Brevet FR2498629A1 — publié le 19820730

Dans certaines parties du monde, les iinerais à teneur en nickel tels que la latérite de nickel contiennent, parmi d'autres composants, les oxydes du nickel, du cobalt et du fer, Le nickel et le cobalt constituent des métaux de va- leur quand ils sont séparés du minerai et réduits sous forme métallique. Dans le domaine des techniques métallurgiques, on sait qu'il est possible de séparer les formes métalliques des oxydes de ces métaux au moyen d'un procédé de lixivia- tion. Jusqu'ici, les oxydes métalliques étaient réduits sous forme métallique dans des fours à foyers multiples très inefficaces avant la lixiviation. L'invention concerne un procédé et un appareil efficaces de réduction sélective des oxydes métalliques, le procédé mettant en oeuvre un four à cuve continu permettant de ré- duire l'oxyde de nickel en nickel métallique alors que le cobalt et le fer restent sous la forme d'oxydes, ou bien de réduire le nickel et le cobalt sous forme métallique alors que le fer reste sous la forme d'oxyde. . La séparation des formes métalliques par rapport aux oxydes et autres gangues s'effectue au moyen du procédé de lixîviation de Sherrltt- Gordon qui sépare les formes métalliques et laisse les oxy- des métalliques et autres gangues sans les toucher, On alimente un four à cuve continue de réduction directe de minerais au voyen d'un mélange constitué par un combusti- ble fossile gazéifié et partiellement brûlé et par le gaz de réaction provenant de la partie supérieure et recyclé, qui sont mélangés dans une chambre de combustion en vue d'obtenir le composé gazeux de réduction correct. Le four à cuve con- tient une zone de refroidissement inférieure par laquelle on fait passer le gaz de refroidissement, le combustible fossile gazéifié et le gaz de réaction provenant de la partie supé- rieure et recyclé étant ajoutés au gaz de refroidissement, le gaz de refroidissement contenant de ce fait une concentration en agents réducteurs semblable à celle du gaz réducteur. Un objet principal de la présente invention est de créer un procédé de traitement à chaud de minerais contenant des oxydes de cobalt, de nickel et de fer de manière à réduire sélectivement seulement le nickel ou le nickel et le cobalt sous forme métallisée tout en laissant les oxydes métalliques restant sous leur forme d'oxydes. Un autre objet de l'invention est de créer un appareil de réduction sélective d'oxyde de nickel, d'oxyde de cobalt et d'oxyde de fer. On décrira maintenant le procédé et l'appareil de l'inven- tion avec référence aux dessins annexés. La figure 1 est un schéma de principe représentant le procédé selon l'invention et l'appareil convenant à sa mise en oeuvre. La figure 2 est un diagramme d'équilibre représentant les courbes de la réaction de réduction concernant l'oxyde de nickel, l'oxyde de cobalt et l'oxyde de fer pour des rapports divers entre les gaz H2 et H20. La figure 3 est un diagramme d'équilibre représentant les courbes de la réaction de réduction concernant l'oxyde de nickel, l'oxyde de cobalt et l'oxyde de fer pour des rapports divers entre les gaz CO et Co2. Si on se réfère maintenant à la figure 1, un four à cuve comprend une trémie d'alimentation 12 et un tuyau d'alimen- tation 14 s'étendant dans le four 10 au-dessous de sa partie supérieure pour l'alimenter avec une charge à lit compacté 16. La charge traitée est retirée du fond du four par l'inter- médiaire d'un tube de décharge 18. Le déplacement de la charge dans le four est contrôlé par un dispositif de commande de décharge 20. Entre les extrémités du four est prévu un système de conduites circulaires et de tuyères 22 au moyen duquel le gaz réducteur est injecté dans la charge 16 contenue dans le four. Une décharge 24 des gaz de réaction est prévue à proximité de la partie supérieure du four. Une zone de refroidissement est située à la partie infé- rieure du four entre un distributeur de gaz de refroidissement et un collecteur de gaz de refroidissement 32. Le collec- teur 32 est relié à un système de recyclage des gaz de refroi- dissement et il comprend un épurateur-refroidisseur 34, un compresseur 36 et une admission de gaz de refroidissement 38. La sortie 24 des gaz de réaction à la partie supérieure est reliée à un épurateur-refroidisseur 40 et à un compresseur 42. Le tuyau 44 relie le compresseur 42 à une chambre de combustion 46 dans laquelle le gaz recyclé est mélangé au produit de la combustion. Le tuyau 47 fait parvenir le mélan- ge de gaz réducteurs à une admission de gaz réducteurs 48. La chambre de combustion 46 est un générateur d'atmosphère dont le combustible est constitué par un gaz de houille provenant d'un gazéificateur 50 et mélangé à de l'air de combustion 52. Une partie du gaz provenant du gazéificateur 50 est injectée dans le circuit de gaz de refroidissement par le tuyau 54. Le tuyau 56 relie le compresseur 42 au tuyau 54 du gaz provenant du gazéificateur dans le but d'injecter le gaz recyclé dans la zone de refroidissement. En fonctionnement, des agglomérats ou des masses naturel- les de minerai de latérite de nickel contenant les oxydes de nickel, de cobalt et de fer sont introduits à la partie supérieure du four à cuve 10 par l'intermédiaire d'une trémie de chargement 12 et d'une jambe de fermeture 14. Le nickel et le cobalt sont réduits sélectivement à leurs états métalli- ques alors que le fer est réduit sous une forme d'oxyde inférieur (Fe304). Cette réduction sélective se déroule dans la zone de réduction du four à cuve dans laquelle les agglo- mérats descendent par gravité et entrent en contact avec le contre-courant de gaz réducteurs chauds contenant des réduc- teurs (CO + H2) en quantités suffisantes pour réduire les oxydes de nickel ou de nickel et de cobalt à l'état métalli- que mais insuffisantes pour réduire l'oxyde de fer à l'état métallique. Les figures 2 et 3 représentent les gammes des rapports ou concentrations entre réducteurs et oxydants permettant de réduire le nickel seulement, ou à la fois le nickel et le cobalt, pour une gamme de températures du four. Les agglomérats réduits quittent la zone de réduction qui est définie comme étant la zone située au-dessus des entrées de gaz réducteurs chauds, et pénètrent dans une courte zone de transition s'étendant depuis les entrées de gaz chauds jusqu'aux sorties de gaz 32 de la zone de refroidissement. Les agglomérats pénètrent dans la zone de refroidissement o ils sont refroidis à approximativement 50'C par contact direct avec un gaz froid remis en circulation et contenant une concentration de réducteurs semblable à celle des gaz de la conduite circulaire. Les agglomérats réduits et froids sont déchargés du four par le tube 18 et sont alors prêts au traitement aval subséquent destiné à récupérer le nickel ou le nickel et le cobalt. Le gaz de houille froid provenant de la source 50 qui a été désulfurisé est envoyé à une chambre de combustion 46 o le gaz de houille est brûlé dans une atmosphère à defficience stoechiométrique de l'air pour produire un gaz de fumée contenant entre 5 et 10% de CO +.2* Le gaz de la partie supérieure qui est refroidi et purifé est envoyé à la chambre de combustion par l'intermédiaire de la conduite 44 o il produit un gaz de réduction de composition et de température correctes de manière à réduire sélectivement les oxydes de nickel et de cobalt. Le gaz réducteur est introduit dans le four à cuve à une température comprise entre environ 8001C et 10000C par l'intermédiaire du système de conduites circulaires et de tuyères 22 autour de la périphérie du four. Le gaz réducteur chaud qui se déplace à contre-courant par rapport à la charge qui descend chauffe les agglomérats et réduit les oxydes de nickel et de cobalt à leur état métallique et réduit l'hématite présente en magnétite. Les gaz supérieurs de la réaction qui quittent le four par la sortie 24 contien- nent une quantité plus faible de CO + H2 et plus importante de H20 + CO2 provenant de la réaction de réduction, de sécha- ge et de calcination. La température des gaz supérieurs est nettement réduite mais supérieure au point de rosée du gaz pour éviter sa condensation avant de pénétrer dans le puri- ficateur. Dans le purificateur 40,-le gaz est débarrassé des poussières qu'il contient et refroidi. Une partie du gaz supérieur purifié est éliminée du système par l'évent V pour contrôler la formation d'azote. Le reste du gaz supérieur est comprimé et subdivisé en deux courants. Un courant est envoyé à la chambre de combustion 46 o il est mélangé avec le gaz de fumée chaud de manière à produire le gaz de réduction désiré. L'autre courant est envoyé à la boucle de remise en circulation du gaz de la zone de refroidissement. Un petit courant de gaz de houille froid est alors envoyé dans la boucle de remise en circulation du gaz dans la zone de refroi- dissement. Les courants du gaz supérieur et du gaz de houille sont réglés et contrôlés de manière à produire une composi- tion gazeuse semblable au gaz réducteur qui pénètre dans la zone de réduction. Le gaz de refroidissement dont l'analyse montre qu'il est constitué par un mélange de gaz supérieur et de gaz de houille pénètre dans le four par le distributeur de gaz de refroidissement 30. Le gaz froid traverse la charge descendante o le gaz est chauffé à approximativement 3701C avant que la plus grande partie du gaz soit rassemblée par les sorties de gaz de refroidissement 32. Ce courant princi- pal est refroidi, purifié et comprimé avant qu'on y ajoute du gaz supérieur additionnel et du gaz de houille préalablement à sa réintroduction dans la zone de refroidissement. Une partie mineure du gaz de refroidissement qui est chauffé traverse en montant la zone de transition et pénètre dans le ) centre de la zone de réduction comme indiqué par les flèches 60. C'est dans la zone de transition que les gaz chauffés sont portés à la température de réduction par la masse chaude descendante. On obtient donc ainsi une quantité suffisante de gaz réducteur chaud (qui est à la température correcte et qui présente la composition correcte) au moyen de cet échange de chaleur et sans brûler du gaz de houille additionnel. Le chauffage in situ du gaz de la zone de refroidissement constitue l'un des procédés les plus efficaces jamais inven- tés pour réduire sélectivement les oxydes métalliques au moyen d'une source externe de substance réductrice. REVENDICATIONS 1. Procédé de réduction sélective d'oxydes métalliques, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à: charger les oxydes d'au moins deux métaux choisis dans le groupe comprenant le nickel, le cobalt et le fer dans un four à cuve continu, à faire passer un gaz réducteur par la charge à contre-courant, à éliminer le gaz réducteur ayant subi une réaction dudit four à cuve, à purifier et à refroidir ce gaz de la réaction, à diviser ce gaz une fois purifié et refroidi en un premier et un second courant, à faire brûler un combustible fossile gazéifié dans une chambre de combustion, à mélanger le premier courant de gaz supérieur purifié et refroidi dans la chambre de combustion de manière à former le gaz réducteur et à introduire ce dernier dans le four à cuve, et à introduire un gaz de refroidissement dans la partie inférieure du four à cuve et à éliminer une partie substantiel- le du gaz de refroidissement du four à cuve au-dessus de l'endroit o est introduit le gaz de refroidissement, à retirer ladite partie de gaz de refroidissement, à le refroi- dir et à le purifier, à mélanger ce gaz de refroidissement refroidi et purifié avec le second courant de gaz supérieur de la réaction, refroidi et ayant été purifié, et à introdui- re le mélange gazeux dans la zone de refroidissement, avec pour résultat de provoquer la montée d'une seconde partie du gaz de refroidissement au-delà de la sortie de gaz de refroi- dissement, de l'échauffer au moyen de la charge et de le transformer en gaz réducteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'injection d'une partie du combustible fossile gazéifié dans la zone de refroidissement. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la qualité du gaz injecté dans la zone de refroidissement est la même que celle du gaz réducteur injecté dans le four. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'élimination dans l'atmosphère d'une partie du gaz supérieur refroidi et purifié du système pour éviter la formation d'azote. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les oxydes métalliques sont des composants du minerai de latérite de nickel. 6. Appareil de réduction sélective d'oxydes métalliques, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un four à cuve sensiblement vertical comprenant des moyens pour introduire une charge sous forme d'un lit com- pacté et des moyens pour extraire le matériau de la charge particulaire traitée à partir de sa partie inférieure et obtenir un courant gravitationnel de matière dans le four, b) des moyens situés dans une partie intermédiaire entre les extrémités du four pour introduire un gaz réducteur à l'intérieur du four, c) des moyens de retrait du gaz supérieur de la réaction à la partie supérieure du four pour en retirer le gaz, d) des moyens pour introduire du gaz de refroidissement à la partie inférieure du four, e) des moyens situés au-dessus des moyens d'introduction du gaz de refroidissement pour recueillir et retirer une partie substantielle du gaz de refroidissement de la zone de refroidissement, f) des moyens communiquant avec les moyens de retrait du gaz de refroidissement pour épurer et refroidir le gaz de refroidissement extrait et lesdits moyens de purification et de refroidissement communiquant avec l'admission de gaz de refroidissement, g) des moyens pour refroidir et purifier le gaz supérieur de la réaction et communiquant avec lesdits moyens de retrait du gaz supérieur de la réaction, h) des moyens pour subdiviser le gaz supérieur de la réaction après purification et refroidissement en deux cou- rants, le premier courant étant mis en communication avec une chambre de combustion, le second courant étant en communica- tion avec un système de remise en circulation du gaz de refroidissement, i) une chambre de combustion alimentée avec un combusti- ble fossile et de V air de combustion en fonction des ^ -- besoins, chambre dans laquelle les gaz du combustible brûlé et ledit premier courant de gaz supérieur de la réaction sont mélangés pour former le gaz réducteur, j) des moyens pour envoyer le mélange de gaz réducteurs à l'entrée du four à cuve, et k) des moyens pour envoyer un second courant de combusti- ble fossile gazeux au circuit de gaz de refroidissement remis en circulation.