FR 3154734 A1 20250502 FR 2311755 A 20231027 La présente invention concerne l’utilisation de polyacrylamide et de silicate de sodium pour l’agglomération à froid du minerai de fer, le polyacrylamide jouant à la fois le rôle de liant et d’activateur du silicate de sodium. Briquetage et extrusion du minerai de fer Domaine technique de l’invention et état antérieur de la technique Traditionnellement, la fonte est produite dans des hauts fourneaux, par réduction du minerai de fer, par un mélange avec du coke. Le frittage, qui est un mélange coke-minerai peu homogène, humidifié, puis séché, est le procédé principal. L’agglomération par bouletage par appareil à assiettes est aussi utilisée. Le coke produit une quantité importante de CO2, et toute l’industrie sidérurgique doit mettre au point des procédés n’utilisant pas ce produit. La tendance est de modifier les hauts fourneaux, avec une réduction du minerai au gaz ou à l’hydrogène, pour réduire le CO2 dans la production de fonte. De plus, les méthodes de réduction directe (DR1) utilisent à la fois l’énergie électrique pour chauffer le minerai, et le gaz ou l’hydrogène pour réduire le minerai à une température assez faible 900°C donnant un fer poreux solide. Pour cela, il est indispensable de produire des briquettes ou des extrudas, le plus riche possible en oxyde de fer, et ayant une tenue mécanique importante aux hautes températures. Cette recherche de briquettes et d’extrudas, à forte teneur en oxyde de fer, avec une tenue mécanique forte à haute température, nécessite des additifs qui sont les suivants : 1. Un liant permettant d’obtenir à froid des boulets ou des extrudas de haute résistance. Les meilleurs liants à basse température sont : - La bentonite largement utilisée, mais qui a l’inconvénient d’augmenter les impuretés dans le produit final. - Les liants organiques, par exemple, l’amidon, la mélasse, des goudrons, le lignosulfonate, l’alcool polyvinylique, le polyacrylamide, la CMC… Mais ces liants ne donnent pas de résistance à haute température. - Un liant à haute température connu depuis très longtemps par son utilisation dans les sables de fonderie, mais qui ne donne aucun effet liant à basse température. C’est le silicate de soude. 2. Un activateur du silicate de soude. En effet, pour qu’il joue le rôle de liant, le silicate doit être activé : - Soit par un acide formé après le briquetage, et en particulier, des esters, qui s’hydrolysent avec la basicité du silicate, et qui transforment le silicate en silice colloïdale, qui, en séchant, a un très gros pouvoir agglomérant ; - Soit par le CO2, très utilisé en sable de fonderie poreux, mais qui demande de très longs temps de traitement sur des briquettes très compactes ; - Soit par la chaux, qui a un fort pouvoir agglomérant sous forme de silicate de calcium. - Soit d’autres composés de métaux bivalents, oxyde de magnésium, talc, olivine, … Mais la plupart de ces activateurs ont un temps de réaction long et obligent à un stockage à température ambiante de 3 à 20 jours. 3. Le ciment Portland ou ciment alumineux qui amène des impuretés importantes. 4. Divers ingrédients ayant des fonctions annexes : nanomatériaux, comme les nano tubes de carbone pour augmenter la résistance, glycérine, triéthanolamine, poussières fines de fer ou d’oxyde, … Invention Il a été découvert que le polyacrylamide, qui est un bon liant à froid, peut jouer aussi le rôle d’activateur pour le silicate de soude, au cours du séchage et de la montée en température des briquettes. De plus, ce procédé permet une activation très rapide du silicate avec un séchage et un traitement thermique pratiquement immédiat. Le procédé s’applique aussi aux déchets de l’industrie métallurgique, aux ferroalliages, aux minerais comme le nickel, le chrome, … L’invention concerne donc l’utilisation uniquement de polyacrylamide et de silicate de sodium pour l’agglomération à froid du minerai de fer caractérisé en ce que le polymère joue à la fois le rôle de liant et d’activateur du silicate de sodium. L’invention concerne l’utilisation de polyacrylamide en tant que liant et seul activateur de silicate de sodium dans un procédé d’agglomération à froid d’un minerai de fer. Les polyacrylamides utilisés sont soit des homopolymères d’acrylamide, soit des copolymères, avec d’autres monomères. Etant donnée de la variabilité du minerai de fer en composition chimique en particulier en impuretés, physique en particulier répartition granulométrique ou hydrophilie et en taux d’humidité, il est nécessaire pour chaque minerai de définir le polyacrylamide le plus adapté par des essais de compaction, de séchage, de cuisson. En pratique, le polyacrylamide est choisi parmi les copolymères d’acrylamide anioniques, cationiques, amphotères ou non ioniques en fonction de la variabilité du minerai pour obtenir des compositions adaptées et des granulométries déterminées par test. Ces polyacrylamides se caractérisent par leur composition, leur poids moléculaire et leur répartition moléculaire, le taux de ramification, leur hydrophilie ou hydrophobie… Le polyacrylamide de base est un polymère de l’acrylamide. On distingue ensuite : - Les copolymères anioniques où l’acrylamide est copolymérisé avec un monomère anionique : spécialement l’acide acrylique ou l’AMPS (acrylamido propane sulfonate), acide maléique, acide vinylsulfonique, acide itaconique, vinylphosphonique sous forme de sels de sodium, potassium ou ammonium, … - Les copolymères cationiques contenant un comonomère cationique : diméthylamino ethyle (métha)acrylate, diméthylamino propyl acrylamide, DADMAC (diméthyl diallyl ammonium chlorure) ou monomères semblables quaternisés par le chlorure de méthyle, le sulfate de méthyle, le chlorure de benzyle. En plus des monomères anioniques, on peut introduire des monomères non ioniques qui peuvent donner en plus de l’hydrophilie ou de l’hydrophobie comme l’acrylate de polyoxyethylène glycol, l’acrylate de butyle, … Ces polymères peuvent être de plus ramifiés ou partiellement réticulés par des monomères polyvalents : méthylène bis acrylamide, diacrylate de polyéthylene glycol… ou des monomères réticulant à la chaleur comme le méthylolacrylamide. Avec possibilité d’utiliser des polymères amphotères à partir de monomères anioniques et cationiques. Ces polymères peuvent avoir des poids moléculaires de quelques milliers jusqu’à 25 millions. La granulométrie nécessaire est déterminée par des tests par ex 0-300 microns/ 0-500 microns/0-800 microns. Procédé Le procédé de production de briquettes ou d’extrudas consiste à mélanger généralement : - Le liant, - Le silicate de soude, - L’activateur, - Une certaine quantité d’eau provenant du minerai ou rajouter, - Et divers autres ingrédients. qui sont moulés dans une presse mécanique, sous forme de « briquettes », à une pression voisine de 200 bars, soit 35 kN/cm linéaire ou dans des extrudeurs sous vide, pour éviter l’inclusion de bulles d’air avec une pression importante. Le produit extrudé est coupé en morceaux de diverses tailles. Ces briquettes et extrudas sont ensuite séchés entre 150°C et 400°C, à une vitesse assez faible, pour éviter leur explosion par vaporisation brutale de l’eau. Plus précisément, le procédé d’obtention d’agglomérats de fines de minerai de fer comprend les étapes suivantes : a) Mélanger le polyacrylamide, le silicate de soude et le minerai dans un mélangeur dans des conditions définies ; b) Ajuster l’humidité pour la compaction dans une fourchette de 2 à 10% préférentiellement 3 à 8% du mélange ; puis réaliser l’agglomération à l’aide d’un dispositif type presse à briquettes (à roues tangentes) et enfin sécher les agglomérats obtenus à une température de 100 à 250 °C pendant 30 minutes à 2 heures ou, c) Ajuster l’humidité pour l’extrusion de 5 à 20%, préférentiellement 9 à 18%, puis réaliser l’extrusion à l’aide d’une extrudeuse sous vide et enfin sécher les extrudats à une température de 100 à 250°C pendant 30 minutes à 2 heures. Le test pour confirmer la qualité du produit aggloméré consiste ensuite à chauffer à 900°C pour mesurer leur résistance. Les exigences actuelles sur les traitements par moulage sont : - Résistance à froid, - Résistance après séchage, - Résistance après chauffage à 900°C. En pratique, aucun activateur autre que le polyacrylamide n’est ajouté pour traiter le silicate de sodium. Selon l’invention, le silicate se présente sous forme solide sous forme de poudres, billes ou microbilles ou sous forme liquide en ajustant la quantité d’eau nécessaire au mélange. En pratique, les dosages suivants sont utilisés : 0,01% à 2% en poids de polymère de polyacrylamide par rapport au poids total de l’agglomérat formé et 0,1 à 5% en poids de silicate de sodium actif par rapport au poids total de l’agglomérat formé. En d’autres termes, on mélange de 0,01% à 2% en poids de polymère de polyacrylamide par rapport au poids total de l’agglomérat formé et de 0,1 à 5% en poids de silicate de sodium actif par rapport au poids total de l’agglomérat formé. Dans un mode de réalisation particulier, on rajoute un polyacrylamide hydrophobe pour diminuer la sensibilité à l’humidité. L’invention concerne également les briquettes obtenues par le procédé précédemment décrit, les briquettes ayant un recyclage presse inférieur à 20%, un test d’éclatement de briquettes vertes supérieures à 80%, une tenue à l’éclatement de briquettes sèches supérieure à 99% et un DCS supérieur à 200 kg. Selon une autre caractéristique, les briquettes obtenues sont de très haute pureté contrairement à la bentonite comme liant ou la chaux en tant qu’activateur du silicate de sodium. Enfin, les briquettes selon l’invention sont séchées et cuites sans vieillissement contrairement aux autres activateurs. Exemples Le but de ces exemples est d’illustrer la haute qualité et les bonnes propriétés des produits agglomérés obtenus. Les minerais de fer concentrés utilisés dans les exemples sont le concentré de magnétite et les minerais d’hématite (concentrés et broyés). La magnétite #1 est un concentré flotté, avec une teneur en Fe de 68% environ, une taille de particule inférieure à 100 µm, avec un D80 = 74 µm, un indice de Blaine entre 2300 et 2500. Le concentré de magnétite provient de gisements ukrainiens. L’indice de Blaine est une unité, exprimée en cm 2 /g, mesurant la surface spécifique dans le domaine des particules et des poudres. L’hématite #2 est une hématite broyée, avec une teneur en Fe de 66% environ, une taille de particule inférieure à 300 µm avec un D80 = 100 µm, un indice de Blaine entre 1950 et 2100. L’hématite provient de gisements canadiens en particulier. L’hématite #3 est une hématite flottée, avec une teneur en Fe de 69% environ, une taille de particule inférieure à 100 µm avec un D80 = 74 µm, un indice de Blaine entre 2100 et 2300. L’hématite provient de gisements canadiens en particulier. Les essais ont été réalisés en variant le dosage et la nature des liants organiques et des minerais de fer, comme illustré dans les exemples ci-dessous. Pour préparer ces agglomérés, dans une première étape, le polymère est mélangé à du silicate de sodium sous forme solide ou liquide et homogénéisé avec la quantité d’eau nécessaire (teneur en humidité comprise entre 2 et 5 % en poids) pour obtenir un mélange agglomérant. Le concentré de minerai est mélangé au mélange agglomérat à l’aide d’un mélangeur de type KitchenAid® (jusqu’à 3 kg de concentré) et Eirich, Lödige ou Hobart (plus de 3 kg de concentré et jusqu’à 40 kg). Après un temps de mélange de 4 à 8 minutes, le concentré de minerai est introduit dans la trémie d’entrée d’un compacteur à roue tangentielle (presse à rouleaux) ou d’un extrudeur sous vide. Les agglomérés produits avec les compacteurs sont appelés briquettes et ont une taille comprise entre 30 et 50 mm pour des volumes compris entre 5 et 10 cm 3 . Les compacteurs peuvent être de marque Köppern et affiliés (Komarek et Euragglo) ou Sahut-Conreur. Les agglomérés produits avec l’extrudeur sont appelés bouchons et ont une taille comprise entre 30 et 50 mm pour des volumes compris entre 2,5 et 5 cm 3 . Les extrudeurs peuvent être de marque Verdes ou JC STEELE et affiliés (Handle). Ces agglomérés sont placés dans l’étuve à basse température, qui est fixée par exemple à 105°C, pendant un temps compris entre 30 minutes et 2 heures pour les sécher complètement. Plusieurs tests ont été effectués pour confirmer la qualité du produit aggloméré, qui présente une résistance physique élevée aux manipulations et aux vibrations lors du transport. Dans ce contexte, il s’agit d’une série d’essais au cours desquels différents paramètres ont été mesurés : 1. Test d’aspect des briquettes : test visuel, l’aggloméré doit être bien formé, la forme est celle d’un galet rectangulaire ou d’un cylindre. On recherche un extérieur lisse et un enchevêtrement efficace (pas de bâillement, craquelure ou de mille feuilles). 2. Recyclage de la presse : Le principe de ce test est de mesurer le pourcentage d’agglomérat fin de minerai nécessaire pour obtenir un processus de briquetage complet. Un tamisage à 6,3 mm est effectué juste après la sortie de la presse pour vérifier la qualité des galets. À ce stade, les agglomérés verts ont une hauteur de chute de 1,5 m, ce qui est suffisant pour vérifier leur résistance. Le poids de chaque portion (supérieure et inférieure à 6,3 mm) est mesuré. La proportion de chaque portion est exprimée en pourcentage du poids total du mélange. Les résultats sont donnés en % - les bons résultats se situent entre 0 et 20%. 3. Tests d’éclatement : Ce test mesure la résistance des briquettes pendant le transport entre la presse à rouleaux et le four. Le nombre chutes humides est déterminé en laissant tomber à plusieurs reprises 500 g de briquettes d’une hauteur de 2 m sur une plaque d’acier placée horizontalement, à travers un tuyau en plastique ouvert et vertical. Le diamètre du tuyau est de 20 cm. Après la première chute, toutes les parties des briquettes (fines, si, morceaux, si, ou briquettes) sont prélevées et remises en place pour une deuxième chute. Après cette deuxième chute, tout est à nouveau prélevé et pesé. Les résultats sont donnés en % sur 10 mm. La limite est de 80 % de briquettes de bonne qualité. 4. Dureté sèche à basse température : les agglomérés placés dans un four à une température inférieure à 250 °C, de préférence entre 90 °C et 150 °C pendant une durée comprise entre 15 minutes et 2 heures pour les sécher complètement. Après séchage, 20 agglomérés secs sont placés une à une dans un appareil de mesure de la dureté standard tel que ceux vendus sous la marque SCAINE. La force maximale appliquée à laquelle la pastille se fissure ou casse est déterminée. La moyenne de ces 20 mesures est appelée "résistance à la compression sèche" (DCS) - Les résultats sont donnés en kg/aggloméré. Il est à noter que 500 kg est la limite supérieure du test manuel, cette limite étant parfaitement validée pour une excellente qualité. 5. Dureté après 900°C : les agglomérés sont placés dans un four à 900 °C pendant 20 minutes pour les brûler et éliminer les parties organiques. Les boulettes brûlées sont placées une à une dans un appareil de mesure de la dureté standard tel que ceux vendus sous la marque SCAINE. La force maximale appliquée à laquelle le granulé s’est fissuré a été déterminée. La moyenne de ces 20 mesures est appelée "résistance à la compression sèche" (DCS). Les résultats sont donnés en kg/aggloméré. Il est à noter que 500 kg est la limite supérieure du test manuel, cette limite étant parfaitement validée pour une excellente qualité. 6. Tests de Resistance à l’Eau : L’agglomération de certains minerais très fins ou plus hydrophiles peut entrainer une faible résistance à l’eau des agglomérés, et donc une possible désintégration des briquettes lors de leur stockage/transport. Pour pallier cela nous proposons d’ajouter, si nécessaire, un agent hydrofuge afin de rendre les briquettes sèches résistantes à l’eau pendant plusieurs semaines. 20 briquettes sont ensuite immergées totalement dans des bacs remplis d’eau et laissées plusieurs jours à plusieurs semaines. Des contrôles visuels sont effectués à des temps définis. 7. Test de Tambour et d’Abrasion : Méthode permettant de fournir une mesure relative pour l’évaluation de la résistance des minerais de fer à la dégradation granulométrique par impact (culbute dans le tambour) et abrasion (formation de fines). Une portion d’agglomérés (2 kg soit 50 briquettes environ) est déposée dans un tambour circulaire pour un total de 200 tours, à 25 tr/min. Le tambour est ouvert et tout le matériel présent est tamisé entre 6,3 mm et 500 μm. L’indice de Tambour est exprimé comme le pourcentage de masse de matériau supérieur à 6,3 mm et l’indice d’abrasion comme le pourcentage de masse de matériau inférieur à 500 μm. Les valeurs standard suivies ici sont : - Indice de tambour : 80% > 6.3 mm - Indice d’abrasion : 10% Exemple 1 : Les essais de cet exemple sont réalisés sur une presse à roue tangentielle. Nous utilisons un concentré de minerai de fer d’Ukraine, de la magnétite flottée, avec une teneur en Fe de 68,1%, une taille de particule inférieure à 100 µm, avec un D80 = 74 µm, un indice de Blaine entre 2300 et 2500. Nous ajustons la teneur en humidité et ajoutons notre formule de liaison comme indiqué dans le tableau 1. Le PAM utilisé est un copolymère acrylamide/acrylate de sodium (70-30) d’un poids moléculaire de 18 millions et d’une granulométrie de 0 à 800 microns. Le silicate de sodium est utilisé sous forme de poudre, c’est un acide silicique, sel de sodium (MR>3,2). Le silicate de sodium est un liant bien connu pour le briquetage, il est principalement utilisé dans le recyclage des fines d’acier. Il offre de bonnes performances pour les procédés à chaud, permettant aux agglomérés de résister aux températures élevées des fours (hauts fourneaux, convertisseurs, fours électriques à arc). Tableau 1 : Exemple 1 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la presse à une pression de 200 bars, soit 30 KN/m linéaire et effectuons les mesures suivantes (tableau 2) : Tableau 2 : Exemple 1 L’exemple 1 montre que l’utilisation du PAM et du silicate de sodium donne de bons résultats pour les briquettes vertes (recyclage à la presse et tests d’éclatement sur les briquettes vertes), ce qui était connu comme une propriété donnée par le PAM. L’exemple montre que cette formule donne également de très bons résultats sur les briquettes sèches, les tests d’éclatement ne montrent aucune rupture ou génération de particules fines, et la résistance à la compression est très élevée, supérieure aux exigences (200 kg). L’exemple 1 montre que la formule est également bonne pour les tests à chaud, où le PAM a disparu, la résistance à la compression montre que les briquettes conservent leur intégrité et leur résistance à une valeur acceptable pour le process. L’exemple 1 montre que la formule donne de bons résultats pour les Indices de Tambour et d’Abrasion, ceci indique que les briquettes pourront être manipulées et transportées sans dommages pour le process final (passage en four). Exemple 2 : Nous utilisons le même équipement et le même échantillon de concentré de minerai de fer que dans l’exemple 1. Nous ajustons la teneur en humidité et ajoutons une autre formule de liaison comme indiqué dans le tableau 3. L’objectif est de déterminer si le PAM seul peut fonctionner pour les briquettes agglomérées à froid. Tableau 3 : Exemple 2 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un mélangeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la presse à une pression de 200 bars, soit 30 KN/m linéaire et effectuons les mesures suivantes (tableau 4) : Tableau 4 : Exemple 2 L’exemple 2 montre que l’utilisation du PAM seul donne de bons résultats pour les briquettes vertes (recyclage à la presse et tests d’éclatement sur les briquettes vertes), ce qui était connu comme une propriété donnée par le PAM. L’exemple montre que cette formule donne également de très bons résultats sur les briquettes sèches, les tests d’éclatement ne montrent aucune rupture ou génération de fines, mais la résistance à la compression est trop faible pour répondre aux exigences après cuisson à 900°C. L’exemple 2 montre que la formule ne peut pas être validée en raison des mauvais résultats obtenus lors des essais à chaud, au cours desquels le PAM a disparu. L’exemple 2 montre que la formule donne de mauvais résultats pour les Indices de Tambour et d’Abrasion, les liaisons du polymère seul ne sont pas assez solides pour résister à de multiples manipulations et au transport. Exemple 3 : Nous utilisons le même équipement et le même échantillon de concentré de minerai de fer que dans l’exemple 1. Nous ajustons la teneur en humidité et ajoutons une autre formule de liaison comme indiqué dans le tableau 5. L’objectif est de déterminer si le silicate de sodium seul peut fonctionner pour les briquettes liées à froid. Tableau 5 : Exemple 3 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la presse toujours à la même pression et effectuons les mesures suivantes (tableau 6) : Tableau 6 : Exemple 3 L’exemple 3 montre que l’utilisation du silicate de sodium seul ne donne pas de bons résultats, les briquettes vertes sont trop fragiles et trop faibles pour résister aux chutes et au transport de la presse au four. L’exemple 3 montre que la formule ne peut pas être validée en raison des mauvais résultats des tests de recyclage, d’éclatement (vert et sec). Les tests de séchage, de cuisson et d’indices (tambour et abrasion) n’ont donc pas été réalisés. Exemple 4 : Nous utilisons le même échantillon de concentré de minerai de fer que dans l’exemple 1. Nous ajustons la teneur en humidité et ajoutons une autre formule de liaison comme indiqué dans le tableau 7. L’objectif est de déterminer si le CMC peut être utilisé pour les briquettes liées à froid. La CMC, la carboxyméthycellulose, est un liant utilisé pour la granulation du minerai de fer comme les polymères PAM. Il s’agit d’un produit cellulosique dérivé avec de longues chaînes de carbone. Il est connu pour avoir des propriétés de liaison comparables à celles des polymères PAM avec de bonnes propriétés de plasticité pour les boulettes et une bonne résistance (à la fois à l’état vert, sec et cuit). Nous avons testé le CMC au même dosage que le PAM. Tableau 7 : Exemple 4 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la presse à rouleaux et effectuons les mesures suivantes (tableau 8) : Tableau 8 : Exemple 4 L’exemple 4 montre que l’utilisation de la CMC donne de bons résultats pour le recyclage des briquettes vertes et que les tests d’éclatement ne révèlent aucune cassure ou génération de particules fines, ce qui était connu comme une propriété donnée de la CMC. L’exemple 4 révèle que cette formule donne de mauvais résultats sur les briquettes sèches, la résistance à la compression étant trop faible pour répondre aux exigences (200 kg). Cette formule liante n’est pas validée donc les tests à chaud (900°C) n’ont pas été réalisés. L’exemple 4 montre que la formule donne de mauvais résultats pour les Indices de Tambour et d’Abrasion, les liaisons avec la CMC ne sont pas assez solides pour résister à de multiples manipulations et au transport. Exemple 5 : Nous utilisons le même équipement et le même échantillon de concentré de minerai de fer que dans l’exemple 1. Nous ajustons la teneur en humidité et ajoutons une autre formule de liant comme indiqué dans le tableau 9. L’objectif est de déterminer si d’autres liants bien connus peuvent produire des briquettes liées à froid qui répondent aux exigences techniques, ici nous testons la bentonite. La bentonite est un liant bien connu pour la granulation du minerai de fer, utilisé depuis des décennies. La bentonite est de type argile, montmorillonite, avec un niveau élevé de silicate, ce qui donne de bonnes propriétés de plasticité aux boulettes et une bonne résistance (à la fois à l’état vert, sec et cuit). Tableau 9 : Exemple 5 Nous mélangeons pendant 5 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la presse toujours à la même pression et effectuons les mesures suivantes (tableau 10) : Tableau 10 : Exemple 5 L’exemple 5 montre que l’utilisation de la bentonite donne de bons résultats pour le recyclage des briquettes vertes et que les tests d’éclatement ne révèlent aucune cassure ou génération de fines, ce qui était connu comme une propriété donnée par la bentonite et parce que nous avons fixé le niveau d’humidité à un niveau plus élevé pour maintenir un bon phénomène de liaison. L’exemple 5 révèle que cette formule donne de mauvais résultats sur des briquettes sèches, la résistance à la compression étant trop faible pour répondre aux exigences (200 kg). Cette formule liante n’est pas validée donc les tests à chaud (900°C) n’ont pas été réalisés. L’exemple 5 révèle que la formule donne de mauvais résultats pour les Indices de Tambour et d’Abrasion, les liaisons avec la bentonite ne sont pas assez solides pour résister à de multiples manipulations et au transport. Exemple 6 : Nous utilisons le même équipement et le même échantillon de concentré de minerai de fer que dans l’exemple 1. Nous ajustons la teneur en humidité et ajoutons une autre formule de liaison comme indiqué dans le tableau 11. L’objectif est de déterminer si la bentonite à un dosage plus élevé peut être utilisée pour les briquettes liées à froid. Tableau 11 : Exemple 6 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la presse toujours à la même pression et effectuons les mesures suivantes (tableau 12) : Tableau 12 : Exemple 6 L’exemple 6 révèle que cette formule à un dosage plus élevé en bentonite donne de mauvais résultats sur les briquettes sèches, la résistance à la compression est trop faible pour répondre aux exigences (200 kg). Le test à chaud n’a donc pas été réalisé car la formule a été disqualifiée. L’exemple 6 montre que la formule donne de mauvais résultats pour les Indices de Tambour et d’Abrasion, les liaisons avec la bentonite ne sont pas assez solides, même à plus fort dosage, pour résister à de multiples manipulations et au transport. Exemple 7 : Les essais de cet exemple sont réalisés sur une presse à roue tangentielle Nous utilisons un concentré de minerai de fer provenant du Canada. Il s’agit d’une hématite broyée, avec une teneur en Fe de 66,8 %, une taille de particule inférieure à 300 µm avec un D80 = 100 µm, un indice de Blaine compris entre 1950 et 2100. Nous utilisons la même formule de liaison que dans l’exemple 1. L’objectif est de vérifier l’efficacité des formules sur d’autres types de concentrés de minerai de fer. Nous ajustons le taux d’humidité et ajoutons notre formule de liaison comme indiqué dans le tableau 13. Tableau 13 : Exemple 7 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la presse à une pression de 200 bars, soit 30 KN/m linéaire et effectuons les mesures suivantes (tableau 14) : Tableau 14 : Exemple 7 L’exemple 7 montre que l’utilisation du PAM et du silicate de sodium donne de bons résultats pour les briquettes vertes (recyclage à la presse et tests d’éclatement sur les briquettes vertes), ce qui était connu comme une propriété donnée par le PAM. L’exemple montre que cette formule donne également de très bons résultats sur les briquettes sèches, les tests d’éclatement ne montrent aucune rupture ou génération de particules fines, et la résistance à la compression est très élevée, supérieure à la fourchette des exigences (200 kg). Enfin, l’exemple 7 montre que la formule est également bonne pour les essais à chaud, où le PAM a disparu. La résistance à la compression montre que les briquettes conservent leur intégrité et leur résistance, dans la fourchette des exigences. L’exemple 7 montre que la formule donne de bons résultats pour les Indices de Tambour et d’Abrasion, ceci indique que les briquettes pourront être manipulées et transportées sans dommage pour le process final (passage en four). Exemple 8 : Nous utilisons le même équipement et le même échantillon de concentré de minerai de fer que dans l’exemple 6. Nous ajustons la teneur en humidité et ajoutons une autre formule de liaison comme indiqué dans le tableau 15. L’objectif est de déterminer si le PAM seul peut fonctionner pour les briquettes liées à froid. Nous utilisons la même formule de liaison que dans l’exemple 2. L’objectif est de vérifier l’efficacité des formules sur d’autres types de concentrés de minerai de fer. Tableau 15 : Exemple 8 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la presse toujours à la même pression et effectuons les mesures suivantes (tableau 16) : Tableau 16 : Exemple 8 L’exemple 8 montre que l’utilisation du PAM seul donne de bons résultats pour les briquettes vertes (recyclage à la presse et tests d’éclatement sur les briquettes vertes), ce qui était connu comme une propriété donnée par le PAM. L’exemple montre que cette formule donne également de très bons résultats pour les briquettes sèches, les tests d’éclatement ne montrent aucune rupture ou génération de fines, mais la résistance à la compression après cuisson à 900°C est trop faible pour répondre aux exigences (200 kg). L’exemple 8 montre que la formule ne peut pas être validée en raison des mauvais résultats obtenus lors des essais à chaud, où le PAM a disparu. L’exemple 8 montre que la formule donne de mauvais résultats pour les Indices de Tambour et d’Abrasion, les liaisons du polymère seul ne sont pas assez solides pour résister à de multiples manipulations et au transport. Exemple 9 : Nous utilisons le même équipement et le même échantillon de concentré de minerai de fer que dans l’exemple 6. Nous ajustons la teneur en humidité et ajoutons une autre formule de liaison comme indiqué dans le tableau 17. L’objectif est de déterminer si le silicate de sodium seul peut fonctionner pour les briquettes liées à froid. Nous utilisons la même formule de liaison que dans l’exemple 3. L’objectif est de vérifier l’efficacité des formules sur d’autres types de concentrés de minerai de fer. Tableau 17 : Exemple 9 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la presse toujours à la même pression et effectuons les mesures suivantes (tableau 18) : Tableau 18 : Exemple 9 L’exemple 9 montre que l’utilisation du silicate de sodium seul ne donne pas de bons résultats, les briquettes vertes sont trop fragiles et trop faibles pour résister aux chutes et au transport de la presse au four. L’exemple 9 montre que la formule ne peut pas être validée en raison des mauvais résultats des tests de recyclage, d’éclatement (vert et sec). Les tests de séchage, de cuisson et d’indices (tambour et abrasion) n’ont donc pas été réalisés. Exemple 10 : Nous utilisons le même échantillon de concentré de minerai de fer que dans l’exemple 9. Nous ajustons la teneur en humidité et ajoutons une autre formule de liaison comme indiqué dans le tableau 19. L’objectif est de déterminer si la CMC peut être utilisée pour les briquettes liées à froid avec le type de concentré de minerai de fer. Nous testons la CMC au même dosage que le PAM. Nous utilisons la même formule de liaison que dans l’exemple 6. L’objectif est de vérifier l’efficacité des formules sur d’autres types de concentrés de minerai de fer. Tableau 19 : Exemple 10 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la presse à rouleaux et effectuons les mesures suivantes (tableau 20) : Tableau 20 : Exemple 10 L’exemple 10 montre que l’utilisation du CMC donne de bons résultats pour le recyclage des briquettes vertes et que les tests d’éclatement ne révèlent aucune rupture ou génération de particules fines, ce qui était considéré comme une propriété donnée par le CMC. L’exemple 10 montre que cette formule donne de mauvais résultats pour les briquettes sèches, la résistance à la compression étant trop faible pour répondre aux exigences (200 kg). L’exemple 10 montre que la formule ne peut pas être validée en raison des mauvais résultats du DCS à 105°C et des tests à chaud. On n’observe pas le même phénomène de liaison que celui observé avec le PAM (DCS élevé). La résistance à la compression est très faible, ce qui ne permet pas d’accepter cette formule. L’exemple 10 montre que la formule donne de mauvais résultats pour les Indices de Tambour et d’Abrasion, les liaisons avec la CMC ne sont pas assez solides pour résister à de multiples manipulations et au transport. Exemple 11 : Nous utilisons le même équipement et le même équipement et le même échantillon de concentré de minerai de fer que dans l’exemple 6. Nous ajustons la teneur en humidité et ajoutons une autre formule de liant comme indiqué dans le tableau 21. L’objectif est de déterminer si d’autres liants bien connus peuvent produire des briquettes liées à froid qui répondent aux exigences techniques, ici nous testons la bentonite. Nous utilisons la même formule de liaison que dans l’exemple 4. L’objectif est de vérifier l’efficacité des formules sur d’autres types de concentrés de minerai de fer. Tableau 21 : Exemple 11 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la presse toujours à la même pression et effectuons les mesures suivantes (tableau 22) : Tableau 22 : Exemple 11 L’exemple 11 montre que l’utilisation de la bentonite donne de bons résultats pour le recyclage des briquettes vertes et que les tests d’éclatement ne révèlent aucune cassure ou génération de fines, ce qui était connu comme une propriété donnée par la bentonite et parce que nous avons fixé le niveau d’humidité à un niveau plus élevé pour conserver un bon phénomène de liaison. L’exemple 11 révèle que cette formule donne de mauvais résultats sur des briquettes sèches, la résistance à la compression étant trop faible pour répondre aux exigences (200 kg). Cette formule liante n’est pas validée donc les tests à chaud (900°C) n’ont pas été réalisés. L’exemple 11 révèle que la formule donne de mauvais résultats pour les Indices de Tambour et d’Abrasion, les liaisons avec la bentonite ne sont pas assez solides pour résister à de multiples manipulations et au transport. Exemple 12 : Nous utilisons le même équipement le même échantillon de concentré de minerai de fer que dans l’exemple 6. Nous ajustons la teneur en humidité et ajoutons une autre formule de liaison comme indiqué dans le tableau 23. L’objectif est de déterminer si la bentonite à un dosage plus élevé peut être utilisée pour les briquettes liées à froid. Nous utilisons la même formule de liaison que dans l’exemple 5. L’objectif est de vérifier l’efficacité des formules sur d’autres types de concentrés de minerai de fer. Tableau 23 : Exemple 12 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la presse toujours à la même pression et effectuons les mesures suivantes (tableau 24) : Tableau 24 : Exemple 12 L’exemple 12 montre que l’utilisation de la bentonite donne de bons résultats pour le recyclage des briquettes vertes et que les tests d’éclatement ne révèlent aucune cassure ou génération de fines, ce qui était connu comme une propriété donnée par la bentonite et parce que nous avons fixé l’humidité à un niveau plus élevé pour maintenir un bon phénomène de liaison. Le dosage plus élevé permet aux briquettes d’être plus plastiques. L’exemple 12 révèle que cette formule à un dosage plus élevé en bentonite donne de mauvais résultats sur les briquettes sèches, la résistance à la compression est trop faible pour répondre aux exigences (200 kg). Le test à chaud n’a donc pas été réalisé car la formule a été disqualifiée. L’exemple 12 révèle que la formule donne de mauvais résultats pour les Indices de Tambour et d’Abrasion, les liaisons avec la bentonite ne sont pas assez solides, même à plus fort dosage, pour résister à de multiples manipulations et au transport. Exemple 13 : Les essais de cet exemple sont réalisés sur un extrudeur. Nous utilisons le même échantillon de concentré de minerai de fer que dans l’exemple 1. Nous ajustons la teneur en humidité et ajoutons notre formule de liaison comme indiqué dans le tableau 25. L’objectif est de déterminer si la bentonite à un dosage plus élevé peut être utilisée pour les briquettes liées à froid. Nous utilisons la même formule de liaison que dans l’exemple 5. L’objectif est de vérifier l’efficacité des formules sur d’autres types de concentrés de minerai de fer. Tableau 25 : Exemple 13 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la machine et effectuons les mesures suivantes (tableau 26) : Tableau 26 : Exemple 13 L’utilisation d’un extrudeur nécessite d’augmenter fortement l’humidité du mélange par rapport à une presse à roue tangentielle. Les agglomérés sont plus humides, donc les propriétés des agglomérés verts sont améliorées. L’exemple 13 montre que l’utilisation du PAM et du silicate de sodium marche bien pour cet équipement du fait de la plasticité donnée par le PAM. Cette formule liantes donne de bons résultats pour les agglomérés verts (recyclage à la presse et tests d’éclatement sur les agglomérés vertes), ce qui était connu comme une propriété donnée par le PAM. L’exemple montre que cette formule donne également de très bons résultats sur les agglomérés secs, les tests d’éclatement ne montrent aucune rupture ou génération de particules fines, et la résistance à la compression est très élevée, supérieure aux exigences (200 kg). L’exemple 13 montre que la formule est également bonne pour les tests à chaud, où le PAM a disparu, la résistance à la compression montre que les briquettes conservent leur intégrité et leur résistance à une valeur acceptable pour le process. L’exemple 13 montre que la formule donne de bons résultats pour les Indices de Tambour et d’Abrasion dû à la petite taille des agglomérés (2.5 à 5 cm3) Les agglomérés pourront être manipulés et transportés sans dommages pour le process final (passage en four). Exemple 14 : Nous utilisons le même équipement le même échantillon de concentré de minerai de fer que dans l’exemple 13. Nous ajustons la teneur en humidité et ajoutons notre formule de liaison comme indiqué dans le tableau 27. L’objectif est de déterminer si la bentonite peut être utilisée l’agglomération à froid. Tableau 27 : Exemple 14 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange la machine et effectuons les mesures suivantes (tableau 28) : Tableau 28 : Exemple 14 L’exemple 14 montre que l’utilisation de la bentonite donne des résultats en ligne avec les exigences pour les tests d’éclatement, qui ne révèlent aucune cassure ou génération de fines, ce qui était connu comme une propriété donnée par la bentonite et parce que nous avons fixé le niveau d’humidité à un niveau plus élevé pour conserver un bon phénomène de liaison. L’exemple 14 révèle que le passage dans l’extrudeur n’est pas optimal, difficulté à former des agglomérés structurés, d’où la création d’une proportion non négligeable de petits morceaux. En outre, l’exemple 14 indique que cette formule donne de mauvais résultats sur des briquettes sèches, la résistance à la compression étant trop faible pour répondre aux exigences (200 kg). Cette formule liante n’est pas validée donc les tests à chaud (900°C) n’ont pas été réalisés. L’exemple 14 révèle que la formule donne de mauvais résultats pour les Indices de Tambour et d’Abrasion, les liaisons avec la bentonite ne sont pas assez solides, malgré la taille plus petite des agglomérés, pour résister à de multiples manipulations et au transport. Exemple 15 : Les essais de cet exemple sont réalisés sur un extrudeur. Nous utilisons un concentré de minerai de fer provenant du Canada. Il s’agit d’une hématite broyée, avec une teneur en Fe de 66,8 %, une taille de particule inférieure à 300 µm avec un D80 = 100 µm, un indice de Blaine compris entre 1950 et 2100. Nous utilisons la même formule de liaison que dans l’exemple 1. L’objectif est de vérifier l’efficacité des formules sur d’autres types de concentrés de minerai de fer. Nous ajustons le taux d’humidité et ajoutons notre formule de liaison comme indiqué dans le tableau 29. Tableau 29 : Exemple 15 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la machine effectuons les mesures suivantes (tableau 30) : Tableau 30 : Exemple 15 L’utilisation d’un extrudeur nécessite d’augmenter fortement l’humidité du mélange par rapport à une presse à roue tangentielle. Les agglomérés sont plus humides, donc les propriétés des agglomérés verts sont améliorées. L’exemple 15 montre que l’utilisation du PAM et du silicate de sodium marche bien pour cet équipement du fait de la plasticité donnée par le PAM. Cette formule liantes donne de bons résultats pour les agglomérés verts (recyclage à la presse et tests d’éclatement sur les agglomérés vertes), ce qui était connu comme une propriété donnée par le PAM. L’exemple montre que cette formule donne également de très bons résultats sur les agglomérés secs, les tests d’éclatement ne montrent aucune rupture ou génération de particules fines, et la résistance à la compression est très élevée, supérieure aux exigences (200 kg). L’exemple 15 montre que la formule est également bonne pour les tests à chaud, où le PAM a disparu, la résistance à la compression montre que les briquettes conservent leur intégrité et leur résistance à une valeur acceptable pour le process. L’exemple 15 montre que la formule donne de bons résultats pour les Indices de Tambour et d’Abrasion dû à la petite taille des agglomérés (2.5 à 5 cm3) Les agglomérés pourront être manipulés et transportés sans dommages pour le process final (passage en four). Exemple 16 : Nous utilisons le même équipement le même échantillon de concentré de minerai de fer que dans l’exemple 13. Nous ajustons la teneur en humidité et ajoutons notre formule de liaison comme indiqué dans le tableau 31. L’objectif est de déterminer si la bentonite peut être utilisée l’agglomération à froid. Tableau 31 : Exemple 16 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la machine et effectuons les mesures suivantes (tableau 32) : Tableau 32 : Exemple 16 L’exemple 16 montre que l’utilisation de la bentonite donne des résultats en ligne avec les exigences pour les tests d’éclatement, qui ne révèlent aucune cassure ou génération de fines, ce qui était connu comme une propriété donnée par la bentonite et parce que nous avons fixé le niveau d’humidité à un niveau plus élevé pour conserver un bon phénomène de liaison. L’exemple 16 révèle que le passage dans l’extrudeur n’est pas optimal, difficulté à former des agglomérés structurés, d’où la création d’une proportion non négligeable de petits morceaux. En outre, L’exemple 16 indique que cette formule donne de mauvais résultats sur des agglomérés secs, la résistance à la compression étant trop faible pour répondre aux exigences (200 kg). Cette formule liante n’est pas validée donc les tests à chaud (900°C) n’ont pas été réalisés. L’exemple 16 révèle que la formule donne de mauvais résultats pour les Indices de Tambour et d’Abrasion, les liaisons avec la bentonite ne sont pas assez solides, malgré la taille plus petite des agglomérés, pour résister à de multiples manipulations et au transport. Exemple 17 : L’agglomération de certains minerais très fins ou plus hydrophiles peut entrainer une faible résistance à l’eau des agglomérés, et donc une possible désintégration des briquettes lors de leur stockage/transport. Pour pallier cela, nous proposons d’ajouter un agent hydrofuge afin de rendre les briquettes sèches résistantes à l’eau pendant plusieurs semaines. Cet agent hydrofuge est un PAM modifié, copolymère acrylamide/2 Ethylhexylacrylate (40/60 en poids) de poids moléculaire de 2 à 4 millions de daltons. Nous utilisons un concentré de minerai de fer provenant du Canada. Il s’agit d’une hématite flottée, avec une teneur en Fe de 69%, une taille de particule inférieure à 100 µm avec un D80 = 74 µm, un indice de Blaine entre 2100 et 2300. Nous avons choisi ce minerai car il a démontré une tendance hydrophile conséquente. Nous utilisons la même formule de liaison que dans les exemples 1, l’objectif étant de vérifier l’efficacité de l’agent hydrofuge (tableau 33). Tableau 33 : Exemple 17 Nous mélangeons pendant 4 minutes dans un malaxeur intensif et laissons reposer pendant 10 à 15 minutes dans un seau couvert. Nous plaçons ensuite le mélange dans la presse toujours à la même pression et effectuons les mesures suivantes (tableau 34) : Tableau 34 : Exemple 17 Les résultats sont conformes à ceux des exemples 1 et 6, l’agent hydrofuge n’a pas montré de propriétés néfastes à la compaction et aux propriétés physiques des briquettes.20 briquettes sont ensuite immergées totalement dans des bacs remplis d’eau et laisser plusieurs jours à plusieurs semaines. Les résultats sont indiqués dans le tableau 35 suivant : Tableau 35 : Exemple 17 Ces résultats montrent que notre agent hydrofuge permet de rendre les biquettes résistantes à l’eau pour des durée très longues, donc permettre le transport des briquettes sur de longues distances. Les avantages évidents de ce procédé sont les suivants : - Permet d’obtenir directement les résistances nécessaires au niveau de l’agglomération, du séchage et de la cuisson. - Eviter la manipulation difficile de la chaux. - N’augmenter que marginalement les impuretés du minerai de fer. Seule la silice provenant du silicate est incluse. - Un volume de traitement très inférieur à la bentonite. - Le traitement par séchage et cuisson pratiquement immédiat évitant les 3 à 20 jours de stockage. - Permettant financièrement de faire l’agglomération au niveau des usines métallurgiques au lieu d’acheter des produits agglomérés plus onéreux. - D’imperméabiliser si nécessaire les produits agglomérés. Pour le transport ou pour le stockage. Ceci correspond à une simplification importante du procédé d’agglomération du minerai de fer, des déchets métallurgiques et d’autres minerais. Utilisation uniquement de polyacrylamide et de silicate de sodium pour l’agglomération à froid du minerai de fer, caractérisée en ce que le polymère joue à la fois le rôle de liant et d’activateur du silicate de sodium. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le polyacrylamide est sous forme d’homopolymère ou de copolymère. Utilisation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le polyacrylamide est choisi parmi les copolymères d’acrylamide anioniques, cationiques, amphotères ou non ioniques en fonction de la variabilité du minerai pour obtenir des compositions adaptées et des granulométries déterminées par test. Procédé d’obtention d’agglomérats de fines de minerai de fer comprenant les étapes suivantes : a) Mélanger le polyacrylamide, le silicate de soude et le minerai dans un mélangeur dans des conditions définies ; b) Ajuster l’humidité pour la compaction dans une fourchette de 2 à 10% préférentiellement 3 à 8% du mélange dans le cas d’une compaction ; Réaliser l’agglomération à l’aide d’un dispositif type presse à briquettes (à roues tangentes). Sécher les agglomérats obtenus à une température de 100 à 250 °C pendant 30 minutes à 2 heures. c) Ajuster l’humidité pour l’extrusion de 5 à 20%, préférentiellement 9 à 18%. Réaliser l’extrusion à l’aide d’une extrudeuse sous vide. Sécher les extrudats à une température de 100 à 250°C pendant 30 minutes à 2 heures. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’aucun activateur n’est ajouté pour traiter le silicate de sodium. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le silicate se présente sous forme solide sous forme de poudres, billes ou microbilles ou sous forme liquide en ajustant la quantité d’eau nécessaire au mélange. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les dosages suivants sont utilisés : 0,01% à 2% en poids de polymère de polyacrylamide par rapport au poids total de l’agglomérat formé et 0,1 à 5% en poids de silicate de sodium actif par rapport au poids total de l’agglomérat formé. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’on rajoute un polyacrylamide hydrophobe pour diminuer la sensibilité à l’humidité. Briquettes obtenues par le procédé selon la revendication 4, caractérisées en ce qu’elles ont un recyclage presse inférieur à 20%, un test d’éclatement de briquettes vertes supérieures à 80%, une tenue à l’éclatement de briquettes sèches supérieure à 99% et un DCS supérieur à 200 kg. Briquettes obtenues par le procédé selon la revendication 4, caractérisées en ce qu’elles sont de très haute pureté contrairement à la bentonite comme liant ou la chaux en tant qu’activateur du silicate de sodium. Briquettes obtenues par le procédé selon la revendication 4, caractérisées en ce qu’elles sont séchées et cuites sans vieillissement contrairement aux autres activateurs.