Brevet FR2299089A1 — publié le 19760827

La présente invention concerne un procédé pour récupérer des métaux ayant une valeur tels que le fer, le zinc et le plomb et du carbone, sélectivement, dans des poudres contenant des métaux telles que des poussières produites dans un four de fusion et d'affinage de métaux, telles que de la poussière humide de haut-fourneau, de la poussière de convertisseur, de la poussière de four électrique et une poussière précipitée électrostatiquement produite dans le traitement d'agglomération de matières contenant des métaux telles que des matières pour hauts-fourneaux; plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de traitement chimique et physique qui peut permettre de récupérer sélectivement, avec un rendement élevé, du fer, du zinc, du plomb, du carbone, etc... dans des poussières secondaires de haut-fourneau (poussière humide), des poussières de convertisseurs précipitées électrostatiquement et de poussières de four électrique. Ainsi, la présente invention prévoit un procédé de traitement efficace des poussières métallurgiques recueillies. Les poudres contenant des métaux, telles que les poussières métallurgiques recueillies mentionnées ci-dessus, sont composées de particules extrêmement fines dont les dimensions sont situées dans une plage de 2 à 3 microns et de grosses particules d'environ 1 mm, comme le révèle l'observation microscopique, et comprennent des poussières autres que celles de fer, de zinc, de plomb et d'autres particules de métaux de valeur qui se solidifient après vaporisation pendant le traitement de fusion ou d'affinage et des particules fines de graphite ou des poxsbbes de coke fines prove- nant du carbone de la matière de réduction ou de la fonte en gueuse pendant le traitement de fusion ou d'affinage. Couramment, divers procédés ont été proposés pour traiter des poudres contenant des métaux et selon l'un des procédés classiques, Zn et Pb sont séparés par lessivage et soumis à une séparation solide-liquide et le solide est déshydraté pour servir de matière dans le minerai de fer aggloméré pour les hauts-fourneaux. Toutefois, selon les procédés-de l'art antérieur, il est essentiel de dissoudre et de séparer Zn et Fb des poudres contenant des métaux du fait que ces métaux gênent le fonctionnement du hautfourneau et, en particulier, quand les poudres contenant des métaux, utilisées comme matières pour fabriquer des pastilles ou des agglo mérés, sont chargées dans le haut-fourneau et, ainsi, un matériel important est nécessaire et des colts élevés sont entratnés pour traiter la totalité des poudres contenant des métaux recueillies, sans utilité pratique.Parallèlement, quand les poudres metallur- giques contenant Zn et Pb sont soumises à un traitement de flottation ou de séparation magnétique, il est impossible de séparer Zn et Pb, bien que ces procédés de séparation soient efficaces pour séparer les composés de carbone ayant de la valeur. On a donc considéré que l'utilisation industrielle des poudres contenant des métaux est impossible et ces poudres métallurgiques ont été reje- tées. La demanderesse a effectué des études et des expériences importantes dans le but d'éliminer les problèmes rencontrés dans l'art antérieur et d'utiliser les poudres contenant des métaux et a trouvé que, quand les poudres contenant des métaux sont composées de particules extrêmement fines allant de 2 à 3 microns et de grosses particules d'environ 1 mm et que ces poudres sont mises sous la forme de boue ayant une concentration non supérieure à 50 % et, de préférence, à 30 %, puis soumises à un traitement de classification hydraulique par un cyclone hydraulique, un tamis hydraulique vibrant et un appareil classeur hydraulique à ultra-sons, plus de 70 % de Zn et de Pb qui gênent les divers traitements quand les poudres contenant des métaux sont utilisées peuvent être séparés de la matière.s1écoulant à la partie supérieure de l'appareil et plus de 70 % de Fe et de C sont séparés de la matière s'écoulant à la partie inférieure de l'appareil. La présente invention est basée sur les faits susmentionnés et a été mise au point après d'autres expériences importantes en incorporant le traitement des matières contenant du fer de l'art antérieur et le traitement de Zn et de Pb de l'art antérieur. La caractéristique de la présente invention réside dans le fait que les poudres contenant des métaux produites et recueillies dans des traitements et des fours métallurgiques tels qu'un four de fusion ou d'affinage de métaux et un traitement d'agglomération de matières contenant des métaux, sont mises sous la forme de boue ayant une concentration non supérieure à 50 % et soumises à une classification ou tri hydraulique; la matière qui s'écoule à la partie supérieure de l'appareil est soumise à l'un quelconque des traitements de réduction, de lessivage et de grillage oxydant suivi par un traitement de chloration par vaporisation directement ou après flottation alors que la matière s'écoulant à la partie inférieure de l'appareil est utilisée directement pour préparer une matière métallurgique ou soumise à un lessivage et utilisée pour la préparation de matière métallurgique. Ainsi, selon la présente invention, une récupération sélective de Zn,Pb et Fe, C, qui était impossible avec l'art antérieur, est réalisée efficacement et il est possible d'effectuer une séparation primaire des matières non ferreuses (matières stécou- lant à la partie supérieure de l'appareil) et des matières ferreuses (matières s'écoulant à la partie inférieure), de sorte qu'il est possible d'abaisser les colts et d'améliorer les rendements des divers traitements de la matière non ferre use telle que la flottation, la réduction, la dissolution et le grillage oxydant, suivis par le traitement de chloration par vaporisation; et, également, il est possible d'abaisser le coQt du traitement des matières ferreuses et d t améliorer la qualité de la matière ferreuse. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-Joints dans lesquels La figure 1 est un diagramme représentant les étapes principales d'un mode de mise en oeuvre du procédé de la présente in Invention La figure 2 est une figure en coupe d'un cyclone hydrauli- que utilisé dans la classification ou tri humide selon la présente invention; et La figure 3 est un diagramme montrant toutes les étapes du mode de mise en oeuvre du procédé de la présente invention. Si on se réfère à la figure 1, la référence I représente un réservoir d'alimentation pour assurer l'alimentation en poudre contenant des métaux; la référence 2 désigne une étape de classification hydraulique utilisant un cyclone hydraulique, un tamis vibrant hydraulique, un appareil classeur hydraulique à ultra-sons ou analogue; la référence 3 designe une étape de flottation pour la matière s'écoulant à la partie supérieure de l'appareil lors de l'étape de classification hydraulique; la référence 4 indique une dérivation à l'étape de flottation; la référence 5 désigne une éta pe de traitement de réduction; la référence 6 désigne une étape de traitement de lessivage de Zn et de Pb; la référence 7 désigne une étape au cours de laquelle le grillage oxydant, puis le traitement de chloration par vaporisation sont effectués.Toutes les étapes 5, 6 et 7, traitent chimiquement la matière s'écoulant à la partie supérieure de l'appareil de l'étape de classification hydraulique. La référence 8 est un traitement de lessivage pour la matières'écou- lant à la partie inférieure de l'appareil venant de l'étape de classification hydraulique; la référence 9 indique une dérivation du traitement de lessivage 8; la référence 10 est une étape dans laquelle la matière est préparée par agglomération, formation à froid de pastilles, formation de petites pastilles ou opérations analogues. La présente invention n'est pas limitée au diagramme comprenant toutes les étapes susmentionnées. Ainsi, par exemple, suivant le degré de séparation sélective en Zn et en Pb dans l'étape de classification hydraulique 2, les teneurs en Zn et en Pb dans les poudres contenant les métaux, de même que suivant l'emploi final des poudres traitées, l'étape de flottation, étape du traitement de réduction et étape de lessivage de la matière s'écoulant à la partie supérieure de l'appareil classeur peut être éliminée et la matière s 1écoulant à la partie supérieure peut être traitée seulement par grillage oxydant et traitement de chloration par vaporisation; et, l'étape de lessivage pour la matière s'écoulant à la partie inférieure de l'appareil peut être éliminée et cette matière s'écoulant à la partie inférieure peut être traitée seulement par l'étape de préparation de la matière. Dans une variante de la présente invention l'étape de flottation hydraulique peut être répétée. On décrira maintenant la classification hydraulique selon la présente invention qui rend possible le traitement des poudres contenant des métaux qui était considéré comme impossible dans l'art antérieur. Dans la figure 2, le cyclone hydraulique utilisé dans un exemple de ia présente invention est représenté; et, la référence Du désigne le diamètre du tuyau d'évacuation de la matière s'écoulant à la partie inférieure de l'appareil classeur, la référence Do désigne le diamètre du tuyau d'évacuation de la matière s'écoulant à la partie supérieure de l'appareil et la référence IM désigne un tuyau d'arrivée des poudres. Dans cet exemple, une poussière humide de haut-fourneau mentionnée dans le tableau I a été utilisée comme poudre contenant des métaux et a été soumise à une classification dans les conditions présentées au tableau II. Les résultats sont représentés dans le tableau II. TABLEAU I T. Fe SiO2 A1203 CaO C Zn Pb Poussière humide de haut-fourneau 18,51 6,48 3,19 1,60 50,0 2,01 0,52 TABLEAU II Conditions de Résultats de classification Objets Répar- de classification traités tition N@ Zn Pb P P-D Grade Répar- Grade Répar Du/Do kg/cm2 % % tition % tition 1 0,72 1,5 25 u. f 71,8 0,37 13,1 0,11 15,3 o. f 28,2 6,16 86,9 1,50 84,7 2 n in 30 U. f 67,3 0,63 21,3 0,17 22,4 o. f 32,7 4,81 78,7 1,19 77,6 3 " " 40 u. f 64,5 1,03 33,2 0,28 35,6 o. f 35,5 3,76 66,8 0,91 64,4 4 " " 50 u. f 61,3 1,48 45,3 0,37 45,2 o. f 38,7 2,86 54,7 0,71 54,8 5 " " 60 u. f 58,2 1,66 48,3 0,44 51,3 o. f 41,8 2,47 51,7 0,58 48,7 Remarques Du : Diamètre du tuyau d'écoulement de la matière s'écou lant à la partie inférieure du cyclone hydraulique Do : Diamètre du tuyau d'écoulement de la matière s 'écou- lant à la partie supérieure du cyclone hydraulique P : Pression de charge de la boue P-D : Concentration de la boue Répartition : Répartition de la matière s'écoulant à la partie in férieure et de la matière s' écoulant à la partie su périeure du cyclone hydraulique sur la base du poids à sec u. f : Matière s'écoulant à la partie inférieure du cyclone hydraulique o. f :Matière s'écoulant à la partie supérieure du cyclone hydraulique Comme on le comprendra d'après les résultats présentés dans le tableau II, quand la concentration de la boue dépasse 50 %, le degré de classification de Zn et de Pb diminue progressivement et, ainsi, les résultats désirés de la présente invention ne peuvent être obtenus. D'après ce qui précède, il est souhaitable, pour des raisons pratiques, de maintenir une concentration de la boue d'environ 30 %. Parallèlement, quand la concentration de la boue est maintenue à environ 10 ffi de façon à recueillir les plus petites particules formant la matière s'écoulant à la partie inférieure du cyclone hy- draulique, il est possible d'améliorer l'extraction de Zn, c'est-àdire la séparation sélective de la matière s'écoulant à la partie supérieure sans abaisser le rendement de la matière s'écoulant à la partie inférieure. Egalement, quand les particules de la boue sont classifiées par le tamis hydraulique à ultra-sons en particules de dimensions non supérieures à 5 microns et en particules de dimensions supérieures à 5 microns, environ 65 % de la matière s'écoulant à la partie inférieure du cyclone peut être traitée et un taux d'extraction de 80-85 % du zinc peut être atteint. Ainsi, la matière s'écoulant à la partie inférieure du cyclone obtenue par la classification hydraulique de la boue ayant une concentration de 25 % dans les conditions de l'essai nO 1 dans le tableau II est directement introduite dans l'état de préparation de la matière où elle est traitée pour obtenir la matière de fabrication du fer destinée à être utilisée dans le haut-fourneau par exemple. Ainsi, si l'on se réfère à la figure 3, la boue des poudres contenant des métaux est acheminée du réservoir 1 à l'étape de classification hydraulique 2 équipée d'un cyclone hydraulique, à la machine de déshydratation ll pour la matière s'écoulant à la partie inférieure de l'étape de classification hydraulique 2, au sécheur 12 et à la trémie 13.Une partie du produit s'écoulant à la partie inférieure ainsi traitée est soumise à l'étape de mélange broyage -formation de pastilles, 14 > pour obtenir des petites pastilles, tandis que l'autre partie de la matière s'écoulant à la partie inférieure est mélangée avec du ciment et soumise à l'étape de mélange-broyage-formation de pastilles, 15, et maintenue pendant 2 ou 3 Jours dans l'étape de cuisson 16; et, encore une autre partie de la matière écoulant à la partie inférieure est mélangée avec de la chaux éteinte, soumise à l'étape de mélange-broyage-formation de pastilles, 17, puis traitée dans la tour de réaction de carbonisation 18 et la partie restante est mélangée avec des matières agglomérées par la machine à agglomérer 39.Toutes les parties mentionnées ci-dessus de la matière s 'écoulant à la partie inférieure du cyclone de classification sont alors soumises à l'étape de préparation de la matière et utilisées comme charge pour le haut-fourneau. Parallèlement, les conditions de fonctionnement du hautfourneau sont telles que la matière s'écoulant à la partie inférieure du cyclone de classification de l'échantillon nO 4 dans le tableau II ne peut pas être soumise directement à une étape de préparation de la matière; la matière s'écoulant à la partie inférieure est envoyée au réservoir de lessivage et d'agitation 19 dans lequel Zn et Pb sont lessivés par addition d'acide minéral et d'eau et au séparateur solide-liquide 20; et, le produit solide est envoyé à la machine de déshydratation Il puis soumis à l'étape de préparation de la matière pour obtenir des matières de charge pour hauts-fourneaux.Parallèlement, le produit liquide est envoyé au réacteur 10 dans lequel de la chaux éteinte est ajoutée pour précipiter Zn et Pb sous une forme analogue à un gel et on lui fait traverser la machine de filtration 21 et la machine de déshydratation 22 pour obtenir des matières non ferreuses. Si l'on se réfère maintenant à la figure 3, la boue de poudres contenant des métaux est acheminée du réservoir 1 au trai tementsde classification hydraulique 2 équipé d'un cyclone hydraulique pour classifier la boue, la quantité de matière qui s'écoule à la partie supérieure du cyclone après la classification est envoyée au dispositif épaississeur 21 et à la machine de déshydratation 22 pour obtenir un gA gteau et, une partie du gâteau est mélangée avec un agent réducteur, tel que de la poudre de coke et de la chaux dans la machine de mélange-broyage 23, puis on la fait passer à travers le dispositif de séchage et de préchauffage 24 pour aller au four de réduction 25 dans lequel un agent réducteur est ajouté pour obtenir des pastilles réduites; parallèlement, l'autre partie du produit formant le gâteau est envoyée dans le dispositif de re-transformation 26 en pulpe ou pâte au dispositif agitateur 27 dans lequel de l'acide minéral et de l'eau sont ajoutés pour lessiver Zn et Pb, au séparateur solide-liquide 28 et à la machine de déshydratation 29, puis elle est soumise à l'étape de préparation de la matière tout comme le produit s'écoulant à la partie inférieure du cyclone pour obtenir du minerai aggloméré, de petitespas tifles, pas liées froid, des pastilles réduitesJetc...Leliquide dont Zn et Pb ont été extraits par lessivage dans le séparateur solide-liquide 28 est envoyé dans la machine de réaction 30 dans laquelle Zn et Pb sont précipités sous la forme d'une substance analogue à un gel par addition de chaux éteinte, dans la machine de filtration 21 puis dans la machine de déshydratation 32 pour récupérer Zn et Pb. La partie restante est triée dans le dispositif de grillage oxydant 33 dans lequel le carbone qu'elle contient est oxydé et un agent de chloration tel que CaCl2 est ajouté et envoyé dans le dispositif de chloration par vaporisation 37, puis dans la machine de mélange et de formation de pastilles 34, dans le sécheur 35 et dans le four rotatif 36 pour obtenir des pastilles cuites; et, Zn et Pb qui ont été ehlorés et vaporisés, sont récupérés par un procédé humide. Puis, la boue ayant une concentration de 30 % est soumise à une classification hydraulique dans les conditions de l'échantillon nO 2 dans le tableau II, puis le produit s'écoulant à la partie supérieure du cyclone est soumis à l'ensemble de flottation 38 pour séparer le'carbone qu'elle contient et celui-ci est récupéré dans la mousse et Fe,Zn et Pb sont récupérés dans le résidu. La mousse produite ci-dessus est utilisée comme agent réducteur dans le traitement de réduction précédent, etc... et le ré sidu est soumis au traitement de réduction, au traitement de lessivage et au traitement de grillage oxydant et de chloration par vaporisation pour obtenir des matières pour hauts-fourneaux, tels que des minerais agglomérés, des pastilles réduites, des petites pastilles, des pastilles liées à froid et des pastilles cuites, de même que dans les matières non ferre uses. Les résultats des traitements ci-dessus sont représentés dans le tableau III. TABL3AU humide de ' C Zn Pb T.Fe Poids (%) W: 47 > 0 20,1 0,55 18 > 5 100 H H oÇWI cyclone hydraulique H Matière s'écoulant Mattère s r( à la partie inférieure (% > à la partie supérieure , C Zn Pb T.Fe Poids C Zn Pb T.Fe Poids vertisse ur i( ecoulant à poussière (clinke artie infér Grillage oxydant (%) 60 10 10 C Zn T.Fe i,Résistance à l'écrasement acide~~ac9}11rure I après Grill h a > Fc rnoarJ 1 np a.las np: v I TABLEAU III (suite) Q J '3 o - a icrèré -1 N0 Matiere Minerai Minerai Serpentine Pierre Retours ri o Q > 1U O fin dit à chain re de ril Marcona fine coke i - r.00, 2, 12,5 25,0 3, dlN 2 10 78,9 5,0 2,6 12,5 25,0 3,8 Ts 7 ci N Rendement Temps d'agglo 8/ T 2 () mération (mn) des dimensions cJla, 68,4 );;7,6 27,3 o 2 17,8 68,5 17,8 26,7 Lessivage LR mFy* Solution C Zn T.Fe Poids Réglage du Ph sti e s m T.Fe Zn Cu CaCl 50 0,06 18,1 24,5 des précipités 57,8 0,8 0,7 4,2 Préparation - matières matières ?astilles cuites (%) rn non-ferre uses k O 0 ad : T.Fe Zn Cu CaCi uuto Temps de Concen ra on o lessivage initiale en 61,4 0,03 0,03 acide suluriaue a > 1 i 0 mn 40 g/I g 2 W 60 mn d; /l g Z -W S a9uslam np X 3 BX aTnpopd ~ Comme on le comprendra d'après le tableau II; il est possible, par la présente invention, de récupérer jusqu'à 70 % environ de matières ferreuses de la poussière humide de hauts-fourneaux qui état rejetée dans l'art antérieur et de récupérer environ 30 % de matières non ferreuses, et les matières ferreuses récupérées contiennent environ 20 % de fer et environ 50 % de carbone, ces matières pouvant être utilisées comme charge du haut-fourneau sous la forme de diverses pastilles et minerais agglomérés, sans effet nuisible sur la condition du haut-fourneau, en assurant un niveau élevé de fonctionnement stable du haut-fourneau.Ceci est considéré comme étant dt au fait que les teneurs en Zn et Pb dans les matières pour haut-fourneau obtenues sont maintenues en quantités trop faibles pour amener des difficultés dans le fonctionnement, dans la pratique. Parallèlement, les matières non ferreuses récupérées contiennent environ 6 % de Zn et environ 1,5 % de Pb. Ceci constitue une récupération efficace de ces éléments. Les matériels pour récupérer ces matières ferre uses et non ferre uses traitent des composants de valeur récupérés sélectivement par classification hydraulique simple et peu conteuse, de sorte que ces matériels peuvent être compacts, correspondant aux quantités de matières classifiées à traiter et ils peuvent être choisis selon les traitements requis. Ainsi, la présente invention peut être mise en oeuvre avec un rendement élevé et économiquement sur le plan commercial. Comme on l'a décrit ci-dessus, diverses poudres contenant des métaux autres que des poudres de haut-fourneau représentées par les exemples, peuvent être traitées par la présente invention pour récupérer des matières ferre uses et non ferreuses à partir de celles-ci à une échelle commerciale et, ainsi, la présente invention présente un grand avantage d'utilisation des poudres contenant des métaux. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaetront à l'hom- me de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement de poudres contenant des métaux produites dans un four métallurgique ou dans un traitement d'agglomération de matières métalliques, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre les poudres contenant des métaux à une classification hydraulique mises sous la forme d'une boue dont la concentration n'est pas supérieure à 50 %. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière qui s'écoule à la partie supérieure du dispositif de classification est directement soumise à au moins l'un des traitements comprenant le traitement de réduction, le traitement de lessivage, le grillage oxydant suivi par un traitement de chloration par vaporisation. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de matière qui s'écoule à la partie supérieure du dispositif de flottation hydraulique est soumise à une flottation puis à au moins l'un des traitements comprenant le traitement de réduction, le traitement de lessivage, le grillage oxydant suivi par un traitement de chloration par vaporisation. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de matière s 'écoulant à la partie inférieure du dispositif de classification hydraulique sert directement à préparer une matière métallurgique. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière s 'écoulant à la partie inférieure du dispositif de classification hydraulique est soumise à un traitement de lessivage puis préparée et mise sous la forme de matière métallurgique. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la classification hydraulique est répétée. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un cyclone hydraulique est utilisé pour effectuer la classification hydraulique. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une classification hydraulique par ultrasons est utilisée pour effectuer la classification hydraulique. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un tamis hydraulique vibrant est utilisé pour effectuer la classification hydraulique.