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Procédé d'élimination du soufre des fumées d'agglomération des minerais de fer.
La présente invention concerne un procédé d'élimination du soufre des fumées d'agglomération des minerais de fer.
Le processus d'agglomération des minerais de fer est bien connu dans la technique.
Brièvement, on rappellera simplement ici qu'il consiste à déposer sur une bande d'agglomération, esssentiellement formée d'une grille mobile sans fin, une couche d'un mélange de minerais de fer, de combustible solide, généralement du poussier de coke, et de diverses matières d'addition ; à enflammer cette couche à sa surface supérieure au moyen de brûleurs disposés dans une hotte d'allumage ; et à aspirer de l'air à travers le mélange, par des boîtes à vent situées sous la bande, pour faire progresser la combustion du combustible solide sur toute l'épaisseur de la couche. On obtient finalement, à l'extrémité de sortie de la bande d'agglomération, un gâteau aggloméré de minerai de fer destiné, après refroidissement, concassage et criblage, à être chargé dans un haut-fourneau.
Cette technique, largement utilisée, nécessite d'importantes quantités d'air pour entretenir la combustion et entraîne par conséquent la production de très grands volumes de fumées. Celles-ci contiennent diverses substances, en particulier des oxydes de soufre 502 et 503 résultant de la combustion du soufre présent notamment dans le combustible solide et les matières d'addition ; ces substances peuvent se trouver dans les fumées en des quantités dépassant les limites imposées par les règlementations de protection de l'environnement.
Il existe actuellement dans la technique de nombreux procédés de désulfuration des fumées d'agglomération, dans lesquels on prélève la totalité ou une partie, généralement importante, des fumées pour les soumettre à un traitement approprié avant leur rejet à l'atmosphère. Ces procédés de traitement requièrent des installations volumineuses et donc coûteuses, et génèrent le plus souvent de grandes quantités de sous-produits qu'il faut ensuite retraiter ou déposer en décharges contrôlées.
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Il est également connu de recycler une partie des fumées d'agglomération dans l'air aspiré à travers la couche de mélange, en utilisant une hotte de recyclage recouvrant entièrement ou partiellement la bande d'agglomération ; cette technique permet notamment de limiter le volume des fumées rejetées à l'atmosphère.
Ce recyclage ne provoque en général qu'une élimination indirecte et très limitée des oxydes de soufre.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé d'élimination du soufre des fumées d'agglomération des minerais de fer, qui ne nécessite pas de grandes installations et qui ne forme pas de sous-produits requérant un traitement particulier.
L'objectif de la présente invention est de fixer le soufre des fumées dans un composé approprié, d'incorporer ce composé à l'aggloméré et de le transférer, via cet aggloméré, dans la charge du haut-fourneau puis dans le laitier de haut-fourneau.
Conformément à la présente invention, un procédé d'élimination du soufre des fumées d'agglomération des minerais de fer, dans lequel on recycle au moins une partie desdites fumées d'agglomération, est caractérisé en ce que l'on chauffe lesdites fumées au moyen d'au moins un brûleur, en ce que l'on injecte dans lesdites fumées au moins un agent désulfurant capable de former, à haute température, un composé solide stable avec le soufre présent dans lesdites fumées, en ce que l'on recycle les fumées ainsi traitées dans une hotte, dite hotte de recyclage, recouvrant au moins une partie de la bande d'agglomération, et en ce que l'on recueille ledit composé solide stable de soufre dans la matière agglomérée produite sur la bande d'agglomération.
De préférence, ledit agent désulfurant est injecté, au moins en partie, dans la flamme dudit brûleur et/ou à proximité immédiate de celle-ci.
Au sens de la présente demande, un composé solide stable du soufre est une substance, formée par réaction du soufre présent dans les fumées avec ledit agent désulfurant, qui ne se décompose pas au moins dans les conditions physico-chimiques régnant dans la partie supérieure du haut-fourneau ; ces conditions sont essentiellement la température, la pression et la composition chimique des matières rencontrées.
Il va de soi que la stabilité physico-chimique évoquée ici ne concerne que le composé luimême, et ne s'étend pas obligatoirement à l'eau d'hydratation éventuelle que ce composé pourrait contenir à la suite des réactions ayant conduit à sa formation.
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Suivant une mise en oeuvre particulière, on prélève une fraction desdites fumées d'agglomération particulièrement chargée en oxydes de soufre, on chauffe lesdites fumées à une température comprise entre 6000C et 12000C au moyen d'un ou de plusieurs brûleurs, qui sont de préférence des brûleurs à gaz, et on injecte ledit agent désulfurant directement dans et/ou à proximité immédiate des flammes desdits brûleurs.
Les hautes températures atteintes assurent une cinétique élevée des réactions chimiques et une élimination pratiquement totale du soufre des fumées ainsi traitées.
Lesdits brûleurs peuvent être disposés dans ladite hotte de recyclage qui recouvre, partiellement ou entièrement, la bande d'agglomération. Il s'est cependant avéré intéressant de disposer ces brûleurs dans un réacteur de désulfuration, distinct de la hotte précitée, dans lequel on introduit d'une part les fumées et d'autre part l'agent désulfurant.
On pourrait en principe utiliser tout agent désulfurant capable de réagir avec les oxydes de soufre des fumées et de former ainsi un composé solide stable, comme on l'a indiqué plus haut. Il faut cependant considérer que, sous l'effet de l'aspiration exercée par les boîtes à vent, les gaz présents dans la hotte sont aspirés à travers la couche de matières à agglomérer. Celle-ci joue le rôle d'un filtre pour ledit composé solide stable de soufre, qu'elle retient et qui est ainsi exposé aux conditions, notamment de température, régnant au sein de cette couche pendant l'agglomération.
Il est dès lors essentiel que ledit composé de soufre reste stable également dans ces conditions, afin qu'il puisse subsister dans l'aggloméré produit. A cet égard, il est particulièrement intéressant d'injecter un agent désulfurant comprenant un composé de calcium, tel que la chaux (CaO ou Ca[OHI2) ou la castine (CaCO,) ; un tel agent désulfurant permet en effet de former un composé tel que le sulfate (CaSO,) et/ou le sulfite (CaS03) de calcium, éventuellement sous forme hydratée (gypse), qui est stable aussi bien à l'agglomération que dans la partie supérieure du haut-fourneau.
La figure unique ci-jointe illustre schématiquement le procédé qui fait l'objet de la présente invention. L'installation d'agglomération y est représentée de manière fortement simplifiée, pour des raisons de clarté du dessin.
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De façon connue, cette installation d'agglomération comprend une bande mobile sans fin 1, une trémie de chargement 2, une hotte d'allumage 3 équipée de brûleurs 4, et une série de boîtes à vent 5 disposées sous la bande 1. La trémie de chargement 2 dépose sur la bande 1 une couche 6 d'épaisseur uniforme de matières à agglomérer, et les brûleurs 4 de la hotte d'allumage 3 assurent l'inflammation du combustible présent dans la partie supérieure de ces matières.
Ensuite, la cuisson des matières progresse jusqu'au déchargement de l'aggloméré en fin de bande, les fumées de combustion étant continuellement aspirées par les boîtes à vent 5.
En application du procédé proposé ici, une partie de ces fumées est captée séparément et envoyée dans un réacteur de désulfuration 7. Le reste des fumées, qui peut par exemple contenir moins d'oxydes de soufre, est traité de la manière habituelle, symbolisée par la flèche en trait interrompu 8.
Les fumées arrivant dans le réacteur de désulfuration 7 sont portées à haute température, par exemple entre 6000C et 1200 C, par des brûleurs 9 et un agent désulfurant 10, répondant aux conditions énoncées plus haut, par exemple la castine, est injecté dans ce réacteur 7. Il y réagit avec les oxydes de soufre présents dans les fumées, pour former du sulfate et/ou du sulfite de calcium, comme on l'a indiqué plus haut. Ces réactions se déroulent avec une cinétique élevée, en raison des hautes températures régnant dans le réacteur 7.
Selon une variante particulièrement intéressante du procédé, permettant notamment de limiter les frais d'investissement de l'installation, le réacteur 7 peut consister en une simple conduite de recyclage des fumées.
Ensuite, les fumées traitées 11 sont recyclées dans une hotte 12 couvrant la bande d'agglomération 1, afin de récupérer leur importante chaleur sensible et d'incorporer le (s) composé (s) sulfuré (s) formé (s), par exemple du CaS04, à l'aggloméré. Ce recyclage doit toutefois être accompagné d'un ajout d'air frais 13, avant et/ou dans la hotte 12. pour augmenter la teneur en oxygène des fumées traitées.
Dans certains cas, notamment pour limiter la consommation de réactif de désulfuration, il peut être intéressant de récupérer une partie des particules solides
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entraînées par les fumées traitées 11 en soumettant ces fumées à une étape de séparation grossière 14. Cette séparation permet de recycler une fraction 15 du réactif de désulfuration non consommé.
D'autres variantes possibles ne sont pas illustrées ici parce qu'elles se comprennent aisément par une simple description. Il s'agit de variantes dans lesquelles on opère un fractionnement du recyclage des fumées traitées 11 et de l'air d'appoint 13, le recyclage étant ici réalisé sur une portion choisie de la bande d'agglomération recouverte par la hotte 12, le reste de la bande étant classiquement alimenté en air frais.
Le présent procédé permet d'opérer une élimination importante du soufre présent dans les fumées d'agglomération, sans nécessiter de grandes transformations des installations existantes. Il permet en plus de moduler la quantité de fumées recyclées, notamment en fonction de la distribution de leur teneur en soufre le long de la bande d'agglomération. Enfin, la présence d'un composé de soufre, stable à l'agglomération et dans la partie supérieure du haut-fourneau, ne perturbe pas le fonctionnement de ces engins et ne dégrade pas la qualité de l'aggloméré, respectivement de la fonte, qu'ils produisent.