et de la proportion de l'oxyde de chrome que l'on désire réduire, compte tenu de l'existence éventuelle d'un résidu carboné dans les agglomérés à la sortie du four tournant. Le chauffage des deux zones de réduction et le maintien de la nature de leurs atmosphères peuvent être assurés par des moyens connus.en eux-mêmes. On peut par exemple introduire la totalité du combustible de chauffage à l'extrémité du four tournant par laquelle sortent les agglomérés et introduire l'air de combustion par fractions le long du trajet des gaz dans le four. Les réducteurs carbonés utilisables sont connus en eux-mmes. I1 est préférable d'utiliser le coke ou une matière cokéfiable telle que le lignite, la houille, l'anthracite. Comme liant on peut utiliser un liant usuel, par exemple la bentonite, le lignosulfite, les brais et goudrons. EXEMPLE 1 On a utilisé un minerai de chrome dont la composition était SiO2 3,10% FeO 16,72% Fe 13,00% Cr203 . 50,29% Cr 34,40% Cr/Fe 2,65 A1203 14,10% CaO néant MgO 12,90% Divers 2,89S 100,00 Ce minerai, broyé en poudre fine passant au tamis 200 ASTM, a été mélangé à 4% de son poids d'un minerai de fer de même granulométrie constitué pratiquement d'oxyde Fe203 et à 20% de poussier de coke broyé également au tamis 200 ASTM. L'addition de minerai de fer a ramené le rapport Cr/Fe du mélange à une valeur'de 2,18. Le mélange, additionné d'une quantité convenable d'eau et de 3% de lignosulfite de calcium en poudre, a été aggloméré à la presse à boulets. Les agglomérés avaient une dimension de 50 mm. Les boulets ont été séchés dans une étuve à 2000C puis introduits dans un four tournant où ils ont été chauffés de façon telle qu'entre 900 et 1.1500C leur température s'est élevée de 200C par minute. Ensuite leur température s'est élevée jusqu'à 1.350ex. Après refroidissement des boulets à l'abri de l'air on a constaté que l'on avait réduit à l'état métallique 85% du fer et 55% du chrome initialement présents. EXEMPLE 2 - Le même minerai de chrome a été traité dans les memes conditions mais sans addition de minerai de fer, de sorte que le rapport Cr/Fe du produit était de 2,65. Les agglomérés faits dans les mêmes conditions avec le même liant ont été introduits de façon comparable dans le four tournant. Au cours du chauffage, lorsque les boulets ont atteint une température de 1.000 C environ ils se sont désagrégés et l'on a recueilli à la sortie du four une poudre dans laquelle l'oxyde de chrome n'était pas du tout réduit tandis que l'oxyde de fer était réduit dans la proportion de 30% du fer présent seulement. EXEMPLE 3 - Le même minerai de chrome que dans les exemples 1 et 2 a été broyé au tamis 325 ASTM et mélangé à 20% de poussier de coke broyé dans les mêmes conditions. Le mélange avait donc un rapport Cr/Fe égal à 2,65. I1 a été aggloméré avec 3% de lignosulfite et chauffé comme dans l'exemple 1. On a obtenu le même résultat que dans l'exemple 1, c'est-à-dire que 88% du fer et 5749 du chrome ont été réduits et que les agglomérés ne se sont pas désagrégés au cours de leur passage à travers le four. REVENDICATION 1. Procédé de réduction d'un minerai comportant l'agglomb- ration du minerai en poudre avec un réducteur carboné solide au moyen d'un liant, une préréduction de ces agglomérés en four tournant et l'achèvement de la réduction cherchée dans un four électrique, ladite préréduction étant caractérisée en ce que la proportion des oxydes de fer et de chrome dans les agglomérés initiaux est telle que le rapport pondéral Cr/Fe soit dans son ensemble inférieur à 3, en ce que le chauffage de ces agglomérés sous l'action des gaz provenant de la zone de préréduction est relativement lent jusqu'à 900 C environ,puis rapide jusqu'à la température choisie pour la réduction de l'oxyde de fer entre 900 et 1.200 C environ, et en ce que la température de chauffage des agglomérés est augmentée dans une deuxième zone de réduction jusqu'à une valeur pouvant atteindre 1.400 C.