Brevet FR2494301A1 — publié le 19820521

L'invention concerne un procédé pour séparer les métaux non ferreux de matières secondaires contenant du fer, notamment des poussières de hauts fourneaux, des poussières de convertisseurs et matières analogues, procédé que l'on met en oeuvre dans le cadre d'un processus de frittage. Dans les processus mis en oeuvre dans les hauts fourneaux et dans les processus de frittage, mais aussi lors de la production de l'acier, il apparaît en de très grandes quantités des déchets contenant du fer et qui sont présents sous forme d'une poussière volante. On souhaite réutiliser ces matières pour en récupérer le fer qu'elles contiennent, ce qu'on peut effectuer par exemple en les incorporant à la charge de frittage destinée à un haut fourneau mais l'on se heurte en prat.ique à des difficultés liées notamment à ce que ces matières contiennent en outre des métaux comme le zinc et le plomb. Le zinc parvient dans un processus de traitement dans un haut fourneau,non seulement du fait des minerais in- troduits et des additifs ou fondants mais aussi du fait de la poussière volante de hauts fourneaux, qui contient du zinc et que l'on utilise à nouveau. Dans la production de l'acier, des matières introduisant du zinc sont les matières contenant du zinc et que l'on introduit avec la ferraille que l'on trai- te. On peut citer en outre des peintures contenant du zinc ainsi (ue des produits composites de protection contre la corrosion. On doit cependant limiter la proportion de zinc dans les matières formant la charge d'un haut fourneau pour combattre la naissance de cycles nuisibles du zinc, provo- qués par l'évaporation cyclique constante dans les zones in- férieures et la condensation dans les zones supérieures du haut fourneau, ce qui peut entraîner la formation de dépôts et des détériorations dans la zone- des parois. Pour éviter ces difficultés, on s'est abstenu dans de nombreux cas d'ex- ploiter ces sous-produits contenant du fer et du zinc,mais le stockage de ces matières dans des dépôts de déchets parti- culiers entraîne souvent des frais considérables. Non seulemen le stockage de ces sous-produits constitue une opération non rentable mais elle e't également pour l'environnement une charge du point de vue écologique. On connaît par "Sthi unid l1i sen" (tomrie 98, 1978, n9 20, pages 6 à. 14) pour écarter le zinc du cycle installation de frittage/haut fourneau, des proc(édés pyrométallurgiques selon lesquels il est proposé notamment d'éliminer le zinc pendant le processus de frittage. On peut ainsi, lors d'un frittage effectué avec une moindre quantité d'air, donc dans des conditions réductrices, éliminer, d'un mélange destiné au frittage et auquel ont été ajoutés 30 % de poussier de coke, % du zinc contenu dans le mélange. Une chute de la charge de frittage constitue cependant dans ce cas un inconvénient. L'établissement de conditions réductrices par incorporation d'un excès correspondant de poussier de coke dans la totalité de la matière en vrac destinée au frittage provoque cependant aussi une élévation de la teneur en oxyde de fer (FeO) et ain- si une diminution de la solidité mécanique du produit obtenu par frittage. En outre, il se produit par la suite des sili- cates de fer dont la réduction dans le haut fourneau exige l'introduction d'une plus grande quantité de coke. Le procédé proposé, dans cet endroit de la littérature, pour éliminer des déchets ferreux le zinc qu'ils contiennent ne peut donc être considéré comme satisfaisant, notamment du point de vue de la rentabilité du procédé global, consistant en le frittage et en le traitement dans le haut fourneau. L'invention se pose donc co.mme problème technique de trouver un procédé qui, en évitant les inconvénients pré- cités,permette une séparation rentable des métaux non ferreux, notamment le zinc et le plomb, des matières ferreuses secon- daires précitées et permette d'exploiter ces matières secon- daires comme matières à fritter dans le cadre d'un procédé de traitement dans un haut fourneau. Selon l'invention, on ré- sout ce problème en soumettant au frittage une charge en vrac consistant en les matières secondaires contenant les métaux non ferreux ainsi qu'une mntière destinée au frittage, en disposant en couches à l'intérieur de la matière en vrac les matières secondaires et la matière destinée au frittage et en plaçant la couche contenant les matières secondaires es- sentiellement du côté de la charge en vrac d'o les gaz né- cessaires pour le frittage sortent de cette matière en vrac. Contrairement au procédé connu selon l'endroit de la littéra- ture citée dans "Stahl und Eisen", on ne fritte donc pas une matière en vrac dans laquelle les constituants à base de zinc sont uniformément répartis. Il n'existe au contraire dans la matière-en vrac qu'une couche contenant ces constituants à base de zinc. Le zinc réduit au cours du frittage et qui pas- se en phase vapeur peut, en raison de la position de cette couche, quitter la matière en vrac en suivant le trajet le plus court sans provoquer de réactions inopportunes avec le reste de la matière à fritter. La disposition des couches, comportant d'un côté la matière normale à fritter et d'un autre côté la matière à fritter contenant des métaux non fer- reux,offre en outre la possibilité d'établir individuellement dans ces couches les conditions de frittage,de manière à pou- voir respecter entre de larges limites les conditions d'une séparation optimale des constituants non ferreux sans nuire par ailleurs au frittage, notamment à la qualité de la ma- tière frittée, par exemple en ce qui concerne la solidité mé- canique obtenue. Dans une forme avantageuse de réalisation de l'in- vention, on effectue le frittage des diverses couches de la matière en vrac en utilisant des proportions différentes de combustible et d'oxygèneen établissant pour le frittage de la couche contenant les matières secondaires une atmosphère de gaz réducteurs dans cette couche. L'établissement d'une atmosphère de gaz réducteurs dans la totalité de la matière en vrac nuirait à la qualité du produit fritté. En formant des couches, on établit tout simplement des conditions ré- ductrices dans la zone de la couche contenant les métaux non ferreux cependant que l'on traite pai des proportions nor- males de combustible et d'air la couche restani.e destinée à fournir la matière frittée. On peut obtenir l'atmosphère de gaz réducteurs dans la zone de cette couche en établissant un excès de combustible et/ou en diminuant la quantité de l'air comburant. D'autres caractéristiques et avantages ressortent de l'exemple suivant de mise en oeuvre du procédée de l'invern- tion, décrit en regard d'un schéma synoptique de ce procédé. Sur le dessin: la figure 1 montre une installation de frittage des- tinée à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; et la figure 2 est une coupe de la matière en vrac se trouvant sur la bande sur laquelle s'effectue le frittage dans l'installation de frittage. Sur la figure 1, les chiffres 1, 2, 3 et 4 désignent des trémies d'alimentation qui sont approvisionnées selon les flèches 1', 2', 3' et 4'. Les trémies 1 et 2 contiennent ainsi du minerai, la trémie 3 du coke et la trémie 4 des ad- ditifs calcifères, par exemple du calcaire. Les matières contenues dans les trémies 1 à 4 sont délivrées de manière dosée à un convoyeur à bande 5 sur lequel est préparé un mélange destiné au frittage. Le mélange desti- né au frittage quitte le convoyeur à bande 5 selon la flèche 6 et parvient ensuite dans un tambour granulateur 7 qui est équipé du côté de sa sortie d'un dispositif, représenté par une flèche 8, destiné à injecter de l'eau, de manière à assu- rer l'humidité nécessaire pour une granulation du mélange des- tiné au frittage. Le mélange granulé destiné au frittage parvient ensuite selon une flèche 9 sur une bande 10 sur laquelle s'ef- fectue le frittage et qui est dite ci-après "bande de fritta- ge", équipée decalottesIl à 18 d'aspiration de gaz disposées au-dessous de la bande de frittage. La matière frittée qui, après réalisation du frittage, se trouve sous forme de gros morceaux est ensuite acheminée selon une flèche 19 à une installation de broyage 20. Après séparation sur un tamis 21, la fraction grossière de la matière sortant de cette instal- lation de broyage 20 est disponible pour 9tre introduite dans un haut fourneau en vue de la réalisation d'un processus de réduction,et elle est enlevée pour être transportée selon une flèche 22. La fraction de matière fine du tamis 21 revient, par l'intermédiaire d'une trémie 23 et d'une installation de dosage 24, comme matière recyclée selon les flèches 25 sur la bande de frittage 10 et forme, dans le cadre de la matière en vrac à fritter se trouvant sur cette bande 10, la couche in- férieure 26 (figure 2). La figure 2 montre en coupe (perpendiculairement à la direction d'avance 27 de la bande 10) la structure des couches de la matière en vrac se trouvant sur cette bande 10. Sur cette couche inférieure 26 est appliquée, selon une flè- che 28, une autre couche 29 dont l'épaisseur représente envi- ron 5 à 30 %, de préférence 10 à 15 %, de l'épaisseur totale de la matière en vrac. Cette couche 29 consiste en des matiè- res secondaires contenant du fer et qui contiennent aussi des métaux non ferreux, comme par exemple le zinc, le plomb, et autres, capables de gêner un processus de réduction dans un haut fourneau. Ces matières secondaires sont retirées d'une trémie 30 à l'aide d'un doseur sur bande 31 et proviennent par exemple d'un étage d'épuration par lavage des gaz s'échap- pant d'une installation de haut fourneau ou de convertisseur, les boues ainsi produites étant préalablement agglomérées par un procédé connu approprié, par exemple par élimination d'eau par filtration, et parvenant sous cette forme selon une flè- che 32 dans la trémie 30. Dans le cadre de l'agglomération préalable, d'autres minerais et, selon leur basicité, des matières calcifères peuvent également être ajoutées à ces matières secondaires. Pour simplifier et faciliter la vue d'ensemble, on s'est dispensé de représenter graphiquement 249430 1 les étapes du processus d'agglomération. Sur la bande de frittage 10, une couche supérieure 33 de matière en vrac est constituée par le mélange provenant des trémies 1 à 4 et qui est destiné au frittage. La couche 33 contient du coke en une quantité né- cessaire pour un frittage normal et qui est déterminée essen- tiellement par la quantité de chaleur nécessaire pour ce frit- tage. On ne souhaite dans cette couche, pendant le frittage, ni des conditions réductrices qui élèvent la teneur en FeO ou favorisent la formation de silicates de fer difficiles à ré- duire, ni des conditions oxydantes,car la température risque alors d'augmenter trop fortement. Selon l'invention, la couche 29 présente au contrai- re une proportion de coke élevée par rapport à la quantité de combustible normalement nécessaire pour le frittage, cependant qu'aucun combustible supplémentaire n'est incorporé à la cou- che 26 en raison de l'épaisseur relativement faible de cette dernière. La couche 29 comporte ainsi un excès de combustible par rapport à ce qui est nécessaire pour obtenir la chaleur voulue pour le frittage, et les matières secondaires préala- blement agglomérées avec addition du combustible, d'une matiè- re calcifère et éventuellement de minerais présentent une grosseur de grain comprise entre 3 mm et 10 mm et qui est avantageusement de 5 mm. La référence 34 désigne une installation d'inflamma- tion, qui est une calotte à laquelle des gaz chauds, provenant d'une source de gaz chauds non représentée, sont acheminés Dar une conduite 35. L'installation d'inflammation 34 sert à provoquer la combustion et, donc, le frittage. Du côté de l'aspiration de gaz, les calottes 11, 12, 13, 14, 15 et 16 sont raccordées à une conduite 36 et reliées au côté aspiration d'une soufflante 37. Du côté de l'aspira- tion de gaz, les calottes 17 et 18 sont raccordées à, une con- duite 38 et reliées à un filtre à gaz 39, qui communique avec le côté aspiration d'une soufflante 40 et d'o une conduite 41 évacue la matière solide séparée, c'est-à-dire ici les métaux non ferreux. Lors du fonctionnement de l'installation de frit- tage, on provoque à l'aide de l'installation d'inflammation 34 la combustion nécessaire pour le frittage, en commençant dans la couche 33. On ajuste alors la vitesse d'avance de la bande de frittage 10 dans le sens de la flèche 27 de manière que le front d'inflammation se déplaçant de haut en bas à l'intérieur de la matière en vrac atteigne la couche 29 lors- que la zone correspondante de la bande de frittage 10 est parvenue devant les calottes 17 et 18 d'enlèvement de gaz. Cela signifie que les conditions d'écoulement de gaz ou de combustion à l'intérieur de la matière en vrac peuvent à par- tir de cet instant subir l'influence des conditions de pres- sion régnant dans les calottes 17 et 18. Dans le domaine de la couche 29, on obtient alors selon l'invention une atmos- phère de gaz réducteurs du fait qu'il y a là aussi bien un excès de combustible que, en même temps, une diminution, par rapport aux calottes 11 à 16, de la quantité d'air aspirée à travers une calotte 17 ou 18 par la soufflante 40. De cette façon, on n'établit des conditions réductrices que dans la partie de la matière en vrac dans laquelle ces conditions sont également nécessaires. Ainsi, on réduit le zinc, on l'évapore, on le retire avec le reste des gaz d'échappement, on le con- dense par refroidissement, on le sépare finalement de ce cou- rant de gaz d'échappement, sous forme de matières solides, dans le filtre à gaz 39 et on l'éloigne par la conduite 41. Après avoir parcouru un étage d'épuration non représenté gra- phiquement, les courants de gaz d'échappement aspirés par les soufflantes 37 et 40 peuvent être libérés en passant par une cheminée. Le procédé selon l'invention permet de séparer de façon rentable des métaux non ferreux, comme le zinc, de pous- sières volantes contenant du fer et provenant d'installations de hauts fourneaux ou de convertisseurs, de manière à per- mettre de recycler à, nouveau sans complication vers un trai- tement dans un haut fourneau ces poussières débarrassées du zinc pour en extraire et en exploiter le fer qu'elles con- tiennent. Voici un exemple pratique de mise en oeuvre desti- né à expliciter le succès du procédé de l'invention. Exemple. On soumet un mélange, formé de 1000 kg de poussières de convertisseur, présentes sous forme de matières solides obtenues dans l'étage d'épuration humide des gaz provenant d'un convertisseur, 1000 kg d'un concentré de magnétite et 850kgde poussier de coke, ayant une grosseu-2 de grain infé- rieure à 100 micromètres, à une agglomération par élimina- tion d'eau par filtration et on le dispose sous forme d'une couche d'aggloméré de 5 cm d'épaisseur sur la grille d'une installation de frittage. On place par-dessus une couche de cm d'épaisseur consistant en un mélange normal pour frit- tage. Ce mélange pour frittage contient 6 % de coke. On pro- voque de façon usuelle l'allumage et le frittage. Dès que le front d'allumage a atteint la couche d'aggloméré contenant du zinc, il se forme dans celle-ci, en raison de la forte teneur en coke, une atmosphère réductrice. Le potentiel réducteur est suffisant pour réduire le zinc contenui et le volatiliser. On collecte le zinc, au-dessous de la grille de frittage, sous forme d'oxyde de zinc dans un filtre en tissu. Un bilan des matières établit que l'on a éliminé, de l'aggloméré en vrac contenant du zinc,90 % du zinc qu'il contenait. REVENDICATIONS 1. Procédé pour séparer des métaux non ferreux de matières secondaires contenant du fer, notamment des poussiè- res de hauts fourneaux, des poussières de convertisseurs et matières analogues, procédé que l'on met en oeuvre dans le ca- dre d'un frittage et caractérisé en ce qu'on soumet au fritta- ge une matière en vrac, consistant en les matières secondai- res contenant des métaux non ferreux ainsi qu'en une matière destinée au frittage; en ce qu'on dispose par couches à l'intérieur de la matière en vrac les matières secondaires et la matière destinée au frittage; et en ce qu'on place la cou- che contenant les matières secondaires essentiellement du c8- té de la matière en vrac par lequel les gaz chauds, nécessai- res pour le frittage, sortent de cette matière en vrac. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les métaux non ferreux sont essentiellement le zinc, le plomb et certains éléments volatils, accompagnant à titre d'impuretés les matières secondaires et qui nuisent aux pro- cessus se déroulant dans un haut fourneau. 3. Procédé selon l'une deg revendications 1 et 2, caractérisé en ce-qu'on effectue le frittage de la matière en vrac disposée en diverses couches comportant des propor- tions différentes de combustible et d'oxygène, de sorte que, pour le frittage de la couche d'acheminement des matières se- condaires, il s'établit dans cette couche une atmosphère de gaz réducteurs. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, avant de les introduire dans le processus de frit- tage, on soumet les matières secondaires à une agglomération préalable avec addition d'un combustible et d'une matière cal- cifère et éventuellement de minerai, en ajustant la quantité du combustible, par rapport à celle des autres constituants des matières, de façon à obtenir un excès de combustible par rapport à la quantité nécessaire pour donner la chaleur vou- lue pour le frittage. 1 0 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les matières secondaires, préalablement agglomé- rées avec addition de combustible, d'une matière calcifère et éventuellement de minerai, présentent une grosseur de grain comprise entre 5 mm et 10 mm et qui est de préférence de 5 -nm. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 5, caractérisé en ce qu'en ajustant le débit d'air comburant on établit, lors du frittage de la couche d'achemi- nement des matières secondaires, une atmosphère de gaz ré- ducteurs dans cette dernière couche. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche d'acheminement des matières secondaires représente environ % à 30 %, avantageusement 10 à 15 %o, de l'épaisseur de la matière en vrac.