Brevet FR2483956A1 — publié le 19811211

Procédé pour séparer des métaux volatils d'une matière contenant des oxydes métalliques. La présente invention concerne un procédé pour séparer des métaux volatils ou des concentrés de métaux volatils d'une matière contenant des oxydes métalliques. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4.072.504, par exemple, décrit un procédé pour séparer des métaux d'une matière contenant des oxydes métalliques en insufflant la matière en même temps qu'un agent réducteur dans une cuve remplie de coke. En même temps, de l'énergie thermique est fournie de sorte qu'au moins une fraction du métal contenu dans la matière est réduite en métal et que le ou les métaux non volatils soht éliminés par réduction. Le métal réduit et le laitier sont recueillis au bas de la cuve o ils peuvent être évacués. Cependant, actuellement, l'industrie a besoin d'un procédé permettant de séparer des métaux volatils comme du zinc, du plomb, du sodium et du potassium de produits bruts ou de minerais contenant un pourcentage appréciable d'oxydes de fer et d'autres métaux non volatils. Ceci est principalement dû au fait que dans un appareil du type connu, un métal volatil, après avoir été réduit et volatilisé, est recondensé ou réoxydé, ce qui suscite des difficultés d'obstruction et autres en service. Cela étant, en pratique, on a constaté que des métaux du groupe volatil d'abord réduits dans les cuves classiques se condensent dans la partie supérieure de ces cuves au voisinage de l'extré- mité supérieure du haut fourneau, suscitant des diffi- cultés de fonctionnement considérables. De plus, avec des cuves classiques, on observe une légère oxydation, par exemple du zinc, ce qui entraîne la formation d'une fraction bleue indésirable. On sait que cette diffi- culté est extrêmement difficile à éviter. On a maintenant découvert d'une manière étonnante que les difficultés et les inconvénients mentionnés plus haut peuvent être éliminés au moyen du procédé conforme à l'invention, ce procédé étant carac- térisé en ce que les métaux volatils, après avoir été réduits, montent à travers la cuve sous la forme-d'une vapeur de métal à l'intervention d'un flux de gaz. La partie de la colonne d'agent réducteur (par exemple du coke) que le flux de gaz traverse est maintenue à une température supérieure à 1000C et la colonne chaude isole ou sépare la partie supérieure de la cuve (y compris l'extrémité supérieure du haut fourneau) du flux de gaz. Suivant une forme d'exécution préférée de l'invention, on utilise du coke séché comme matière de remplissage de la cuve. Ceci offre un avantage significatif par le fait que la condensation de la vapeur de métal volatil est efficacement évitée. De plus, le gaz effluent peut être évacué de la cuve et les vapeurs de métal peuvent en être séparées d'une manière connue et économique. De plus, la formation d'une fraction bleue mentionnée plus haut est en substance évitée. L'invention sera décrite ci-après plus en détail avec référence au dessin annexé qui est une vue en coupe d'une cuve ou d'un réacteur pouvant être utilisé aux fins de la présente invention. Au dessin, un réacteur en forme de cuve 1 est rempli d'un agent réducteur, de préférence du coke, 2. Dans la partie supérieure du réacteur 1 se trouve une extrémité supérieure de haut fourneau 3 placée au-dessus du réacteur lui-même et propre à être remplie de coke jusqu'à un niveau prédéterminé. Pour atteindre automatiquement ce niveau prédéterminé, deux indica- teurs de niveau 5, 6 sont disposés dans l'embouchure 4 de l'extrémité supérieure de haut fourneau 3 et coopè- rent avec les organes de remplissage, non représentés. Une conduite 7 raccordée à un condenseur 8 part de la partie supérieure du réacteur 1. Une entrée 9 servant à injecter un agent réducteur mène à la partie inférieure du réacteur en même temps qu'une autre entrée 10 servant à insuffler la matière contenant des oxydes métalliques. Un brûleur à plasma 11 muni d'une conduite d'alimentation 12 est également prévu. Un dispositif de coulée 13 pour le laitier et un dispositif de coulée 14 pour le métal liquide sont également prévus au bas du réacteur 1. Contrairement aux installations classiques, le coke de remplissage de la cuve est de préférence du coke séché. Jusqu'à présent on utilisait du coke classique qui a une teneur en eau allant jusqu'à 6%. Pendant le fonctionnement, le procédé con- forme à l'invention se déroule de la manière suivante! La matière à traiter, contenant par exemple des oxydes de fer et de zinc, est insufflée dans la zone de réaction du réacteur 1 o elle est, en même temps que l'agent réducteur, rapidement chauffée et o elle réagit pour former des produits de réduction liquides et gazeux. Les produits liquides comprennent du fer en fusion et du laitier dérivé d'agents formateurs de laitier ajoutés séparément pendant les opérations ou mélangés à la matière contenant des oxydes métalliques et de cendres éventuelles provenant de l'agent réducteur. Les produits gazeux comprennent de la vapeur de zinc et du gaz réducteur dont la composition dépend de l'agent réducteur utilisé. On comprendra évidemment que si la matière d'alimentation comprend d'autres métaux non volatils ou volatils, ils sont contenus respectivement dans les produits de réaction liquides et gazeux. Les produits de réduction liquides sont recueillis à l'extrémité inférieure de la cuve et peuvent être évacués par les ouvertures de coulée 13, 14-, tandis que les produits de réduction gazeux montent à travers la cuve dans le sens des flèches A et sont extraits par la conduite de gaz 7. Le coke dans la cuve forme un empilage perméable que les produits de réaction traversent respectivement vers le bas et vers le haut de la cuve et le coke remplit donc les fonctions suivantes: a) former une grande surface de réaction, b) capter toutes les fines particules qui le traversent, c) lorsque cela s'avère nécessaire, servir d'agent réducteur et ainsi garantir que des conditions réductrices règnent dans la totalité de la cuve, d) en raison du masquage de la partie supé- rieure de la cuve et de l'extrémité supérieure du haut fourneau par le coke, les vapeurs de métal qui montent ne peuvent se condenser. Pour assurer que les conditions indiquées sous le point d) soient satisfaites, du coke est introduit de manière continue dans la cuve au moyen des régulateurs de niveau 5, 6. De plus, comme indiqué plus haut, le coke est maintenu sur toute sa hauteur à une température d'environ 10000C ou plus. Il est également préférable d'utiliser un hydrocarbure gazeux liquide et un charbon solide comme agent réducteur. Ceux-ci peuvent être ajoutés par des tuyères séparées, en même temps que la matière conte- nant des oxydes métalliques, ou à titre de fraction du gaz de plasma. Le gaz de réaction sortant de la cuve est introduit dans un condenseur 8 o il est soumis à une séparation et les métaux qu'il contient sont condensés en une phase métallique liquide qui peut être coulée par un orifice de sortie 15. Le gaz restant comprenant principalement de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène sort du condenseur en 16 et peut être utilisé soit pour une préréduction de la matière contenant des oxydes métalliques, soit à une autre fin. Pour illustrer davantage le procédé proposé par l'invention, on se référera à l'exemple suivant. EXEMPLE.- La matière contenant des oxydes métalliques destinés à être réduits est de la poussière de gaz de carneau provenant d'un four électrique pour l'élabo- ration de l'acier et a la composition suivante 43% de Fe203 26% de ZnO % de PbO 18% de CaO 8% de SiO2 La consommation suivante. d'agent réducteur, d'agent formateur de laitier et d'énergie électrique est établie par tonne de poussière de gaz de carneau traitée agent réducteur 30 kg de coke séché kg de houille agent formateur de laitier: 50 kg de SiO2 énergie électrique 1080 kWho On obtient les produits suivants par tonne de matière de départ: 330 kg de fer brut (3% de carbone) kg de zinc kg de plomb 240 Nm3 de gaz de réaction (65% de CO, 20% de H2 et pour le reste du CO2, du H20 et du N2) 340 kg de laitier contenant 50% de CaO % de SiO2 % de A1203 On comprendra que l'invention n'est pas limitée aux détails d'exécution décrits auxquels de nombreux changements peuvent être apportés sans- sortir de son cadre. REVENDI CATIONS 1.- Procédé pour réduire et séparer des métaux volatils à partir d'oxydes métalliques, caractérisé en ce qu'on injecte de la matière contenant des oxydes métalliques dans un réacteur à cuve, on injecte simultanément un agent réducteur dans le réacteur, on maintient de manière continue le réacteur en substance rempli de coke, on fournit de l'énergie thermique au réacteur de telle sorte qu'au moins certains des oxydes métalliques soient réduits en métaux et soient fondus ou volatilisés suivant que le métal est volatil ou non, on évacue le métal fondu du bas du réacteur, on permet au métal volatilisé de monter à travers le réacteur à cuve sous la forme d'une vapeur métallique en même temps qu'un flux de gaz, on maintient le coke dans le réacteur à cuve que le métal volatilisé traverse à une température supérieure à 10000C, on masque la partie supérieure du réacteur à cuve et le haut du réacteur au moyen du coke de manière à empêcher toute condensation du métal volatilisé et on évacue le métal volatilisé de la partie supérieure du réacteur à cuve. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que de l'énergie thermique est fournie au moyen d'un brûleur à plasma. 3.- Procédé suivanat la revendication 2, caractérisé en ce que le coke dans le réacteur à cuve est du coke séché. 4.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'agent réducteur est au moins un agent du groupe comprenant les hydrocarbures gazeux, les hydrocarbures liquides et les charbons solides. 5.- Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'agent réducteur est fourni en même temps que la matière contenant les oxydes métalliques. 6.- Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'agent réducteur est fourni en même temps que le gaz de plasma. 7.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le métal volatil est au moins un métal du groupe comprenant du zinc, du plomb, du sodium et du potassium. 8.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'on maintient le haut du réacteur à cuve étanche au gaz. 9.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on condense le métal volatilisé et on le récupère après son évacuation du réacteur à cuve.