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Procédé de recyclage d'une boue riche en fer.
La présente invention concerne un procédé de recyclage d'une boue riche en fer.
De nombreuses opérations sidérurgiques donnent lieu à la production de boues contenant des proportions parfois élevées de fer. A titre d'exemple de telles opérations, on peut entre autres citer le laminage à chaud de l'acier sous diverses formes, ou encore l'élaboration de l'acier au four électrique. Les boues de laminoir sont essentiellement composées de particules de fer, souvent sous forme d'oxydes, arrachées aux couches superficielles des produits pendant le laminage ; ces boues contiennent habituellement une faible quantité d'huile de laminage usée. Les boues de four électrique contiennent essentiellement des poussières de fer, généralement oxydées, ainsi qu'une certaine humidité ; elles peuvent également contenir de la chaux.
La récupération de ces boues riches en fer présente un intérêt écologique indéniable, du fait que ces boues ne doivent alors plus être mises en décharge même contrôlée. L'intérêt économique d'une telle récupération est également évident, puisqu'elle permet d'une part de réduire la consommation de matières premières et d'autre part d'échapper aux coûts de plus en plus lourds du stockage de ces déchets.
Toutefois, ces boues ne peuvent généralement pas être recyclées à l'état brut, c'est-à-dire telles qu'elles proviennent des opérations qui les produisent. Elles doivent subir un traitement de préparation approprié, afin de pouvoir être aisément manipulées et utilisées, en particulier dans l'industrie sidérurgique.
A cet effet, la voie la plus courante consiste à fabriquer par compactage des briquettes de formes et de dimensions variées, destinées principalement à être chargées dans un four d'aciérie ou dans un haut-fourneau.
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L'expérience montre cependant que les briquettes conventionnelles ne présentent pas toujours une résistance satisfaisante aux chocs et à l'écrasement, et qu'elles ne résistent pas bien aux intempéries, en particulier à la pluie. Il en résulte qu'elles doivent être stockées en tas relativement peu importants, et de préférence sous abri.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé de recyclage d'une boue riche en fer, grâce auquel il est possible de fabriquer des briquettes résistant d'une part aux chocs et à l'écrasement, et d'autre part à l'humidité, en particulier à l'eau de pluie.
Conformément à la présente invention, un procédé de recyclage d'une boue riche en fer, dans lequel on mélange ladite boue avec un liant et on forme des briquettes de ce mélange, est caractérisé en ce que l'on ajoute à ladite boue un liant organique en une proportion comprise entre 5 % et 25 % en poids, rapportée au poids du mélange, en ce que Ton forme des briquettes dudit mélange et en ce que l'on opère le durcissement desdites briquettes par voie thermique pendant une durée comprise entre 1 h et 3 heures.
En guise de liants organiques, il est intéressant d'utiliser des sousproduits, tels que les lignosulfonates, les mélasses ou les bagasses de sucrerie.
La proportion de liant organique ajoutée à la boue peut s'exprimer différemment selon Tétât physique tant de ce liant que de la boue.
En particulier, les lignosulfonates peuvent se présenter soit à l'état de poudre, soit à l'état dilué dans l'eau.
A Tétât de poudre, les lignosulfonates sont ajoutés en une proportion comprise entre 5 % et 15 %, et de préférence d'environ 10 % du poids du mélange. Dans ce cas, il convient d'hydrater au préalable les lignosulfonates, par addition d'une certaine quantité d'eau, afin de contribuer à former une pâte lisse. Cette quantité d'eau dépend du degré initial d'humidité de la boue. En particulier, si l'on considère une boue sèche, on ajoute un poids d'eau au moins égal au poids de lignosulfonates en poudre.
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S'ils sont déjà dilués dans l'eau, les lignosulfonates sont ajoutés en une proportion qui dépend de leur degré de dilution ; pour une dilution de 50 %, la solution de lignosulfonates est ajoutée en une proportion comprise entre 15 % et 25 %, et de préférence d'environ 20 % du poids du mélange.
Un léger complément d'eau ou de sciure peut éventuellement être ajouté au mélange pour obtenir une pâte lisse.
Selon une mise en oeuvre particulière, on forme des briquettes ayant une épaisseur d'au moins 20 mm.
Selon un premier mode de mise en oeuvre, applicable à des boues contenant de faibles quantités d'huile usée, on cuit lesdites briquettes à une température comprise entre 100. C et 250. C.
De préférence, les briquettes sont cuites à une température comprise entre 150. C et 200*C pendant une durée comprise entre 1,5 h et 2 h.
La cuisson de ces briquettes est de préférence réalisée dans un four.
Selon un autre mode de mise en oeuvre, applicable en particulier à des boues contenant de la chaux, on ajoute le liant organique, et un poids au moins égal d'eau, et on opère le briquetage du mélange et la prise des briquettes à la température ambiante, pendant une durée comprise entre 1 h et 2 h. La teneur en chaux est généralement comprise entre 5 % et 15 % en poids.
Dans le cas d'ajout de lignosulfonates en poudre, on forme de préférence un mélange contenant 60-80 % de boue, 10-20 % de lignosulfonates et 10- 20 % d'eau.
La chaleur dégagée par l'hydratation de la chaux provoque la polymérisation des lignosulfonates et par conséquent le durcissement des briquettes.
Suivant une caractéristique supplémentaire, les briquettes cuites, respectivement durcies, peuvent être enrobées d'une matière hydrophobe, pour
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leur conférer une bonne résistance aux intempéries, et en particulier à l'eau de pluie. A cet effet, on peut notamment utiliser un réactif secondaire, tel qu'une cire de fonderie usagée, qui forme un enrobage imperméable.
Dans le cas de la cire de fonderie, cet enrobage est cependant dur et cassant, et il peut donc se fissurer en cas de chocs.
On peut alors ajouter à la cire une certaine quantité d'un agent lubrifiant, par exemple un lubrifiant de laminage usé, afin de donner à l'enrobage une certaine souplesse qui améliore sa résistance aux chocs. La proportion de lubrifiant à ajouter peut varier selon la nature de la matière d'enrobage. Dans le cas d'un enrobage en cire de fonderie usagée, on ajoute avantageusement de 30 % à 60 % en poids, et de préférence environ 50 % en poids de lubrifiant par rapport au poids du mélange cire/lubrifiant.
L'invention sera maintenant illustrée par des exemples de mise en oeuvre portant respectivement sur le recyclage de boue de laminoir à chaud et de four électrique d'aciérie.
Exemple 1 Il concerne une boue de laminoir à bandes à chaud, qui présente typiquement la composition suivante, en poids : fer : 60-70 % humidité : 10-15 % matières huileuses : 5-15 % matières volatiles : 3-5 % carbone : 2-5 %.
La boue de laminoir utilisée dans le présent exemple contient : fer : 63, 6 % humidité : 12 % matières huileuses : 6, 5 % matières volatiles : 4 % carbone : 3, 4 %.
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On a mélangé 4,5 kg de cette boue avec 0,5 kg de lignosulfonates en poudre, en présence de 0,6 kg d'eau. On a ainsi obtenu une pâte lisse, dont on a fabriqué des briquettes de 50 x 50 x 20 mm. Ces briquettes ont été cuites dans un four à 150. C pendant 2 h.
La cuisson des briquettes comporte plusieurs phases.
On observe d'abord une phase d'élimination de l'eau, au cours de laquelle la pâte a tendance à s'étaler sur la plaque qui la porte ; ensuite, la briquette passe par une phase caoutchouteuse, qui semble correspondre à la température de ramollissement de la lignine présente dans les lignosulfonates. Vers la fin de la cuisson, la matière molle se transforme en un matériau très dur, vraisemblablement parce que Ton a atteint la température de transition vitreuse, qui a été définie dans l'article de D. A. I. GORING, Thermal Softening of Lignin, Hemicellulose and Cellulose.
Pulp and Paper Magazine of Canada, décembre 1963, pp. 517-527.
Après 1a cuisson, les briquettes ont été enrobées avec un mélange en proportions égales d'huile de laminage usée et de cire de fonderie usagée.
Un essai de choc, consistant en une chute libre d'une hauteur de 15 m sur un sol bétonné, ne cause que quelques éclats superficiels, rarement la rupture de la briquette en deux morceaux, alors que des briquettes réalisées avec des liants conventionnels tels que ciment, polymères, amidon, sont complètement pulvérisées par cet essai.
Un essai d'écrasement par un piston de 65 mm de diamètre a révélé une charge de rupture des briquettes comprise entre 650 kg et 750 kg.
Exemple 2 Cet exemple porte sur des briquettes réalisées à partir de boues d'aciérie électrique, contenant de la chaux. On a préparé un mélange composé de 78 % de boue d'aciérie, de 11 % de lignosulfonates en poudre et de Il % d'eau. On a confectionné des briquettes en forme de tronc de pyramide de section carrée ayant les dimensions suivantes : grande base : 55 x 55 mm, petite base : 37 x 37 mm, hauteur : 55 mm.
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L'eau a provoqué l'hydratation de la chaux, et réchauffement résultant a assuré le durcissement des briquettes par polymérisation des lignosulfonates, sans chauffage extérieur. Les briquettes durcies ont ensuite été enrobées avec un mélange d'huile et de cire, comme dans le premier exemple.
L'essai de choc, c'est-à-dire une chute libre d'une hauteur de 15 m sur un sol bétonné, n'a également occasionné que de petits éclats superficiels, mais aucune rupture de briquette.
L'essai d'écrasement à l'aide du piston de 65 mm de diamètre a indiqué pour ces briquettes une charge de rupture comprise entre 500 kg et 600 kg.
De plus, l'enrobage des briquettes a été testé par une immersion complète dans l'eau pendant plus de 2 heures. Aucune solubilisation des lignosulfonates n'a été mise en évidence au terme de cet essai d'immersion.
Exemple 3 On a préparé un mélange composé de 85 % de boue de laminoir et de 15 % de bagasse et on en a fabriqué des briquettes durcies par cuisson à 1500C pendant 2 heures. Les briquettes ont été enrobées comme dans les exemples précédents.
L'essai de choc a provoqué la rupture de briquettes en morceaux de 3 à 4
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cm.
L'essai d'écrasement a indiqué une charge d'environ 105 kg. Il est cependant difficile de déterminer cette charge de manière précise, car la matière n'est pas fragile et elle subit une certaine déformation avant de se rompre.
Exemple 4 On a formé un mélange contenant, en poids, 90 % de boue de laminoir et 10 % d'un agent liant, auquel on a ajouté l'eau de gâchage nécessaire. L'agent liant contenait 10 % de gomme xanthane, 10 % d'alginate de sodium et 80 % de polymère réticulable à l'air.
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Des briquettes ont été fabriquées, cuites et enrobées comme dans les exemples précédents.
A l'essai de choc, ces briquettes se sont brisées en morceaux de 2-3 cm.
Leur résistance à l'écrasement était en moyenne de 95 kg.
Il apparaît que les briquettes fabriquées suivant les exemples 3 et 4 se prêtent de préférence à une manipulation par des augets de transport et de chargement.
Le procédé de l'invention permet de recycler, sans compactage, divers types de déchets, tels que des boues riches en fer contenant soit des matières huileuses soit de la chaux, des déchets organiques tels que des lignosulfonates, de la mélasse, ou de la bagasse de sucrerie et, dans une moindre mesure, des cires de fonderie usagées et des huiles de laminage usées. Les briquettes obtenues par ce procédé présentent une résistance élevée aux chocs et à l'écrasement. Elles peuvent être stockées en plein air, sans se détériorer, grâce à leur enrobage protecteur. Elles sont par exemple utilisées comme charge de contrôle de la température dans les convertisseurs à oxygène ou dans les fours électriques.
L'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits dans les exemples. Différentes modifications peuvent y être apportées par un homme du métier, notamment en ce qui concerne la forme et les dimensions des briquettes, ou encore les proportions des différentes matières mélangées aux boues.
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Process for recycling iron-rich sludge.
The present invention relates to a process for recycling an iron-rich sludge.
Many steel operations give rise to the production of sludge containing sometimes high proportions of iron. Examples of such operations include, among other things, the hot rolling of steel in various forms, or the production of steel in an electric furnace. The rolling mill sludge is essentially composed of iron particles, often in the form of oxides, torn from the surface layers of the products during rolling; this sludge usually contains a small amount of used rolling oil. Electric furnace sludge essentially contains iron dust, generally oxidized, as well as a certain humidity; they can also contain lime.
The recovery of this iron-rich sludge is of undeniable ecological interest, since this sludge must no longer be landfilled even under controlled conditions. The economic benefit of such recovery is also obvious, since it allows on the one hand to reduce the consumption of raw materials and on the other hand to escape the increasingly heavy costs of the storage of this waste.
However, this sludge cannot generally be recycled in the raw state, that is to say as it comes from the operations which produce it. They must undergo an appropriate preparation treatment, so that they can be easily handled and used, in particular in the steel industry.
For this purpose, the most common way consists in manufacturing by compacting briquettes of various shapes and sizes, intended mainly to be loaded in a steelworks furnace or in a blast furnace.
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Experience has shown, however, that conventional briquettes do not always have satisfactory resistance to impact and crushing, and that they do not withstand bad weather, in particular rain. As a result, they must be stored in relatively small heaps, and preferably under shelter.
The object of the present invention is to propose a process for recycling an iron-rich sludge, by means of which it is possible to manufacture briquettes resistant on the one hand to impact and crushing, and on the other hand to humidity, especially rainwater.
According to the present invention, a process for recycling an iron-rich slurry, in which said sludge is mixed with a binder and briquettes are formed from this mixture, is characterized in that a binder is added to said sludge organic in a proportion of between 5% and 25% by weight, based on the weight of the mixture, in that the form of briquettes of said mixture and in that the curing of said briquettes is carried out thermally for a period of between 1 am and 3 am.
By way of organic binders, it is advantageous to use by-products, such as lignosulfonates, molasses or candy bagasses.
The proportion of organic binder added to the mud can be expressed differently depending on the physical condition of both this binder and the mud.
In particular, the lignosulfonates can be presented either in the powder state or in the diluted state in water.
In the powder state, the lignosulfonates are added in a proportion of between 5% and 15%, and preferably around 10% of the weight of the mixture. In this case, the lignosulfonates should be hydrated beforehand, by adding a certain amount of water, to help form a smooth paste. This amount of water depends on the initial degree of humidity of the mud. In particular, if we consider a dry mud, we add a weight of water at least equal to the weight of powdered lignosulfonates.
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If they are already diluted in water, the lignosulfonates are added in a proportion which depends on their degree of dilution; for a dilution of 50%, the lignosulfonate solution is added in a proportion of between 15% and 25%, and preferably about 20% of the weight of the mixture.
A slight addition of water or sawdust can optionally be added to the mixture to obtain a smooth paste.
According to a particular implementation, briquettes are formed having a thickness of at least 20 mm.
According to a first embodiment, applicable to sludges containing small quantities of used oil, said briquettes are baked at a temperature between 100. C and 250. C.
Preferably, the briquettes are baked at a temperature between 150. C and 200 * C for a time between 1.5 h and 2 h.
The cooking of these briquettes is preferably carried out in an oven.
According to another mode of implementation, applicable in particular to sludges containing lime, the organic binder is added, and an at least equal weight of water, and the briquetting of the mixture is carried out and the briquettes are taken with the room temperature, for a period of between 1 h and 2 h. The lime content is generally between 5% and 15% by weight.
In the case of adding powdered lignosulfonates, a mixture is preferably formed containing 60-80% of mud, 10-20% of lignosulfonates and 10-20% of water.
The heat given off by the hydration of the lime causes the polymerization of the lignosulfonates and consequently the hardening of the briquettes.
According to an additional characteristic, the cooked briquettes, respectively hardened, can be coated with a hydrophobic material, to
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give them good resistance to bad weather, and in particular to rainwater. For this purpose, it is possible in particular to use a secondary reagent, such as a used foundry wax, which forms an impermeable coating.
In the case of foundry wax, this coating is however hard and brittle, and it can therefore crack in the event of impact.
A certain quantity of a lubricating agent, for example a used rolling lubricant, can then be added to the wax, in order to give the coating a certain flexibility which improves its impact resistance. The proportion of lubricant to be added may vary depending on the nature of the coating material. In the case of a coating of used foundry wax, 30% to 60% by weight are advantageously added, and preferably approximately 50% by weight of lubricant relative to the weight of the wax / lubricant mixture.
The invention will now be illustrated by examples of implementation relating respectively to the recycling of hot rolling mill sludge and of an electric steelworks furnace.
Example 1 It relates to a hot strip mill slurry, which typically has the following composition, by weight: iron: 60-70% humidity: 10-15% oily materials: 5-15% volatile materials: 3-5% carbon : 2-5%.
The mill sludge used in the present example contains: iron: 63.6% humidity: 12% oily materials: 6.5% volatile materials: 4% carbon: 3.4%.
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4.5 kg of this slurry were mixed with 0.5 kg of powdered lignosulfonates, in the presence of 0.6 kg of water. A smooth paste was thus obtained, from which briquettes of 50 × 50 × 20 mm were produced. These briquettes were baked in an oven at 150 ° C for 2 h.
The cooking of briquettes has several phases.
We first observe a phase of elimination of water, during which the dough tends to spread on the plate which carries it; then, the briquette goes through a rubbery phase, which seems to correspond to the softening temperature of the lignin present in the lignosulfonates. Towards the end of the cooking, the soft material turns into a very hard material, probably because it has reached the glass transition temperature, which was defined in the article by DAI GORING, Thermal Softening of Lignin, Hemicellulose and Cellulose .
Pulp and Paper Magazine of Canada, December 1963, pp. 517-527.
After firing, the briquettes were coated with a mixture of used rolling oil and used foundry wax in equal proportions.
An impact test, consisting of a free fall from a height of 15 m on a concrete floor, causes only a few surface chips, rarely breaking the briquette into two pieces, while briquettes made with conventional binders such as cement, polymers, starch, are completely pulverized by this test.
A crushing test by a 65 mm diameter piston revealed a breaking load of the briquettes of between 650 kg and 750 kg.
Example 2 This example relates to briquettes produced from sludge from an electrical steel plant, containing lime. A mixture composed of 78% steel mill mud, 11% powdered lignosulfonates and 11% water was prepared. Briquettes in the shape of a square section pyramid trunk were made with the following dimensions: large base: 55 x 55 mm, small base: 37 x 37 mm, height: 55 mm.
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The water caused the lime to hydrate, and the resulting warming ensured the hardening of the briquettes by polymerization of the lignosulfonates, without external heating. The hardened briquettes were then coated with a mixture of oil and wax, as in the first example.
The impact test, that is to say a free fall from a height of 15 m on a concrete floor, also caused only small surface chips, but no break in the briquette.
The crushing test using the 65 mm diameter piston indicated for these briquettes a breaking load of between 500 kg and 600 kg.
In addition, the coating of the briquettes was tested by complete immersion in water for more than 2 hours. No solubilization of the lignosulfonates was demonstrated at the end of this immersion test.
Example 3 A mixture composed of 85% rolling mill mud and 15% bagasse was prepared and briquettes hardened by baking at 1500C for 2 hours. The briquettes were coated as in the previous examples.
The impact test caused the briquettes to break into pieces of 3 to 4
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cm.
The crush test indicated a load of approximately 105 kg. It is however difficult to determine this load precisely, because the material is not fragile and it undergoes a certain deformation before breaking.
EXAMPLE 4 A mixture was formed containing, by weight, 90% of mill slurry and 10% of a binding agent, to which the necessary mixing water was added. The binding agent contained 10% xanthan gum, 10% sodium alginate and 80% air-crosslinkable polymer.
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Briquettes were made, baked and coated as in the previous examples.
During the impact test, these briquettes broke into 2-3 cm pieces.
Their crush resistance was on average 95 kg.
It appears that the briquettes produced according to Examples 3 and 4 are preferably suitable for handling by transport and loading buckets.
The process of the invention makes it possible to recycle, without compaction, various types of waste, such as iron-rich sludges containing either oily materials or lime, organic waste such as lignosulfonates, molasses, or candy bagasse and, to a lesser extent, used foundry waxes and used rolling oils. The briquettes obtained by this process have a high resistance to impact and crushing. They can be stored in the open air, without deteriorating, thanks to their protective coating. They are used, for example, as a temperature control charge in oxygen converters or in electric ovens.
The invention is not limited to the modes of implementation described in the examples. Different modifications can be made by a person skilled in the art, in particular with regard to the shape and dimensions of the briquettes, or even the proportions of the different materials mixed with the sludge.