Brevet FR2559786A1 — publié le 19850823

PROCEDE DE RECUPERATION D'ALUMINIUM LIQUIDE PAR COMPRESSION DE CRASSES CHAUDES La présente invention est relative à un procédé de récupération d'aluminium liquide par compression de crasses chaudes. Il est à noter que le terme "aluminium" employé dans la rédaction de cette demande englobe également tous les alliages de cet élément. Le cycle de fabrication de l'aluminium à partir de ses minerais ou de déchets recyclés comporte généralement une phase de mise en fusion du métal suivie d'une phase de coulée. Il est connu de l'homme de l'art que, lors de cette fusion, il se forme dans les fours à la surface du bain métallique, une couche d'un produit désigné sous le nom de "crasses" et dont l'analyse montre qu'elles sont constituées de particules non métalliques telles que des oxydes, des carbures, des nitrures, etc... entre lesquelles sont emprisonnées des gouttelettes de métal.Si l'on coule tel que le contenu du four, les crasses seront entrainées et formeront dans le produit solidifié des inclusions qui donneront lieu, lors des opérations ultérieures de transformation telles que le laminage par exemple, à l'apparition sinon de défauts de surface ou internes, tout au moins d'hétérogénéités locales de propriétés préjudiciables à la bonne qualité desdits produits. I1 s'avère donc nécessaire d'éliminer ces crasses du métal avant la coulée, ce qu'on réalise généralement par écrémage du bain au moyen d'une racle au cours d'une opération dite de décrassage. Cependant, ces crasses peuvent contenir une proportion importante de métal allant jusqu'à 95 % de la masse de crasse et leur mise à la décharge telles quelles conduirait à une réduction notable de la mise au mille du métal fabriqué. C'est pourquoi l'homme de l'art s'est efforcé de chercher des moyens permettant de récupérer la plus grande quantité possible du métal contenu dans ces crasses. Une solution consiste à traiter les crasses dans le four de fusion lui-même par un flux ayant pour effet de faire coalescer les gouttelettes de metal et de faciliter leur transfert de la crasse vers le bain métallique. Mais, outre l'influence néfaste de ces flux sur les propriétés de certains alliages, leur efficacité au niveau de la récupéo ration demeure limitée, de sorte que, quelles que soient les possibilités de traitement dans le four1 on est amené inévitablement à traiter ou à retraiter les crasses dans des dispositifs particuliers après qu'elles aient été sorties du four. Ainsi, il est connu d'utiliser un dispositif de malaxage dans lequel la crasse est agitée en présence d'air et éventuellement de flux, de manière à provoquer l'oxydation d'une partie du métal qu'elle contient. Cette oxydation très exothermique permet de maintenir les crasses à une température suffisante pour que les gouttelettes de métal puissent coalescer et s'écouler vers le bas de la cuve où elles sont facilement séparées de la crasse. Les crasses égouttées et chaudes passent alors dans un dispositif de martelage, puis sont séparées suivant leur granulométrie, de sorte que l'on extrait une nouvelle portion du métal ayant échappé à la séparation lors du malaxage. Ce type de traitement présente l'inconvénient de nécessiter pour assurer l'oxydation une perte d'aluminium généralement supérieure à 10 % de celle contenue dans les crasses. De plus, la récupération du métal après martelage n'est pas complète et plus de 5 % de l'aluminium reste dans les crasses qui sont mises à la décharge. Outre les questions de rendement métal, ce type de traitement s'effectue dans des conditions de salubrité souvent insuffisantes en raison des fumées qui peuvent être émises lors de l'oxydation et des manipulations de crasses chaudes entre les différents dispositifs de traitement sans parler des problèmes de bruit et de pollution des eaux posés par la mise à la décharge de produits contenant des flux relativement solubles qui émettent des ions nocifs. C'est pourquoi, on a vu apparaître dans ce secteur de la technique, d'autres procédés dans lesquels on évite notamment le stade de l'oxydation et qui consistent soit à refroidir rapidement les crasses, éventuellement sous flux, dans des cylindres rotatifs et à les broyer puis à les tamiser pour séparer des fractions plus ou moins riches en aluminium. Toutefois, on est alors amené, pour refroidir rapidement, à installer des cylindres très longs, ce qui entraîne des frais d'investissement et des frais de fonctionnement relativement élevés et n'empêche pas pour autant des nuisances résultant des émissions de fumées et la perte d'une partie non négligeable de métal. De plus, des installations aussi importantes nécessitent le traitement de grandes quantités de crasses provenant forcément de fours différents, dans lesquels les qualités d'alliages ne sont pas toujours les mêmes.Il en résulte l'obtention d'un métal liquide de composition variable qui ne peut être recyclé que dans certaines conditions seulement et après analyse. D'autres procédés dans lesquels on soumet les crasses chaudes directement à un traitement mécanique sont connus, tels que la centrifugation. Mais les réalisations n'ont, généralement, pas dépassé le stade du laboratoire en raison des difficultés inhérentes, lors de l'extrapolation, aux bouchages par les crasses des systèmes d'évacuation du liquide. C'est pourquoi, la demanderesse ayant donc constaté que les différentes solutions proposées résolvaient dé façon tout à fait imparfaite le pro blème de la récupération de l'aluminium des crasses a cherché à mettre au point un procédé dans lequel on évite les inconvénients cités plus haut, à savoir - la perte d'alumlnium par oxydation et les l.mitations du rendement de récupération, - le recours à des flux polluants et chers, - les nuisances occasionnées par les fumées et le bruit, - les mélanges de crasses de sources différentes, - la mise en oeuvre d'installations coûteuses en frais d'investissement et de fonctionnement. Elle s'est tournée pour cela vers la compression des crasses dans une presse unidirectionnelle verticale. Certes, cette technique a déjà été mise en pratique. C'est ainsi qu'on connaît, par exemple, par 1'USP 2 278 135, la récupération d'étain liquide à partir de crasses formées d'un intermétallique solide antimoine-aluminium dans une matrice de diamètre 15 cm. De même, la DE-OS 2 312 235 décrit un procédé et un dis- positif d'extraction du'plomb liquide par chauffage entre 3500 et 5500 C à partir de crasses ayant la forme de compactés d'un diamètre de 50 mm et d'un poids de 500 g. On peut constater que dans l'un et l'autre de ces documents, d'une part, aucun enseignement n'est donné sur la manière particulière d'utiliser une presse lorsqu'on la destine à comprimer des crasses. Or, ces crasses sont constituées par un matériau semi-solide dont le comportement est tout à fait différent de celui des poudres ou d'autres matériaux solides qui représentent la majeure partie des matériaux soumis généralement à un tel traitement. De plus, la compression vise notamment à densifier et à modifier la forme du matériau comprimé alors qu'ici il s'agit de rassembler de fines gouttelettes de liquide dispersées dans la masse de la crasse et de l'expulser de cette masse. D'autre part, il n'est nullement tenu compte dans les documents des difficultés inhérentes à une extrapolation du procédé à l'échelle industrielle. Or, passer de la compression dans une matrice de 15 cm de diamètre ou traitant des comprimés de 500 g à la compression d'une tonne de produit dans une matrice de diamètre voisin de 1 mètre soulève des difficultés dont la demanderesse a pu faire l'expérience. I1 faut ajouter que le traitement de crasses d'aluminium constituées par une masse de métal ayant un point de fusion de 6600 C et d'oxydes de faible conductibilité thermique et fusibles au voisinage de 20000 C n'a rien de commun avec l'extraction d'étain fondant à 2320 C ou de plomb fondant à 3270 C dispersés dans une crasse aux propriétés différentes. C'est pourquoi, la demanderesse s'est rendue compte de la nécessité d'une adaptation du procédé de compression lorsqu'on l'applique à la récupération à l'échelle industrielle de l'aluminium liquide contenu dans des crasses chaudes et qu'on souhaite extraire la majeure partie de ce métal. Le procédé selon l'invention consiste à charger les crasses dans une matrice de section circulaire que l'on place entre le poinçon et la table d'une presse unidirectionnelle verticale et se caractérise en ce que le poinçon étant appliqué sur la partie supérieure des crasses, on le descend avec une vitesse maximum jusqu'à l'apparition d'un écoulement de liquide à la partie inférieure de la matrice puis avec une vitesse d'autant plus faible que la concentration en aluminium liquide des crasses est petite. Ainsi, la demanderesse a trouvé qu'il fallait imprimer au poinçon de la presse un régime particulier de vitesse pour obtenir un bon rendement d'extraction de ce métal. Ce régime comprend une descente rapide du poinçon tant que le métal ne fait que suinter à la base de la masse de crasses. Puis, dès que se manifeste un écoulement continu du liquide, la descente du poinçon est ralentie et ce jusqu'à la fin de llécoulement. Mais la demanderesse a constaté que cette vitesse devait avoir une valeur dépendant de la composition des crasses ou plutôt du rapport des masses entre le liquide contenu et la crasse initiale. Ainsi, la vitesse de descente du poinçon doit être d'autant plus faible que la concentration des crasses en aluminium liquide est petite. De façon plus précise, on peut dire que la vitesse répond à la relation V = K x mase de liquide mm/mn x masse de crasses dans laquelle K est une constante dont la valeur est comprise entre 150- et 300. Cette relation semble s'expliquer par le fait que l'augmentation de la compacité de la masse de crasses sous l'effet de la compression ne doit pas être trop rapide pour ne pas freiner le rassemblement et 11 écoulement des gouttelettes de liquide. Il faut donc tendre à obtenir un débit de métal constant et n'atteindre le volume de crasses minimum et donc la pression maximum qu'en fin de compression. Ce qui importe en fait c'est plus la vitesse que la pression finale atteinte. On tient donc compte de la teneur en liquide de la crasse pour déterminer le régime de vitesse à appliquer. Dans certains cas, on adopte une vitesse constante et on se contente pour la déterminer d'une analyse d'un échantillon moyen de la crasse à traiter, mais on peut aussi avoir un régime de vitesse variable au cours du temps tenant compte de l'évolution de la concentration liquide de la crasse et, dans ce cas, on détermine au préalable la loi de variation à partir d'une opération de compression type. La demanderesse a aussi trouve que la hauteur des crasses chargées dans la matrice constitue un facteur important pour obtenir un bon rendement d'extraction. C'est ainsi que cette hauteur H, mesurée à la périphérie de la matrice, doit tenir compte du diamètre D de ladite matrice, et que précisément le rapport H doit être compris entre 0,5 et 1,. La demanderesse a également constaté que cette hauteur ne devait pas être la même sur toute la section de la matrice, mais, plus faible au centre qu'à la périphérie, de sorte que la masse des crasses présente dans sa partie inférieure une face conique concave. Cette conicité par D ticipe avec le rapport H à la répartition. convenable- des pressions à H l'intérieur du volume des crasses et doit être de préférence tel que la différence de hauteur #h de crasses en mm entre la périphérie et le centre soit comprise entre 0,5 (Dmm) et 1,5 (Dmm). centre soit comprise entre 0,5 et 1,5 I1 est à remarquer que pour des valeurs de D inférieures à 250 mm, # h peut être égal à 0, ce qui montre que pour des matrices de laboratoire une telle caractéristique était sans intéret. Le procédé selon l'invention a été appliqué à une charge de 850 kg de crasses contenant 50% de métal placé dans une matrice cylindrique de diamètre intérieur 1050 mm, de hauteur 870 mm. Cette charge occupait une hauteur de 800 mm à la périphérie et de 710 mm au centre. La vitesse de descente du poinçon a été de 75 mm/mn et on a récupéré plus de 95% de l'aluminium contenu. La pression finale était de 8 MPa. L'invention trouve son application dans l'industrie de l'aluminium quand on veut extraire la majeure partie du métal contenu dans les crasses. REVENDICATIONS 10/ Procédé de récupération d'aluminium liquide par compression de crasses chaudes chargées dans une matrice de section circulaire que l'on place entre le poinçon et la table d'une presse unidirectionnelle verticale, caractérisé en ce que le poinçon étant appliqué sur la partie supérieure des crasses, on le descend avec une vitesse maximum jusqu'à l'apparition d'un écoulement.de liquide à la partie inférieure de la matrice, puis avec une vitesse d'autant plus faible que la concentration en aluminium liquide des crasses est petite. 20/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'apparition d'un écoulement de liquide à la partie inférieure de la matrice, la vitesse répond à la relation V = K x masse liquide mm/mn masse de crasses oU K est compris entre 150 et 300. 3 / Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on charge les crasses sur une hauteur H mesurée à la périphérie de la matrice, D telle que H soit compris entre 0,5 et 1,5 ; D représentant le diamè- tre de la matrice. 40/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur de crasses chargées est moins grande au centre de la matrice qu'à la périphérie. 50/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la différence de hauteur en mm de crasses chargées à la périphérie et au centre est comprise entre 0,5 Dmm 2 et 1,5 Dmm 2 100 et 100 D étant le diamètre en mm de la matrice.