Brevet FR2795400A1 — publié le 20001229

La présente invention concerne un matériau composite aggloméré, son utilisation pour le recyclage des déchets de fonderie ainsi qu'une installation pour effectuer ce recyclage. Il existe déjà des matériaux composites du type de ceux décrits dans le EP 0 861909 qui comprennent notamment des poussières et/ou fines riches en oxydes métalliques et en silice. Ces poussières proviennent des déchets de fonderie et sont agglomérées au moyen d'un liant hydraulique pour être recyclées sous forme d'éléments de charge dans les fours de fusion. Selon d'autres techniques, les poussières sont simplement compactées au moyen d'une presse pour former des éléments de charge. Cependant, ces matériaux qui contiennent principalement des poussières inertes ne font qu'apporter une fraction supplémentaire d'oxydes métalliques dans la charge des fours. Lors de la fusion, ces matériaux passent alors en très grande partie dans le laitier ou la scorie formée. L'utilisation de matériaux de ce type se résume donc à une simple opération d'inertage des poussières agglomérées sans valorisation des métaux ou métalloïdes qu'elles contiennent. De fait, les contacts entre ces matériaux agglomérés et d'éventuels agents réducteurs présents dans la charge métallique du four de fusion (comme la coke, par exemple, lors de la fusion au cubilot) sont trop brefs et pas assez intimes pour permettre une réduction efficace des oxydes présents dans les poussières et par la même optimiser leur valorisation. Dans certaines conditions, la réduction des oxydes des poussières se réalise lors de la fusion dans les fours mais de façon aléatoire, fortuite et donc incontrôlée en utilisant la capacité réductrice d'un élément de la charge comme le carbone, par exemple, qui était soit destiné à la recarburation du métal ou à sa mise en température. Dans ces conditions, la récupération des métaux des oxydes à partir des poussières agglomérées, selon les techniques antérieures, n'est pas contrôlée ni même optimisée. De même, dans l'état actuel de la technique, l'adjonction dans la charge des fours de fusion, d'une quantité de silice soit à partir de ces matériaux agglomérés, soit sous la forme d'un ajout de sable de fonderie, ne permet pas d'enrichir le bain en silicium, la quasi totalité de la silice présente se retrouvant alors dans le laitier sous forme d'oxydes. La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes techniques de manière satisfaisante en récupérant la plus grande partie des métaux contenus dans les poussières résiduelles. Ce but est atteint, selon l'invention, au moyen d'un matériau composite aggloméré comprenant notamment des poussières et/ou fines riches en oxydes métalliques et, un agent réducteur en une quantité au moins stoechiométrique susceptible de transformer in situ lesdits oxydes en métaux à une température comprise entre 800 et 1800 C. Selon une caractéristique avantageuse, la quantité d'agent réducteur est égale à trois fois la quantité stoechiométrique. Selon un premier mode de réalisation, le matériau de l'invention comprend, en outre, un liant du type hydraulique tel que du ciment de Portland ou de l'argile, ou du type organique tel que de la mélasse, des dérivés du maïs ou des composés soufrés. De préférence, lesdites poussières et/ou fines proviennent des installations de fonderie, et plus particulièrement, des systèmes de dépoussiérage. Selon un second mode de réalisation, le matériau de l'invention comprend, en outre, du sable siliceux contenant de 70 à 100% en poids de silice tel que du sable à vert ou du sable à liant organique. Selon une variante, l'agent réducteur est constitué de carbone ou de calcium ou d'un mélange de ces derniers. De préférence, le carbone est sous forme de carbure de silicium ou de coke de pétrole avec une granulométrie comprise entre 0,2 et 10 mm tandis que le calcium est sous forme de chlorure ou d'oxalate. Selon un mode de réalisation particulier, le matériau de l'invention comprend - de 20 à 70 % en poids de poussières et/ou de fines constituées d'au moins 20% d'oxydes métalliques et d'au moins 20% de silice ; - de 10 à 40% en poids de sable siliceux ; - de 5 à 25% en poids d'un liant ; - de 10 à 35% en poids d'un agent réducteur ; l'ensemble étant complété par de l'eau de gâchage pour obtenir un mélange susceptible d'être coulé ou compressé. De préférence, le matériau composite de l'invention comprendra - 45% desdites poussières - 15% de sable siliceux - 15% de liant, et - 25% d'un agent réducteur (les pourcentages étant en poids). Selon d'autres caractéristiques, le matériau de l'invention est aggloméré par moulage ou compactage sous forme de briquette ou de boulette. Un autre objet de l'invention consiste en une utilisation de matériau aggloméré défini ci-dessus pour recycler les déchets de fonderie dans la charge des appareils de fusion. Encore un autre objet de l'invention est une installation pour le recyclage des déchets de fonderie comprenant au moins une cellule de récupération et de stockage des poussières, au moins une cellule de stockage d'un agent réducteur, une unité de mélange susceptible d'être approvisionnée en constituants par lesdites cellules et d'alimenter une unité d'agglomération desdits constituants du mélange en communiquant en aval avec une cellule de séchage et d'entreposage des agglomérés. Selon une variante de réalisation, l'installation comprend, en outre, un distributeur de liant hydraulique et un réservoir d'eau situés en amont de l'unité de mélange et une ligne de récupération de l'eau en excès montée en soutirage de l'unité d'agglomération. Le matériau composite de l'invention contient une proportion d'agent réducteur suffisante pour convertir en métal, à haute température, la fraction intrinsèque d'oxydes métalliques et de silice présente dans le matériau sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des agents réducteurs complémentaires ni même les éventuels constituants réducteurs du bain de fusion. Les métaux résultant de cette réaction chimique in situ viennent ainsi augmenter le titre de l'acier ou de la fonte du bain de fusion dans lequel le matériau composite est introduit en tant que complément de charge. Cet enrichissement du bain est ainsi proportionnel à la quantité de matériau composite aggloméré ajoutée et est donc parfaitement contrôlé et maîtrisé. En outre, le matériau composite aggloméré de l'invention présente de bonnes propriétés mécaniques et thermique, ce qui le rend facilement manipulable. La forme qui lui sera donnée (briquette, boulette, galet...) dépendra essentiellement des conditions de stockage et/ou de la géométrie des appareils de fusion. Ces appareils sont destinés à la production d'alliages métalliques ferreux et peuvent être constitués de fours électriques, de fours rotatifs à brûleurs à flamme ou de cubilots. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 représente une vue schématique d'un mode de réalisation de l'installation industrielle permettant la mise en oeuvre de l'invention. Les différents déchets rencontrés dans les fonderies sont constitués principalement de poussières et/ou de fines provenant des systèmes d'épuration des gaz de fusion, des systèmes de filtration et/ou de nettoyage des postes de travail et des ateliers (sablerie, décochage, meulage, ébarbage, grenaillage...). Ces poussières contiennent généralement de la silice, des oxydes métalliques et principalement des oxydes de fer, des fines inertes telles que de l'argile finement divisée provenant du sable à vert, différents composés organiques et notamment du noir de carbone ainsi que des petites particules de fer métallique. Ainsi, par exemple, la composition générale des poussières de cubilot est donnée ci-après Fe O + Fe2 03 15-25 % en poids Si 02 15-35 % en poids Ca O 5-12 % en poids Mg O U-2,5 % en poids A12 03 2-6 % en poids Mn O 1,5-6 % en poids Cr2 03 1 % en poids Ti 02 1 % en poids les agents réducteurs susceptibles d'être associés à ces poussières pour assurer la conversion à haute température (800 C à 1800 C) des oxydes métalliques présents dans le matériau en métaux sont a) le carbone, sous la forme de résidus de coke de pétrole ou de carbure de silicium avec une granulométrie comprise entre 0 et l0mm ; b) le calcium, sous une forme susceptible de libérer des atomes de calcium c'est-à-dire du chlorure et/ou de l'oxalate de calcium. La quantité d'agent réducteur à incorporer dans le mélange à agglomérer, dépend de la nature chimique de l'agent, des poids, atomiques des oxydes métalliques présents dans les poussières et de la stoechiométrie de l'équation de réduction. Un très bon rendement de la réaction de réduction est obtenu en utilisant une quantité d'agent réducteur correspondant à au moins trois fois la quantité stoechiométrique. Ainsi chaque élément de charge en matériau composite possède une capacité d'auto-réduction chimique. Le cas échéant, du sable siliceux provenant des résidus de sable à vert, de sable à noyau ou à moule, sera ajouté au mélange pour récupérer, par réduction, le silicium. Le matériau composite aggloméré de l'invention est réalisé de la manière suivante. Les poussières sont recueillies et stockées en fonction de leur origines et de leur composition dans des cellules distinctes P1 .... Pn. L'installation industrielle comprend également au moins une cellule R de stockage d'un agent chimique réducteur des oxydes métalliques présents dans les poussières, et une unité de mélange M susceptible d'être approvisionnée en constituants (poussières et agent réducteur) par les cellules Pn, R de manière continue ou discontinue. L'unité M comporte, par exemple, un malaxeur mécanique et réalise un mélange homogène et intime des constituants. Fines de coke (C) 0 -15 % en poids Zn (oxydes et/ou silicates) 0-30 % en poids Pb (oxydes et/ou silicates 0-5 % en poids Le cas échéant, on ajoute au mélange une quantité de sable siliceux contenant de 70 à 100% en poids de silice, de préférence, finement divisée. Si l'agglomération est effectuée au moyen d'un liant hydraulique, un distributeur L, situé en amont de l'unité M, introduit dans le mélange une quantité prédéterminée de liant en présence d'eau de gâchage délivrée à partir d'un réservoir E pour obtenir une composition susceptible d'être coulée ou compressée. L'unité M communique avec une unité A assurant l'agglomération des constituants du mélange. L'unité A comprend, par exemple, une presse de compactage et/ou un moule permettant de former des briquettes ou des boulettes de matériau ou toute autre forme adaptée au mode d'utilisation envisagé. Si un liant hydraulique est utilisé, l'excès d'eau est récupéré, par exemple, au moyen d'une ligne de soutirage e qui fait retour, par exemple, en boucle, vers le réservoir E. Les éléments m de matériau composite aggloméré sont ensuite extraits de l'unité A et acheminés au moyen d'un convoyeur C vers une unité de séchage et d'entreposage S où il sont stockés avant d'être transférés et utilisés comme éléments de charge dans les fours de fusion. Le tableau ci-après présente trois modes de réalisation (I) (II) (III) du matériau composite aggloméré de l'invention. I II III Poussières issues du dépoussiérage du poste de meulage et/ou de grenaillage - 10% Poussières de cubilot (dépoussiérage) 40% 40% 40% Sable siliceux de fonderie (excédent de sablerie) 20% 15% 12% Carbone sous la forme de coke de pétrole en grains de 0,2 à 2 mm 20% 10 % 8% Chlorure de calcium - - 2% Carbone sous la forme de carbure de silicium (SIC) - 10% 10% Ciment CPA 55 Portland 20% - 18% Chaux hydraulique - 25% :- TOTAL @@@ lo@@. lao REVENDICATIONS 1. Matériau composite aggloméré comprenant notamment des poussières et/ou fines riches en oxydes métalliques et, un agent réducteur en une quantité au moins stoechiométrique susceptible de transformer in situ lesdits oxydes en métaux à une température comprise entre 800 et 1800 C. 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité d'agent réducteur est égale à trois fois la quantité stoechiométrique. 3. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un liant du type hydraulique tel que du ciment de Portland ou de l'argile, ou du type organique tel que de la mélasse, des dérivés du maïs ou des composés soufrés. 4. Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites poussières et/ou fines proviennent des installations de fonderie et plus particulièrement des systèmes de dépoussiérage. 5. Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, du sable siliceux contenant de 70 à 100% en poids de silice tel que du sable à vert ou du sable à liant organique. 6. Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent réducteur est constitué de carbone ou de calcium ou d'un mélange de ces derniers. 7. Matériau selon la revendication 6, caractérisé en ce que le carbone est sous forme de carbure de silicium ou de coke de pétrole avec une granulométrie comprise entre 0,2 et 10 mm. 8. Matériau selon la revendication 6, caractérisé en ce que le calcium est sous forme de chlorure ou d'oxalate. 9. Matériau aggloméré selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend - de 20 à 70 % en poids de poussières et/ou de fines constituées d'au moins 20% d'oxydes métalliques et d'au moins 20% de silice; - de 10 à 40% en poids de sable siliceux ; - de 5 à 25% en poids d'un liant ; - de 10 à 35% d'un agent réducteur ; l'ensemble étant complété par de l'eau de gâchage pour obtenir un mélange susceptible d'être coulé ou compressé. 10. Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est aggloméré par moulage ou compactage sous forme de briquette ou de boulette. 11. Utilisation du matériau composite aggloméré selon l'une des revendications précédentes pour recycler les déchets de fonderie dans la charge des appareils de fusion. 12. Installation pour la fabrication d'un matériau composite selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une cellule (P1 .... Pn) de récupération et de stockage des poussières, au moins une cellule (R) de stockage d'un agent réducteur, une unité (M) de mélange susceptible d'être approvisionnée en constituants par lesdites cellules et d'alimenter une unité (A) d'agglomération desdits constituants du mélange, en communiquant en aval avec une cellule (S) de séchage et d'entreposage des agglomérés. 13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, un distributeur (L) de liant hydraulique et un réservoir d'eau (E) situés en amont de l'unité de mélange (M) et une ligne (e) de récupération de l'eau en excès montée en soutirage de l'unité d'agglomération (A).