Brevet FR2546530A1 — publié le 19841130

TRAITEMENT DE LAITIERS D'ACIERIE EN VUE DE LEUR UTILISATION EN CIMENTERIE L'invention concerne le traitement de laitiers d'aciérie en vue de leur utilisation en cimenterie. On sait que le laitier d'aciérie à l'oxygène est produit au cours de la conversion de la fonte en acier. Il résulte de ltoxydation de certains éléments contenus dans la fonte (principalement le silicium, le manganèse, le phosphore et le titane) et de la combinaison de ces éléments avec un fondant (chaux CaO, magnésie MgO) qui assure ainsi leur élimination. On cherche, à l'heure actuelle, à trouver des applications pour le laitier ainsi produit. L'une des utilisations possibles de ce laitier est celle de liant hydraulique pour la fabrication de ciment, apres avoir fait subir au laitier un traitement approprié. Un certain nombre de procédés, consistant à ajouter au laitier des constituants porteurs d'alumine, ont été essayés jusqu a présent. L'invention u justement pour objet un nouveau procédé de traitement d'un laitier d'aciérie, permettant de lui conférer les propriétés de liant hydraulique. Le procédé conforme à 11 invention se caractérise en ce que l'on additionne au laitier liquide au moins un composé susceptible de former de l'alumine, on apporte la quantité de chaleur nécessaire pour dissoudre ledit composé dans le laitier et on soumet le laitier à un brassage. De préférence ces opérations s'effectuent dans une cuve à laitier. Comme on le comprend, le fait que l'on apporte ou provoque la formation d'alumine dans le laitier conduit à la formation d'un nouveau laitier qui contient de l'aluminoferrite de calcium qui est un minéral hydraulique. Or, on sait que la présence de minéraux hydrauliques confère au laitier des propriétés hydrauliques ; en effet, lors de la fabrication de ciment par mélange d'eau, de sable et de grains obtenus par concassage et criblage du laitier solidifié, ces minéraux hydrauliques s'hydratent puis précipitent sur les grains de sable et forment donc un lien compact et dur entre ces derniers. Compte tenu de ces considérations, on a été amené à découvrir que l'addition, dans la cuve à laitier, d'un composé susceptible de former de l'alumine, associée à des moyens permettant de compenser la perte d'énergie thermique due à l'addition de ce composé, permettait d'obtenir un laitier ayant les propriétés recherchées. Conformément au procédé de l'invention, on additionne le ou les composés susceptibles de former de l'alumine en quantité telle que le laitier contienne 5 à 25 % en poids d'alumine. Selon un premier mode de réalisation, on apporte de l'alumine au laitier en l'incorporant sous forme de bauxite au laitier liquide. Dans ce cas, on compense la perte d'énergie thermique due à l'ajout de la bauxite par un brassage par l'oxygène. En effet, le demandeur a découvert, et c'est l'une des idees essentielles de l'invention, que l'insufflation d'oxygène provoquant l'oxydation du fer métal et/ou l'oxydation du fer ferreux en fer ferrique, la chaleur dégagée au cours de cette réaction suffit alors pour dissoudre la bauxite dans le laitier. De plus, le brassage du bain de laitier liquide permet de l'homogénéiser et de parfaire les réactions. Selon un deuxième mode de réalisation, on apporte de l'alumine au laitier en lui additionnant de l'aluminium, sous forme de déchets d'aluminium par exemple. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire d'apporter de la chaleur au laitier par des moyens extérieurs et on homogénéise le laitier, soit par brassage pneumatique par un gaz inerte, soit par brassage mécanique. En effet, les études du demandeur l'ont amené à observer que, lors de l'addition d'aluminium pur dans la cuve à laitier, la combinaison de cet aluminium avec l'oxyde de fer FeO ou Fe2O3 contenu dans le laitier est suffisamment exothermique pour qu'il n'y ait pas besoin d'apport d'énergie calorifique supplémentaire. Selon une variante de réalisation, on additionne au laitier, un mélange d'aluminium et de bauxite. Dans ce cas, selon les proportions relatives d'aluminium et de bauxite, on effectue soit un brassage par l'oxygène, soit un brassage mécanique ou par un gaz inerte. Selon 1 procédé conforme à l'invention, il est toujours possible, pour toutes les variantes décrites ci-dessus, d'effectuer en fin de traitement un brassage mécanique ou un brassage par un gaz inerte pour compléter l'homogénéisation du laitier. L'invention a également pour objet le dispositif de mise en oeuvre du procédé considéré. Ce dispositif comprend des moyens pour amener le composé susceptible de former de l'alumine dans la cuve à laitier et des moyens pour soumettre le laitier liquide à un brassage. Les moyens pour soumettre le laitier liquide à un brassage sont constitués par une lance d'insufflation d'un gaz, partiellement immergée dans le bain de laitier liquide et/ou un agitateur mécanique plong-é dans ledit bain. Les moyens pour amener dans la cuve à laitier le ou les composés susceptibles de former de l'alumine peuvent être des moyens tout à fait classiques, tels que par exemple une trémie contenant le composé considéré et munie àsa partie inférieure d'un extracteur-doseur qui est relié à une goulotte d'amenée du composé dans la cuve. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite en se référant aux figures jointes. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement, en coupe > une cuve à laitier, munie d'une lance d'insufflation d'un gaz et de moyens d'amenée du composé devant former de l'alumine dans le laitier, et sur la figure 2, une vue en coupe plus détaillée d'une lance d'insufflation. Sur la figure 1, on voit une cuve à laitier 1, en métal, une lance 2 d'insufflation d'un gaz et un dispositif 3 d'amenée du produit susceptible de former de l'alumine. La lance 2 plonge dans le bain 4 de laitier liquide. Dans l'exemple représenté, la lance 2 est du type à double flux et refroidissement périphérique. De façon plus précise (voir figure 2), elle comporte deux tubes métalliques 5 et 6, coaxiaux, définissant entre eux un espace annulaire 7 dans lequel on injecte un fluide de refroidissement. Le tube externe 6 est revêtu d'un gainage réfractaire 8. Dans le mode de réalisation représenté, la lance 2 est légèrement recourbée à son extrémité inférieure.Grâce à cette forme particulière, le gaz insufflé dans le tube interne 5 brasse un volume de laitier liquide plus important ; de plus, cette forme recourbée empêche les bulles, formées par le gaz de brassage dans le laitier liquide, de remonter et heurter le gainage réfractaire, ce qui permet d'en éviter l'usure ; enfin, du fait qu'elle est recourbée, la lance vibre moins que si elle était rectiligne. Le dispositif 3 d'amenée du produit 10 susceptible de former de l'alumine comprend une trémie 9 contenant ledit produit 10, un extracteurdoseur symbolisé en 11 qui permet de faire passer, au moment voulu, une quantité prédéterminée du produit 10 dans la goulotte 12 qui débouche au-dessus du bain de laitier liquide 4. On donne, ci-après, deux exemples de réalisation du procédé conforme à l'invention. Exemple 1 La cuve 1 contient 20 tonnes de laitier liquide. Ce laitier, qui a été versé directement du convertisseur dans la cuve 1, est à une tempé rature d'environ 1600"C ; sa composition chimique moyenne est la sui vante CaO : 50 % ; Si02: 13 % ; Al2O3: 1 % .MgO : 2 à 4 % ; P205 : 2 Fe : 13 % ; Fe+++ : 7 % ; MnO : 5 à 7 % A l'aide du dispositif 3, on additionne à ce laitier liquide de la bauxite à raison de 60 kg/tonne de laitier ; cette bauxite a la composition suivante Al2O3 : 55 % ; H2O : 12 % ; SiO2 : 6 à 7 % Fe203 : 23 à 24 % ; TiO2 : 2,5 7o A l'aide de la lance 2, on insuffle de oxygène pur dans le laitier à un débit de 50 à 200 Nl/sec. pendant une durée de 3 à 15 minutes. De façon plus précise, on introduit l'oxygène par le tube interne 5 et, simultanément, on refroidit la lance par injection d'un fluide de refroidissement dans l'espace annulaire 7 ; ce fluide de refroidissement peut être par exemple de l'anhydride carbonique liquide ou un hydrocarbure liquide comme le fuel, le butane, le propane, etc ... Cette insufflation d'oxygène à elle seule provoquerait une augmentation de la température du laitier d'environ 100"C , elle permet de compenser approximativement la baisse de température due à l'addition des 60 kg de bauxite par tonne de laitier. La teneur en alumine du laitier, qui était au départ d'environ 2 % en poids, augmente de 3 à 4 %. Le laitier contient ainsi, en fin de traitement, -6 à 8 % en poids d'alumine. Etant donné que l'alumine joue le rôle de fondant, le laitier peut, en fait, rester liquide jusqu a une température d'environ 1400"C. On pourrait donc, pour un brassage par oxygène identique à celui décrit cidessus, additionner 120 kg de bauxite par tonne de laitier, ce qui permettrait d'obtenir une augmentation de la teneur en alumine de 6 à 8 % soit un laitier contenant, en fin de traitement, 8 à 10 % en poids d'alumine. Exemple 2 La cuve 1 contient 20 tonnes d'un laitier identique à celui de l'exemple 1. A l'aide du dispositif 3, on additionne à ce laitier 120 kg de bauxite et 10 kg de déchets d'aluminium par tonne de laitier. A l'aide de la lance 2, on effectue un brassage du laitier par oxygène identique à celui décrit dans l'exemple 1. La chaleur dégagée, d'une part, par le brassage par oxygène, et d'autre part, par la réaction très exothermique de l'aluminium avec l'oxyde de fer du laitier suffit à compenser la baisse de température provoquée par l'addition de la bauxite et de l'aluminium. On obtient une augmentation de la teneur en alumine de 7,5 %. Le laitier contient ainsi, en fin de traitement, 9,5 à 11,5 % en poids d'alumine. La bauxite est incorporée au laitier, de préférence avant le brassage par oxygène ; mais elle peut également être additionnée après ou simultanément au brassage. Bien entendu les exemples décrits ci-dessus n'ont aucun caractère limitatif vis-à-vis de l'invention, l'essentiel étant qu'il y ait à la fois addition d'un composé susceptible de former de l'alumine en quantité suffisante pour que le laitier contienne de 5 à 25 % d'alumine en fin de traitement et apport suffisant de chaleur au laitier liquide pour dissoudre ce composé. En particulier, le mode de réalisation de la lance représenté sur les figures n'est donné qu'à titre indicatif. On peut tout aussi bien utiliser une lance consommable, constituée d'un simple tube d'acier, que l'on enfonce peu à peu dans le bain de laitier liquide au fur et à mesure de son usure. On peut également utiliser une lance comportant plusieurs orifices de sortie pour le gaz de brassage, ou bien une lance dont le profil interne, à la partie inférieure, est de forme tronconique, convergeant dans le sens du soufflage, etc ... Grâce au procédé de l'invention, on obtient un laitier qui peut être utilisé avantageusement comme liant hydraulique, notamment pour la fabrication de ciment. Par exemple, lorsqu'on fabrique du ciment par mélange de ce laitier avec du ciment Portland, on fait une économie d'energie appréciable : en effet, on évite l'étape de "clinkérisation" du cru de cimenterie ce qui correspond à une économie de 100 l de fuel par tonne de ciment fabriqué. Une autre application envisageable du laitier traité selon l'invention est son utilisation comme matériau pour la confection de chaussées ou de béton. En effet, le fait que, au cours du procédé de l'invention, on soumette le laitier à un brassage évite la présence de chaux libre et de magnésie libre. Or, c'est la chaux et la magnésie libres (et surtout la chaux libre), qui provoquent, lorsqu'elles gonflent par hydratation, des défauts tels que cassures et "nids de poule" dans les chaussées fabriquées à partir de granulat obtenu par concassage et criblage du laitier refroidi. Lors du brassage du laitier, les gros grains de CaO et MgO se divisent en petits grains et sont en contact intime avec le reste du laitier ; ces petits grains se dissolvent alors dans le laitier liquide et éventuellement s'associent au phosphore et au silicium (s'il en reste à l'état libre dans le laitier liquide) ; s'il reste de petits grains de CaO et MgO dans le laitier, leur hydratation ultérieure n'entraîne pas de défauts gênants étant donné leur taille. REVENDICATIONS 10) Procédé de traitement d'un laitier d'aciérie, caractérisé en ce que l'on additionne au laitier liquide au moins un composé susceptible de former de l'alumine, on apporte la quantité de chaleur nécessaire pour dissoudre ledit composé dans le laitier et on soumet le laitier à un brassage. 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on additionne le composé susceptible de former de l'alumine en quantité telle que le laitier contienne 5 à 25 % en poids d'alumine. 3 ) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le composé susceptible de former de l'alumine est de la bauxite. 4 ) Procédé selon l'une des revendications 1 ou Z, caractérisé en ce que le composé susceptible de former de l'alumine est de l'aluminium. 5 ) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le composé susceptible de former de l'alumine est un mélange d'aluminium et de bauxite. 6 ) Procéde selon l'une des revendications 3 ou 5, caractérisé en ce que l'on soumet le laitier à un brassage par de l'oxygène. 7 ) Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'on soumet le laitier à un brassage par un gaz inerte. 8 ) Procédé selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l'on soumet le laitier à un brassage mécanique. 9 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on insuffle de l'oxygène dans le laitier à un débit de 50 à 200 Nl/sec., pendant une durée de 3 à 15 minutes. 10 ) Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'addition du composé susceptible de former de l'alumine et le brassage du laitier liquide s'effectuent dans une cuve à laitier. 11") Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour amener le composé susceptible de former de l'alumine dans un récipient contenant un bain de laitier liquide et des moyens pour soumettre le laitier à un brassage. 12") Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens pour soumettre le laitier à un brassage sont constitués par une lance d'insufflation d'un gaz, partiellement immergée dans le bain de laitier liquide et/ou un agitateur mécanique plongé dans ledit bain. 13 ) Dispositif selon la revendication 129 caractérisé en ce que la lance d'insufflation d'un gaz comporte deux tubes métalliques coaxiaux définissant entre eux un espace annulaire, le tube externe étant revêtu, au moins sur la partie immergeable de la lance, d'un gainage réfractaire. 14") Dispositif selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure de la partie immergeable de la lance est recourbée. 15 ) Utilisation du laitier traité par le procédé selon l'une des revendications 1 à 10 comme liant hydraulique, notamment pour la fabrication de ciment.