Brevet FR2204698A1 — publié le 19740524

La présente invention se rapporte à un procédé pour griller, en atmosphère réductrice, des minerais contenant divers oxydes métalliques, tels que des minerais de fer, de nickel, de manga noèse de chrome, ou de titane, procédé qui consiste à ajouter et à mélanger uniformément un agent réducteur carboné liquide, tel qu'une huile lourde ou une huile brute aux minerais et à griller ceux-ci, par exemple dans un four rotatif, dans un four à cuve ou dans un four de calcination à lit fluidisé, afin d'obtenir des minerais réduits. Dans un procédé de raffinage et de réduction qui combine un four de traitement préliminaire, tel qu'un four rotatif, un four à cuve' ou un four de calcination à lit fluidisé, avec un four de fusion et de raffinage, tel qu'un four électrique, un four à vent ou un four à réverbère, et qui a été largement pratiqué pour la fusion en atmosphère réductrice de minerais métalliques, on peut démontrer que si la vitesse de réduction préliminaire peut titre augmentée et uniformisée, il devient possible de diminuer la consommation d'énergie électrique et de combustible dans le four de fusion et, en stabilisant la qualité de la production et en augmentant le rendement en métal, il devient possible d'utiliser économiquement des minerais de basse qualité0 Dans les procédés classiques de grillage en atmosphère réductrice, on utilise des matières carbonées ou des gaz réducteurs tels que CO et H2 comme agents réducteurs. Dans le cas de matières réductrices solides, il est difficile de réaliser un mélange parfaitement homogène du minerai et de l'agent réducteur, mdme en ajustant les granulométries des matières considérées, de sorte qu'on ne saurait s'attendre à une réduction uniforme. De plus, la réaction est une réaction de contact entre des solides, de sorte qu'on ne peut pas obtenir un taux de réduction élevé dans certaines conditions de température.D'autre part, lorsqu'on utilise des agents réducteurs gazeux, ceux-ci ont le défaut entre explo sifs ou toxiques, de sorte que leur utilisation s'accompagne de dangers, d quoi s'ajoutent des problèmes économiques dus à la faible efficacité des gaz réducteurs0 La Demanderesse a découvert que les avantages énumérés ci dessatssont obtenus en ajoutant une substance réductrice carbonée liquide, telle qu'une huile lourde ou une huile brute en tant qu'agent réducteur, aux minerais et en soumettant ceux-ci à un grillage de réduction dans un four, tel qu'un four rotatif, un four à cuve ou un four de calcination à lit fluidité, 1) Le fait d'utiliser comme agent réducteur une matière carbonée liquide, telle qu'une huile lourde ou une huile brute (qui seront qualifiées ci-après pour abréger: "huile lourde") permet à cet agent, du fait qu'il s'agit d'un liquide, de traverser les minerais et de se mélanger uniformément avec ceux-ci, ce qui se traduit par une augmentation remarquable de la vitesse de réduction préliminaire sous l'action du fin dépit de carbone résultant de la décomposition de l'huile lourde dans le four, de sorte qu'il devient possible de réaliser une réduction uniforme des minerais0 2) La consommation de carburant pour le bradeur de chauffage est diminuée par la combustion de l'huile lourde additionnelle, et la température de grillage peut être abaissée, de sorte que la consommation totale d'huile lourde est presque la méme que si l'on n'avait pas procédé à une addition d'huile lourde, 3) L'utilisation des matières carbonées est diminuée par le dép8t de carbone qui résulte de la décomposition de l'huile lourde additionnelle. De plus, toutes les matières carbonées nécessaires peuvent titre remplacées par l'huile lourde, D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence à la figure unique du dessin annexé, qui est un organigramme illustrant les étapes successives du grillage de minerais contenant des oxydes de nickel et de fer, conformément à l'invention. Lorsqu'on fait grille de façon classique des minerais contenant des oxydes de nickel et de fer, qualifiés ci-apres de "minerais nickeliferreux,dans un four rotatif 1, la quantité de poussières produites stélève à environ 6 % des minerais, ces poussières étant récupérées dans des dépoussiéreurs 2, 3 et 4 faisant suite au four rotatif, puis sont introduites, sous un débit constant, dans un malaxeur 6 dans lequel elles sont mouillées avec de l'eau pour éviter qu'elles soient soufflées par le vent.Les poussières malaxées sont mélangées et sont agglomérées avec les minerais venant du caisson 9 et avec des matières carbonées au moyen d'une machine à pastiller 7, avant d'entre introduites et grillées dans le four rotatif. A Selon la présente invention, on remplace l'eau par de huile lourde provenant d'une cuve 8, cette huile étant délivrée dans une proportion représentant de 10 à 100 X de la quantité de matière réductrice nécessaire, les poussières additionnées d'huile lourde étant pétries dans le malaxeur 6.Ensuite les minerais du caisson 9 et les matières carbonées sont mélangés, conjointement avec les poussières malaxées et sont agglomérés par la machine à pastiller 7, avant entre introduits dans le four rotatif, chauffés à 9000C au moyen d'un brûleur à huile 10 et, ainsi, grillés. En ce qui concerne le mode d'addition de 11 huile lourde, on' peut mélanger toute la quantité d'huile lourde nécessaire aux poussières ou aux minerais, ou bien l'introduire directement dans une zone à haute température du four rotatif0 Les proportions préférées de la matière réductrice carbonée liquide additionnée aux divers minerais métalliques, et la gamme préférée de températures de grillage en atmosphère réductrice sont indiquées ci-après:: (1) Dans le cas de minerais contenant des oxydes de nickel, on ajoute l'huile lourde ou l'huile brute dans une proportion correspondant entre 30 et 80 % de la quantité théoriquement nécessaire d'agent réducteur et on procède au grillage à une température comprise entre 900 et 1000 Co (2) Dans le cas de minerais de manganèse, on ajoute huile lourde 'ou l'huile brute dans une proportion représentant de 20 i 50 % de la quantité théoriquement nécessaire d'agent réducteur et on procède au grillage à une température comprise entre 600 et 1000 C. (3) Dans le cas de minerais de fer, on ajoute l'huile lourde ou l'huile brute dans une proportion représentant de 20 à 60 9 de la quantité théoriquement nécessaire d'agent réducteur et on effectue le grillage à une température comprise entre 900 et 10000Co Les exemples qui suivent, qui n'ont bien entendu aucun caractère limitatif, feront mieux comprendre les particularités de 1' invention0 Exemple 1- On met la présente invention en oeuvre en utilisant un four rotatif ayant une capacité de traitement de 1200 tonnes par jour (longueur 115 m, diamètre 55 m), en utilisant les minerais d'oxyde de nickelmettionnés ci-dessous, de l'anthracite et de l'huile lourde de qualité C, et on compare les résultats ainsi obtenus avec ceux du procédé classique. (1) Composition des minerais de nickel (%) NiO + CoO Fe2O3 SiO2 MgO 3,15 18,45 40,2 25,3 A1203 Pertes au feu Humidité 0,9 11,20 27 (2) Composition de l'anthracite (%) FC VM Cendres P S 79,91 11,80 8,29 0,011 0,842 (3) Composition de l'huile lourde de qualité C (%) C H O Densité 83 13 1,2 0,94 Le Tableau 1 indique les conditions opératoires, le Tableau 2 donne la composition des minerais grillés et le Tableau 3 indique les taux de réduction préliminaires0 TABLEAU 1 Quantité de Quantité Quantité Quantité Quantité de Vitesse Tempéra- Tempéraminerai, d'huile d'huile totale matières de rota- ture de ture de minerai sec, lourde uti- lourde addi- d'huile carbonées tion du grillage sortie tonnes/heure lisée pour tionnée, lourde mélangées, four des gaz C alimenter l/t de mine- consommée, kg/t de t/mn C le brûleur rai sec l/t de minerai sec l/t de minerai minerai sec sec Procédé de l'invention 35 60 25 85 25 0,33 900 250 Procédé classique 35 85 - 85 40 0,33 1000 250 TABLEAU 2 T.Ni M.Ni T.Fe M.Fe FeO Fe2O3 S C Procédé de l'invention 2,87 0,98 18,96 2,24 11,55 9,95 0,11 0,88 Procédé classique 2,69 0,06 17,77 0,24 1,69 23,18 0,04 1,97 TABLEAU 3 (M.Ni/T.Ni) x 100 % (M.Fe+0,259FeO/T.Fe) x 100 % Procédé de l'invention 34,1 27,6 Procédé classique 2,2 3,8 En opérant dans les mêmes conditions, lorsqu'on ajoute 25 litres d'huile lourde par tonne de minerai de nickel, la quantité totale d'huile lourde consommée est presque la meme que si l'on n'avait pas ajouté d'huile lourde, mais par contre, la quantité de matière carbonée utilisée est réduite de 37,5 %0 En ce qui concerne la vitesse de réduction, elle est remarquablement augmentée par l'opération d'addition d'huile lourde, notamment de 15,3 fois pour le nickel et de 7,25 fois pour le fer, comparativement à une opération sans addition d'huile lourde Exemple 2 On met la présente invention en oeuvre dans un four rotatif ayant une capacité de traitement de 40 tonnes/jour (longueur 25 m, diamètre 1,3 m) en utilisant les minerais de manganèse mentionnés ci-dessous, du coke pulvérisé et de l'huile lourde, et on compare les résultats avec ceux d'un procédé classique (1) Composition du minerai de manganèse (%) MnO2 Fe203 SiO2 CaO MgO A1203 Pertes au feu H2O 81,70 3,68 2,60 0,52 0,20 0,13 12,05 3,2 (2) Composition de la poudre de coke (%) FC VM Cendres P S 86,0 1,80 12,20 0,055 0,66 (3) Composition de l'huile lourde qualité C (%) C H O Densité 83 13 1,2 0,4 Le Tableau 4 indique les conditions opératoires, le Tableau 5 donne composition des minerais grillés et le Tableau 6 montre les vitesses de réduction préliminaires. TABLEAU 4 Quantité Quantité Quantité Quantité Quantité Vitesse Tempéra- Tempérade minerai, d'huile d'huile totale de matières de rota- ture de ture de minerai sec lourde uti- lourde addi- d'huile carbonées tion du grillage sortie tonnes/heure lisée pour tionnée, lourde mélangées, four des gaz C alimenter l/t de mine- consommée, kg/t de C t/mn le brûleur rai sec l/t de minerai l/t de minerai sec minerai sec sec Procédé de L'invention 1,5 50 30 80 180 1,0 650 120 Procédé classique 1,5 80 - 80 200 1,0 700 120 TABLEAU 5 T.Mn MnO MnO2 T.Fe M.Fe FeO Fe2O3 C Procédé de l'invention 59,42 54,22 27,6 2,92 0,30 1,36 2,23 13,5 Procédé classique 57,76 41,73 40,2 2,81 0,24 1,13 2,42 16,0 TABLEAU 6 (Mn+2/T.Mn) x 100% (M.Fe+0,259FeO/T.Fe) x 100% Procédé de l'invention 70,8 22,4 Procédé classique 56,0 19,0 Lorsque, dans les mêmes conditions opératoires, on ajoute 30 litres d'huile lourde par tonne de minerai de manganèse, la consommation totale d'huile lourde reste presque la mtme que si l'huile lourde n1 avait pas été utilisée, mais, par contre, la quantité de matière carbonée utilisée diminue de 10 . Les vitesses de réduction préliminaires du manganèse et du fer sont augmentées respectivement de 1, 26 fois et 1,18 fois par l'opération d'addition de l'huile lourde, comparativement à une opération sans addition d'huile lourde, Exemple 3 On met la présente invention en oeuvre dans un four rotatif ayant une capacité de traitement de 40 tonnes/jour (longueur 25 m et diamètre 1,3 m) en utilisant le minerai de manganèse et l'huile lourde de l'exemple 2, et on procède à une comparaison entre le procédé de l'invention, dans lequel le taux d'addition de l'huile lourde était de 100 % et le procédé classique n'utili- sant que du coke pulvérisé.Le Tableau 7 indique les conditions opératoires, le Tableau 8 donne la composition des minerais grillés et le Tableau 9 montre les vitesses de réduction préli vinaires TABLEAU 7 Quantité Quantité Quantité Quantité Quantité Vitesse Tempéra- Tempérade minerai, d'huile d'huile totale de matières de rota- ture de ture de minerai sec lourde uti- lourde addi- d'huile carbonées, tion du grillage sortie tonnes/heure lisée pour tionnée, lourde kg/t de four des gaz C alimenter l/t de mine- consommée, minerai t/mn C le brûleur rai sec l/t de sec l/t de minerai minerai sec sec Procédé de l'invention (Taux d'ad1,5 50 300 350 - 0,8 650 300 dition de l'huile lourde::100%) Procédé 1,5 100 - 100 200 0,8 700 300 classique TABLEAU 8 T.Mn MnO MnO2 T.Fe M.Fe FeO Fe2O3 C Procédé de l'invention (taux d'addi- 61,01 59,10 24,0 3,03 0,52 1,39 2,05 10,7 tion de l'huile lourde 100 %) Procédé classique 58,61 43,91 38,9 2,85 0,29 0,99 2,56 12,2 TABLEAU 9 (Mn+2/T.Mn)x 100 % (M.Fe+0,259FeO/T.Fe)x 100 % Procédé de l'invention 75,1 29,0 (Taux d'addition de l'huile lourde:: 100 %) Procédé classique 58,0 19,2 Dans les mêmes conditions opératoires, lorsqu'on ajoute 300 litres huile lourde par tonne de minerai de manganèse, (taux d'addition 100 'S), les vitesses de réduction préliminaires du manganèse et du fer sont augmentées respectivement de 1,3 fois et de 1,51 fois, comparativement aux procédés classiques sans huile lourde0 Exemple 4 On met en oeuvre la présente invention dans un four rotatif ayant une capacité de traitement de 40 tonnes/jour (longueur 25 m, diamètre 1,3 m) en utilisant le minerai de fer indiqué cidessous, du coke pulvérisé et de l'huile lourde. (1) composition du minerai de fer (%) TOFe FeO Fe2O3 SiO2 CaO MgO 45,97 7,35 57,60 16,05 1,96 3,29 (2) Composition du coke pulvérisé (%) FC VM Cendres P S 86,0 1,80 12,20 0,055 0,66 (3) Composition de l'huile lourde qualité C (%) C H O Densité 83 13 1,2 0,4 Le Tableau iO indique les conditions opératoires, le Tableau Il donne la composition des minerais grillés et le Tableau 12 montre les vitesses de réduction préliminaires comparativement aux procédés classiques. TABLEAU 10 Quantité de Quantité Quantité Quantité Quantité de Vitesse Tempéra- Tempéraminerai, d'huile d'huile totale matières de rota- ture de ture de minerai sec lourde uti-lourde addi- d'huile carbonées tion du grillage sortie tonnes/heure lisée pour tionnée, lourde mélangées, four des gaz alimenter l/t de mine-consommée kg/t de C C t/mn le brûleur rai sec l/t de minerai l/t de minerai sec minerai sec sec Procédé de l'invention 1,0 90 30 120 200 0,35 950 380 Procédé classique 1,0 120 - 120 250 0,35 1050 380 TABLEAU 11 T.Fe M.Fe FeO Fe2O3 S C Procédé de l'invention 49,14 2,70 56,24 3,92 0,20 13,3 Procédé classique 44,40 0,52 39,98 18,00 0,15 19,0 TABLEAU 12 (M.Fe+0,259FeO/T.Fe)x 100% Procédé de l'invention 35,2 Procédé classique 24,5 Dans les memes conditions opératoires, lorsqu'on ajoute 30 litres d'huile lourde par tonne de minerai, la consommation totale d'huile lourde reste la meme que si on n'avait pas ajouté d'huile, mais la quantité de matières carbonées, utilisées diminue de 20 %, tandis que la vitesse de réduction du fer augmente de 1,44 fois comparativement à une opération sans huile lourde. I1 ressort clairement de la description et des exemples précédents que les matières réductrides solides ou gazeuses habituellement ajoutées aux minerais métalliques peuvent être remplacées par des matières réductrices liquides, par exemple par de l'huile lourde ou de l'huile brute, jusqu'à 100 %, et qu'il est possible de procéder à des opérations de grillage en atmosphère réductrice satisfaisantes dans un four, tel qu'un four rotatif, sans pratiquement modifier les conditions opératoires traditionnelles, REVElD I CATI ONS 1)Procédé pour griller en atmosphère réductrice des minerais contenant des oxydes métalliques qui consiste à ajouter à ces minerais un agent réducteur carboné liquide, puis à griller ces minerais0 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute l-'agent réducteur carboné liquide aux minerais dans une proportion comprise entre 10 et 100 X de la quantité théoriquement nécessaire d'agent réducteur. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent réducteur carboné liquide est une huile lourde ou une huile brute.