Brevet FR2706910A1 — publié le 19941230

PROCEDE DE RECUPERATION DE L'ALUMINIUM CONTENU DANS DES DECHETS PAR REFUSION. DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION. La présente invention est relative à un procédé de récupération de l'aluminium contenu dans des déchets notablement oxydés par refus ion et ne nécessitant pas d'ajout de sels en quantité nuisible pour l'environnement. ART ANTERIEUR. Actuellement, les procédés de récupération de l'alumminium contenu dans des déchets par refus ion dans les différents types de fours existants exigent, dans tous les cas où les déchets sont notablement oxydés, l'ajout de grandes quantités de sels tels que les chlorures de sodium et de potassium et parfois des fluorures afin d'obtenir une bonne séparation de l'aluminium des composés oxydés qui l'accompagnent. Outre le surcoût de fabrication dû à cet ajout, ces procédés créent des problèmes d'environnement car les sous-produits générés : laitiers et résidus de filtration de fumées, sont fortement pénalisés lors de leur mise à la décharge du fait de leur forte teneur en sels solubles. Un palliatif à ces problèmes consiste à envisager un retraitement des laitiers impliquant une séparation des sels par dissolution aqueuse puis évaporation ; cependant, un tel retraitement reste une opération coûteuse en investissement comme en exploitation. La mise au point d'un procédé de récupération sans utilisation de sels ou consommant une quantité de sels très réduite et en tout cas acceptable sous l'angle environnement est donc une solution à ce problème dans la mesure où elle est économique et exploitable industriellement. De tels procédés de récupération sans utilisation de sels ont déjà été étudiés et même fait l'objet de la publication de brevets ou de demandes de brevets. On peut citer, par exemple, la demande européenne 322207 qui décrit un procédé de récupération de métaux non ferreux à partir de déchet comprenant -l'introduction des déchets dans un four tournant muni d'un revêtement réfractaire ; -le chauffage des déchets à une température au dessus de la température de fusion du métal -la rotation du four de façon continue ou intermittente -l'extraction du métal ainsi séparé des déchets -l'extraction des déchets du four le dit procédé étant caractérisé en ce que les déchets sont chauffés à la température au dessus du point de fusion du métal en dirigeant une torche à plasma dans le four. Un autre procédé de traitement de déchets est décrit dans la demande de brevet WO 92/09708. Il comporte les mêmes étapes que le procédé, objet du document précédent, mais est caractérisé en ce que le four utilisé est un four à arc rayonnant comprenant deux électrodes opposées entre lesquelles un arc électrique est formé et maintenu pour assurer le chauffage des déchets. Cependant, ces procédés ne répondent pas à l'impératif d'être exploitables de façon industrielle et économique. En effet, Itidée d'un emploi de sources de chauffage du type plasma ou arc électrique est difficilement applicable industriellement car d'une part, la torche à plasma est une technologie trop luxueuse pour un tel usage en raison des frais d'investissement et de maintenance très élevés d'autre part, l'arc électrique n'est pas une technique adaptée à la fusion de l'aluminium. BUT DE L'INVENTION. C'est dans le but de remédier aux inconvénients de la pollution due à l'emploi de sels et aux techniques liées à l'emploi de la torche à plasma et de l'arc électrique que la demanderesse a mis au point un procédé de récupération de déchets répondant aux impératifs d'une exploitation industrielle, économique et écologique. DESCRIPTION DE L'INVENTION. L'invention consiste en un procédé de récupération de l'aluminium contenu dans des déchets notablement oxydés par refusion, sans ajout de sels en quantité pouvant nuire à l'environnement, dans lequel on chauffe les déchets à une température supérieure à la température de fusion de l'aluminium à l'aide d'un moyen de chauffage appartenant au groupe constitué par les gaz chauds non oxydants, les résistances électriques, tout dispositif de chauffage indirect au travers d'une enveloppe et la dissolution dans un pied de bain de même métal, on rassemble les particules d'aluminium dispersées dans les déchets sous forme d'une masse liquide, on sépare la dite masse des résidus solides pauvres en sels par décantation caractérisé en ce que l'on forme la dite masse liquide en soumettant l'ensemble des déchets à une énergie de brassage au moins égale à 5 kWh/t de déchets et à une vitesse de cisaillement supérieure à 20 et et on isole les dits déchets de l'air environnant ou de toute atmosphère oxydante pendant toute la durée du brassage et de la séparation. Ainsi, l'invention se distingue de l'art antérieur d'une part par le fait que les déchets portés à une température supérieure à la température de fusion de l'aluminium sont soumis à une énergie de brassage relativement importante et à des vitesses de cisaillement suffisamment grandes pour provoquer la rupture des enveloppes d'oxydes qui entourent les globules de métal liquide et à permettre à ces derniers de coalescer et de se rassembler pour former une masse liquide facilement décantable. Cette énergie dépend du type de déchets à traiter et en particulier de la quantité respective d'aluminium et d'oxydes dans le chargement. Mais, l'expérience a montré qu'une valeur minimum de 5 kWh/t était nécessaire. Par ailleurs, l'enveloppe d'oxydes retient plus ou moins facilement le métal qu'elle contient d'ou la nécessité d'appliquer des vitesses de cisaillement supérieures à 20 pour obtenir une libération convenable du métal. Toutefois, une vitesse supérieure à 100 s-l s' avère superflue. De préférence, des vitesses comprises entre 30 et 40 .-1 conduisent aux meilleurs résultats. L'invention se distingue également de l'art antérieur par le fait que les déchets sont isolés de toute atmosphère oxydante afin de limiter l'oxydation de l'aluminium liquide par exemple par l'air ambiant, comme ils doivent être isolés des fumées de combustion oxydantes (contenant par exemple H20) au moins pendant la phase de séparation du métal d'avec les éléments non métalliques; En effet, on a constaté que toute réaction des déchets avec l'oxygène notamment au moment du brassage conduisait, en dehors de la perte irréversible de métal récupérable, à la formation d'enveloppes d'oxyde de structure telle qu'elle rendait pratiquement impossible tout rassemblement des particules dudit métal. En conséquence, tout moyen permettant de chasser l'oxygène, libre ou combiné, du contact de la charge de déchets et de maintenir ensuite cette dernière à l'abri de l'atmosphère est utilisable pour atteindre le but de l'invention. Cette invention peut être mise en oeuvre soit dans tout type de creuset, par exemple four à creuset à chauffage extérieur bien connu, creuset réfractaire chauffé uniquement par apport de métal liquide, etc... soit dans un four tournant. En ce qui concerne les creusets, l'énergie de brassage et les vitesses de cisaillement revendiquées sont obtenues en intervenant sur la conception et le régime de fonctionnement du (ou des) système(s) de brassage qu'il s'agisse d'agitateurs à arbres munis de pales ou d'hélices ou de systèmes de vibration mécanique ou de systèmes de brassage électromagnétique ou électromagnétohydrodynamique ou encore de tout autre moyen tel qu'une injection de gaz à l'intérieur de la charge de déchets. Du point de vue isolement des déchets de l'air environnant, il est obtenu -soit à l'aide d'une phase gazeuse neutre : azote ou argon ou peu oxydante : atmosphère de gaz carbonique résultant d'un brûleur à coke. Cela peut être aisément réalisé sur des fours équipés de moyens de chauffage électriques ou d'autres systèmes de chauffage ne créant pas d'atmosphères oxydantes à l'intérieur du four; -soit au moyen de réactifs ralentisseurs voire inhibiteurs d'oxydation dispersés à la surface des déchets -soit encore des produits non réactifs qui forment une couverture protectrice tels que des lits de poudre ou de granulés à base de coke, alumine, magnésie, silice etc.. Par ailleurs, le four tournant qui allie à la fois -la flexibilité : traitement de déchets de nature, de forme et de dimensions variées, -la robustesse, la fiabilité et la maintenance aisée du système de brassage, -la très forte capacité et la productivité, constitue une technique qui convient parfaitement à la réalisation de l'invention. En effet, d'une part, les conditions de brassage et de vitesse de cisaillement suffisants pour assurer la formation de la masse d'aluminium peuvent être satisfaites en agissant -sur le régime de rotation du four au moment favorable vitesse élevée ou variations brusques de vitesse lorsque la fraction d'aluminium liquide dans les déchets dépasse 20%, -sur le choix de la forme interne du four : cylindrique, conique ou autre -sur l'adoption de systèmes de brassage connexes qui, outre ceux décrits plus haut, mettent à profit la rotation du four comme les systèmes releveurs par exemple -sur l'emploi d'une injection de gaz dans les déchets par lance, bouchons poreux -sur la charge de déchets par l'ajout d'objets solides de taille suffisante pour promouvoir un brassage supplémentaire induit par leur déplacement sous l'action de la rotation. De plus on peut jouer sur l'inclinaison du four par rapport à l'horizontale pour favoriser au moment opportun la séparation de la masse liquide et de la masse d'oxydes. D'autre part, la condition d'isolement de toute atmosphère oxydante des déchets peut être satisfaite en four tournant entre autres à l'aide des moyens suivants -l'introduction dans le four d'une phase gazeuse inerte vis à vis de l'aluminium pendant les phases critiques ; celà suppose d'éviter l'emploi de sources de chauffage : torche à gaz ou à fuel classiquement utilisés dans un four tournant mais qui générent des gaz de combustion riches en vapeur d'eau et fortement oxydantes. Une solution consiste à chauffer les déchets au moyen d'un gaz inerte préchauffé par une source thermique et un échangeur de chaleur extérieurs au four -l'emploi de résistances électriques ou encore comme dans le cas des creusets l'utilisation de produits inhibiteurs, ralentisseurs d'oxydation et de couvertures protectrices. Mais, il est évident que tout autre type de four équipé équipé des moyens de brassage et d'isolement tels que revendiqués entrent dans le cadre de l'invention. EXEMPLES D'APPLICATION. L'invention peut être illustrée à l'aide des exemples suivants EXEMPLE 1. Il a pour but de montrer l'influence du mode de brassage. Un lot de déchets oxydés homogène a été divisé en 2 parties égales qui ont été traitées successivement à 900"C sous azote dans un four tournant équipé d'un agitateur dont la vitesse de rotation était respectivement de 30 et 470 tours/minute. On a obtenu les rendements de récupération métal respectifs suivants : 4% - 52,6t ; ce qui montre l'intérêt d'un brassage énergique. EXEMPLE 2. Il a pour but de montrer l'influence du gaz environnant. Un lot de déchets oxydés homogène a été divisé en 3 parts égales qui ont été traitées à 915"C dans un four tournant équipé d'un agitateur ayant une vitesse de rotation de 250 tours/minute et contenant les gaz suivants : air ; air + argon ; argon. On a obtenu les rendements de récupération métal respectifs suivants : 66% - 84% - 92,5% ; ce qui montre l'influence néfaste de l'air. A noter qu'avec une vitesse de rotation de 600 tours/minute et sous argon, le rendement de récupération a atteint 99%. REVENDICATIONS. 1.-Procédé de récupération de l'aluminium contenu dans des déchets notablement oxydés par refusion, sans ajout de sels en quantité pouvant nuire à l'environnement, dans lequel on chauffe les déchets à une température supérieure à la température de fusion de l'aluminium à l'aide d'un moyen de chauffage appartenant au groupe constitué par les gaz chauds non oxydants, les résistances électriques, tout dispositif de chauffage indirect au travers d'une enveloppe et la dissolution dans un pied de bain du même métal, on rassemble les particules d'aluminium dispersées dans les déchets sous forme d'une masse liquide, on sépare la dite masse des résidus solides pauvres en sels par décantation caractérisé en ce que l'on forme la dite masse liquide en soumettant l'ensemble des déchets à une énergie de brassage au moins égale à 5 kWh/t de déchets et à une vitesse de cisaillement supérieure à 20 s-1 et on isole les dits déchets de l'air environnant ou de toute atmosphère oxydante pendant toute la durée du brassage et de la séparation. 2.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de cisaillement est inférieure à 100 s-l. 3.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de cisaillement est comprise entre 30 et 40 s-l. 4.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolement des déchets est obtenu à l'aide d'un gaz choisi parmi l'azote, l'argon et le gaz carbonique. 5.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolement des déchets est obtenu à l'aide d'un produit ralentisseur ou inhibiteur d'oxydation. 6.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolement des déchets est obtenu à l'aide d'une couverture de produits inertes.