Brevet FR2307876A1 — publié le 19761112

La présente invention concerne le traitement de certains produits et sousproduits1 utilisés dans les opérations métallurgiques, en vue de séparer les éléments volatils notamment les métaux lourds et leurs composés. I1 est bien connu que les impératifs de protection de l'environnement et le souci t nomi- que de récupérer des produits de valeur, conduisent les producteurs d'acier capter et a recueillir toutes les émissions de poussières qui s.e produisent aux différents stades de production. Dans la mesure du possible ces produits qui se trouvent à l'état de poussières sèches ou de boues sont recyclés dans le circuit de fabrication par l'intermédiaire de l'installation d'agglomération. Les sources les plus importantes de rejet sont les hauts fourneaux et les aciéries quelque soit le procédé d'affinage mis en oeuvre. Si économiquement ce recyclage s'avère satisfaisant, il est rapidement apparu que ces boues et poussières contenaient à coté du fer, de la chaux et d'autres éléments utiles, beaucoup d'éléments indésirables qui proviennent de toutes les matières premitres utilisées, ferrailles, minerais, charbons, cokes... On comprend que dans la mesure ou ces éléments ne sont pas évacués hors de l'usine a un stade donné, la pratique du recyclage peut provoquer un enrichissement progressif localisé au niveau de certains processus métallurgiques.Cet effet d'enrichissement en éléments indésirables est particulièrement grave dans le cas du haut fourneau où l'on peut noter l'accumulation de métaux tels que les alcalins et également de métaux lourds ; zinc, plomb dans des proportions qui peuvent perturber gravement la marche de cet appareil. En effet, dans le haut fourneau ces métaux ou leurs composés passent en phase vapeur dans la partie basse et chaude de l'appareil, montent et se condensent dans la partie froide pour redescendre ensuite. Une partie de ces produits s'échappe dans les gaz chargés en poussières, nais dan, la mesure où l'on réíntroduit ces poussières au niveau de l'agglomération, on constate un enrichissement de ces produits dans le haut fourneau.De meme lorsque lton récupère et recycle les poussières émises au niveau de l'aciérie, on contribue a introduire des éléments parasites dans le haut fourneau. Ceci est particulièrement vrai dans le cas du zinc et des métaux lourds en général dont une des origines est constituée par les ferrailles de récupération enfournées. Ces éléments, ainsi que l'expérimentation l'a démontré, ont un effet néfaste sur le rendement thermique du haut fourneau et un effet destructeur sur les réfracteires. Cette accumulation d'éléments nuisibles dans le haut fourneau pose donc un problème grave auquel les sidérurgistes ont essayé d'apporter une solution. L'une de celle-ci consiste a supprimer le recyclage puisqu'il n'est pas réaliste d'envisager de sélectionner des matières premières exemptes de ces éléments et notamment de zinc. Toutefois, cette solution est coûteuse carpelle ne permet pas la récupération d'éléments utiles et elle conduit a l'accumulation de grandes quantités de produits inemployés.D'autres solutions plus réalistes consistent a traiter tous les produits de récupérations susceptibles de contenir du zinc en quantités notables, qu'il s'agisse de boues ou de poussières, dans des installations spécialisées et indépendantesen vue, soit de récupérer le zinc, soit d'obtenir un produit enrichi en zinc susceptible d'intéresser les industriels du zinc, soit enfin d'obtenir des produits basse teneur en zinc recyclables au haut fourneau sans danger. I1 est bien évident que si plusieurs de ces objectifs peuvent être atteints simultanément, la solution n'en est que plus intéressante. Dans l'état actuel de la technique, ces installations de traitement spécialisées sont coûteuses puisqu'elles nécessitent la créaction d'un appareillage indépendant de l'usine sidérurgique. Le hut de la présente invention est de fournir les moyens pour éliminer les métaux lourds volatils des produits introduits dans le cycle de production d'acier. A cet effet l'invention a pour objet un procédé pour éliminer les métaux lourds volatils de produits utilisés au cours des diverses étapes de fabrication de 1 acier et fournir un sous produit renfermant la majeure partie de ces métaux consistant à charger en début d'opération lesdits produits dans un appareil d'élaboration de l'acier équipé d'une installation de captage pour recueillir les fumées émises par l'appareil et a envoyer pour traitement les fumées émises en début de l'opération métallurgique dans une première unité de dépoussiérage afin d'obtenir un sous produit enrichi en métaux lourds et à envoyer pour traitement les fumées émises dans la suite de l'opération métallurgique dans une deuxième unité de dépoussiérage indépendante de la première afin d'obtenir un produit riche en fer et à faible teneur en métaux lourds. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, les produits renfermant les métaux lourds volatils sont chargés dans un appareil d'affinage à l'oxygène. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, les produits renfermant les métaux lourds volatils sont chargés dans un four électrique. Comme on le comprends l'idée de base de l'invention est d'utiliser un appareil sidérurgique utilisé pour l'élaboration de l'acier en tant qu'outil de séparation des éléments lourds volatils et à faire transiter par cet appareil tous les produits dont la teneur en zinc constituerait un risque d'accumulation au niveau du haut fourneau. Dans la suite du texte on parlera uniquement du zinc mais on sous-entendra en fait tous les métaux dont le comportement est identique au zinc. En effet, le demandeur a pensé que dans de tels appareils où les températures atteintes sont très élevées, le zinc et ses composés devaient être rapidement volatisés et qu'en outre cette volatilisation pouvait être localisée dans une période limitée du temps de l'opération d'élaboration. Des expérimentations effectuées par le demandeur ont effectivement montré qu'au cours d'une opération d'affinage comportant une charge initiale de produits riches en zinc, ce métal se volatilise très rapidement. Ceci ressort nettement de la figure 1 sur laquelle on a représenté l'évolution en fonction du temps de la teneur en zinc des fumées recueillies lors d'une opération d'affinage au convertisseur.On remarque que la teneur en zinc décroit rapidement pour se stabiliser à une teneur faible au bout d'un temps compris entre 5 et 10 minutes. I1 est donc évident qu'il se produit une distillation du zinc que l'on peut qualifier de "fractionnée" dans le temps. De ce fait on obtient dans une première période une fraction de poussières ou de boues enrichies en zinc par rapport à la teneur en zinc du produit initial et dans une seconde période une fraction de poussières riches en oxydes de fer notamment et pauvre en zinc qui peut sans inconvénients être réintroduite à l'agglomération. Pour réaliser cette séparation des deux fractions, il suffit de prévoir à la sortie de l'appareil utilisé pour la distillation un aiguillage possible vers deux installations de dépoussiérage spécialisées dont l'une n'aura à traiter qu'un volume limité de gaz. On voit en se reportant à la figure qu'il est possible en faisant varier le temps pendant lequel on recueille la fraction de poussière émise pendant la volatilisation du zinc de moduler la teneur en zinc du sous-produit obtenu. I1 est en effet évident que plus ce temps sera bref, plus élevée sera la teneur en zinc du produit recueilli. Paralièlement la quantité de zinc recueilli dans la deuxième fraction de poussière sera plus élevée. On dispose donc d'un moyen pour moduler en fonction des nécessités les quantités respectives des deux fractions recueillies ainsi que leur teneur en métaux lourds. A titre d'exemple on voit en se reportant à la courbe qu'un temps de récupération de 6 minutes donne un sous-produit dont la teneur en zinc est d'environ 18 Z. I1 est bien entendu que si le convertisseur est un appareil possible pour la mise en oeuvre du procédé, on peut également envisager l'utilisation d'un four électrique ou de tout autre appareil sidérurgique susceptible de produire cet effet de distillation fractionné du zinc. Par ailleurs, il est à noter que le procédé s'applique également lorsque la volatilisation a lieu un peu plus tard au cours de l'opération métallurgique du moment que cette volatilisation se trouve localisée sur une fraction du temps total de l'opération. I1 suffit alors de procéder à l'aiguillage des fumées vers l'unité de dépoussiérage concernée pendant la fraction de temps où se produit la volatilisation du zinc. Ainsi, en faisant transiter par l'appareil choisi les produits riches en zinc, on réalise une élimination de ce métal et on peut rompre le processus d'accXunulation de ce métal dans le haut fourneau. A titre d'exemple on a réuni dans le tableau un certain nombre de produits susceptibles d'être traités avec leurs teneurs en fer, zinc, plomb et leurs quantités ramenées a la tonne d'acier produite. Tableau I Produits Tonnage | Fe % Zn % Pb % kg/T acier Poussières d'agglomération 10 40 - 55 0,2 0,03 Poussières primaires de haut fourneau 10 - 30 40 - 55 0,1 - 0,3 - Boues d'epuration secon daires haut fourneau I - 5 10 - 30 5 - 20 6 - 8 Boues ou poussières d'aciéries 15 50 - 85 0,2 - 5 0,1 - 2,5 Boues ou poussières aciéries 10 - 15 35 - 55 0,5 - 6 0,05 - 3 électriques I1 est bien entendu que les chiffres donnés ne sont que des ordres de grandeur destinés à fixer les idées et outils peuvent varier d'une usine à l'autre en fonction de la nature des approvisionnements et des modes de conduite des appareils. Outre ces produits, il est bien entendu que les ferrailles qui sont parfois une source importante de zinc font l'objet du même traitement. I1 est donc envisageable selon le procédé objet de l'invention de traiter l'ensemble des produits susceptibles d'entre à l'origine de l'effet d'accumulation au haut fourneau. Si on se reporte au tableau, on constate que tous les produits envisagés se présentent a l'état de poussières ou de boues selon leur origine et la technique de dépoussiérage utilisée (sèche ou humide). I1 est bien entendu que ces produits ne peuvent être introduits sous cet état dans un four électrique Oti un convertisseur et qu'ils doivent faire l'objet de traitements préliminaires. En ce qui concerne les boues, il est bien entendu qu'elles doivent faire l'objet d'une décantation et d'un séchage préalable. Le produit issu du séchage ainsi que les poussières peuvent ensuite être compactés en vue de les mettre sous une forme plus facile a manutentionner et charger au convertisseur ou au four électrique.Toutes ces techniques de préparation sont connues en elles-mêmes et certaines sont même déjà mises en oeuvre dans le cadre de la sidérurgie. Eventuellement les produits à l'état compacté ou sous forme de boulettes peuvent être soumis à un traitement de pré-réduction dans des fours cuve, ou des fours tournants avant d'être introduits dans le convertisseur ou le four électrique. Quels que soient les traitements préalables appliqués aux produits à traiter, on voit que l'intérêt essentiel du procédé réside dans l'utilisation d'un appareil sidérurgique existant pour réaliser l'opération conduisant à l'élimination du zinc. De ce fait, on n'est pas contraint de construire une installation nouvelle chargée de cette opération. De plus, le procédé permet une double valorisation du produit traité d'une part sur le plan sidérurgique en fournissant une fraction riche en fer et pauvre en zinc directement recyclable sans danger et d'autre part sur le plan récupération avec une fraction riche en zinc négociable aupres des industriels du zinc.Il est d'ailleurs à noter qu'en raison du phénomène de distillation fractionnée qui apparait dans les appareils sidérurgiques utilisés, il est possible de retraiter au cours d'une opération choisie les fractions riches en zinc obtenues précédemment. On obtiendra en effet un nouvel enrichissement en zinc et donc un produit à teneur accrue en zinc d'une valeur commerciale supérieure. I1 est bien évident que la technique, objet de l'invention présente une grande souplesse de mise en oeuvre. En effet, on peut envisager de charger les produits riches en zinc régulièrement au cours de chaque opération d'affinage, soit de concentrer le traitement pendant une campagne définie d'affinage ou selon d'autres schémas en fonction des quantités et de la nature des produits à traiter. En conclusion, le procédé objet de l'invention donne un moyen particulièrement souple pour traiter les produits renfermant des métaux lourds utilisés en sidérurgie qui met en oeuvre comme outils de traitement des appareils déjà en place dans les aciéries. RFVENDICATIONS I - Procédé pour éliminer les métaux lourds volatils de produits utilisés au cours des diverses étapes de fabrication de l'acier et fournir un sous-produit renfermant la majeure partie de ces métaux caractérisé en ce que les produits contenant cesdits métaux sont chargés en début d'opération dans un appareil d'élaboration de l'acier équipé d'une installation de captage pour recueillir les fumées émises par l'appareil, en ce que l'on envoie pour traitement les fumées émises en début de l'opération métallurgique dans une première unité de dépoussiérage afin d'obtenir un sous-produit enrichi en métaux lourds et en ce que l'on envoie pour traitement les fumées émises dans la suite de l'opéra- tion métallurgique dans une deuxième unité de dépoussiérage indépendante de la première afin d'obtenir un produit riche en fer et à faible teneur en metaux lourds. 2 - Procédé selon la revendication I caractérisé en ce zen que produits renfermant les métaux lourds volatils sont chargés dans un appareil d'affinage à l'oxygène. 3 - Procédé selon la revendication I caractérisé en ce que les produits renfernant les étaux lourds volatils sont chargés dans un four électrique à arc.