Brevet FR2431540A1 — publié le 19800215

La présente invention concerne la séparation du fer dans les minerais non magnétiques de basse teneur, par un processus de séparation magnétique. La nécessité croissante d'utiliser des minerais de fer de basse teneur pour la fabrication de l'acier, par suite de l'appauvrissement en minerais de haute teneur et de facteurs économiques, a entratrié le besoin d'abaisser les colts de fabrication de 11a- cier à partir du minerai de fer. On a orienté les efforts en vue d'abaisser les courts, sur les possibilités d'éviter de recourir à l'utilisation du haut-fourneau qui entraîne une grande consommation de combustible. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2 785 537, on a décrit un procédé pour transformer les oxydes de fer en carbures par un processus en lit fluidisé, en utilisant le monoxyde de carbone comme gaz réducteur de carburant principal. Le gaz réducteur ne peut pas contenir plus de 50% en volume d'hydrogène par rapport a la teneur en monoxyde de carbone. Antérieurement à ce procédé de la technique connue, on a proposé d'utiliser l'hydrogène comme gaz réducteur pour des oxydes de fer ayant une faible teneur en fer dans un lit fluidisé.On peut ensuite utiliser le carbure de fer produit pour fabriquer du "fer métallique" dans un "four de fabrication du fer" fonctionnant à une température infé- rieure au point de fusion du fer ou de l'acier. On a également proposé de transformer le fer métallique en carbure de fer au lieu de recourir à la transformation d'un oxyde de fer en carbure de fer. On a également déjà proposé des procédés en lit fluidisé pour la réduction directe dgoxyde de fer en fer métallique qui peut autre à son tour transforme en carbure de fer. Toutefois, ces autres procédés de réduction directe présentent des désavantages du fait que le produit peut autre pyrophore dans certains cas, ce qui exige sa transformation en briquettes, et que sa nature col lante n'est pas complètement éliminée dans certains procédés, de sorte que des difficultés surviennent en ce qui concerne le lit fluide. Conformément à l'intention, dans une étape initiale, on transforme une proportion sensible de l'oxyde de fer du minerai en carbure de fer qui est magnétique. En général, on préfère utiliser des oxydes de fer sous forme de particules ou concentrés. La transformation de l'oxyde de fer en carbure de fer par l'intermédiaire d'une réduction en fer est en général effectuée à une température au maximum égale à environ 7050C, avec un intervalle de températures préféré compris entre environ 480 et 6500C. On maintient dans les gaz, les rapports entre CO/C02 et l'hydrogène, d'une part, et l'eau, d'autre partit b des niveaux insuffisants pour qu'une oxydation du carbure de fer se produise. Le carbure de fer produit selon l'invention est un mélange de carbures de formules Fe2C et Fe3C, dans lequel Fe3C prédomine. On décrit maintenant un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention à titre d'exemple, en référence à la figure schématique annexée représentant un schéma à blocs du procédé de l'in- vention. L'installation à lit fluidisé peut être de type courant dans lequel on soumet une matière d'alimentation finement divisée supportée par une grille ou un autre support perforé, à une fluidisation en soufflant vers le haut des gaz qui peuvent renfermer ou comprendre entièrement les gaz réactifs, L'équipement auxiliaire comprend en général un équipement de chauffage, de réglage et de commande de la température, des échangeurs de chaleur, des laveurs, des cyclones, un équipement de recyclage des gaz et d'autres équipements courants. L'expression "gaz à teneur en hydrogène" utilisée dans le cadre de l'invention englobe l'hydrogène gazeux seul et l'expres- sion "matière contenant du carbone ou à teneur en carbone" englobe le carbone seul. On introduit un concentré de minerai de fer dans une installation à lit fluidisé dans laquelle or le soumet à la carbura tison. On réduit tout d'abord les oxydes de fer en fer dans le lit fluidisé, puis on convertit le fer en carbure de fer dans un processus continu les gaz réducteurs et carburants étant utilisés conjointement, Afin d'empêcher un collage, dû à la présence tran sitoire de fer métallique on maintient de préférence la température à une valeur inférieure à environ 705 C à tout moment et, d'une manière davantage préférée dans l'intervalle d'environ 480 à 650 C. On utilise de préférence l'hydrogène comme gaz réducteur, bien que l'on puisse utiliser également le monoxyde de carbone ou -des hydrocarbures gazeux ou des mélanges d'hydrogène avec CO et des hydrocarbures gazeux Be schéma opératoire montre une opéra- tion dans laquelle on utilise de l'hydrogène et du monoxyde de carbone, tandis qu'on évacue de l'eau. On préfère l'hydrogène cour me gaz réducteur du fait que l'eau produite peut autre aisément lit minée du gaz résiduaire de l'installation, ce qui permet le recyclage du restant de gaz sans qu'il soit nécessaire de recourir à des systèmes chimiques élaborés compliqués et coûteux pour éli- miner les produits d'oxydation du carbone qui se forment lorsqu'on utilise des gaz réducteurs contenant du carbone. Le gaz carburant préféré est le propane, bien que l'on puisse utiliser le monoxyde de carbone ou encore d'autres gaz tels que des hydrocarbures gazeux ou du carbone solide, les hydrocarbures gazeux à chatne allyle inférieur étant toutefois préférés. on peat utiliser une large gamme de matières à base de carbone dans la = sure où elles apportent le carbone nécessaire pour former le car- bure de fer. En ajustant les rapports entre les matières à teneur en hy drogène et en carbone, il est possible de limiter la fonction de l'hydrogène à une fonction réductrice et celle du carbone à une fonction carburante. Ce résultat peut être facilement obtenu en maintenant la quantité des gaz à teneur en hydrogène supérieure à la quantité du gaz à teneur en carbone. En raison de l'équilibre qui se produit dans les systèmes de gaz à teneur en hydrogène-carbone-oxygène, les rapports requis entre l'hydrogène et le carbone exigent automatiquement que le méthane soit présent dans le système gazeux. La quantité de méthane présente doit être fonction du rapport entre le carbone et l'hydrogène, ainsi que des conditions de température et de pression. Des résultats d'essais obtenus en utilisant le procédé de réduction et de carburation décrit ci-dessus dans une installation à lit fluidisé sont indiqués dans le tableau suivant TABLEAU EXEMPLES DE PREPARATION DE FE3 C Granulométrie Vitesse Additions de gaz Analyse du gaz résiduaire* Tempé Essai Type de du minerai d'ali- Produit H2 C3H8 N2 H2 N2 CH4 CO CO2 rature Remarques N minerai (Ouverture mentat. C % % % % % % C maille tamis) (g/mn) l/min l/min l/min 30 Hématite - 20 + 100 0 2,5 1,0 0,5 631 77,0 0,5 6,3 8,9 2,0 4,35 Produit rouge final d@ le réacteur à 5,02% de 36 Hématite - 20 + 100 0 2,5 1,0 0,5 632 72,0 - 5,2 13,2 2,9 5,02 FE3C propre,de bonne qualité produit. 37B Hématite - 20 + 100 0 2,5 1,0 0,5 548 72,1 - 6,5 7,8 3,4 8,96 Fe3C de bonne qualité@ saturé par C en excès@ 38B Hématite - 20 + 100 0 2,5 1,0 0,5 582 72,6 - 6,4 10,6 4,0 4,94 Fe3C de bonne qualité@ 39B Hématite - 20 + 100 0 2,5 1,0 0,5 598 69,3 - 7,9 12,2 4,4 4,67 Fe3C de bonne qualité@ 40 Hématite - 20 + 100 2,7 2,5 1,0 0,5 600 62,5 - 6,7 16,1 6,7 4,77 Fe3C de bonne qualité@ 41B Magnétite - 20 + 100 0 2,5 1,0 0,5 595 67,5 - 6,0 11,6 3,9 4,69 Fe3C de bonne qualité@ 41C Magnétité - 325 3,8 2,5 1,0 0,5 610 58,3 - 6,1 21,4 6,8 5,42 Fe3C de bonne qualité@ * Le restant du gaz est constitué par de la vapeur d'eau. La teneur en carbone du produit varie avec le pourcentage de l'oxyde de fer dans la charge d'alimentation. Les minerais à plus faible teneur présentant les teneurs en fer les plus faibles fournissent automatiquement les produits à plus faibles teneurs en carbone. Le volume de l'hydrogène dans le mélange réducteur et carburant à base d'hydrogène et de monoxyde de carbone doit etre supérieur au volume du monoxyde de carbone, la quantité d'hydrogène préférée étant supérieure d'environ 60% en volume à celle du monoxyde de carbone présent. Les résultats figurant dans le tableau précité montrent que l'on obtint du carbure de fer épuré. Une analyse par diffraction des rayons X montre que le carbone est présent sous forme de carbure de fer, sans carbone libre ni fer métallique. Le produit n'est pas pyrophore. Des essais de résistance aux agents atmosphériques simulés ont montré que le produit est stable dans des atmosphères oxydantes contenant de la vapeur d'eau, jusqu'à une température de 250 C. Les résultats montrent également que la carburation est extremement satisfaisante pour la production du carbure de fer directement à partir des oxydes de fer lorsqu'on opère à des températures d'environ 545-6350C en utilisant des rapports entre l'hy drogène et la vapeur d'eau variant entre 5 et 1 et 8 à 1 et les rapports de CO/CO2 variant entre environ 1 à 1 et 5 à 1. On peut réaliser une carburation satisfaisante à une température comprise entre environ 480 et 650 C avec un rapport entre l'hdrogène et la vapeur d'eau compris entre environ 2,5 à 1 et environ 8 à 1, et un rapport CO/CO2 compris entre environ 1 à 1 et environ 4 à 1. Dans ces conditions, une quantité de 1 à 70% en volume de méthane est présente dans les systèmes gazeux contenant les quantités prescrites d'hydrogène, de vapeur d'eau, de CO et de C02 Le carbure de fer n'est pas produit hors desdits intervalles. Le stade de carburation permet de séparer la gangue dans des minerais non magnétiques de basse teneur. Comme le carbure de fer produit à partir de minerais non magnétiques est lui-meme magnéto que, il est seulement nécessaire de transformer en carbure un minerai non magnétique, tei que les taconites oxydées, pour transforme mer l'oxyde de fer qui s'y trouve contenu en carbure de fer et de soumettre le minerai traité à une séparation magnétique en vue de séparer de la gangue le carbure de fer magnétique résultant, On peut ensuite réduire en acier le carbure de fer récupéré. Il va de soi que la présente invention ne doit pas autre consi dérée comme limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais en couvre au contraire, toutes les variantes. REVE D ICATIONS 1. - Procédé pour séparer de la gangue le fer présent dans des minerais non magnétiques de basse teneur, par un processus de séparation magnétique, caractérisé en ce que, dans une étape initiale, on transforme une proportion sensible de l'oxyde de fer du minerai en carbure de fer qui est magnétique. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on transforme l'oxyde de fer en carbure de fer par chauffage à une température comprise entre 4800 et 7050 C dans un lit fluidisé dans un mélange gazeux contenant de l'hydrogène et une matière carbonée, l'hydrogène étant présent suivant une teneur supérieure à 60 % en volume du monoxyde de carbone présent dans le lit flui dise.