Brevet FR2628119A1 — publié le 19890908

(i RÉPUBLIQUE FRAN AISE N de publication: 2 628 I 19 (à n'utiliser que pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction) DE LA PROPRIETE INDUSTRIELLE DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE N d'enregistrement national: 88 02777 PARIS ( Int CI'4 C22 B 13/00. @ DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1 ( Date de dépôt: 4 mars 1988. QJ Demandeur(s): VSESOJUZNY NAUCHNOISSLEDOVA- TELSKY GORNOMETALLURGICHESKY INSTITUT TSVET. ) Priorité: NYKH METALLOV VNIITSVETMET - SU. () Inventeur(s): Anatoly Petrovich Sychev: Jury Ivanovich Sannikov: Ivan Petrovich Polyakov; Jury Alexandrovich Date de la mise à disposition du public de la Grinin; Guinar Asylbekovna Sabitova: Jury Ivanovich Sa- demande: BOPI " Brevets " n 36 du 8 septembre 1989. kov: Efim Lazarevich Kremerman; Vyacheslav Alexandro- vich Lysenko. ) Références à d'autres documents nationaux appa- rentés: rn Titulaire(s) Q Mandataire(s): Cabinet Lavoix. ) Procédé de traitement de produits sulfurés plombifères par fusion dans une torche d'un gaz contenant de l'oxygène et en présence d'un réducteur carboné. () Le procédé de traitement de produits sulfurés plombifères consiste en ce qu'on effectue une fusion d'un mélange de produits sulfurés plombifères, de flux et de poussières de recyclage dans une torche d'un gaz contenant de l'oxygène par l'introduction dans la torche d'une réducteur carboné broyé, ce qui fait passer les métaux contenus dans le mélange, sous forme de leurs oxydes, dans la matière fondue dispersée avec dégagement de gaz contenant des poussières de recyclage. On procède ensuite à un barbotage, à travers la matière fondue, C d'un gaz passif vis-à-vis de la matière fondue en vue de réduire, au sein de la matière en fusion, les oxydes de métaux par leur filtration à travers la couche du réducteur carboné solide, opération qui fournit du plomb et une scorie appauvrie en plomb, et on sépare le plomb de la scorie. La présente invention concerne la métallurgie des métaux non ferreux et, plus socialement, elle vise les pro - cédés de traitement de produits sulfurés plombifères. L'invention peut être efficacement utilisée pour OS le traitement de minerais et concentrés sulfurés polymétalli- ques, contenant des métaux non ferreux, dispetses, rares et nobles. Le principal axe de recherches dang le perfection- nement de la pyrométallurgie des métaux non ferreux lourds est de mettre au point des procédés d'extraction reposant sur une fusion autogène de produits sulfurés. Les avantages communs aux procédés autogènes sont: un haut rendement uni- taire; une réduction sensible du volume des gaz intervenant dans la production; la mise à contribution du pouvoir calo- rifique des concentrés, ce qui permet de réduire notablement le recours à des sources de chaleur extérieures; la possibi- lité de mettre en oeuvre avec efficacité des produits relati- vement pauvres en métaux non ferreux. On connaît différents types de procédés autogènes; un trait commun à eux tous est de mettre à profit une surfa- ce très développée du produit sulfuré pour assurer le dérou- lement autogène du processus de cuisson et de fusion. On connait un procédé de traitement de produits sulfurés plombifères (SU, A, 851 981) par fusion d'un mélan ge de produits sulfurés plombifères, de flux et de poussiè- res de recyclage dans une torche d'un gaz oxygéné par intro- duction dans la torche d'un réducteur carboné broyé, procé- dé dans lequel on fait passer les métaux contenus dans le mélange, sous forme de leurs oxydes, dans la matière en fu- sion dispersée, avec dégagement de gaz contenant des pous- sières de recyclage, on réduit les oxydes de métaux en fu- sion dispersés par leur filtration à travers la couche d'un réducteur carboné solide en obtenant du plomb et une scorie appauvrie en plomb, et on extrait le plomb contenu dans la scorie. Toutefois, dans le procédé en question, les- cen- dres à haut point de fusion qui se forment sur la surface des particules du réducteur carboné solide se dissolvent lentement dans la matière fondue oxydée à cause de la fai- ble vitesse du mouvement des gouttes de la matière en fu- sion dispersée par rapport aux particules du réducteurs Aussi la surface de ces particules garde-t-elle une cou- che de cendres qui entrave le contact de la matière fondue plombifère avec le carbone et compromet le rendement'du procédé de traitement, d'o les quantités peu élevées du plomb obtenu, En outre, dans la torche d'un gaz oxygéné (no- tamment l'oxygène technique) a lieu l'oxydation partielle du réducteur carboné solide par l'oxygène. Ces facteurs favorisent la formation d'une matte de plomb et l'accrois- sement du taux de plomb dans la scorie, ce qui, à son tour, réduit le taux d'extraction du plomb et entraîne des pertes élevées de celui-ci lors du traitement ultérieur de la mat- te et de la scorie. L'invention a pour objectif de mettre au point un procédé de traitement de produits sulfurés plombifères, dans lequel l'opération de réduction par un réducteur car- boné solide des oxydes de métaux contenus dans la matière fondue dispersée soit effectuée de façon à élever le rende- ment du procédé de traitement et à augmenter la quantité du plomb obtenu. Le problème, ainsi posé, est résolu avec un pro- cédé de traitement de produits sulfurés plombifères par fu- sion d'un mélange de produits sulfurés plombifères, de flux et de poussières de recyclage dans une torche d'un gaz contenant de l'oxygène, par introduction dans la tor- che d'un réducteur carboné broyé, qui prévoit le passage des métaux contenus dans le mélange, sous forme de leurs oxydes, dans la matière fondue dispersée avec dégagement de gaz contenant les poussières de recyclage, la réduction, au sein de la matière fondue dispersée, des oxydes de mé- taux par leur filtration à travers la couche d'un réducteur carboné solide fournissant du plomb et une scorie appauvrie en plomb, l'extraction du plomb à partir de la scorie, pro- cédó dans lequel, conformément à l'invention, la réduction, au sein de la matière fondue dispersée, des oxydes de mé- taux par leur filtration à travers la couche d'un réducteur carboné solide est effectuée par barbotage, à travers la couche de la matière fondue réduite, d'un gaz passif vis-à- vis des constituants de ladite matière fondue. On a intérêt à utiliser, dans le procédé de trai- tement de produits sulfurés plombifères, un gaz passif vis- à-vis des constituants de la matière fondue dans une propor- tion comprise entre 5 % et 22 % par rapport à la quantité du gaz contenant de l'oxygène engagé dans l'opération. Il est souhaitable que, dans le procédé de trai- tement de produits sulfurés plombifères, les poussières de recyclage soient amenées simultanément avec le gaz passif vis-à-vis des constituants de la matière fondue. Il est également souhaitable que, dans le procé- dé de traitement de produits sulfurés plombifères, on utili- se, à titre de gaz passif vis-à-vis des constituants de la matière fondue, l'azote ou le dioxyde de carbone. On peut parfois, dans le procédé de traitement de produits sulfurés plombifères, utiliser avantageusement, à fitre de gaz passif vis-à-vis des constituants de la ma- tière fondue, les gaz qui se dégagent lors de la fusion. Il est préférable, dans le procédé de traitement de produits sulfurés plombifères, de chauffer préalablement le gaz passif vis-à-vis des constituants de la matière fon- due jusqu'à une température supérieure à 2000C. On a intérêt, dans le procédé de traitement de produits sulfurés plombifères, à utiliser, à titre de réduc- teur carboné solide, du clinker provenant du cylindrage de produits zincifères. On a également intérêt à ce que, dans le procédé de traitement de produits sulfurés plombifères, le clinker provenant du cylindrage de produits zinçifères soit utilisé en une proportion comprise entre 8 et 25 % par rapport à la masse des produits sulfurés plombifères. L'invention permet d'accroître la vitesse de dé- placement des particules du réducteur carboné solide par rap- port à la matière fondue, ce qui accélère la dissolution des cendres à haut point de fusion dans la matière fondue et amé- liore le contact de la matière fondue plombifère avec le car- bone, d'o une élévation du rendement de la fusion et une augmentation de la quantité du plomb en résultant. En outre, l'invention permet de supprimer l'oxyda- tion du réducteur carboné solide par de l'oxygène en phase gazeuse, étant donné que la surface des particules du carbo- ne est recouverte de minéraux non métalliques scorifiés, la conséquence en étant un accroissement du pouvoir réducteur du réducteur carboné solide, ce qui augmenteégaleinent la quantité du plomb obtenu. Ce dernier facteur assure également, dans le pro- cédé de l'invention, un déroulement privilégié du processus d'oxydation des sulfures, grâce à quoi les métaux sont arri- vés à l'état oxydé dans la zone de la torche la plus proche du réducteur, ce qui évite la formation d'une matte de plomb et accroît ainsi, à son tour, la quantité du plomb obtenu. Le procédé de traitement de produits sulfurés plombifères consiste en ce qu'un mélange de produits sulfu- rés plombifères, de flux et de poussières de recyclage est soumis à une fusion dans une torche d'un gaz contenant de l'oxygène, simultanément on admet dans la torche un réduc- teur carboné solide et qu'on fait passer les métaux conte- nus dans le mélange, sous forme de leurs oxydes, dans la matière fondue dispersée avec dégagement de gaz contenant des poussières de recyclage. On procède ensuite à la réduc- tion des oxydes de métaux contenus dans la matière fondue dispersée, par leur filtration à travers la couche d'un ré- ducteur carboné solide, en effectuant un barbotage, à tra- vers la matière fondue réduite, d'un gaz passif Vis-à-Vis des constituants de ladite matière fondue et en séparant le plomb de la scorie appauvrie en plomb, La réduction des oxydes de métaux (en premier lieu celui de plomb) lors du barbotage, à travers la matière fondue, d'un gaz passif vis-à-vis de celleci entraîne une accélération considéra- 2 6 2 8 1 1 ble de la dissolution, dans la matière fondue, des cendres & haut point de fusion qui se forment sur la surface du produit carboné. I1 en résulte que la couche de ces cen- dres ne se forme pas sur la surface des particules du ré- ducteur, ce qui assure un meilleur contact des oxydes de métaux avec le carbone et, partant, un rendement plus haut du procédé et un taux d'extraction plus élevé du plomb. Selon le procédé de l'invention, la quantité du gaz passif vis-a-vis des constituants de la matière fondue, utilisée pour le barbotage, est comprise entre 5 et 22 % par rapport à la quantité totale du gaz contenant de l'oxy- gène mis en oeuvre. Si la quantité du gaz utilisée pour le barbotage est inférieure à 5 % par rapport à celle du gaz contenant de l'oxygène, elle ne saura vaincre de façon sa- tisfaisante la force de résistance opposée par la matière fondue visqueuse et, partant, n'assurera pas une vitesse suffisante de déplacement des particules du réducteur par rapport à la matière fondue. Il en résultera une baisse du rendement du procédé et du taux d'extraction du plomb. Par contre, un accroissement de la quantité de ce gaz utilisée pour le barbbtage au-delà de 22 % par rapport a la quanti- té du gaz contenant de l'oxygène n'est pas souhaitable, car une haute intensité de barbotage de la matière fondue provoque l'apparition de "trous" dans la couche du réduc- teur carboné, ce qui compromet son pouvoir réducteur et, par voie de conséquence, diminue le rendement du procédé et le taux d'extraction du plomb. Selon le procédé de l'invention, on admet les poussières de recyclage simultanément avec le gaz passif vis-à-vis des constituants de la matière fondue. On a le plus d'intérêt, selon le procédé de l'invention, à utiliser l'azote ou le dioxyde de carbone, On a parfois intérêt à utiliser comme gaz passif viS-à-vis des constituants de la matière fondue les gaz qui se dégagent lors de la fusion, Selon le procédé de l'invention, il faut porter le gaz utilisé pour le barbotage de la matière fondue à une 26281 1 température non inférieure à 200 C, Par suite de l'admission au barbotage d'un gaz réchauffé ou d'un mélange de celui-ci avec des poussières de recyclage, il se produit une certaine élévation de la température de la matière fondue à réduire, ce qui produit l'effet voulu d'accélérer les réactions de - réduction. Un chauffage du gaz de barbotage à une températu- re inférieure à 200 C n'assure pas le bilan thermique néces- saire de la réduction, la réaction de réduction étant endo- thermique, d'o une baisse considérable tant du rendement du procédé que du taux d'extraction du plomb. Selon le procédé de l'invention, on utilise pour la réduction, à titre de réducteur carboné solide, du clin- ker provenant du cylindrage de produits zincifères, en l'en- gageant en proportion de 8 à 25 % par rapport à la masse des produits sulfurés plombifères. Le clinker provenant du cylindrage de produits zin- cifères contient, à côté de constituants de valeur (métaux non ferreux), du fer élémentaire et du carbone, dont les par- ticules sont recouvertes d'une couche de scorie constituée de minéraux non métalliques. Grâce à ce fait, on évite l'oxy- dation du carbone dans la torche d'oxygène, ce qui permet d'utiliser plus efficacement le pouvoir réducteur du carbone. En outre, le gaz contenant de l'oxygène est utilisé en con- formité avec sa destination, c'est-à-dire pour oxyder les sulfures de métaux en leurs oxydes. Il ne faut pas non plus perdre de vue que le fer élémentaire est un bon réducteur des oxydes de métaux non ferreux en fusion (en l'occurence celui de plomb). Il en résulte leur réduction plus complète. La quantité du clinker admis est fonction de la nécessité de réunir les conditions de la réduction complète de l'oxyde de plomb, Le clinker provenant du cylindrage de produits zincifères est utilisé en proportion comprise entre 8 et 25 % par rapport à la masse des produits sulfurés plombifères. L'utilisation du clinker en quantité inférieure à 8 % par rapport à la masse des produits sulfurés n'assure pas une réduction suffisante de l'oxyde de plomb, alors que sa quantité supérieure à 25 % par rapport à l1 masse des produits sulfurés fait augmenter à tel point la formation de la scorie (a cause de la présence dans le clinker d'une quantité considérable de matières génératriçes de scorie) que cela accroit les pertes absolues en plomb, ce dernier étant entralné avec la scorie. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples non limitatifs de a réalisation. EXEMPLE 1 On a effectué le traitement d'un mélange consti- tué d'un concentré sulfuré plombifère et de flux de la com- position suivante, en % en masse: plomb - 48,1; zinc - 7,0; cuivre - 1,82; fer - 5,86; soufre - 16,48; dioxyde de silicium - 6,55; oxyde de cal- cium - 4,65. On a ajouté à ce mélange des poussières de recy- clage de cette production même, et à titre de réducteur car- boné solide on a utilisé du coke. La fusion a été opérée dans une torche d'oxygène technique engagé à raison de 214 m3n par tonne du mélange concentré-flux. Les métaux préci- tés du mélange ont alors passé dans la matière fondue sous forme de leurs oxydes et il s'est produit un dégagement de gaz résultant de la fusion et contenant des poussières de recyclage. On a ensuite procédé à la réduction des oxydes de métaux par du coke, en effectuant à cet effet un barbo- tage de la matière fondue par de l'azote engagé en propor- tion de 3; 5; 12; 22 et 25 % par rapport à la quantité de l'oxygène technique amené à la fusion (6,5; 11; 26; 43; 47 et 54 m3n respectiyement par tonne du mélange con- centré-flux). On a finalement obtenu du plomb et une sco- rie appauvrie en plomb. Les résultats des expériences sont présentés au tableau 1. Le tableau i cite à titre comparatif des résul- tats des essais effectués avec une dépense d'azote infé- r.eure (3 B} et supérieure (25 %) à la limite préconisée par l'invention par rapport à la quantité de l'oxygène, TAB AU 1 Influence exercée par le barbotage de -la matière fondue à réduire sur, le rende- ment du procédé et -le taux d'extraction du plomb Procédé de l'invention avec admission à la ( matière fondue à réduire d'un gaz:) ( Azote technique (dioxyde La dépense des gaz est ( ( de carbone de 12 % par rapport a) () La dépense d'azote(de di- la quantité de l'cxy-) ( oxyde de carbone) en % gène technique utilisé) (1 2' 3 4 5 6 7 8 9) 1 Rendement raotor- ( té au concentré,) () kg/h, azote 1250 1280 1300 1320 1250 1320 1340) (2 Rendament, dio-) xyde de carbone 1250 1280 1300 1320 1250 ( 3 Rendemnt rap-) C) ( porté au plomb ( métallique,) ( kg/h, azote 531 555 578 574 529 588 598 (4 Rendement, dio- ) ( xyde de carbone 531 555 578 574 529) (-) TABLEAU 1 (suite) (, ) 2 3 4 5 6 7 8 9 (,) (5 Taux d'extractio ( du plamb, % en () ( masse, azote 88,3 90,1 92,5 90,4 88,0 92,6 92,7 ( 6 Rúlemmnt, dio- ( xyde de carbcrne88,3 90,1 92,5 90,4 88,0) () EXEMPLE 2 On a traité un concentré sulfuré décrit dans l'exemple 1, en opérant dans les mêmes conditions. Pour le barbotage, on a utilisé de l'azote conjointement avec des poussières de recyclage. Les résultats sont résumés au tableau 1. EXEMPLE 3 On a traité un concentré sulfuré décrit dans l'exemple 1, en opérant dans les mêmes conditions. Pour le barbotage, on a utilisé du dioxyde de carbone à la place de l'azote. Les résultats sont résumés au tableau 1. EXEMPLE 4 On a traité un concentré sulfuré décrit dans l'exemple 1, en opérant dans les mêmes conditions. Pour le barbotage, on a utilisé les gaz qui se dégageaient lors de la fusion. Les résultats sont résumés au tableau 1. EXEMPLE 5 On a traité un concentré sulfuré décrit dans l'exemple 1, en opérant dans les mêmes conditions. L'azote a été réchauffé jusqu'à 150, 200, 300 et 350 C, La dépense d'azote a été de 12 % par rapport à celle d'oxygène tech- nique, Les résultats sont résumés au tableau 2, TA8, SU 2 Effet exercé paxr 1a température du gaz sur le rendement du procéeé et le taux d'extrac- tion du plomb 05.... ( Température Rendement rappor- rendment Tax d'extraction du) ) ( du gaz, té au conoentzt, rapporté au plomb, % en masse) ( C kg/h p)at, kghY () 1 150 1220 518 88,3) ( 2 200 1360 601 91,9) 3 300 1385 616 92,5 () ( 4 350 1410 631 93,1) Les exemples 1, 3 (voir tableau 1) font ressortir qu'avec une dépense de gaz pour le barbotage comprise entre et 22 % par rapport à celle de gaz contenant de l'oxygène pour la fusion, on observe un accroissement du rendement de l'opération de fusion, alors qu'avec une dépense de gaz pour le barbotage supérieure à 22 % on constate une baisse du rendement et du taux d'extraction du plomb. Les observations ont permis d'établir qu'une tel- * le dépense accrue de gaz pour le barbotage provoque l'appa- rition de "trous" dans la couche de réducteur carboné, qui compromettent son efficacité. Les exemples 2, 4 mettent en évidence que l'uti- lisation pour le barbotage de l'azote conjointement avec les poussières de recyclage, tout comme de gaz poussiérés résultant de la fusion, assure un haut rendement d procé- dé et un taux d'extraction élevé du plomb métallique. L'exenple 5 fait ressortir que l'utilisation pour le barbotage d'un gaz "froid" (d'une température infé- rieure à 200 C) ralentit la réduction de l'oxyde de plomb et, partant, décroît le rendement du procédé et le taux d'extraction du plomb, ii EXEMPLE 6 On a traité un concentré sulfuré décrit dans l'exemple 1, en opérant dans les mémes conditions, mais au lieu du coke on a utilisé pour la réduction un clinker de la composition suivante, % en masse: cuivre - 2,5; zinc- 2, 3; plomb- 0,8; soufre - 2,.5; fer - 30,1; dioxyde de silicium - 12,6; oxyde de calcium - 2,8; carbone - 20,8; ce clinker étant engagé en proportion de 6, 8, 15, 25 et 30 % par rapport à la quantité du concentré sulfuré, Pour ef- fectuer le barbotage, on a utilisé de l'azote en quantité de 12 % par rapport à celle de l'oxygène technique. Les ré- sultats des expériences sont présentés au tableau 3. TABLEAU. 3 Effet exercé par les quantités de clinker mises en oeuvre sur le taux d'extraction du plomb ( ( Dpense de Rndement en pro- Taux de plomb Taux Pertes de (clinker, dûits de fusion, dans les pro- d'extrac- plaomb avec (en % par rapporté à la mas- duits de fu- tion du la scorie, (rapport à se du ccncentré sion, % en plcmb, % % en masse la masse sulfuré, % en masmasse en mniasse (du concen- se) (tré sulfuré plomb scorie plomb scorie ( brut () ( 6 45,3 26,2 98,31 3,89 92,6 2,13) () 8 45,7 28,2 98,04 1,49 93,-1 0,88 ( 15 46,6 30,5 97,3 1,15 94,1 0,73. ( 46,8 38,4 96,05 1,12 -93,3 0,89 ( ( 30 46,4 52,9 95,71 1,04 92,4 1,15 (- '.' ) Comme on le voit-, la mise en oeuyré du elinker en tant que réducteur carboné solide lors de la fusion de 262811g produits sulfurés plombifêres dans une torche d'un gAz con- tenant de l'oxygène permet de favoriser d'abord une oxyda- tion qui ne fait pas intervenir une gazéification du carbo- ne, puis la réduction, tout en assurant un haut rendement du procédé dans son ensemble et un taux d'extraction élevé du plomb. L'invention permet d'améliorer le contact de la matière fondue plombifère avec le carbone, d'on une éléva- tion du rendement de l'opération de fusion et un accroisse- ment de la quantité du plomb obtenu. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sor- tir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1, Procédé de traitement de produits sulfurés plombifères par fusion d'un mélange de produits sulfurés plombifères, de flux et de poussières de recyclage dans une torche d'un gaz contenant de l'oxygène, par introduc- tion dans la torche d'un réducteur carboné broyé, procédé qui fait passer les métaux contenus dans le mélange, sous forme de leurs oxydes, dans la matière fondue dispersée avec dégagement de gaz contenant des poussières de récycla- ge la fusion étant suivie d'une réduction des oxydes de métaux, au sein de la matière fondue dispersée, par leur filtration à travers la couche d'un réducteur carboné soli- de, qui fournit du plomb et une scorie appauvrie en plomb, et de l'extraction du plomb à partir de la scorie, ledit procédé étant caractérisé en ce que la réduction des oxydes de métaux au sein de la matière fondue dispersée, par leur filtration à travers la couche d'un réducteur carboné solide est effectuée en faisant barboter, à travers la couche de la matière fondue réduite, un gaz passif vis-à-vis des constitu- ants de celle-ci. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz passif vis-à-vis des constituants de la ma- tière fondue est utilisé en une proportion comprise entre 5 et 22 % par rapport à la quantité engagée du gaz contenant de l'oxygène. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, simultanément avec le gaz passif vis-a-vis des constituants de la matière fondue, on admet des poussières de recyclage. 4, Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'en tant que gaz passif vis-à-vis des constituants de la matière fondue on utilise l'azote ou le dioxyde de carbone. , Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'en tant que gaz passif vis-à-vis.des constituants de la matière fondue on utilise les gaz qui se dégagent lors de la fusion,. 6, Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le gaz passif Vis-à-vis des constitu- ants de la matière fondue est préalablement réchauffe jus- qu'à une température supérieure à 200QC, 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en tant que réducteur -carboné solide on utilise du clinker provenant du cylindrage de produits zincifères, 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le clinker provenant du cylindrage de produits zincifères est utilisé en une quantité comprise entre 8 et % par rapport à la masse des produits sulfurés plombifè- res,