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"Procédé et dispositif de récupération d'aluminium contenu dans des déchets oxydés"
La présente invention est relative à un procédé de récupération d'aluminium contenu dans des déchets oxydés d'aluminium, suivant lequel on chauffe ces derniers au moins à la température de fusion de l'aluminium dans une atmosphère peu ou non oxydante de manière à limiter l'oxydation de globules d'aluminium liquide ainsi obtenu, tout en soumettant le tout à un brassage permettant de provoquer la rupture d'enveloppes d'oxydes entourant des globules d'aluminium liquide formés et à ces derniers de coalescer pour former une masse liquide d'aluminium.
Dans la pratique industrielle courante actuelle, on fait généralement usage de fours tournants ou de fours à réverbère, fonctionnant en discontinu, pour la récupération d'aluminium contenu dans des déchets oxydés. Par ailleurs, dans les procédés connus, les déchets oxydés sont mis en contact avec un mélange de chlorure de sodium et de chlorure de potassium, qui auraient pour effet, d'une part, de diminuer le risque d'oxydation de l'aluminium en cours de fusion et, d'autre part, de favoriser la coalescence des globules d'aluminium fondu et la séparation des phases aluminium liquide/oxydes solides. Les nouvelles réglementations en matière d'environnement pénalisent lourdement l'usage de tels sels, qui se retrouvent mélangés à l'oxyde solide lors du décrassage des fours de recyclage.
Ainsi, un des buts de l'invention est de mettre au point un procédé qui permet de réduire sensi-
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blement et, dans certains cas même de supprimer, l'utilisation de tels sels.
Un autre but de l'invention est de proposer un procédé essentiellement continu, contrairement donc aux procédés appliqués actuellement, qui sont généralement discontinus.
A cet effet, suivant l'invention, l'on préchauffe une charge des déchets susdits à traiter à une température inférieure à la température de fusion de l'aluminium dans une zone dite de préchauffage, l'on déplace cette charge préchauffée vers une zone de fusion où elle est portée à une température supérieure à la température de fusion de l'aluminium, mais inférieure à celle de l'oxyde d'aluminium et ceci dans un milieu très peu ou non oxydant de manière à limiter le taux d'oxydation à une valeur inférieure à 5 % de l'aluminium de la charge et de préférence inférieure à 3 %, l'on amène le mélange hétérogène ainsi formé contenant de l'aluminium fondu et de l'oxyde d'aluminium solide vers une zone d'agitation en milieu non oxydant, de manière à créer dans ce mélange le brassage susdit et l'on sépare, dans une zone de décantation,
l'aluminium liquide d'une phase solide surnageante.
Avantageusement, l'on réalise le déplacement précité de la charge à travers les zones de préchauffage, de fusion, d'agitation et de décantation par gravité.
L'invention concerne également une installation pour la récupération d'aluminium contenu dans des déchets oxydés d'aluminium, notamment une installation pour la mise en oeuvre du procédé précité.
Cette installation est caractérisée par le fait qu'elle comprend une cuve en forme de tour ou colonne présentant dans sa partie supérieure à laquelle est raccordée une zone de préchauffage pour la charge, un dispositif de chargement permettant d'introduire la
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charge à traiter dans cette partie supérieure, cette dernière étant suivie, à un niveau plus bas, dans une partie intermédiaire, d'une zone de fusion dans laquelle sont montés des brûleurs réglés de manière à produire un gaz de combustion dont la composition est telle que l'oxydation de l'aluminium contenu dans la charge, se trouvant dans cette zone de fusion, soit de tout au plus 5 % de l'aluminium présent, et de préférence inférieure à 3 %,
cette partie intermédiaire communiquant avec une partie basse dans laquelle sont agencés des moyens permettant de provoquer le brassage du mélange hétérogène contenant de l'aluminium liquide et de l'oxyde solide provenant de la zone de fusion, cette partie basse étant suivie d'un décanteur dans lequel le mélange susdit ayant été soumis au brassage peut être collecté, des moyens de chauffage étant prévus au décanteur permettant d'y assurer une température sensiblement constante pour maintenir l'aluminium séparé à l'état fondu, un trou de coulée étant situé sous le niveau de flottaison de l'oxyde surnageant l'aluminium liquide pour permettre de récupérer l'aluminium séparé dans le décanteur.
Selon une forme de réalisation particulière de l'installation, suivant l'invention, la partie intermédiaire précitée de la cuve présente une portion se rétrécissant graduellement vers le bas, sensiblement à partir du niveau des brûleurs précités.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ciaprès, à titre d'exemple non limitatif d'une forme de réalisation particulière du procédé et de l'installation suivant l'invention avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue en élévation schématique d'une installation de récupération d'aluminium, suivant cette forme de réalisation particulière.
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La figure 2 est, à plus grande échelle, une vue en élévation, avec brisures partielles d'une première forme de réalisation d'un agitateur pouvant être utilisé dans l'installation suivant l'invention.
La figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 2.
La figure 4 est également une vue analogue à celle de la figure 2 d'une deuxième forme de réalisation d'un agitateur pouvant être utilisé dans l'installation suivant l'invention.
La figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 2 d'une troisième forme de réalisation d'un agitateur pouvant être utilisé dans l'installation suivant l'invention.
Dans les différentes figures les mêmes chiffres de référence concernent des éléments analogues ou identiques.
L'invention concerne essentiellement un procédé de récupération d'aluminium contenu dans des déchets oxydés d'aluminium.
Il peut s'agir soit de déchets neufs provenant par exemple de chutes de fabrication et de fonderies dans lesquels l'aluminium est généralement peu oxydé, soit de déchets dits"vieux"formés par exemple de casseroles, carters de moteur, châssis de fenêtre dont la partie oxydée peut être très variable, soit encore de"drosses", qui sont des déchets résultant du décrassage en surface de bains d'aluminium de fonderies, ou d'aluminium de première fusion. Dans ce dernier cas, il s'agit de gouttes d'aluminium emprisonnées dans un réseau d'alumine sous forme d'une éponge. Dans ces déchets, l'oxydation est généralement très élevée.
Pour distinguer une charge de recyclage, il faut donc considérer sa concentration en aluminium par rapport à l'alumine.
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En principe, l'opération de recyclage d'aluminium comprend deux étapes essentielles qui se déroulent plus ou moins en même temps. Il s'agit de la fusion de l'aluminium et de sa séparation de la couche d'alumine qui l'entoure. Il importe donc qu'une séparation aussi poussée que possible soit réalisée entre ces deux phases, l'une liquide, l'autre solide.
Ainsi, plus concrètement, les déchets oxydés d'aluminium à traiter sont chauffés au moins à la température de fusion de l'aluminium et ceci dans une atmosphère peu ou non oxydante, de manière à limiter l'oxydation de globules d'aluminium ainsi formés.
Pour obtenir la séparation de l'aluminium liquide des oxydes solides présents, on soumet le tout à un brassage permettant, d'une part, de provoquer la rupture des enveloppes d'oxydes entourant ces globules d'aluminium liquides et, d'autre part, à ces dernières de coalescer pour former une masse liquide d'aluminium qui peut alors être séparée.
Une particularité du procédé, suivant l'invention, est que l'on préchauffe d'abord les déchets susdits à traiter à une température inférieure à la température de fusion de l'aluminium dans une zone dite "de préchauffage". La charge de ces déchets ainsi préchauffés est alors portée à une température supérieure à la température de fusion de l'aluminium mais inférieure à celle de l'oxyde de l'aluminium dans un milieu très peu ou non oxydant, de manière à limiter le taux d'oxydation de l'aluminium liquide à une valeur inférieure à 5 % de ce dernier et de préférence à un taux inférieur à 3 %. Ceci a lieu dans une zone dite "de fusion".
Ce mélange hétérogène d'aluminium fondu et d'oxyde d'aluminium solide est alors amené vers une zone d'agitation toujours en milieu peu ou non oxydant, de manière à créer dans ce mélange le brassage susdit provoquant la séparation physique entre la phase liquide
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d'aluminium et la phase solide d'oxyde d'aluminium.
Cette séparation physique a lieu dans une zone de décantation où la phase solide surnage l'aluminium liquide, ce dernier pouvant alors facilement être séparé.
De cette façon, il est possible de réaliser le procédé, suivant l'invention, d'une manière entièrement continue.
Avantageusement, le déplacement de la charge de déchets oxydés d'aluminium à traiter à travers les zones de préchauffage, de fusion, d'agitation et de décantation a lieu par gravité, notamment en prévoyant ces différentes zones à des niveaux superposés.
Ainsi, suivant l'invention, il est possible de préchauffer la charge dans la zone de préchauffage par des gaz chauds provenant de la zone de fusion, qui traversent la charge dans le sens opposé au sens de déplacement de cette dernière à partir de la zone de préchauffage vers la zone de fusion.
Plus particulièrement, on sépare, dans la zone de préchauffage, des substances contenues dans la charge qui sont volatiles à une température inférieure à la température de fusion de l'aluminium, telles des matières plastiques, des résines diverses, des couches de peinture etc..
Le milieu non oxydant dans la zone de fusion est de préférence créé par l'apport d'un gaz chaud provenant de la zone de décantation et d'un gaz réducteur qui en consomme l'excédent d'air.
Afin de rendre le procédé continu, l'on introduit la charge de déchets oxydés d'aluminium dans la zone de préchauffage au fur et à mesure de l'évacuation d'aluminium liquide et d'oxyde solide de la zone de décantation.
Le procédé de récupération ou de recyclage d'aluminium sera davantage illustré ci-après par la
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description d'une installation particulière suivant l'invention permettant la mise en oeuvre de ce procédé.
Cette installation a été représentée schématiquement à la figure 1 annexée.
Cette installation est essentiellement constituée d'une cuve 1 en forme de tour ou de colonne comprenant, dans sa partie supérieure 2, une zone de préchauffage pour la charge de déchets à traiter. Un dispositif de chargement approprié 3 est agencé à cette partie supérieure 2 pour permettre d'introduire la charge à traiter dans la zone de préchauffage. Il s'agit plus particulièrement d'un dispositif de chargement pourvu d'un sas d'étanchéité intermédiaire non représenté. Le chargement peut par exemple avoir lieu au moyen d'une courroie transporteuse ou à partir d'un silo à vanne doseuse à fermeture contrôlable.
Cette zone de préchauffage est alors suivie, à un niveau plus bas, dans une partie intermédiaire 4 de la cuve 1, de la zone de fusion dans laquelle sont montés des brûleurs 5 qui sont réglés d'une manière telle à produire un gaz de combustion dont la composition est telle que l'oxydation de l'aluminium contenu dans la charge soit de tout au plus 5 % de l'aluminium et de préférence inférieure à 3 % dans cette zone de fusion.
Cette partie intermédiaire 4 communique avec une partie basse 6 dans laquelle sont agencés des moyens permettant de provoquer le brassage du mélange hétérogène d'aluminium liquide et d'oxyde solide formé dans la zone de fusion. Ces moyens sont notamment formés par un ou plusieurs agitateurs 7 dont quelques formes de réalisation particulières ont été illustrées par les figures 2 à 5. Ces agitateurs seront décrits plus en détail ci-après.
La cuve 1 est montée au-dessus d'un décanteur 8, dans lequel est récupéré le mélange hétérogène
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précité, après avoir subi le brassage dans la partie basse 6 de la cuve.
Dans ce décanteur 8 a alors lieu la séparation physique de la phase liquide 9 d'aluminium et de la phase solide 10 d'oxyde.
A cet égard, le décanteur 8 présente, dans sa paroi latérale au niveau où surnage la phase solide 10, une porte 11 pour l'évacuation de cette phase et sous le niveau de flottaison de l'oxyde, un trou de coulée 12, pour permettre de récupérer l'aluminium liquide 9 qui s'est séparé au fond du décanteur 8.
Ainsi, comme on peut le constater sur la figure 1, dans la cuve 1, la charge de déchets solides 13 descend naturellement à travers la partie supérieure 2 de celle-ci pendant qu'elle est préchauffée par les gaz chauds ascendants provenant des brûleurs 5, comme montré par la flèche 14. Cet échange à contre-courant est très favorable au bilan thermique. Il évite, en effet, un préchauffage extérieur ainsi que le chargement d'une charge chaude au comportement mécanique peu connu.
La cuve 1 peut être munie, à sa partie supérieure, de brûleurs auxiliaires 15 destinés à éliminer et à rendre non polluant d'éventuelles matières volatiles, comme déjà mentionné ci-dessus. Les gaz ascendants s'échappent alors par une tuyauterie 16 distincte du dispositif de chargement 3 prévu en haut dans une toiture 17 recouvrant la cuve.
Avantageusement, la partie intermédiaire 4 de la cuve 1 présente une portion 18 se rétrécissant en forme d'entonnoir à l'endroit où agissent les brûleurs 5 destinés à fournir l'énergie nécessaire pour porter la charge à la température supérieure à la température de fusion de l'aluminium. Ces brûleurs 5 peuvent, par exemple, être constitués de deux parties : une zone à excès d'air fournissant une flamme stable entourée ou suivie d'une zone à défaut d'air, qui limite le pouvoir
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oxydant des gaz vis-à-vis de la charge. Le fait d'admettre une faible oxydation, limitée par exemple à une oxydation d'environ 3 % de l'aluminium de la charge, permet de diminuer les contraintes imposées au réglage des brûleurs et apporte, par ailleurs, un gain d'énergie puisque cette oxydation est fortement exothermique.
A la sortie de la zone de fusion, vers le bas de la cuve 1, c'est-à-dire sous les brûleurs 5, la charge s'est transformée en un mélange hétérogène 19 d'aluminium fondu non coalescé entouré d'une gaine d'alumine et de particules d'alumine mouillée par de l'aluminium fondu. Ce mélange hétérogène s'écoule, toujours par gravité, vers la zone d'agitation, dans la partie basse de la cuve 6, où elle est donc soumise à une agitation mécanique au moyen d'un agitateur 7 qui est de préférence un agitateur à pales.
Cette agitation a lieu soit à l'abri de tout gaz, soit en atmosphère non oxydante, les brûleurs étant situés à un niveau plus élevé, atmosphère qui est générée, par exemple, par l'apport d'un gaz chaud provenant du décanteur 8 se trouvant en dessous de la cuve. L'excès d'oxygène, sous forme d'air, contenu éventuellement dans ce gaz chaud est neutralisé par l'ajout d'un gaz combustible par exemple. Cette agitation s'effectue donc dans des conditions telles qu'une faible agitation durant des temps courts provoque la coalescence de l'aluminium et sa séparation de la phase oxydée solide. Il a été constaté que ces deux phases ne se remélangent plus par la suite.
L'aluminium liquide et la phase oxydée solide s'écoulent alors par gravité vers le décanteur 8.
L'aluminium liquide est coulé périodiquement par le trou 12, tandis que les oxydes solides 10 sont évacués périodiquement par raclage mécanique au travers de la porte 11. Un chauffage de maintien 20 ou un apport de chaleur par gaz inerte chaud permet d'assurer une
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température constante dans le décanteur 8, évitant ainsi la solidification de l'aluminium 9.
Le procédé suivant l'invention et l'installation permettant la mise en oeuvre de ce procédé présentent le grand avantage qu'il est possible de traiter des charges très diverses, ne nécessitant généralement pas d'addition de sel quoique dans certains cas particuliers, une addition d'une faible quantité de sels, tels que chlorure de sodium, chlorure de potassium ou d'autres chlorures, fluorures, ou des oxydes, etc., puissent être introduits sans nuire à l'environnement.
Les charges peuvent par exemple être formées par :-des grenailles fines de 0 à 1 mm - des grenailles fines de 1 à 6 mm - des grenailles de 6-25 mm - des tournures sèches - des déchets dits de qualité A4 peints ou coloriés - des carters broyés flottés (10 à 200 mm) - des drosses (écumes de bains d'aluminium)
Par ailleurs, les charges peuvent également comprendre des alliages d'aluminium qui sont alors séparés dans le décanteur.
Ci-après sont donnés quelques exemples concrets d'essais de laboratoire permettant d'illustrer davantage certaines caractéristiques particulières du procédé suivant l'invention.
Dans ces exemples les rendements de récupération sont exprimés en % d'aluminium métal recueilli par rapport à l'aluminium contenu dans la charge initiale sous forme de métal.
Le rendement de référence est celui obtenu par un test d'analyse qui consiste en une refusion sous très large excès de sels. Le lot testé est donc au départ divisé en deux parties égales.
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Exemple 1
Cet exemple montre la diversité des charges qui peuvent être traitées et les excellents rendements obtenus sans l'utilisation de sels. a) Grenailles fines de 1 à 6 mm traitées à 9000C sous argon avec agitation de cinq minutes à 250 tours/minute.
EMI11.1
<tb>
<tb>
Rendement <SEP> de <SEP> récupération <SEP> : <SEP> 51,3 <SEP> %
<tb> Rendement <SEP> de <SEP> référence <SEP> : <SEP> 48 <SEP> %
<tb>
b) Grenailles 6 à 25 mm - 9000C - sous argon-agitation cinq minutes à 250 tours/minute.
EMI11.2
<tb>
<tb> Rendement <SEP> de <SEP> récupération <SEP> : <SEP> 90,8 <SEP> %
<tb> Rendement <SEP> de <SEP> référence <SEP> : <SEP> 84,5 <SEP> %
<tb>
c) Tournures sèches-900 C-sous argon- agitation cinq minutes à 250 tours/minute.
EMI11.3
<tb>
<tb> Rendement <SEP> de <SEP> récupération <SEP> : <SEP> 96 <SEP> %
<tb> Rendement <SEP> de <SEP> référence <SEP> : <SEP> 96 <SEP> %
<tb>
d) Carters broyés flottés - 9000C - sous argon-agitation cinq minutes à 250 tours/minute.
EMI11.4
<tb>
<tb> Rendement <SEP> de <SEP> récupération <SEP> :
<SEP> 94,1 <SEP> %
<tb> Rendement <SEP> de <SEP> réference <SEP> : <SEP> 94 <SEP> %
<tb>
Exemple 2
Cet exemple montre la nécessité de travailler en atmosphère contrôlée.
Grenailles fines 1 à 6 mm traitées sous air à 9000C avec agitation à 250 tours/minute.
Rendement de récupération : 39 % au lieu des 51,3 % avec argon (cas exemple la).
Exemple 3
Cet exemple montre que le chauffage peut se faire sous air (pour Tf < point de fusion de l'aluminium) mais que l'agitation qui suit doit être sous gaz non oxydant, tel que de l'argon.
Grenailles fines 1 à 6 mm chauffées sous air jusqu'à 650 C, puis agitation à plus haute température, par exemple 8500C à 9000C sous argon.
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EMI12.1
<tb>
<tb> Rendement <SEP> de <SEP> récupération <SEP> : <SEP> 48,2 <SEP> % <SEP> à
<tb>
comparer aux 51,3 % (cas de l'exemple la).
Exemple 4
Cet exemple montre l'influence néfaste de vapeur d'eau.
Grenailles fines 1 à 6 mm-chauffées et agitées à 250 tours/minute sous argon + vapeur d'eau.
Rendement de récupération : 43 % au lieu de 51,3 % (exemple la).
Les figures 2 à 5 montrent, comme déjà indiqué ci-dessus, quelques exemples de réalisation d'agitateurs qui donnent d'excellents résultats pour la coalescence de l'aluminium liquide et la séparation de cet aluminium des oxydes.
L'agitateur montré aux figures 2 à 3 présente seulement deux pales 21 diamétralement opposées montées à proximité de l'extrémité libre de la tige 22 de l'agitateur 7, ces pales sont d'une longueur relativement réduite. Il s'agit d'un agitateur qui convient particulièrement pour des zones ou couloirs d'agitation à sections relativement réduites.
La figure 4 concerne une deuxième forme de réalisation comprenant plusieurs paires de pales superposées 21 décalées d'un angle de 900.
De plus, l'extrémité libre de la tige 22 est munie de pales 23 et 31 d'une hauteur relativement importante par rapport aux autres pales. Il y a également lieu de noter que la longueur des pales de cette deuxième forme de réalisation est plus grande que celle de la pale unique de l'agitateur suivant les figures 2 et 3.
Enfin, la figure 5 concerne une forme de réalisation comprenant une paire de pales inclinées.
Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation particulière du procédé et de l'installation décrits ci-dessus pour la
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1 récupération de l'aluminium ou d'alliage d'aluminium mais que bien des variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention. Plus particulièrement, la forme et les dimensions de l'agitateur utilisées peuvent être d'une conception très différente.