<Desc/Clms Page number 1>
Procédé et dispositif pour le traitement pyrométallurgique d'une matière pulvérulente contenant un composé d'un ou de plusieurs métaux.
La présente invention concerne un procédé pour le traitement pyrométallurgique d'une matière pulvérulente, contenant un composé d'un ou de plusieurs métaux, tel qu'un oxyde ou un sulfure. En particulier, cette matière pulvérulente est constituée, en totalité ou en partie, par des poussières provenant de l'industrie métallurgique, telles que des poussières de haut fourneau ou des poussières d'aciérie. Elle porte également sur un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Le procédé de la présente invention appartient à la technique dite "du four flash", dans laquelle on cherche à effectuer, à grande vitesse, la récupération partielle ou totale des métaux contenus dans différentes matières pulvérulentes. On réalise ainsi le traitement de minerais pyritiques, ou la réduction complète ou partielle de fines d'oxydes métalliques tels que des concentrés de minerais de fer, ou encore l'extraction par vaporisation de métaux tels que le zinc, le plomb ou le cadmium.
De manière classique, cette technique consiste à produire dans une enceinte des températures élevées, de l'ordre de 15000C à 2000. C, par combustion d'un combustible carboné avec de l'oxygène. L'enceinte est en général constituée par un tube cylindrique vertical, équipé d'un brûleur de tête produisant des flammes plus ou moins chaudes et plus ou moins réductrices suivant les applications. Le combustible carboné est soit le charbon pulvérisé, soit un hydrocarbure liquide ou gazeux ; il joue également le rôle d'agent réducteur pour les matières à traiter. Enfin, le comburant est habituellement de l'air enrichi en oxygène, et souvent de l'oxygène industriel.
<Desc/Clms Page number 2>
Cette technique n'a cependant guère connu d'application industrielle, car elle présente des inconvénients sérieux. On opère généralement avec un seul niveau de brûleurs et l'addition des matières à traiter est, la plupart du temps, effectuée en un endroit différent. On peut éventuellement atteindre ainsi une température et un potentiel d'oxygène suffisants pour assurer la réduction des matières ; ces conditions ne s'établissent cependant que dans une région limitée du four, et non sur toute sa longueur.
De plus, si l'on utilise du charbon pulvérisé comme combustible, le temps de séjour de celui-ci dans la région très chaude n'est pas toujours suffisant pour permettre une combustion complète du carbone avant que les particules de charbon n'arrivent dans le creuset récepteur où sont collectées les matières traitées ; celles-ci sont pratiquement toujours à l'état liquide.
Le déroulement de l'opération s'accompagne de certaines réactions indésirables, et son rendement est insuffisant.
On a certes essayé de remédier à ces inconvénients, en particulier pour augmenter le rendement du processus de réduction des matières.
On a proposé, d'une part, d'équiper le four d'un dispositif destiné à imprimer un mouvement hélicoïdal aux gaz et aux matières injectées, afin d'allonger leur trajet dans le four. Dans d'autres cas, le creuset récepteur a été agrandi et transformé en véritable four à sole, où les matières en fusion subissent divers traitements en vue de parachever les réactions de réduction. Ces modifications augmentent fortement le coût des installations et donnent lieu à un certain nombre de difficultés supplémentaires, notamment des problèmes de réfractaires et de transfert de chaleur, dans les fours à sole précités, sans pour autant remédier de façon satisfaisante aux inconvénients initiaux.
L'objet de la présente invention est de proposer un procédé qui non seulement ne présente pas les inconvénients cités plus haut, mais qui en plus ne nécessite pas de transformation importante par rapport à un four conventionnel.
<Desc/Clms Page number 3>
Conformément à la présente invention, un procédé pour le traitement pyrométallurgique d'une matière pulvérulente contenant des composés d'un ou de plusieurs métaux dans une enceinte, dans lequel on forme une flamme à une température d'environ 2000.
C dans ladite enceinte par combustion d'un combustible gazeux avec un comburant riche en oxygène, est caractérisé en ce que l'on injecte dans ladite flamme du charbon pulvérisé et de l'oxygène additionnel, en ce que l'on provoque le dégazage très rapide dudit charbon pulvérisé dans ladite flamme et la combustion du charbon dégazé avec ledit oxygène additionnel, en ce que l'on règle la température et le potentiel réducteur de l'atmosphère intérieure de l'enceinte en faisant varier les proportions de charbon pulvérisé et d'oxygène additionnel injectés dans ladite flamme et en ce que l'on injecte dans ladite atmosphère la matière pulvérulente à traiter dans l'enceinte.
Selon une mise en oeuvre particulière du procédé de l'invention, on injecte également de la vapeur d'eau et/ou de l'eau finement pulvérisée dans l'enceinte, de préférence en mélange avec le combustible gazeux.
On peut également injecter des quantités additionnelles de combustible solide, liquide ou gazeux et de comburant riche en oxygène en au moins un autre endroit de l'enceinte ; lorsque l'on injecte ces quantités additionnelles en plusieurs endroits, ceux-ci sont de préférence répartis régulièrement sur la longueur et/ou sur la périphérie de ladite enceinte.
Le procédé ainsi que le dispositif de l'invention seront maintenant décrits de manière plus détaillée, à l'aide d'une variante de mise en oeuvre illustrée dans la figure unique annexée.
Cette figure est une représentation schématique, en coupe verticale d'un four de type"flash"pour la réduction directe très rapide d'une matière pulvérulente, telle que des fines d'oxydes de fer.
<Desc/Clms Page number 4>
Le four représenté dans la figure, sans échelle particulière, se compose essentiellement d'un tube cylindrique vertical ; le sommet du four est équipé de moyens d'introduction des diverses matières, tandis que sa base est raccordée à un creuset recueillant les matières en fusion.
Plus précisément, le four est équipé d'un brûleur de tête 1, qui est un brûleur oxy-gaz raccordé à une source de combustible gazeux 2 et à une source de gaz comburant 3. Le brûleur 1 est disposé dans une chambre communiquant avec le tube du four, dans laquelle débouchent également des cannes 4 destinées à l'injection de charbon pulvérisé. Des dispositifs d'introduction de la matière pulvérulente à traiter, symbolisés par des passages 5, débouchent directement à l'intérieur du four à proximité de la sortie de la chambre précitée.
A sa partie inférieure, le four communique avec un creuset 9 destiné à recueillir le métal et la scorie en fusion ; un conduit d'évacuation des fumées 8 prend naissance dans la paroi du four, un peu plus haut que le creuset 9.
Enfin, la paroi latérale du four est équipée d'injecteurs supplémentaires 6,7, fournissant respectivement des débits additionnels d'oxygène et d'un combustible solide, liquide ou gazeux.
Le dispositif précité fonctionne de la façon suivante.
On alimente le brûleur en combustible gazeux et en gaz comburant.
Le gaz comburant 3 est de préférence de l'oxygène industriellement pur ; le combustible gazeux 2 est avantageusement soit un gaz provenant de l'industrie sidérurgique, éventuellement enrichi, tel que le gaz de haut fourneau ou le gaz de four à coke, soit le gaz naturel, éventuellement additionné de vapeur d'eau ou d'eau finement pulvérisée en vue de contrôler la température de la flamme. On forme ainsi dans la chambre une flamme à très haute température, de l'ordre de 2000. C, et on injecte dans cette flamme le charbon pulvérisé et une quantité supplémentaire d'oxygène par les cannes 4.
<Desc/Clms Page number 5>
L'injection de charbon pulvérisé dans cette flamme très chaude entraîne un dégazage ultra rapide du charbon et la formation d'un résidu carboné dont la réactivité est beaucoup plus élevée que celle du charbon. La très haute réactivité du résidu carboné ainsi fabriqué permet également sa combustion complète, même si cette réaction de combustion s'effectue, en partie ou en totalité, avec le C02 et le H2 produit par la flamme du brûleur et pas avec de l'oxygène libre. En fait, la flamme oxy-gaz produite par le brûleur agit à la fois comme stabilisateur de flamme et comme catalyseur de la combustion du charbon pulvérisé.
Par ce procédé, il est donc possible de créer dans la partie supérieure du four une atmosphère gazeuse dont on peut contrôler à la fois la température et le pouvoir réducteur suivant les besoins des matières à traiter. C'est dans cette atmosphère gazeuse que ces matières pulvérulentes à traiter sont introduites par les passages 5.
Les injecteurs supplémentaires 6,7 permettent de maintenir sur toute la hauteur du four les conditions optimales requises par le procédé de l'invention, à savoir la température et la composition de l'atmosphère gazeuse.
Le procédé de l'invention permet d'achever les réactions souhaitées dans le four proprement dit, avant que les matières traitées
EMI5.1
n'arrivent dans le creuset 9. L'invention révèle ainsi un véritable"four flash", c'est-à-dire instantané, qui ne nécessite pas l'agrandissement du creuset et sa transformation en four à sole.
<Desc / Clms Page number 1>
Method and device for the pyrometallurgical treatment of a pulverulent material containing a compound of one or more metals.
The present invention relates to a process for the pyrometallurgical treatment of a pulverulent material, containing a compound of one or more metals, such as an oxide or a sulphide. In particular, this pulverulent material is constituted, in whole or in part, by dusts originating from the metallurgical industry, such as dusts from blast furnaces or dusts from steelworks. It also relates to a device for implementing this method.
The process of the present invention belongs to the so-called "flash oven" technique, in which it is sought to effect, at high speed, the partial or total recovery of the metals contained in different pulverulent materials. This performs the treatment of pyritic ores, or the complete or partial reduction of fines of metal oxides such as iron ore concentrates, or the extraction by vaporization of metals such as zinc, lead or cadmium.
Conventionally, this technique consists in producing in an enclosure high temperatures, of the order of 15000 ° C. to 2000 ° C., by combustion of a carbonaceous fuel with oxygen. The enclosure is generally constituted by a vertical cylindrical tube, equipped with a head burner producing more or less hot and more or less reducing flames depending on the applications. The carbonaceous fuel is either pulverized coal, or a liquid or gaseous hydrocarbon; it also plays the role of reducing agent for the materials to be treated. Finally, the oxidizer is usually air enriched with oxygen, and often industrial oxygen.
<Desc / Clms Page number 2>
However, this technique has scarcely known industrial application, because it has serious drawbacks. We generally operate with only one level of burners and the addition of the materials to be treated is, most of the time, carried out in a different place. A temperature and an oxygen potential sufficient to ensure the reduction of the materials can thus possibly be reached; these conditions are however established only in a limited region of the furnace, and not over its entire length.
In addition, if pulverized coal is used as fuel, the residence time of this in the very hot region is not always sufficient to allow complete combustion of the carbon before the particles of carbon arrive in the receiving crucible where the treated materials are collected; these are almost always in the liquid state.
The course of the operation is accompanied by certain undesirable reactions, and its performance is insufficient.
We have certainly tried to remedy these drawbacks, in particular to increase the efficiency of the material reduction process.
On the one hand, it has been proposed to equip the oven with a device intended to impart a helical movement to the gases and to the injected materials, in order to lengthen their path in the oven. In other cases, the receiving crucible has been enlarged and transformed into a true hearth furnace, where the molten materials undergo various treatments in order to complete the reduction reactions. These modifications greatly increase the cost of the installations and give rise to a certain number of additional difficulties, in particular problems of refractories and heat transfer, in the above-mentioned hearth ovens, without however satisfactorily remedying the initial drawbacks.
The object of the present invention is to provide a process which not only does not have the drawbacks mentioned above, but which also does not require significant transformation compared to a conventional oven.
<Desc / Clms Page number 3>
According to the present invention, a method for the pyrometallurgical treatment of a pulverulent material containing compounds of one or more metals in an enclosure, in which a flame is formed at a temperature of approximately 2000.
C in said enclosure by combustion of a gaseous fuel with an oxidizer rich in oxygen, is characterized in that one injects into said flame pulverized coal and additional oxygen, in that one causes degassing very rapid of said coal pulverized in said flame and the combustion of degassed coal with said additional oxygen, in that the temperature and the reducing potential of the interior atmosphere of the enclosure are adjusted by varying the proportions of pulverized coal and d additional oxygen injected into said flame and in that the pulverulent material to be treated is injected into said atmosphere in the enclosure.
According to a particular implementation of the process of the invention, water vapor and / or finely atomized water is also injected into the enclosure, preferably in admixture with the gaseous fuel.
It is also possible to inject additional quantities of solid, liquid or gaseous fuel and of oxidizer rich in oxygen at at least one other place of the enclosure; when these additional quantities are injected in several places, these are preferably distributed regularly over the length and / or on the periphery of said enclosure.
The method and the device of the invention will now be described in more detail, using an alternative embodiment illustrated in the attached single figure.
This figure is a schematic representation, in vertical section of a "flash" type oven for the very rapid direct reduction of a pulverulent material, such as fines of iron oxides.
<Desc / Clms Page number 4>
The furnace shown in the figure, without any particular scale, essentially consists of a vertical cylindrical tube; the top of the furnace is equipped with means for introducing the various materials, while its base is connected to a crucible collecting the molten materials.
More specifically, the furnace is equipped with a head burner 1, which is an oxy-gas burner connected to a source of gaseous fuel 2 and to a source of oxidizing gas 3. The burner 1 is placed in a chamber communicating with the tube of the oven, into which also open rods 4 intended for the injection of pulverized coal. Devices for introducing the pulverulent material to be treated, symbolized by passages 5, open directly inside the oven near the outlet of the aforementioned chamber.
At its lower part, the furnace communicates with a crucible 9 intended to collect the metal and the slag in fusion; a smoke evacuation duct 8 originates in the wall of the furnace, a little higher than the crucible 9.
Finally, the side wall of the furnace is equipped with additional injectors 6,7, respectively supplying additional flow rates of oxygen and of a solid, liquid or gaseous fuel.
The above device operates as follows.
The burner is supplied with gaseous fuel and oxidizing gas.
The oxidizing gas 3 is preferably industrially pure oxygen; the gaseous fuel 2 is advantageously either a gas originating from the steel industry, optionally enriched, such as blast furnace gas or coke oven gas, or natural gas, optionally supplemented with steam or water finely sprayed to control the flame temperature. A flame is thus formed in the chamber at a very high temperature, of the order of 2000 ° C., and the pulverized carbon and an additional quantity of oxygen are injected into this flame via the rods 4.
<Desc / Clms Page number 5>
The injection of pulverized coal into this very hot flame results in an ultra-rapid degassing of the coal and the formation of a carbon residue whose reactivity is much higher than that of coal. The very high reactivity of the carbon residue thus produced also allows its complete combustion, even if this combustion reaction takes place, in part or in whole, with C02 and H2 produced by the burner flame and not with oxygen. free. In fact, the oxy-gas flame produced by the burner acts both as a flame stabilizer and as a catalyst for the combustion of pulverized coal.
By this process, it is therefore possible to create a gaseous atmosphere in the upper part of the oven, the temperature and the reducing power of which can be controlled both according to the needs of the materials to be treated. It is in this gaseous atmosphere that these pulverulent materials to be treated are introduced through the passages 5.
The additional injectors 6,7 make it possible to maintain over the entire height of the oven the optimal conditions required by the process of the invention, namely the temperature and the composition of the gaseous atmosphere.
The process of the invention makes it possible to complete the desired reactions in the oven proper, before the materials treated
EMI5.1
do not arrive in the crucible 9. The invention thus reveals a real "flash oven", that is to say instantaneous, which does not require the enlargement of the crucible and its transformation into a hearth oven.