Brevet FR2528072A1 — publié le 19831209

L'invention se rapporte à un procédé pour sé- parer des métaux non ferreux de substances secondaires contenant du fer, notamment, des résidus et boues de hauts- fourneaux, d'aciéries, de laminoirs et/ou autres résidus et boues d'une composition et d'une consistance compara- bles, procédé qui est mis en oeuvre dans le cadre d'un traitement de frittage, les substances secondaires étant mises en oeuvre sous la forme d'une partie d'un amas qui renferme, en superposition, au moins un mélange contenant des substances secondaires et un mélange de frittage nor- mal, les métaux non ferreux étant volatilisés et collec- tés sous forme de poussières. Dans la demande de brevet de R F A P 30 42 941, on décrit un procédé pour séparer des métaux non ferreux, notamment le plomb et le zinc, de substances secondaires de ce genre, dans lequel on soumet à un traitement de frit- tage un mélange contenant des substances secondaires et un mélange de frittage normal disposés en couches super- posées dans un amas La stratification est telle qu'en position inférieure, c'est-à-dire à proximité immédiate d'une grille de frittage, se trouve tout d'abord une cou- che composée d'une matière pré-frittée Cette couche ex- trême inférieure sert essentiellement à la protection thermique de la grille de frittage Sur cette couche in- férieure, sont disposées, dans l'ordre, dans la direction verticale, une couche qui contient, entre autres, les ma- tières secondaires puis une autre couche, qui est compo- sée d'un mélange de frittage normal Au-dessous de la gril- le de frittage, se trouvent des hottes d'aspirations des gaz de sorte que, pendant le frittage, une combustion amor- cée dans la couche supérieure se propage à travers l'amas, les gaz dégagés étant aspirés vers le bas Les hottes d'as- piration des gaz sont raccordées entre elles, du côté des gaz de fumée de telle manière qu'un premier groupe de hottes, considéré dans le sens du défilement de la gril- le de frittage, soit en communication avec un ventilateur et un deuxième groupe de hottes en communication avec un autre ventilateur Cette réunion des hottes d'aspira- tion des gaz du côté des gaz de fumée est étudiée, en fonction de la vitesse de défilement de la grille de frit- tage, de l'épaisseur de l'amas porté par cette grille, ainsi que de la vitesse de propagation du front de flamme qui traverse l'amas de haut en bas, de manière que le front de flamme atteigne la couche qui contient les sub- stances secondaires à l'instant o l'amas est parvenu dans la région d'aspiration des gaz du deuxième groupe de hot- tes d'aspiration des gaz De cette façon, par des modi- fications des conditions de température et de pression établies dans les hottes d'aspiration des gaz de ce deuxiè- me groupe, combinées avec un excédent de combustible con- tenu dans la couche qui transporte les substances secon- daires, on a la possibilité de remplir les conditions né- cessaires pour la séparation du plomb et du zinc. Dans cette opération, les métaux non ferreux, qui se présentent principalement sous la forme d'oxydes, essentiellement des oxydes de plomb et de zinc, sont ré- duits, volatilisés, évacués en phase gazeuse puis réoxy- dés et recueillis sous la forme de poussières au moyen d'un filtre à gaz. Le but de l'invention est de perfectionner ce procédé connu, en particulier sous l'aspect de la prépa- ration des substances secondaires et de la conduite du traitement Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que le mélange contenant des substances secondai- res est incorporé dans l'amas, d'une façon connue en soi, sous une forme agglomérée, qu'au moins la poussière déga- gée dans la couche qui transporte le mélange de frittage normal et qui est recueillie, est décomposée en au moins deux fractions qui présentent des teneurs différentes en métaux non ferreux et qui sont renvoyées au moins par- tiellement au traitement de frittage La réintroduction partielle des fractions possédant différentes teneurs en métaux non ferreux dans le traitement de frittage apporte la possibilité d'enrichir ces métaux non ferreux, c'est-à- dire essentiellement le plomb et le zinc contenus dans les poussières évacuées cependant que, en même temps, la teneur en fer qui est restée dans ces poussières précipi- tées, qui a été extraite éventuellement sous la forme d'une matière à grain fin, peut être à peu près entière- ment récupérée. Dans une forme de réalisation de l'invention, les métaux non ferreux sont essentiellement le zinc et le plomb, la composition des agglomérats contenant des substances secondaires étant réglée de manière que, dans ces agglomérats, on trouve une teneur en zinc d'au moins 0,5 % en poids, de préférence de 1 % en poids et que la te- neur en plomb n'excède pas de préférence 0,5 % en poids. Le réglage quantitatif d'une teneur déterminée en zinc ou en plomb dans les substances secondaires peut donc être réalisé d'une façon simple, c'est-à-dire par un simple do- sage quantitatif des débits de poussière ou de boue, puis- que la teneur en plomb ou en'zinc des différentes sortes de poussières ou de boues, ou d'autres résidus,, par exem- ple les poussières d'aciéries, les poussières de laminoirs et équivalents sont différentes. Selon une autre caractéristique de l'invention, on mélange aux substances secondaires des substances chlo- rées comme, par exemple, des chlorures de calcium, de ma- gnésium, de fer ou de métaux alcalins, et à savoir, dans un rapport quantitatif au moins stoechiométrique, de pré- férence surstoechiométrique pour la chloruration des oxy- des de zinc et de plomb La transformation des oxydes de métaux non ferreux en les chlorures correspondants effec- tuée pendant le traitement de frittage apporte l'avantage d'abaisser la température de vaporisation, de sorte que, dans des conditions de température données, il est possi- ble de réaliser une séparation optimale des métaux non ferreux Les substances chlorées peuvent être ajoutées aux agglomérats contenant des substances secondaires, sous la forme liquide pendant la préparation de ces agglomé- rats. Selon une autre caractéristique de l'invention, la couche extrême inférieure de l'amas mis en oeuvre dans le traitement de frittage possède un grain plus grossier que les couches qui la surmontent On évite de cette fa- çon que la résistance opposée au passage des gaz par l'a- mas ne croisse du haut vers le bas En même temps, on li- mite vers le haut la grosseur de grain de cette couche extrême inférieure de telle manière que les agglomérats contenant les substances secondaires ne risquent pas de ruisseler jusque dans la région de la grille ou, plus précisément, des barreaux de cette grille, et d'y provo- quer des colmatages qui pourraient affecter la perméabi- lité de l'amas aux gaz de frittage. Finalement, une couche intercalaire, qui est disposée entre la couche extrême inférieure, constituant le revêtement de la grille et la couche qui transporte les agglomérats contenant les substances secondaires, contient une quantité de combustible soit nulle, soit faible, comparativement à la couche qui transporte le mé- lange de frittage normal La demande de chaleur de la cou- che intercalaire est donc couverte par la chaleur addi- tionnelle qui est dégagée par la combustion du carbone excédentaire contenu dans la couche d'agglomérats conte- nant des substances secondaires. Les figures du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, feront mieux comprendre comment l'inven- tion peut être réalisée Sur ces dessins, la figure 1 est un schéma fonctionnel d'une ins- tallation de frittage selon l'invention; la figure 2 représente schématiquement la cons- titution de l'amas stratifié pour frittage; la figure 3 montre une autre possibilité de cons- titution pour un amas stratifié pour frittages En détail, on a représenté en 1 sur la figure 1 un dépôtde poussières, boues etautres résidus comparables, à l'intérieur duquel ces résidus sont déposés séparément et classés,en fonction de leur provenance, en poussières de laminoirs, poussières d'aciéries, poussières de hauts- fourneaux et/ou boues ou autres résidus d'une composition' et d'uneconsistance comparables Dans une installation sidérurgique donnée, la teneur en zinc ou en plomb de ces divers constituants est sensiblement connue Par une opé- ration de dosage et d'assemblage quantitatif, non représen- tée sur le dessin, de ces divers constituants, on produit un mélange pulvérulent ou boueux dont la teneur en zinc et en plomb est connue Les chiffres 2 à 5 désignent dif- férents silos destinés à fournir des minerais, du combus- tible, des constituants calcifères ainsi que des poussiè- resde recyclage Ces différents constituants sont extraits de ces silos en des quantités dosées et ajoutées au mé- lange boueux ou pulvérulent qui est repris au dépôt 1, de manière que, dans le mélange total, on obtienne une te- neur en zinc d'au moins 0,5 % en poids, de préférence de 1 % en poids et de manière que la teneur en plomb n'excède pas, de préférence, 0,5 % en poids. Le mélange total, composé de substances secondai- res contenant du plomb et du zinc, de minerais, de com- bustible,,d'un liant et de poussières recyclées, parvient ensuite à un dispositif mélangeur 6 o il est mélangé très intensivement, à la demande, pendant quelques minutes, l'eau contenue dans les substances secondaires se répar- tissant alors dans le mélange de façon homogène Ce mélan- ge homogénéisé parvient ensuite à un séchoir 7 et de là, à un broyeur 8 Le broyeur 8 peut être constitué, par exem- ple, par un broyeur à barres ou à mouvements oscillatoi- res, et il est relié à un dispositif d'alimentation 9 qui fournit un liant à froid Le liant à froid est de préféren- ce constitué par un ciment à prise rapide comme, par exem- ple, un ciment alumineux, et il est mélangé dans un rap- port quantitatif de 5 à 15 % en poids, de préférence de 5 à 8 % en poids du mélange total Lorsqu'on utilise de la chaux hydratée comme liant, cette chaux doit être présen- te dans un rapport quantitatif de 5 à 2 D% Dû,i de préférence de 8 à 15 % en poids par rapport au mélange to- tal précité avec suppression des constituants calci- fères -. Le mélange total, qui est composé de substances secondaires contenant du fer, de minerais, de combusti- bles, d'un liant et de poussières recyclées parvient en- suite à une installation d'agglomération 10 Cette ins- tallation peut être constituée, par exemple, par un tam- bour granulateur, un plateau granulateur ou équivalent. Les agglomérats contenant des substances secon- daires, et dont le rapport de basicité Ca O/Sio 2 corres- pond au moins à la valeur adoptée pour la cas du mélange de frittage normal, c'est-à-dire àune valeur d'au moins 1,2,parviennent de l'installation d'agglomération 10 à un silo intermédiaire 11 dans lequel il se produit un entre- posage intermédiaire, éventuellement avec apport de cha- leur Cet entreposage intermédiaire peut durer, par exem- ple, de 6 à 48 heures, de préférence de 12 à 24 heures, selon la solidité que l'on cherche à obtenir dans les ag- glomérats Finalement, les agglomérats contenant des sub- stances secondaires et durcis parviennent, par l'inter- médiaire d'un autre silo 12, sur une grille de frittage 13 qui est réalisée sous la forme d'une grille de fritta- ge à tirage par aspiration La grille de frittage se dé- place dans le sens de la flèche 14 avec une vitesse régla- ble et présente un entraînement non représenté sur le des- sin. Au-dessous de la grille de frittage 13 une sé- rie de hottes 15 d'aspiration des gaz qui sont en partie reliées à une conduite collectrice de gaz de fumée 16 qui mène à une cheminée 19 d'évacuation des gaz de fumée à travers un filtre électrique 17 et un ventilateur 18 Les deux dernières hottesd'aspiration des gaz 15 ' sont reliées à une conduite collectrice de gaz de fumée séparée 16 ' qui mène à un filtre électrique 17 ' pour gaz chauds Le fil- tre électrique 17 ' est monté en série avec le filtre élec- trique 17, en ce qui concerne le passage des gaz, de sor- te que les gaz qui traversent le filtre 17 ' parviennent, 2528072- par une conduite de liaison 20, la conduite collectrice de gaz de fumée 16, le filtre électrique 17 et le ventila- teur 18, à la cheminée de gaz de fumée 19. En 21, on a indiqué un silo d'alimentation dans lequel est entreposée une matière pré-frittée qui est dé- posée sur la grille de frittage 13 et qui, dans l'amas 22 (Figures 2, 3), forme la couche extrême inférieure Cette couche extrême inférieure sert à assurer la protection thermique de la grille de frittage 13 En 24, on a repré- senté un autre silo d'alimentation contenant un mélange de frittage normal qui, en raison de l'ordre de succes- sion des silos 21, 12 et 24, forme la couche extrême su- périeure 25 de l' amas 22 Ce mélange de frittage est com- posé d'une façon connue de minerais, de cocke et d' un constituant calcifère et il est envoyé au silo 24, sous une forme préalablement fragmentée, par l'intermédiaire d'un dispositif transporteur indiqué par la flèche 26. Les substances agglomérées extraites du silo 12 forment dans l'amas 22 déposé sur la grille de frittage 13 une couche 27 dont l'épaisseur représente à peu près 2 % à 10 % de la hauteur de l'amas. Dans le fonctionnement de l'installation de frit- tage selon l'invention, on enflamme l'amas 22 déposé sur la grille de frittage 13, le front de flamme traversant l'amas progressivement de haut en bas La vitesse de dé- filement de la grille de frittage 13 dans le sens de la flèche 14 est réglée, en fonction de l'épaisseur de l'amas et de la vitesse de propagation du front de flamme, de manière que le front de flamme n'atteigne la couche 27 que lorsque l'amas a atteint les deux dernières hottes d'as- piration des gaz 15 ' Par modification des conditions de température et de pression des hottes d'aspirations de gaz ', avec coopération du fort apport en combustible de la couche 27, on établit des conditions réductrices dans cette couche et, en même temps, on remplit les condi- tions nécessaires pour l'élimination du plomb et du zinc. L'.oxyde de zinc ou de plomb contenu dans la couche 27 est alors réduit, volatilisé, évacué par l'intermédiaire de la conduite 16 ' d'évacuation des gaz, réoxydé et évacué sous forme de poussières dans le filtre électrique à gaz chauds 17 ', comme indiqué par les flèches 28 La poussière contenant du plomb ou du zinc qui se forme à cet endroit peut posséder une teneur suffisante en ces métaux pour qu'on puisse la réutiliser directement dans les usines de métallurgie du zinc ou du plomb La poussière qui est pré- sente dans la conduite de gaz de fumée 16 contient de plus faibles quantités de zinc ou du plomb et elle est tout d'abord envoyée à un séparateur à gaz chauds à cyclone 29 intercalé dans la conduite de gaz de fumée 16, et dans lequel les poussières qui y sont introduites sont décom- posées en une fraction à grain fin riche en plomb ou en zinc et une fraction à gros grain, pauvre en plomb ou en zinc Cette dernière fraction est au moins partiellement envoyée par la conduite 30 au silo d'alimentation 24 qui fournit le mélange de frittage normal tandis que la frac- tion riche en zinc ou en plomb est envoyée au filtre élec- trique 17, par l'intermédiaire de la conduite de liaison 16 " intercalée entre le séparateur à gaz chauds à cyclone 29 et ce filtre et, là, elle est séparée du courant ga- zeux et, ensuite, envoyée au silo 5 par une conduite 31, et en qualité de poussière recyclée et, de cette façon, mélangée aux substances secondaires à agglomérer En rem- placement du séparateur à gaz chauds à cyclone 29, on peut également utiliser n'importe quel autre dispositif séparateur mécanique L'amas qui se présente sous la for- me d'une matière grossière après l'exécution du traitement de frittage, c'est-à-dire le produit fritté, est évacué comme indiqué par la flèche 32. Selon le besoin, la poussière, riche en zinc ou en plomb qui est évacuée comme indiqué par les flèches 28 peut être renvoyée au traitement de frittage et être mélangée au mélange contenant des substances secondaires de manière à obtenir un nouvel enrichissement en zinc ou en plomb dans les poussières évacuées. a L'arrangement des couches qui forment l'amas 22 est visible sur les figures 2 et 3 C'est ainsi que, par exemple, la couche extrême inférieure 23 peut être à son tour divisée en deux couches possédant différentes gros- seurs de grain, la couche 23 ' immédiatement adjacente à la grille de frittage 13 possédant une grosseur de grain de 15 à 25 mm, par exemple, et la couche 23 " qui lui est superposée une grosseur de grain de 3 à 15 mmi' Par ailleurs, on peut encore envisager de choi- sir la grosseur de grain de toute l'épaisseur de la couche inférieure 23 plus grossière que celle de la couche 27, c'est-à-dire une grosseur de grain d'environ 15 à 25 mm, la couche 27 présentant habituellement une grosseur de grain comprise entre 3 et 15 mm De cette façon, on évite sensiblement que les agglomérats contenant des poussières de substances secondaires ne ruissellent à travers la couche 23 pour atteindre la grille de frittage 13. Ici, la couche extrême inférieure 23 ' possède une épaisseur d'environ 2 à 3 cm et la couche 23 " qui la surmonte possède une hauteur de 1 à 2 cm. Les grosseurs de grain des couches 27 et 25 ain- si que l'épaisseur de ces couches sont choisies de manière que la perméabilité aux gaz soit à peu près la même pour les deux couches Selon la figure 3, il se trouve, entre la couche extrême inférieure 23 et la couche 27 qui trans- porte les agglomérats contenant des substances secondai- res, une couche intercalée 32 composée d'un mélange de frittage normal, comme la couche 25 L'épaisseur de cette couche 32 peut être de 1 à 2 cm. La couche 32 se distingue essentiellement de la couche 25 par le fait que la première couche,32, ne contient absolument pas de combustible ou n'en contient qu'une faible proportion Cette proportion peut être, par exemple, de 1 à 25 % en poids du mélange de frittage. Cette caractéristique sert à réduire la sollicitation thermique de la couche 27, dans laquelle en raison de l'excédent de combustible, il subsiste un risque de for- mation d'une phase fondue En supplément ou en remplace- ment, la couche 27 qui transporte les agglomérats conte- nant des substances secondaires peut être à son tour com- posée d'un mélange d'agglomérats contenant un combustible et d'agglomérats qui ne contiennent pas de combustible, la proportion de ces derniers agglomérats pouvant repré- senter environ 30 % en poids La couche 27 présente donc une certaine proportion d'agglomérats particuliers qui correspondent certes aux autres agglomérats, qui forment la couche 27, par leur distribution granulométrique, mais qui diffèrent de ceux-ci par leur composition Ici, les différences de composition peuvent consister, par exemple, dans le fait que, par ailleurs, ces agglomérats ne con- tiennent pas de substances secondaires, pas de combusti- bleou seulement une faible quantité de combustible compa- rativement à la couche 25 qui est composée d'un mélange de f rittage normal et, en conséquence, ils sont essentiel- lement composés de minerais, de liants et de substances calcifères. Il va de soi que des modifications et variantes pourront être apportées au mode de réalisation qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif notamment par substitution des moyens techniques équiva- lents, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé pour séparer des métaux non ferreux de substances secondaires contenant du fer, notamment de ré- sidus et boues de hauts-fourneaux, d'aciéries, de lami- noirs et/ou d'autres résidus et boues d'une composition et d'une consistance comparables, qui est mis en oeuvre dans le cadre d'un traitement de frittage, les substan- ces secondaires étant mises en oeuvre sous la forme d'une partie d'un amas qui renferme, en superposition, au moins un mélange contenant des substances secondaires et un -10 mélange de frittage normal, les métaux non ferreux étant volatilisés et récupérés sous forme de poussières, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on met en oeuvre le mélange contenant les substances secondaires, d'une fa- çon connue en soi, dans ledit amas ( 22) sous la forme agglomérée, en cequ'au moins la poussière dégagée dans la couche ( 25) qui transporte le mélange de frittage normal et récupérée est décomposée en au moins deux frac- tions possédant différentes teneurs en métaux non ferreux qui sont au moins en partie renvoyées à l'opération de frittage. 2 Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la fraction riche en métaux non ferreux est au moins partiellement ajoutée au mélange contenant des substances secondaires et que la fraction pauvre en mé- taux non ferreux est au moins partiellement ajoutée au mélange de frittage. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on ajoute un liant à froid, par exemple un ciment à prise rapide, de la chaux hydratée, ou équivalent, au mélange contenant des substances secondai- res à agglomérer. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions l à 3, caractérisé en ce que le ciment à prise rapi- de, qui est, par exemple, un ciment alumineux,ost ajouté aux substances secondaires à agglomérer en un rapport quan- titatif de 5 à 15 % en poids, de préférence de 5 à 8-,' en poids d'un mélange composé des substances secondaires, des combustibles, de la matière calcifère et des poussiè- res recyclées. 5 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que la chaux hydratée est ajoutée aux substances secondaires à agglomérer en un rapport quantitatif de 5 à 20 % en poids, de préférence de 8 à 15 % en poids, rapporté à un mélange composé des substances secondaires, des combustibles, des minerais et des poussières recyclées. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le mélange con- tenant des substances secondaires et aggloméré d'une fa- çon connue en soi, par exemple, granulé, est entreposé pendant une durée de 12 à 48 heures, de préférence de 24 heures, selon la résistance mécanique à obtenir. 7 Procédé selon la revendication 6, caractéri- sé ence que l'entreposage des agglomérats contenant des substances secondaires se produit avec apport de chaleur. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que le mélange contenant les substances secondaires et aggloméré possède un rap- port de basicité Ca O/Si O 2 d'au moins 1,2. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que les métaux non ferreux sont essentiellement du zinc et du plomb, en ce que la composition des agglomérats contenant des substances se- condaires est réglée de manière que, dans ces agglomé- rats, on trouve une teneur en zinc d'au moins 0,5 % en poids, de préférence de 1 %, en poids et que la teneur en plomb n'excède pas de préférence,0,5 % en poids. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 9, caractérisé en ce qu'on ajoute aux substan- ces secondaires des substances contenant du chlore, par exemple des chlorures de calcium, de magnésium, de fer ou de métaux alcalins et,à savoir, dans un rapport quantitatif au moins stoechiométrique et de préférence surstoechiomé- trique pour la chloruration des oxydes de zinc et de plomb. 11 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 10, caractérisé en ce que la couche extrême inférieure ( 23), qui recouvre la grille, dudit amas ( 22) soumis au traitement de frittage, présente un grain plus grossier que les couches ( 25, 27) qui la surmontent 12 Procédé selon la revendication 11, caractéri- sé en ce que la couche extrême inférieure ( 23), qui re- couvre la grille, est à son tour divisée en une couche dont la grosseur de grain correspond sensiblement à celle de la couche sus-jacente ( 27), et une couche, qui surmonte la première et dont la grosseur de grain est plus petite. 13 Procédé selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que, sur la couche inférieure ( 23), qui recouvre la grille, est déposée une couche intercalaire ( 32) qui est composée d'un mélange de frit- tage normal et est recouverte d'une couche ( 27) qui trans- porte les agglomérats contenant des substances secondaires, et au-dessus de laquelle est déposée une couche ( 25) com- posée d'un mélange de frittage normal. 14 Procédé selon la revendication 13, caractéri- sé en ce que la couche intercalaire ( 32) ne contient pas de combustibles ou n',en contient qu'une quantité faible, comparativement à la couche ( 25). Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 14, caractérisé en ce qu'à la couche ( 27) qui transporte les agglomérats contenant des substances se- condaires, on mélange une proportion quantitative d'ag- glomérats de distribution granulométrique identique ou analogue, mais qui ne contient pas de substances secon- daires et qui est de préférence essentiellement composée de minerais, de liants et de substances calcifères. 16 Procédé selon la revendication 15, caractéri- sé en ce que les agg- orrérats de distribut ioi gan ulmée- trique identique ou analogue, qui sont ajoutés à la couche ( 27) qui transporte les agglomérats contenant des substan- ces secondaires, ne contiennent pas de combustibles ou n'en contiennent qu'une faible quantité comparativement à la couche ( 27).