Brevet FR2852608A1 — publié le 20040924

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de récupération du zinc contenu dans un bain de fonte liquide. Pour l'élaboration de la fonte liquide, la 5 charge solide utilisée est constituée d'environ 30% de ferrailles de récupération ou de chutes de tôles provenant en grande partie d'unités d'emboutissage pour l'industrie automobile. Or, l'augmentation de l'utilisation de tôles en 10 acier revêtues d'une couche de zinc pour leur protection contre la corrosion entraîne une présence de plus en plus fréquente et de plus en plus importante de zinc dans les ferrailles de récupération. En effet, les procédés de revêtement des tôles 15 en acier par une couche de zinc sont de plus en plus utilisés et ils sont le procédé par galvanisation qui permet de déposer une épaisseur de 60 microns de zinc, le procédé par trempage en continu qui dépose une épaisseur de 30 microns de zinc et le procédé par électrozingage qui dépose une 20 épaisseur de 10 microns de zinc. Afin d'augmenter la tenue à la corrosion, la proportion de tôle zinguée par trempage en continu est en augmentation par rapport à l'électrozingage, ce qui implique une quantité de zinc plus importante présente dans les chutes de tôle. Par ailleurs, l'utilisation de tôles revêtues par une couche de zinc est en augmentation, si bien que la disponibilité des tôles nues sur le marché s'en trouve limitée. De ce fait, les producteurs de fonte ont de plus en plus de difficulté de s'approvisionner en tôles nues et ceci 30 à des prix très élevés. Cette évolution irréversible entraîne de très sérieuses conséquences pour les producteurs de fonte qui sont contraints d'incorporer de plus en plus de tôles revêtues de zinc dans les charges métalliques utilisées pour la production de fonte. Mais, la présence de zinc présente des inconvénients car ce zinc est un élément très volatile dont la température d'ébullition est de 907WC si bien que sa présence n'est pas recherchée dans l'élaboration des fontes, et notamment dans l'élaboration des fontes à graphite sphéroïdal. En effet, le zinc dissout dans la fonte liquide s'évapore au cours des opérations de transport et de trans5 fert entraînant la pollution atmosphérique des ateliers et la dégradation des conditions de travail. De plus, le zinc occasionne de graves inconvénients métallurgiques et plus particulièrement, au-delà de 1000 ppm, une dégénérescence des sphéroïdes de graphite qui 10 peut dégrader les 'propriétés mécaniques des pièces et sa présence, en quantité non maîtrisée dans la fonte liquide, perturbe le traitement de sphéroïdisation entraînant l'augmentation de la consommation de magnésium et le risque de lots douteux nécessitant une gestion hors flux des fabrica15 tions concernées. Enfin, en s'oxydant à la surface du bain de fonte liquide au cours du maintien au four à induction, le zinc crée un oxyde stable à haute température qui génère des crasses et diminue la durée de vie des garnissages réfrac20 taires du four et la vapeur de zinc diffuse au travers de l'épaisseur des garnissages réfractaires des fours dé maintien et se condense sur les parois froides des inducteurs, entraînant des risques de courts-circuits. Pour éviter ces inconvénients, on connaît divers 25 procédés d'élimination de la couche de zinc des tôles. Un des procédés couramment utilisé est un procédé chimique. Mais, ce procédé devient de plus en plus long si l'épaisseur de zinc sur les ferrailles de récupération augmente, ce qui élève considérablement le temps et le coût 30 du traitement. Les paramètres utilisés pour effectuer le traitement chimique sont généralement optimisés pour une épaisseur de zinc donnée. Or celle-ci peut être différente d'un approvisionnement de tôles à l'autre, ce qui ne permet pas d'obtenir des résultats constants. De plus, le zinc ré35 cupéré n'est pas de bonne qualité, car il se combine avec d'autres éléments utilisés pour le traitement et ne peut donc pas être revalorisé. Enfin, l'utilisation de réactifs chimiques peut poser des problèmes liés à l'environnement et/ou aux conditions de travail du personnel. Un second procédé consiste à créer le vide dans le four de fusion et à utiliser ce vide pour améliorer 5 l'évaporation naturelle du zinc à haute température directement dans ledit four de fusion. Mais, l'utilisation des moyens de fusion traditionnels de type four à induction moyenne fréquence pour l'élaboration de la fonte n'est alors permise qu'en réalisant diverses modifications. En effet, la 10 bobine d'induction doit être rendue étanche pour éviter un taux de fuite important lors de la mise sous vide et le four de fusion doit être équipé d'un couvercle à double paroi refroidi à l'eau pour assurer les fonctions de tirage de vide et de captation des fumées. Ces modifications demandent un 15 investissement élevé et elles doivent être réalisées sur chaque four de fusion. L'invention a pour but de proposer un procédé de récupération du zinc contenu dans un bain de fonte liquide qui permet d'éviter les inconvénients précédemment mention20 nés et qui est simple à mettre en oeuvre. L'invention a donc pour objet un procédé de récupération du zinc contenu dans un bain de fonte liquide, caractérisé en ce que: - on déverse la fonte liquide dans une poche, - on confine de manière étanche l'espace audessus de la surface libre du bain de fonte liquide, - on met sous vide ledit espace, - on injecte dans le bain de fonte liquide, à partir du fond de la poche, un gaz neutre pour brasser la 30 fonte liquide et amener le zinc à ladite surface libre, le zinc étant vaporisé et au moins partiellement oxydé dans l'espace au-dessus de cette surface libre, - on extrait de cet espace des gaz chargés en poussières de zinc, - on refroidit ces gaz, - on sépare les poussières de zinc de ces gaz, - on recueille les poussières de zinc, et - on rejette les gaz dépoussiérés dans l'atmosphère. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'espace au-dessus de la surface du bain de 5 fonte liquide est confiné en plaçant la poche dans une enceinte hermétique, - l'espace au-dessus de la surface du bain de fonte liquide est confiné en plaçant un couvercle étanche sur la poche, on complète l'oxydation du zinc dans l'espace au-dessus de la surface libre du bain de fonte liquide par l'utilisation d'une fuite contrôlée d'air atmosphérique, - on complète l'oxydation du zinc par l'injection d'un gaz oxydant directement dans l'espace au-dessus de 15 la surface libre du bain de fonte liquide, - on complète l'oxydation du zinc par l'injection d'un gaz oxydant après l'extraction des gaz chargés en poussières de zinc de la poche et avant la séparation des poussières de zinc de ces gaz. L'invention a également pour objet une installation de récupération du zinc contenu dans un bain de fonte liquide, caractérisée en ce qu'elle comprend: - une poche de transport de la fonte liquide après sa fusion, un moyen de confinement de manière étanche de l'espace au-dessus de la surface libre du bain de fonte liquide, - des moyens d'injection dans le bain de fonte liquide, à la base de la poche, d'un gaz neutre pour brasser 30 la fonte liquide et amener le zinc à ladite surface libre, le zinc étant vaporisé et au moins partiellement oxydé dans l'espace au-dessus de cette surface libre, - un moyen de mise sous vide de cet espace et d'extraction des gaz chargés en poussières de zinc, - un moyen de refroidissement des gaz, et - un moyen de séparation des poussières de zinc des gaz et de récupération de ces poussières de zinc avant le rejet de ces gaz dépoussiérés dans l'atmosphère. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le moyen de confinement comprend une enceinte hermétique dans laquelle est placée ladite poche, le moyen de confinement comprend un couvercle étanche placé sur ladite poche, - les moyens d'injection comprennent au moins un 10 bouchon poreux disposé dans le fond de la poche et relié à une alimentation en gaz neutre, comme par exemple en azote ou en argon, - le moyen de mise sous vide et d'extraction comprend au moins une pompe à vide ou un système à éjecteur 15 de vapeur communiquant avec l'espace au-dessus de la surface libre du bain de fonte liquide par une canalisation, - le moyen de séparation est placé sur la canalisation avant ladite pompe et comprend par exemple un cyclone ou un filtre à manche ou un laveur de gaz. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un pre25 mier mode de réalisation d'une installation de récupération du zinc contenu dans un bain de fonte liquide, conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue schématique d'un second mode de réalisation d'une installation conforme à l'in30 vention. Sur les figures, on a représenté schématiquement une poche désignée dans son ensemble par la référence 1 et dans laquelle a été déversée, après fusion, de la fonte liquide 2. Cette fonte liquide a été obtenue à partir notam35 ment de ferrailles de récupération ou de chutes de tôles galvanisées et contient donc un pourcentage plus ou moins important de zinc. La poche 1 est constituée par une poche de transport de la fonte liquide entre un four de fusion jusqu'à une installation de coulée des pièces. La poche 1 comporte dans son fond la, un bouchon poreux 3 de type connu. Ce bouchon poreux 3 est relié par 5 une canalisation 4 à une alimentation 5 en gaz neutre, comme par exemple de l'azote ou de l'argon. Ainsi, le bouchon poreux 3 permet de mettre en communication l'intérieur de la poche 1 avec l'alimentation 5 en gaz neutre de façon à injecter dans le bain de fonte liquide ledit gaz neutre. Selon un premier mode de réalisation représenté à la figure 1, l'installation comprend un moyen de confinement de manière étanche de l'espace 6 au-dessus de la surface libre 2a du bain 2 de fonte liquide et qui est constitué, dans cet exemple de réalisation, par une enceinte 10 15 hermétique à l'intérieur de laquelle est placée la poche 1. Selon un second mode de réalisation représenté à la figure 2, le moyen de confinement de manière étanche de l'espace 6 au-dessus de la surface libre 2a du bain 2 de fonte liquide, comprend, dans ce mode de réalisation, un 20 couvercle 11 étanche posé sur la partie supérieure de la poche 1. Ainsi que montré sur les figures 1 et 2, l'installation comprend aussi un moyen de mise sous vide de l'espace 6 situé au-dessus de la surface libre 2a du bain 2 de 25 fonte liquide qui est constitué par au moins une pompe à vide 12 communiquant avec l'espace 6 par une canalisation 13. La sortie de la pompe à vide 12 débouche à l'atmosphère par l'intermédiaire d'une canalisation 14. Le moyen de mise sous vide peut également être constitué par un système à 30 éjecteur de vapeur. L'installation comprend au moins un moyen 15 de séparation des poussières de zinc contenues dans les gaz provenant de l'espace 6 et qui est placé sur la canalisation 13 en amont de ladite pompe à vide 12. Ce moyen comprend une 35 enceinte 15a contenant un système de filtration, comme par exemple un cyclone ou un filtre à manche ou un laveur de gaz. L'enceinte l5a est munie à sa partie inférieure d'un orifice 16 de récupération des poussières de zinc extraites des gaz, comme on le verra ultérieurement. L'installation fonctionne de la manière suivante. Tout d'abord, la poche 1 contenant le bain 2 de fonte liquide est soit placée dans l'enceinte 10 hermétique, soit recouverte du couvercle 11 de manière à isoler l'espace 6 disposé au-dessus de la surface libre 2a du bain 2 de fonte liquide. Le bouchon poreux 3 du fond de la poche 1 est relié automatiquement ou manuellement à l'alimentation 5 en gaz neutre. Le gaz neutre injecté dans le bain 2 de fonte liquide permet de brasser cette fonte liquide et d'amener le zinc à la surface libre 2a dudit bain 2. Par l'intermédiaire 15 de la pompe à vide 12, la fonte liquide 2 contenue dans la poche 1 est placée sous une dépression de l'ordre de 100 millibars pendant environ dix minutes. Cette opération permet par exemple d'abaisser la teneur de 750 à 200 ppm dans une fonte traitée à 14500C. Le zinc extrait du bain 2 de fonte liquide est vaporisé, puis s'oxyde partiellement ou totalement en ZnO dans l'espace 6 sous vide. Par l'intermédiaire de la pompe à vide 12, les gaz chargés en poussières de zinc sont transférés dans l'enceinte 15a par l'intermédiaire de la canalisa25 tion 13. Par conséquent, les gaz chargés en poussières de zinc sont recueillis ladite enceinte 15a et ces gaz sont séparés des poussières de zinc qui sont récupérées par l'orifice 16 et transférées vers un lieu de stockage. De préférence, les gaz s'échappant soit de l'en30 ceinte 10, soit de la poche 1 coiffée du couvercle 11 sont refroidis par un moyen de refroidissement tout à fait classique. Les gaz ainsi épurés sont éjectés dans l'atmosphère par l'intermédiaire de la canalisation 14. La mise sous vide de l'espace 6 permet d'accélérer le processus d'échange de zinc à la surface libre 2a du libre 2a du bain 2 de fonte liquide et d'évacuer les fumées vers le moyen 15 de séparation des poussières des gaz. Selon une variante, l'oxydation du zinc dans l'espace 6 peut être complétée par l'utilisation d'une fuite 5 contrôlée d'air atmosphérique ou par l'injection d'un gaz oxydant directement dans l'espace 6 ou encore par l'injection d'un gaz oxydant dans la canalisation 13 en amont du moyen 15 de séparation des poussières de zinc de ces gaz. Le procédé selon l'invention permet donc de cap10 ter des gaz chargés en ZnO et, de ce fait, de concentrer le zinc dans les poussières dans une proportion de l'ordre de 80% minimum. A titre d'exemple, le traitement d'une poche contenant 14 tonnes de fonte liquide à 800 ppm de zinc permet la récupération de 6 à 8 kilogrammes de zinc sous forme 15 d'oxyde de zinc qui peut ensuite être valorisé. Le procédé selon l'invention permet d'incorporer une proportion de tôles revêtues de zinc supérieure, entraînant un abaissement des coûts par rapport à l'approvisionnement en tôles nues, rendu plus difficile, et donc plus oné20 reux, par une disponibilité de plus en plus réduite. Etant donné que ce procédé repose sur un équilibre thermodynamique, le traitement est peu sensible à la teneur initiale de zinc et le maintien sous dépression en quelques minutes est suffisant pour atteindre cet équilibre. Par ailleurs, ce 25 procédé permet d'éviter les contraintes sur les approvisionnements en tôles, l'épaisseur du zinc n'ayant aucune influence sur le déroulement de l'opération de récupération du zinc. La récupération du zinc contenu dans un bain de 30 tôle liquide par le procédé selon l'invention permet d'abaisser la teneur en zinc à 200 ppm au moins, évitant tout inconvénient pour la qualité métallurgique des pièces et les aléas de fabrication qu'entraînent la fabrication de zinc dans le four d'induction. De ce fait, grâce à la te35 neur inférieure à 200 ppm en zinc, l'encrassement des garnissages réfractaires est considérablement diminué. Les risques d'amorçage et les incidents sur les fours électriques à induction, pour cause de condensation de zinc, sont fortement minorés, voire inexistants. Enfin, la limitation à une teneur à 200 ppm de zinc grâce au procédé selon l'invention évite, d'une part, 5 la perturbation du traitement de sphérodisation et, d'autre part, l'augmentation de la consommation de magnésium lors de ce traitement. REVENDICATIONS 1. Procédé de récupération du zinc contenu dans un bain (2) de fonte liquide, caractérisé en ce que: - on déverse la fonte liquide dans une poche (1), - on confine de manière étanche l'espace (6) audessus de la surface libre (2a) du bain (2) de fonte liquide, - on met sous vide ledit espace (6), - on injecte dans le bain (2) de fonte liquide, à partir du fond de la poche (1), un gaz neutre pour brasser la fonte liquide et amener le zinc à ladite surface libre (2a), le zinc étant vaporisé et au moins partiellement oxydé 15 dans l'espace (6) au-dessus de cette surface libre (2a), - on extrait de cet espace (6) les gaz chargés en poussières de zinc, - on refroidit ces gaz, - on sépare les poussières de zinc de ces gaz, 20 - on recueille les poussières de zinc, et - on rejette les gaz dépoussiérés dans l'atmosphère. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace (6) au-dessus de la surface libre (2a) du 25 bain (2) de fonte liquide est confiné en plaçant la poche (1) dans une enceinte (10) hermétique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace (6) au-dessus de la surface libre (2a) du bain (2) de fonte liquide est confiné en plaçant un couver30 cle (11) étanche sur la poche (1). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on complète l'oxydation du zinc dans l'espace (6) au-dessus de la surface libre (2a) du bain (2) de fonte liquide par l'utilisation d'une fuite 35 contrôlée d'air atmosphérique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on complète l'oxydation du zinc par l'injection d'un gaz oxydant directement dans l'espace (6) au-dessus de la surface (2a) du bain (2) de fonte liquide. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendica5 tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'on complète l'oxydation du zinc par l'injection d'un gaz oxydant après l'extraction des gaz chargés en poussières de zinc de la poche (1) et avant la séparation des poussières de zinc de ces gaz. 7. Installation de récupération du zinc contenu 10 dans un bain (2) de fonte liquide, caractérisée en ce qu'elle comprend: - une poche (1) de transport de la fonte liquide après sa fusion, - un moyen (10;11) de confinement de manière 15 étanche de l'espace (6) au-dessus de la surface libre (2a) du bain (2) de fonte liquide, - des moyens (3, 4, 5) d'injection dans le bain (2) de fonte liquide, à la base de la poche (1), d'un gaz neutre pour brasser la fonte liquide et amener le zinc à la20 dite surface libre (2a), le zinc étant vaporisé et au moins partiellement oxydé dans l'espace (6) au-dessus de cette surface libre (2a), - un moyen (12) de mise sous vide de cet espace (6) et d'extraction des gaz chargés en poussières de zinc, 25 - un moyen de refroidissement des gaz, et - un moyen (15) de séparation des poussières de zinc des gaz et de récupération de ces poussières de zinc, avant le rejet de ces gaz dépoussiérés dans l'atmosphère. 8. Installation selon la revendication 7, carac30 térisée en ce que le moyen de confinement comprend une enceinte (10) hermétique dans laquelle est placée ladite poche (1). 9. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le moyen de confinement comprend un cou35 vercle (11) étanche placé sur ladite poche (1). 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que les moyens d'in- jection comprennent au moins un bouchon poreux (3) disposé dans le fond de la poche (1) et relié à une alimentation (5) en gaz neutre, comme par exemple en azote ou en argon. 11. Installation selon l'une des revendications 5 7 à 10, caractérisée en ce que le moyen de mise sous vide et d'extraction comprend au moins une pompe à vide (12) ou un système à éjecteur de vapeur communiquant avec l'espace (6) par une canalisation (13). 12. Installation selon l'une quelconque des re10 vendications 7 à 11, caractérisée en ce que le moyen (15) de séparation est placé sur la canalisation (13) avant ladite pompe à vide (12) et comprend un cyclone ou un filtre à manche ou un laveur de gaz.