<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements aux procédés de concentration métallurgiques de matières premières.
La présente invention a pour objet la concentration du manganèse à partir d'alliages dans lesquels ce métal est. présent conjointement avec du fer. L'invention est également applicable à des alliages de fer et de chrome pour la concentration du chrome.
Dans les méthodes connues pour la concentration du manganèse à partir de ces alliages, on utilise le mode opératoire approximatif suivant.
L'alliage fondu est soumis à un procédé d'oxydation, par exemple l'un des procédés d'affinage métallurgique usuels, Le manganèse est ainsi oxyde et se sépare en
<Desc/Clms Page number 2>
premier sous forme de scorie, tandis que les taux possédant une affinité moindre pour l'oxygène, notaient le fer, restent dans le bain métallique. Cette scorie d'affinage contient donc le manganèse concentré sous forme d'oxyde, et la scorie peut être enlevée avant qu'une trop grande quantité de fer ait eu le temps de s'oxyder et de rejoindre la scorie, en provoquant ainsi une réduction de la concentration du manganèse. La réalisation de ce procédé exige une scorie très fluide.
En raison du point de fusion élevé des oxydes de manganèse, la scorie obtenue devient visqueuse lorsque sa teneur en manganèse augmente et la réalisation du procédé est difficile et donne un faible rendement en manganèse. Eu égard à ces conditions l'application de cette méthode est restée très limitée. La présente invention a pour but l'obtention d'une scorie riche en manganèse et dont le point de fusion est bas.
Les conditions semblent en pratiqua être théoriquement les mêmes pour les alliages de fer et de chrome.
En conséquence la présente invention concerne un procédé pour le traitement d'alliages contenant du fer et du manganèse, qui comprend la concentration du manganè- , se ou du chrome, ou du fer et du chrome, en fondant ces alliages avec des agents contenant de l'oxygène et du soufre, qui scorifient le manganèse ou le chroMe, partie sous forme d'oxyde de manganèse et partie sous forme de sulfure de manganèse, ou sous forme d'oxyde de chrome et de sulfure de chrome, de façon à former une scorie riche en manganèse ou en chrome et possédant un point de fusion relativement bas.
On décrira l'application du procédé pour le man- ganèse .
L'invention peut être mise en oeuvre d'après l'un des modes opératoires suivants : @ 1.- L'alliage fondu, contenant du fer et du manganèse est oxydé au point qu'en plus de la teneur
<Desc/Clms Page number 3>
totale en manganèse, une certaine quantité du fer est,elle aussi oxydée. On obtient ainsi une scorie à bas point de fusion et faible viscosité, mais sa concentration en manganèse est plut8t faible, eu égard à la quantité du fer présent dans la scorie. En conséquence cette scorie diluée est réduite avec un nouveau bain métallique contenant du manganèse. Ce métal se joint alors à la scorie et remplace le fer de la scorie, fer qui passe dans le bain métallique.
L'élévation du point de fusion et l'augmentation de la viscosité qui sont dûs à cette concentration d'oxyde de manganèse dans la scorie, sont combattus par l'addition à la scorie de soufre, sous forme de soufre pur, de pyrites de fer, de pyrrhotite, ou d'un autre sulfure possédant une chaleur de formation relativement basse.
Le fait que le sulfure ajouté à la scorie doit posséder une faible chaleur de formation signifie que l'affinité pour le sulfure de manganèse doit être supérieure ou au moins égale à celle du métal qui forme ce sulfure. Ce fait conjointement avec la grande affinité du manganèse, pour l'oxygène a pour résultat que la scorie d'oxyde contenant du sulfure et comportant., avant la réduction avec un nouveau bain métallique, une teneur relativement faible en manganèse, se compose après cette réduction principalement d'un mélange d'oxyde et de sulfure de manganèse, dont la fusion est relativement facile. En fait l'oxyde et le sulfure d'un métal forment, dans de nombreux cas, un bain de fusion homogène, dont le point de fusion et la viscosité sont notablement inférieurs à ceux des deux constituants, le sulfure et l'oxyde.
Par un choix approprié de la proportion entre le sulfure et l'oxyde on peut obtenir une température de fusion minimum, correspondant à celle du mélange eutectique. Pour le procédé dont il s'agit, on peut indiquer que le sulfure ferreux FeS fond à 1193 C, et l'oxyde ferreux FeO à 1370 C, tandis qu'un mélange comprenant 42% en poids de FeO et 58% en poids de FeS fond en
<Desc/Clms Page number 4>
une scorie homogène déjà à 940 C, et les conditions sont semblables dans le cas de sulfure et d'oxyde de manganèse.
La quantité de manganèse qui passe dans la scorie pendant la réduction de la 'scorie d'oxyde et de sulfure diluée avec du métal fondu frais, est déterminée en premier lieu par la quantité d'oxygène et de soufra disponible dans la scorie pour s'unir avec le manganèse, ou en d'autres termes par la teneur originale, dans la scorie , d'oxyde réductible, notamment de fer, et de sulfura à basse chaleur de formation.
Lorsque le manganèse passe de cette manière dans la scorie, une quantité correspondante du fer et du métal contenu dans le sulfure ajouté, est expulsée et passe dans le bain métallique. Un certain équilibre est alors Ptteint, signifiant qu'une certaine quantité du manganèse reste dans le bain métallique, en équilibre avec une certaine quantité de manganèse, combinés avec le soufre et l'oxygène dans la scorie. La concentration de manganèse dans la scorie est d'autant plus grande que la quantité de manganèse restant dans le bain métallique est plus grande. La scorie aisément fusible ainsi obtenue est décantée, et est traitée de la manière ci-dessous décrite pour extraire le manganèse.
2. - D'après un autre mode opératoir-' le soufre ou le sulfure est déjà ajouté pendant l'affinage du bain mé- tallique dans le but d'obtenir un bas point de fusion de la scorie par la présence de sulfure de manganèse et de fer,au lieu d'abaisser le point de fusion en oxydant le bain métallique dans une mesure telle qu'il se forme une certaine quantité d'oxyde de fer ainsi que décrit ci-dessus. Mais on s'expose ainsi au risque de pertes considérables de soufre pendant l'affinage, et de plus il est même nécessai- re,. dans le but d'assurer une récupération quantitativement satisfaisante de manganèse dans la scorie de sulfure et d'oxyde, d'oxyder le bain métallique au point qu'une partie du fer de ce bain soit oxydée.
De cette façon la scorie
<Desc/Clms Page number 5>
est quelque peu diluée avec de l'oxyde de fer qui nécessite probablement. même dans ce cas, une réduction subséquente de la scorie avec un bain métallique frais, dans le but de diminuer sa teneur en fer.
Mais une comparaison entre ces modes opératoires montre l'avantage suivant du mode opératoire décrit en pre- mier. La teneur originale en manganèse dans le bain métal- lique frais est abaissée dans son premier traitement avec de la scorie de sulfure et d'oxyde, en donnant un moindre volume de scorie lorsque le reste du manganèse est scorifié par oxydation pendant l'affinage final, ce qui est préféra- ble si on se sert du procédé Bessemer pour cet affinage. La possibilité d'obtenir un rendement quantitatif de manganèse dans la scorie est plus grande, et la concentration de manganèse dans la scorie finale de sulfure et d'oxyde, ré- duite par le bain métallique frais, est très élevée.pra- tiquement au maximum possible si on prend en considération l'érosion de la garniture du four et l'addition résultante de matière réfractaire.
La scorie finale de sulfure et d'oxyde, riche en manganèse. qu'on obtient , peut être par example, grillée à ltair, avec récupération éventuelle du bioxyde. de soufre formé, pour être entièrement transformée en un minerai à forte teneur d'oxyde de manganèse. On peut auseiappliquer d'autres méthodes pour l'extraction du métal de minerais contenant du soufre.
On supposera que la réduction dans un haut-four- neau d'une charge de minerai de fer et de manganèse donne . par exemple un fer spiegel à 14% de manganèse. Ce fer peut être ensuite préalablement affiné, par exemple dans un convertisseur Bessemer basique, de l'air servant en ce cas d'agent à teneur d'oxygène, ou bien dans un four à sole dé- couverte, et donne au bout d'un certain temps une scorie d'affinage composée principalement d'oxyde de manganèse MnO, scorie dont le point de fusion est élevé et qui est en con- séquence visqueuse.
Dans le but d'abaisser le point de
<Desc/Clms Page number 6>
fusion et la viscosité, on peut ajouter des matières conte- nant du soufre, par exemple du soufre pur, des pyrites de fer, de la pyrrhotite, ou un autre sulfure comportant une chaleur de formation pas plus élevée que celle du sulfure de manganèse, cette addition se faisant déjà avant l'affi- nage, ou pendant l'affinage, ce qui toutefois comporte le risque de l'oxydation d'une certaine quantité de soufre et de son élimination sous forme gazeuse.
Cette perte en S est considérablement réduite, en évitant l'addition de S pendant ce procédé d'effinage, et en réalisant l'abaisse- ment requis du point de fusion et de la viscosité de la scorie en oxydant le bain de fusion au point qu'en plus de la teneur totale en manganèse, on obtient dans la scorie une certaine quantité de fer sous forme d'oxyde. Cette scorie diluée peut être alors réduite par l'addition de fer spiegel non affiné pendant l'addition de matières à teneur de sou- fre, ainsi qu'indiqué ci-dessus. Le FeO et le métal du sulfure contenu dans la scorie sont alors rcduits par le Mn du bain de fer spiegel de façon à former MnO et KnS, qui conjointement avec Mno déjà présent, donnent une scorie de sulfure et d'oxyde de Mn aisément fusible.
De plus il n'est évidemment pas nécessaire de réduire la scorie d'affinage diluée, avec un bain métallique frais, non rèduit, On peut aussi employer d'autres agents réducteurs, par exemple du carbone, ou des métaux n'existant pas en quantité appré- ciable dans le bain de fusion. mentionné en pre@ier. par exemple de l'aluminium ou du chrome, peuvent bout aussi bien, être utilisés cornue agents réducteurs. L'addition de matiè- res à teneur de soufre, telle que décrite, dans le but d'a- baisser le point de fusion de la scorie, peut évidemment être utilisée même dans de pareils cas.
La mise en oeuvre pratique.du procédé dans le cas ci-dessus mentionné se fera par exemple de la manière sui- vante : @ Une certaine quantité de fer brut, contenant du Mn,
<Desc/Clms Page number 7>
ou de fer spiegel avec une teneur de 14 % en En, une faible
EMI7.1
réala,p, teneur en Si, et en général une certaine teneur en P (les ô.' 'P'ret 0'0.$ ci" métaux mentionnés contenant fréquemment une quantité notad test ô.es3' 1 soue ble de P), est d'±.bord soumise à unr affinage/final, sans à e P.s \).p. \l1.. a! ±1.. p'a g,e aucune addition de soufre, jusqu'à ce que la soorie possède par exemple une composition de 45% MnO. 45 % FeO. 7 % SiO2, le reste étant du P2O5, du CaO, etc..
Grâce à la teneur élevée en FeO, le point de fusion et la viscosité de cette scorie sont bas, et elle peut être décantée du métal. Pour abaisser les teneurs en Fe et P, cette scorie est ensuite réduite avec une charge frafche de fer brut riche en Mn,ou de fer spiegel, ayant par exemple même poids que la charge traitée en premier, dans un four à atmosphère neutre ou légèrement réductrice. Ceci correspond à l'affinage préalable ci-dessus mentionné du bain de fer spiegel. Le Mn du fer spiegel et une certaine quantité de son C réduisent le FeO et le P205 de la scorie d'affinage, de sorte que P et Fe entrent dans le métal, le Mn passant dans la scorie sous forme de MnO.
Si on ne procédait à aucune addition à la scorie en vue d'abaisser le point de fusion, le point de fusion et la viscosité de la scorie augmenteraient, en rendant le procédé plus difficile. Par addition de S, par exemple sous forme de FeS, on obtient du MnS ainsi que du lino, ce qui donne une scorie aisément fusible. La quantité d'addition de S peut varier mais on obtient la scorie la plus fusible lorsque cette quantité est telle que les proportions en poids de MnO et MnS obtenus dans la scorie sont approximativement égales, ceci pour le cas où la scorie consiste principalement en MnO et MnS. La quantité de S peut être réduite en cas de teneurs en SiO2 plus élevées. On maintient ainsi un bas point de fusion et une faible visoosité jusqu'à ce que la presque totalité de Fe ait été réduite de la scorie.
Par suite des conditions d'équilibre des sulfures et oxydes de manganèse et de fer par rapport aux métaux,
<Desc/Clms Page number 8>
conditions qui ont été étudiées par l'Inventeur, on peut donner la composition approximative suivante de la scorie ainsi obtenue : 45% MnO, 45% MnS, 7% SiO2. faibles teneurs en FeO, FeS, P2O5, etc... La viscosité de cette scorie est très faible. On peut s'attendre à cette forte teneur en Mn, car à la fin de la réduction, la scorie est en contact avec du métal fondu comprenant une teneur restante en Mn de plusieurs pourcents.
Avec les analyses de métal et de scorie indiquées ci-dessus, la teneur restante en Mn du métal est d'environ S %, en supposant que le bain de fer spiegel frais, qui réduit la scorie riche en FeO, a le même p@ids que le bain métallique d'où la scorie a été tirée.
La scorie riche en Mn est décantée et est soumise à un traitement ultérieur, par exemple à un grillage avec réduction subséquente, dans le but d'obtenir le Mn en un alliage à fort pourcentage de Fe.
Il est évident qu'on peut aussi utiliser d'autres méthodes pour extraire le métal du minerai contenant le soufre.
Le métal qui est affiné préalablement avec la scorie contenant S, est ensuite complètement affiné de la manière ci-dessus décrite, en donnant une scorie affinée, est ensuite traitée avec une charge fraiche de fer spiegel non affiné, et ainsi de suite.
En résumant l'ensemble du procédé de concentration dans le présent cas, on peut dire que l'oxydation du bain métallique pendant l'affinage final permet une extraction presque quantitative du Mn du métal, c'est-à-dire du fer spiegel, sous la forme d'oxyde dans une scorie très liquide mais diluée. En se servant de cette scorie pour l'affinage préalable d'un bain frais de fer spiegel, avec addition simultanée d'un sulfure à faible chaleur de formation, cette scorie diluée est transformée en une scorie très,riche en Mn, conservant un bas point de fusion et une faible viscosité, Il faut noter toutefois qu'une concentra-
<Desc/Clms Page number 9>
tion successive de P a lieu dans les scories subséquentes, car P passe du métal finalement affiné à la scorie, et de cette scorie au métal préalablement affiné, en s'accumulant ainsi dans la scorie.
Lorsque la teneur en P s'élève par trop, la scorie concertrée finale peut être soumise à une réduction finale, par exemple avec du C, dans le but de réduire la teneur en P.
Pour les procédés ci-dessus décrits. on peut se servir des fours utilisés dans les procédés d'affinage métallurgique usuels. On peut employer différentes combinaisons de fours pour la mise en oeuvre des divers procédés partiels. On donnera quelques exemples. Une garniture basique doit être utilisée dans tous les cas, a ) un convertisseur Bessemer peut être employé pour l'affinage final du bain métallique ; laréduction sub- séquente de la scorie d'affinage peut être effectuée dans un four à réverbère, ou dans un four à sole découverte,avec une atmosphère légèrement réductrice, ou dans un four à arc électrique, ou dans un four d'induction électrique. b) on peut employer un four à sole découverte pour laffinage final du bain métallique ;
laréduction subséquente peut être effectuée dans l'un quelconque des fours indiqués sous a) de la manière spécifiée.
On peut aussi employer d'autres types de fours et d'autres combinaisons.
En ce qui concerne le traitement de la scorie contenant du soufre, il faut noter que si cette scorie contient des parts approximativement égales en MnS et MnO et de faibles quantités d'éléments, une combustion de MnS par oxydation dans un convertisseur avec soufflage de surface, donr une élévation de température suffisante pour rendre une scorie constituée principalement par du MnO si fluide qu'elle peut être décantée du convertisseur.
Il fautnoter qu'il est connu, en ce qui concerne la production de fonte utilisable pour la transformation en
<Desc/Clms Page number 10>
pièces de fonte malléable, de fondre des riblons d'acier ou de fer brut, avec une matière carbonée. dans un four à coupole ou un autre four, et d'ajouter à la charge contenue dans le four une proportion de matière à teneur de soufre, par exemple de coke sulfureux, pour enlever la totalité ou une partie du manganèse présent.
Comme le chrome semble, de même que le manganèse, se combiner avec l'oxygène et le soufre plus fortement que ne le fait le fer, on peut utiliser pour les alliages de fer et de chrome, des modes opératoires semblables à ceux ci-dessus décrits pour les alliages de fer et de manganèse.
EMI10.1
R E V E N D I C A T I 0 N S
1.- Procédé de traitement d'alliages contenant du fer et du manganèse, qui comprend la concentration du manganèse par fusion de ces alliages avec des agents contenant de l'oxygène et du soufre, qui scorifient le manganèse partie sous forme d'oxyde de manganèse et partie sous forme de sulfure de manganèse,de façon à former une scorie riche en manganèse et possédant un point de fusion relativement bas.
2.- Procédé d'après 1*, comprenant l'opération de récupération du manganèse de la scorie.
3.- Procédé d'après 1 ou 2", comprenant l'emploi comme agent contenant du soufre, d'un ou plusieurs sulfures de métaux dont l'affinité pour le soufre n'est pas plus grande que celle du manganèse.
4. - Dans un procédé d'après 1 ou 2 , l'emploi de sulfure de fer comme agent contenant du soufre.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.