Brevet FR2959679A1 — publié le 20111111

L'invention concerne un procédé de broyage d'une matière minérale contenant au moins du calcium et des impuretés métalliques, ainsi qu'une installation convenant pour le broyage d'une matière minérale contenant du calcium et des impuretés métalliques en tant que tels. L'invention trouve une application particulière pour la production de liants hydrauliques tel que le ciment, notamment à partir de laitiers de l'industrie métallurgique. Dans la fabrication de ciment hydraulique, la voie habituelle qui utilise du calcaire présente l'inconvénient d'émettre de grandes quantités de CO2 dans l'atmosphère, et de consommer d'importantes quantités d'énergie sous forme de combustible. D'autres matières enrichies en calcium peuvent être utilisées pour produire des liants hydrauliques. Parmi elles, les laitiers de l'industrie métallurgique sont une source de matières premières qui peut être valorisée par la fabrication de ciment hydraulique, évitant ainsi les inconvénients précités. L'utilisation de ce laitier pour la fabrication de ciment permet, en outre, de se débarrasser de ces déchets des industries métallurgiques. Toutefois, au cours de leur production, les laitiers entraînent des particules métalliques de tailles diverses, dont la présence dans le ciment peut en dégrader les performances, en particulier s'il reste des particules grossières dans le produit. Lorsque le broyeur utilisé pour la production de ciment est un broyeur à boulets, les particules métalliques sont fragmentées au cours du processus de broyage par les chocs entre les boulets. Du fait de leur faible granulométrie dans le produit fini leur présence n'altère pas la qualité du ciment. Cependant le broyeur à boulets présente un faible rendement énergétique par comparaison à d'autres broyeurs opérant par compression de lit de matière, et consomme environ le double de la quantité d'énergie requise par ces derniers. Un exemple de broyeur opérant par compression de lit de matière est divulgué dans le document EP 0486371. Le broyeur de ce document comprend une piste circulaire formée par la paroi intérieure d'un cylindre, globalement horizontal, animé d'un mouvement de rotation, ainsi qu'un rouleau apte à rouler sur la piste. Lors de la mise en rotation du cylindre, la matière est broyée, comprimée entre le rouleau et la paroi intérieure du cylindre. Toutefois, le broyage par compression ne permet pas de fragmenter totalement les particules métalliques à cause de leur grande ductilité. Des particules métalliques grossières restent donc présentes dans la matière sortant du broyeur, ou encore s'accumulent dans le broyeur lui-même. Une étape de séparation magnétique est généralement présente en entrée du broyeur. Le rôle de cette étape est d'éviter l'entrée d'éléments magnétiques de taille importante qui pourraient endommager les galets (rouleaux) des broyeurs par compression de matières. Cependant, cette étape de séparation magnétique n'est pas capable d'éliminer les fractions métalliques qui sont incluses dans des morceaux de laitier. L'objet de la présente invention est de pallier les inconvénients précités en proposant un procédé de broyage d'une matière minérale contenant au moins du calcium et des impuretés métalliques, permettant d'obtenir un produit fini de qualité améliorée, convenant pour la production d'un liant hydraulique. Un autre but de l'invention est de proposer une installation en tant que telle convenant pour la mise en oeuvre du procédé. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. L'invention concerne tout d'abord un procédé de broyage d'une matière minérale contenant au moins du calcium et des impuretés métalliques. Le procédé est mis en oeuvre dans une installation comprenant un broyeur et un dispositif de sélection granulométrique, appelé dispositif sélecteur, apte à séparer les matières en deux fractions. Ledit procédé comprend les étapes suivantes : - on broie par compression de lit de matière ladite matière minérale au moyen du broyeur, obtenant un broyat, - on sépare le broyat en une fraction fine et une fraction grossière au moyen dudit dispositif sélecteur, - on retourne la fraction grossière au broyeur pour une nouvelle étape de broyage. Selon l'invention, on soumet au moins une partie du broyat à un tri destiné à séparer les impuretés métalliques des matières minérales. Selon des caractéristiques optionnelles seules ou en combinaison : - le tri s'opère sur la fraction grossière, en aval du dispositif sélecteur, en amont du broyeur, les matières minérales triées étant retournées au broyeur, les matières métalliques triées étant évacuées ; - la fraction grossière représente, en masse, au moins 80% 15 du broyat issu du broyeur ; - une partie de la matière minérale fraîche alimente directement ledit dispositif sélecteur ; - le tri destiné à séparer les impuretés métalliques des matières minérales est un tri magnétique ; 20 - le dispositif sélecteur est constitué au moins par un séparateur dynamique équipé d'un rotor ; - le dispositif sélecteur comprend, outre le séparateur dynamique, un séparateur statique constitué essentiellement par une gaine ascendante, les matières fines en sortie dudit séparateur statique alimentant 25 l'entrée dudit séparateur dynamique ; - ladite matière minérale comprend du laitier de l'industrie métallurgique, en tout ou partie ; - la matière minérale est un mélange de laitier de l'industrie métallurgie et d'une substance minérale, ladite substance minérale pouvant 30 représenter au maximum 20 % en poids du laitier de l'industrie métallurgique ; - le broyeur est un broyeur horizontal à galet(s). L'invention concerne également une installation convenant pour le broyage d'une matière minérale contenant au moins du calcium et des impuretés métalliques, comprenant : - un broyeur et un dispositif de sélection granulométrique, appelé dispositif sélecteur, apte à séparer les matières en deux fractions, l'une fine, l'autre grossière, ledit dispositif sélecteur comprenant un séparateur dynamique équipé d'un rotor, - des premiers moyens de convoyage pour transporter le broyat en sortie du broyeur vers l'entrée du dispositif sélecteur, - des seconds moyens de convoyage pour transporter la fraction grossière en sortie dudit dispositif sélecteur vers l'entrée du broyeur. Selon l'invention, ladite installation présente en outre un dispositif magnétique coopérant avec lesdits premiers moyens de convoyage et/ou lesdits seconds moyens de convoyage, apte à extraire des matières transportées au moins une partie des impuretés métalliques. L'invention concerne également l'utilisation du procédé conforme à l'invention ou de l'installation conforme à l'invention pour la production de liants hydrauliques notamment de ciment. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description 20 suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels : - la figure 1 est une illustration schématique d'un procédé de broyage conforme à l'invention selon un premier mode de réalisation, - la figure 2 est un exemple d'un procédé de broyage conforme à l'invention selon un second mode de réalisation, 25 - la figure 3 est un exemple de procédé de broyage conforme à l'invention selon un troisième mode de réalisation. L'invention concerne un procédé de broyage d'une matière minérale contenant au moins du calcium et des impuretés métalliques. Ladite matière minérale 10 peut ainsi comprendre du laitier de 30 l'industrie métallique en tout ou partie. Par exemple, la matière minérale est un mélange de laitier de l'industrie métallurgique et d'une substance minérale contenant notamment du calcium. Selon un exemple, la substance minérale représente au maximum 20 % en masse du laitier de l'industrie métallurgique. Ce procédé de broyage est mis en oeuvre dans une installation 1 qui comprend un broyeur 2 et un dispositif de sélection granulométrique, appelé dispositif sélecteur 3, apte à séparer les matières en deux fractions. Le broyeur 2 peut être un broyeur horizontal à galet(s) (ou rouleau). II peut notamment s'agir d'un broyeur de type de celui divulgué par le document EP 0486371, comprenant un cylindre rotatif à axe horizontal et au moins un rouleau placé à l'intérieur dudit rouleau de façon à rouler sur la piste constituée par la face intérieure du cylindre, ainsi que des moyens pour entraîner le cylindre en rotation. Dans ce type de broyeur, la matière est broyée, comprimée entre ledit rouleau et la paroi intérieure du cylindre lorsque ce dernier est animé d'un mouvement de rotation sur son axe. Le dispositif de sélection granulométrique peut comprendre un séparateur dynamique 4 équipé d'un rotor. II peut notamment s'agir du séparateur dynamique de type divulgué par le document FR 2642994 ou encore par le document FR 2658096. Dans ce type de séparateur dynamique, la séparation est réalisée à l'aide d'un rotor cylindrique à axe vertical muni de pales régulièrement réparties sur sa périphérie. Entre les dites pales, les particules sont soumises à des forces antagonistes, à savoir d'une part la force centrifuge générée par la rotation de rotor et qui tend à les rejeter, et d'autre part la force de traînée générée par la vitesse d'un gaz aspiré vers le centre du rotor, et qui tend à les entraîner avec lui vers la sortie dudit gaz. Dans ce type de séparateur dynamique, la force centrifuge est plus élevée pour les particules de dimension les plus grosses et la force de traînée plus élevée pour les particules de dimension les plus faibles, ce qui réalise la sélection granulométrique des matières traitées. Les matières aux dimensions inférieures à une granulométrie déterminée de sélection sont donc entraînées avec le gaz vers la sortie du gaz tandis que les matières aux dimensions supérieures à ladite granulométrie déterminée tombent et sont collectées. Le dispositif sélecteur peut comprendre, outre le séparateur dynamique 4 un séparateur statique 5 constitué essentiellement par une gaine ascendante. Dans ce dispositif sélecteur 3, à deux étages de séparation, les matières fines en sortie du séparateur statique 5 alimentent l'entrée du séparateur dynamique 4. Ce séparateur statique 5 peut être du type de celui divulgué dans la demande WO 2008/068432. Ce séparateur statique est constitué essentiellement par une gaine verticale à flux ascendant munie d'une arrivée de gaz à sa base, et équipée d'une ouverture inférieure et d'une ouverture supérieure ainsi que d'une ouverture d'alimentation pour les matières à traiter entre ladite ouverture inférieure et ladite ouverture supérieure. Dans ce séparateur statique, les matières fines s'échappent avec le gaz par l'ouverture supérieure grâce à la portance dudit flux ascendant tandis qu'une autre sortie et des matières plus grossières n'est pas entraînée par ledit gaz et chute par l'ouverture inférieure. Ce séparateur statique peut présenter, en outre, des moyens pour créer des turbulences disposées entre l'ouverture inférieure et l'ouverture d'alimentation de la conduite, notamment sous la forme de pales globalement horizontales fixées contre la paroi interne de la conduite de gaz et orientées vers le centre de la conduite, tel que développé dans la demande WO 2008/068432. Le procédé conforme à l'invention comprend les étapes 25 suivantes : - on broie par compression de lit de matière ladite matière minérale 10 au moyen du broyeur 2, obtenant un broyat 11, - on sépare le broyat 11 en une fraction fine 12, constituant notamment le produit fini, et une fraction grossière 13 au moyen dudit dispositif 30 sélecteur 3, on retourne la fraction grossière 13 au broyeur 2 pour une nouvelle étape de broyage. Selon l'invention, on soumet au moins une partie du broyat 11 ou 13 à un tri destiné à séparer les impuretés métalliques des matières minérales. Cette étape de tri peut être un tri magnétique, mis en oeuvre notamment par divers appareils tels que des détecteurs magnétiques et des extracteurs magnétiques notamment installés au dessus de convoyeurs notamment à courroies qui véhiculent la matière à traiter. Les détecteurs magnétiques permettent de détecter les fragments métalliques en créant un champ électromagnétique permettant de dévier la matière contenant lesdits fragments métalliques. Les extracteurs comprennent des aimants et attirent des particules magnétiques pour les éliminer. Toutefois, ces derniers appareils ne peuvent pas extraire les particules magnétiques situées sous le lit de matière. Avantageusement, la fraction grossière 13 peut représenter en masse, au moins 80 % du broyat issus du broyeur 2. On crée ainsi un cycle important pour que la matière puisse être soumise plusieurs fois, successivement, au tri notamment magnétique, ce qui améliore la performance du tri. Une élimination satisfaisante des fractions magnétiques est obtenue par au moins quatre passages successifs de la matière dans l'étape de tri magnétiques ce qui correspond à la proportion de matière restante d'au moins 80 % du broyat. Selon les modes de réalisation illustrés par les figures 1 à 3, non limitatifs, le tri peut s'opérer sur la fraction grossière 131, en aval du dispositif sélecteur 3, en amont du broyeur 2. Les matières minérales triées 132 sont retournées au broyeur 2, les matières métalliques 14 triées étant évacuées. Selon un autre mode de réalisation (non illustré), l'étape de tri 30 peut être mise en oeuvre entre le broyeur 2 et le dispositif sélecteur 3, avant séparation du broyat 11. Selon un exemple non limitatif représenté à la figure 3, une partie 102 de la matière minérale 10 alimente directement le dispositif sélecteur 3. Nous décrivons maintenant en détail les exemples non limitatifs des figures 1 à 3. La figure 1 représente un procédé de broyage utilisant un broyeur 2 de type broyeur à compression de lit de matière, et un dispositif de sélection granulométrique 3 constitués par un séparateur dynamique 4 équipé d'un rotor. La matière à traiter 10 est alimentée au broyeur 2 qui réalise une étape de broyage, produisant un broyat 11. Ce broyat 11 est conduit, grâce à des premiers moyens de convoyage, vers le dispositif du sélecteur 3 qui sépare le broyat 11 en une fraction fine 12, le produit fini, et une fraction grossière 13. La fraction grossière 13 est transportée à nouveau à l'entrée 15 du broyeur 2 grâce à des seconds moyens de convoyage. Un dispositif magnétique 6 coopère avec les seconds moyens de convoyage et permet d'extraire des matières transportées une partie des impuretés métalliques. Plus particulièrement, les matières métalliques triées 14 sont évacuées, les matières minérales triées 132 étant acheminées par lesdits 20 seconds moyens de convoyage à l'entrée du broyeur 2. La figure 2 représente un second mode de réalisation de l'invention. Elle se distingue du mode de réalisation de la figure 1 en ce qu'une partie 102 de la matière minérale 10, alimente directement le dispositif sélecteur 3. 25 Le broyeur 2 produit le broyat 11 à partir d'une fraction 101 de la matière minérale qui est alimentée directement, et de la matière recyclée 132. Le dispositif sélecteur 3 traite l'ensemble des matières 11 et 102 et sépare une fraction fine 12, le produit fini, et une fraction grossière 13. La fraction grossière est soumise à un tri magnétique grâce au dispositif magnétique 6. 30 Les matières métalliques triées 14 sont évacuées tandis que la matière minérale triée 132 est acheminée vers le broyeur 2 en vue d'une nouvelle étape de broyage. La figure 3 représente un troisième mode de réalisation de l'invention dans laquelle l'étape de sélection granulométrique comporte deux étages successifs 5,4. Le premier étage est un séparateur statique 5 et réalise une séparation granulométrique à une taille élevée supérieure au millimètre, tandis que le deuxième étage est un séparateur dynamique 4 équipé d'un rotor, qui réalise une séparation granulométrique à une taille plus faible inférieure à 100 micromètres. Une partie 102 de la matière première 10, riche en particules fines, est directement conduite vers l'étape de sélection granulométrique, et plus particulièrement vers l'entrée d'alimentation du séparateur statique 5. Le broyeur produit le broyat 11 à partir d'une partie 101 de la matière minérale 10 qui est directement alimentée au broyeur 2, et une partie de la fraction grossière 132 qui est recyclée. Le séparateur statique 5 et le séparateur dynamique 4 traitent ensemble les matières 11,102 et séparent une fraction fine 12 d'une fraction grossière 13. Plus particulièrement, la fraction grossière 13 est composée d'une fraction grossière 16 rejetée par le séparateur statique 5 et une fraction 20 grossière 15 rejetée par le séparateur dynamique 4. Cette fraction grossière 13 est conduite par l'intermédiaire de moyens de convoyage jusqu'à l'entrée du broyeur 2. Un dispositif magnétique 6 coopère avec les moyens de convoyage et permet d'extraire des matières transportées une partie des impuretés métalliques. Plus particulièrement, le 25 dispositif magnétique 6 permet d'évacuer la matière métallique triée 14, la matière minérale triée 132 étant acheminée jusqu'au broyeur 2, en vue d'une nouvelle étape de broyage. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le broyeur peut être un broyeur horizontal à galet(s). 30 Des premiers moyens de convoyage, tels que convoyeurs à bande ou similaire, permettent de transporter le broyat 11 en sortie du broyeur 5 2 jusqu'à l'entrée du dispositif sélecteur 3. Des seconds moyens de convoyage, tels que convoyeurs à bande ou similaire, permettent de transporter la fraction grossière 13 en sortie du dispositif sélecteur 3 jusqu'à l'entrée du broyeur 2. Naturellement, d'autres modes de réalisation auraient pu être envisagés par l'homme du métier sans pour autant sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après. REVENDICATIONS1. Procédé de broyage d'une matière minérale (10) contenant au moins du calcium et des impuretés métalliques, mis en oeuvre dans une installation (1) comprenant un broyeur (2) et un dispositif de sélection granulométrique, appelé dispositif sélecteur (3), apte à séparer les matières en deux fractions (12,13), ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - on broie par compression de lit de matière ladite matière minérale (10) au moyen du broyeur (2), obtenant un broyat (11), - on sépare le broyat (11) en une fraction fine (12) et une fraction grossière (13) au moyen dudit dispositif sélecteur (3), - on retourne la fraction grossière (13) au broyeur (2) pour une nouvelle étape de broyage, caractérisé en ce qu'on soumet au moins une partie du broyat à un tri destiné 15 à séparer les impuretés métalliques des matières minérales. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le tri s'opère sur la fraction grossière (131), en aval du dispositif sélecteur (3), en amont du broyeur (2), les matières minérales triées (132) étant retournées au broyeur (2), les matières métalliques triées (14) étant évacuées. 20 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la fraction grossière (13) représente, en masse, au moins 80% du broyat (11) issus du broyeur (2). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel une partie (102) de la matière minérale (10) alimente directement ledit 25 dispositif sélecteur (3). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape de tri destinée à séparer les impuretés métalliques des matières minérales est un tri magnétique. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le 30 dispositif sélecteur (3) est constitué au moins par un séparateur dynamique (4) équipé d'un rotor. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel ledit dispositif sélecteur (3) comprend, outre le séparateur dynamique (4), un séparateur statique (5) constitué essentiellement par une gaine ascendante, les matières fines en sortie dudit séparateur statique alimentant l'entrée dudit séparateur dynamique (4). 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel ladite matière minérale comprend du laitier de l'industrie métallurgique, en tout ou partie. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la matière 10 minérale est un mélange de laitier de l'industrie métallurgie et d'une substance minérale. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le broyeur (2) est un broyeur horizontal à galet(s). 11. Installation (1) conçue pour la mise en oeuvre du procédé 15 selon la revendication 1, convenant pour le broyage d'une matière minérale contenant au moins du calcium et des impuretés métalliques, comprenant - un broyeur (2) et un dispositif de sélection granulométrique, appelé dispositif sélecteur (3), apte à séparer les matières en deux fractions, l'une fine (12), l'autre grossière (13), ledit dispositif sélecteur (3) 20 comprenant un séparateur dynamique (4) équipé d'un rotor, - des premiers moyens de convoyage pour transporter le broyat (11) en sortie du broyeur (2) vers l'entrée dudit dispositif sélecteur (3), - des seconds moyens de convoyage pour transporter la fraction grossière (13) en sortie dudit dispositif sélecteur (3) vers l'entrée du 25 broyeur (2), caractérisé en ce qu'elle présente, en outre, un dispositif magnétique (6), coopérant avec lesdits premier moyens de convoyage et/ou lesdits seconds moyens de convoyage, apte à extraire des matières transportées au moins une partie (14) des impuretés métalliques. 30 12. Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 10 ou de l'installation selon la revendication 11 pour la production de liant hydraulique tel que le ciment. 13