Brevet FR2717501A1 — publié le 19950922

PROCEDE ET INSTALLATION DE TRAITEMENT DE MATIERES EN FUSION PAR BOULETAGE L'invention a trait au domaine du traitement des matières minérales en fusion, et plus particulièrement au domaine du traitement des laitiers métallurgiques, tels que les laitiers des hauts fourneaux. Les laitiers des hauts fourneaux sont produits, lors de la fabrication de la fonte, à des températures de l'ordre de 15000C. Ils sont constitués, essentiellement, de CaO, Six21 A1203, Fie203, MnO et MgO. Ces laitiers sont employés notamment, en cimenteries, par exemple, en complément de la fabrication de clinkers de ciments. Néanmoins, pour de tels emplois, les laitiers doivent subir une modification de structure et être sensiblement exempts d'eau. On connaît des procédés de traitement des laitiers de hauts fourneaux selon lesquels, on laisse pénétrer une coulée de laitier dans une grande quantité d'eau. On obtient alors des granulés de faible granulométrie, mais dont la teneur en eau est, en général, supérieure à 20 t. Une telle teneur en eau reste trop importante pour une utilisation adéquate de ces granulés en cimenterie. On connaît par ailleurs un procédé de traitement des laitiers par bouletage. Les laitiers en fusion provenant des hauts fourneaux, sont alors amenés sur une table inclinée, au niveau de laquelle on injecte une eau dite d'expansion, qui provoque à la fois l'expansion du laitier et son refroidissement. A l'extrémité basse de la table inclinée, le laitier expansé est fragmenté par des ailettes d'un tambour en rotation et dispersé, à travers une atmosphère chargée en vapeur d'eau, vers une aire de réception. C'est au cours de cette dispersion que se forment des boulettes de laitier, sensiblement sphériques, lisses, et sans pore débouchant, bien que leur structure interne reste alvéolée. Le laitier bouleté est particulièrement intéressant car il possède, relativement au laitier granulé provenant des procédés précités, un taux d'humidité résiduelle particulièrement faible, en général inférieur à 6 Oc. Néanmoins, le procédé de traitement par bouletage présente différents inconvénients. Il génère tout d'abord une quantité importante de fines de laitier. Ces fines sont essentiellement entrainées par des eaux de ruissellement, constituées par l'eau d'expansion en excès, puis elles sont évacuées telles qu'elles dans l'environnement, à des températures excédant souvent 600C. D'autre part, ces fines sont partiellement dispersées dans l'air. Le laitier contient des silicates. Aussi, la dispersion du laitier à haute température donne lieu à la formation de filaments de verre ou laine de verre, en arrière des gouttelettes de laitier. Cette laine de verre se brise généralement en de multiples particules qui se retrouvent, en partie dans les eaux de ruissellement, et en partie sous forme de particules en suspension dans l'air. Enfin, le procédé de bouletage libère des gaz soufrés SO2 et H2S. Le procédé de bouletage est complexe et exige un contrôle permanent du procédé et de sévères mesures de sécurité. Aussi, la présente invention a pour but de proposer un procédé et une installation de traitement de matières minérales en fusion par bouletage, qui pallie les inconvénients précités et qui permette d'obtenir à moindre coût et en toute sécurité pour le personnel, un produit bouleté, sans pollution de l'environnement. Ce but, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints, d'une part, grâce à un procédé de traitement de matières en fusion par bouletage, selon lequel - on injecte un liquide d'expansion dans ces matières en fusion - on fragmente et on disperse les matières expansées en direction d'une aire de réception en vue d'obtenir des matières bouletées ; caractérisé en ce que - on récupère des gaz pollués dégagés lors des étapes précitées du procédé, et on lave ces gaz pollués par un liquide de lavage - on collecte un liquide de ruissellement issu desdites étapes précitées - on traite le liquide de ruissellement et le liquide de lavage pollué en commun ; et - on recircularise ces liquides traités, en vue de l'expansion des matières en fusion et du lavage des gaz pollués. D'autre part, ces buts sont atteints grâce à une installation de traitement de matières en fusion par bouletage comportant - des moyens d'injection d'un liquide d'expansion dans les matières en fusion - des moyens de fragmentation et de dispersion des matières expansées en direction d'une aire de réception caractérisée en ce qu'elle comporte en outre - une unité de lavage des gaz pollués dégagés, par un liquide de lavage - des moyens de collection d'un liquide de ruissellement - un ensemble de traitement en commun du liquide de lavage pollué et du liquide de ruissellement ; et - des conduites de recircularisation des liquides traités en direction des moyens d'injection et de l'unité de lavage des gaz. La description qui va suivre et qui ne comporte aucun caractère limitatif permettra de mieux comprendre la manière dont l'invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard des dessins annexés, dans lesquels - la figure unique schématise une installation de traitement de laitiers par bouletage selon l'invention. L'invention concerne le domaine général des matières en fusion, mais s'applique en particulier aux laitiers des hauts fourneaux. L'installation de traitement des laitiers des hauts fourneaux par bouletage selon l'invention comporte deux enceintes fermées 1, 2 identiques. On s'attachera, dans la présente description, à décrire le procédé et l'installation de l'invention, relativement à l'enceinte référencée 1 sur la figure 1. L'enceinte 1, est un bâtiment largement dimensionné. Sa hauteur est de l'ordre de 15 m et ses longueur et largeur sont respectivement de l'ordre de 30 et 6 m. Elle est alimentée en laitier à partir d'un bassin de calmage et de piégeage des fontes en provenance des hauts fourneaux. Cette alimentation s'effectue de manière alternative avec l'enceinte 2, pour des raisons de sécurité, d'efficacité, et de conception du haut fourneau qui comporte deux sorties diamétralement opposées. Le bassin de calmage et de piégeage des fontes est limité vers l'aval par un rebord-déversoir 3. Ce rebord-déversoir 3 est destiné à contrôler l'écoulement du laitier sur une table inclinée 4. Tandis qu'une lame de laitier coule sur la table inclinée 4, on expanse et on refroidit celui-ci, par l'injection d'un liquide d'expansion constitué, en général, par de l'eau. Cette eau provient d'un circuit d'expansion, qui se termine par des rampes 5, 6 munies de buses d'injection, dont le fonctionnement est contrôlé par des vannes 7. L'eau d'expansion pénètre au coeur du laitier en fusion, se vaporise, et expanse le laitier. Cette expansion se réalise dans l'enceinte 1. Un tambour en rotation 8, situé à l'extrémité inférieure de la table inclinée 4 et muni d'ailettes, fragmente alors le laitier expansé, et disperse les fragments obtenus vers une aire de réception 9 de l'enceinte 1. L'air contenu dans l'enceinte 1 est chargé par la vapeur d'eau produite par la vaporisation de l'eau d'expansion. Lors de la dispersion, les fragments de laitier non encore solidifiés prennent une forme sensiblement sphérique et leur surface se vitrifie. Elle devient lisse et sans pore débouchant. On obtient donc un laitier bouleté. La fragmentation du laitier n'est pas homogène et de nombreuses fines de laitier sont pulvérisées dans l'enceinte 1. De plus, les laitiers comportent des silicates. Aussi, lors de la dispersion des fragments de laitier à travers l'enceinte 1, une laine de verre se forme à l'arrière des fragments de laitier. Cette laine de verre se brise généralement en de multiples particules qui restent en suspension dans l'air de l'enceinte 1, ou alors sont mélangées dans le laitier bouleté. Par ailleurs, l'air contenu dans l'enceinte 1 comporte des gaz soufrés SO2 et H2S. Les gaz pollués, c'est-à-dire l'air chargé en vapeur d'eau de l'enceinte 1, comportant les fines des laitiers, les particules de laine de verre et les gaz soufrés, sont alors captés au niveau d'un carneau 10, situé dans la partie supérieure de l'enceinte, et relié à une gaine de transfert 11. Cette gaine de transfert 11 est fermée par un registre 12. A l'ouverture du registre 12, les gaz captés sont conduits en direction d'une unité de lavage des gaz. Cette unité comporte un venturi 13, un dévésiculateur 14, un ventilateur 15, et une cheminée 16. Ces gaz sont accélérés à l'entrée du convergent du venturi 13. Un liquide de lavage, amene par une conduite 17 est alors injecté dans le venturi 13. Ce liquide a une composition voisine du liquide d'expansion. I1 est donc essentiellement constitué, dans une mise en oeuvre préférée de l'invention, par de l'eau. L'eau de lavage est atomisée en un nuage de fines gouttelettes. La vitesse du courant gazeux est alors suffisante pour que les particules polluantes, entraînées dans le courant gazeux, soient captées par impact sur les fines gouttelettes. A la sortie du venturi 13, les gaz ralentissent, et les microparticules et gaz solubles, par exemple SO2 et H2S, diffusent dans les fines gouttelettes d'eau qui s'agglomèrent entre elles pour former des gouttes plus lourdes et plus faciles à séparer des gaz. Dans le dévésiculateur 14, on effectue une dévésiculation des polluants. Les gouttelettes tombent sous l'action de leur propre poids, ou restent collées sur les parois du dévésiculateur sous l'action d'une force centrifuge. Elles s'écoulent alors vers le fond incliné de l'appareil tandis que, parallèlement, des gaz épurés s'élèvent et sont rejetés par la cheminée 16 après avoir été accélérés par le ventilateur 15. En pratique, la teneur en matières en suspension dans les gaz épurés est inférieure à 30 mg/m3, et les concentrations en S02 et H2S sont inférieures à 5 et 10 ppm respectivement. Des eaux de lavage polluées sont collectées au bas du dévésiculateur 14, du ventilateur 15, et de la cheminée 16. Ces eaux collectées comportent les eaux de lavage, la vapeur d'eau condensée, et les polluants des gaz captés. Généralement, elles comportent 85 % d'eau de lavage et 15 % de condensat. Elles sont amenées directement dans un bac de relevage 18 par une conduite 19. Par ailleurs, on collecte des liquides de ruissellement de l'enceinte 1. Ces liquides sont constitués essentiellement par les eaux d'expansion en excès sur l'aire de réception 9. Ils comportent donc des fines de laitier, et des particules de laine de verre. Conformément au procédé de l'invention, on traite en commun les eaux de ruissellement et les eaux de lavage collectées. Les eaux de ruissellement sont amenées au bac de relevage 18 par une conduite 20, où elles sont mélangées avec les eaux de lavage polluées collectées. Une sonde 21 permet de détecter le niveau d'eau dans le bac de relevage 18. L'ouverture d'une vanne 23 et la mise en marche d'une pompe 24 permet de diriger l'ensemble eaux du bac de relevage 18 dans une unité de traitement 25, par une conduite 26. On traite alors d'une part, les matières en suspension et, d'autre part les eaux mélangées elles-mêmes. Les matières en suspension sont traitées, par exemple, par l'addition de floculants, tandis que les eaux elles-mêmes sont traitées, par exemple, par l'addition de composés chimiques destinés à corriger leur acidité ou leur dureté. Ensuite, les eaux traitées sont amenées, par une canalisation 27 dans un décanteur 28, dans lequel elles se libèrent de leurs particules solides. Ces dernières sont évacuées sous la forme de boues 30 à l'ouverture d'une vanne 31 du bas du décanteur 28, et à la mise en marche d'une pompe 32. Ces boues sont collectées, par exemple, en vue d'une valorisation ultérieure. Le décanteur 28 comporte un plan de débordement latéral 33 particulièrement long. La longueur de ce plan de débordement 33 permet aux eaux de se refroidir avant de s'écouler dans une bâche 34. La bâche 34 est divisée en deux bacs distincts 35 et 36. Le premier bac 35 est divisé en deux parties, respectivement référencées 37 et 38, par une cloison verticale 39 fixée au dessous du plan de débordement 33 du décanteur 28. La partie 37 du bac 35 reçoit, notamment, les eaux en provenance du décanteur 28. La partie 38 est en contact avec la partie 37 et les eaux en provenance du décanteur 28, après s'être refroidies dans la partie 37, migrent vers la partie 38, par le bas du bac 35. Là, une pompe 40, régulée par une vanne 41, et comportant un dispositif anti-retour 42, dirige et recircularise l'eau refroidie dans la conduite 17, vers le venturi 13 de l'unité 13, 14, 15, 16, en vue d'un lavage des gaz. Parallélement, une seconde conduite référencée 43, munie d'une pompe 44, d'une vanne 45 et d'un dispositif anti-retour 46, amène et recircularise l'eau refroidie dans le circuit qui alimente les différentes rampes 5, 6, de l'enceinte 1, en vue de l'expansion du laitier. Une vanne 47 régule le passage de l'eau d'expansion dans les rampes 5 et 6. L'installation de bouletage comporte en outre un circuit de refroidissement. Le liquide de refroidissement est essentiellement constitué d'eau. Il est alimenté par le bac 36 de la bâche 34. Une pompe 48 amène l'eau de refroidissement à travers une conduite 49 jusqu'à l'enceinte 1. Cette eau refroidit alors, en série, le rebord déversoir 3, la table inclinée 4 et le tambour 5. L'eau ainsi rechauffée est ramenée au bac 36 par une conduite 58. Une vanne de régulation 50, disposée en aval de la pompe 48 permet de réguler le débit d'eau dans ce circuit, et un dispositif antiretour 51 n'autorise le passage de l'eau que dans un sens. Un circuit identique alimente les rampes de l'enceinte 2. Au retour, l'eau de refroidissement échauffée est déversée dans le bac 36 de la bâche 34. Là, une arrivée d'eau fraîche 52, contrôlée par une vanne 53, maintient l'eau du bac 36 à une température adéquate. Le niveau d'eau dans ce bac 36 est maintenu constant par débordement de l'eau en excès dans le bac 35. L'installation telle que décrite ci-dessus comporte de nombreux moyens destinés à contrôler le niveau, la température, la pression, le débit, le pH ou la dureté des liquides en circulation. On notera, par exemple, des sondes de niveau 54 et de température 55 des bacs 35 et 36, un débitmètre de la conduite 43, ou un détecteur de pression 57 de la conduite 49. Ces moyens fournissent, à chaque instant, environ 2.000 données qui sont enregistrées par un automate. En réponse à ces données, l'automate agit principalement sur les vannes de l'installation. Aussi, on a une régulation automatique des caractéristiques physicochimiques des liquides du système hydraulique. Cette régulation permet de limiter le personnel à proximité des enceintes 1 et 2 et par suite, les risques inhérents à la présence de matières en fusion. Lors de l'arrivée du laitier dans une enceinte donnée 1, la pompe 44, qui alimente le réseau d'expansion de cette enceinte, est en marche. Parallèlement, la pompe 40 du circuit de lavage 17 est activée, et les déficits en eau dans les bacs 35 et 36 sont détectés et immédiatement compensés par une arrivée d'eau fraîche. L'eau de ruissellement est traitée en commun avec l'eau collectée de l'unité de lavage des gaz pollués, et retourne dans le bac 37 de la bâche 34. La bâche 34 est donc un centre clé dans les différents circuits en interaction. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de matières en fusion par bouletage, selon lequel - on injecte un liquide d'expansion dans ces matières en fusion - on fragmente et on disperse les matières expansées en direction d'une aire de réception en vue d'obtenir des matières bouletées ; caractérisé en ce que - on récupère des gaz pollués dégagés lors des étapes précitées du procédé, et on lave ces gaz pollués par un liquide de lavage - on collecte un liquide de ruissellement issu desdites étapes précitées - on traite le liquide de ruissellement et le liquide de lavage pollué en commun ; et - on recircularise ces liquides traités, en vue de l'expansion des matières en fusion et du lavage des gaz pollués. 2. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est réalisé en continu, contrôlé, et régulé par un automate. 3. Procédé de traitement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour laver les gaz pollués par le liquide de lavage, on accélère ces gaz dans un venturi où l'on amène le liquide de lavage, on dévésicule les polluants, et on évacue les gaz épurés par une cheminée. 4. Procédé de traitement selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que on refroidit des moyens d'expansion, de fragmentation et de dispersion par un liquide de refroidissement recircularisé. 5. Procédé de traitement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est maintenu à une température adéquate par un apport d'eau fraîche. 6. Procédé de traitement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on récupère, par le traitement du liquide de ruissellement et du liquide de lavage pollué, des boues collectées en vue d'être valorisées. 7. Installation de traitement de matières au fusion par bouletage comportant - des moyens d'injection (5, 6, 7) d'un liquide d'expansion dans les matières en fusion - des moyens de fragmentation et de dispersion (8) des matières expansées en direction d'une aire de réception (9) caractérisée en ce qu'elle comporte en outre - une unité (13, 14, 15, 16) de lavage des gaz pollués dégagés, par un liquide de lavage ; - des moyens de collection d'un liquide de ruissellement - un ensemble de traitement (18, 25, 28, 34) en commun du liquide de lavage pollué et du liquide de ruissellement ; et - des conduites (17, 43) de recircularisation des liquides traités en direction des moyens d'injection (5, 6, 7) et de l'unité de lavage des gaz (13, 14, 15, 16). 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de contrôle destiné à être gérés par un automate en vue d'une régulation. 9. Installation selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que l'unité de lavage des gaz comporte un venturi (13), un dévésiculateur (14), un ventilateur (15), et une cheminée (16). 10. Installation selon l'une des revendications 7, 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un circuit de refroidissement (49, 58) des moyens de fragmentation et de dispersion (8) des matières expansées. 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le circuit de refroidissement (49, 58) alimente en eau le circuit d'expansion et le circuit de lavage des gaz.