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PROCEDE POUR LA REDUCTION DE MINERAIS PAUVRES.
La présente invention a trait à la réduction de minerais pauvres et spécialement de minerais de nickel à faible teneur.
Si l'on veut effectuer, dans des conditions économiques et avec un épuisement convenable, la réduction de minerais ne contenant -que des teneurs relativement faibles du métal à extraire, on se heurte à une première difficulté, qui est d'assurer un contact suffisant entre le réducteur et toutes les parties du minerai à traiter, de telle manière que l'action réductrice s'exerce dans toute la masse de celui-ci.
Un autre problème se pose ensuite : celui de la séparation du faible volume de métal réduit de la masse du minerai. Si l'on veut un épuisement satisfaisant du minerai, il importe en effet de ne pas laisser de granules métalliques isolées du sein du minerai.
De nombreuses méthodes ont été proposées pair surmonter ces difficultés.
C'est ainsi, par exemple, que l'on a proposé, dans le cas de minerais de nickel, de mélanger très intimement le minerai préalablement broyé avec du ferro-silicium en poudre et de fondre ce mélange, par exemple, dans un four électrique. Cette méthode, qui est à même d'assurer un relativement bon contact entre le minerai et le métal à traiter, présente cependant l'inconvénient de nécessiter un broyage préalable.
Une autre solution du problème de la réduction des minerais pauvres consisterait à adopter les méthodes connues pour la réduction des minerais de fer par l'emploi de fours tournants en utilisant comme réducteur du carbone mélangé à la charge. Ces procédés permettent dans une certaine mesure d'améliorer les contacts entre le minerai et le réducteur, mais dans de tels fours, une grande partie du chauffage se faisant par le rayonnement des parois, le garnissage du four risque d'être sérieusement attaqué par le minerai tant que
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celui-ci contient des oxydes métalliques et on est contraint, pour diminuer ce risque, à pousser la réduction jusqu'au bout.
Du reste, les procédés de ce genre conviennent mal si l'on veut obtenir une réduction sélective, ce qui est le cas pour les minerais de nickel où l'on cherche en général à réduire l'oxyde de nickel sans réduire complètement l'oxyde de fer. Le dosage précis de la proportion des réducteurs est difficile à assurer. En outre, le métal produit absorbe une partie du soufre contenu dans le carbone et il est impossible, dans ces conditions, d'obtenir un produit pur.
La demanderesse a elle-même proposé un procédé de réduction des minerais de nickel pauvres, avec obtention de ferro-nickel, consistant à fondre ces minerais et à verser une masse suffisante d'un bain fondu à base de fer, contenant ou non du nickel, sur des masses successives de minerai fondu. Ce procédé, qui permet d'assurer un excellent épuisement du minerai nécessite cependant d'assez nombreuses manutentions. Le caractère discontinu du procédé est dailleurs d'autant plus accentué que la teneur en nickel du minerai est plus faible, puisque une basse teneur en nickel oblige à brasser une même masse de métal avec un nombre croissant de charges successives de minerai.
La présente invention a pour objet essentiel un procédé de réduction des minerais pauvres et spécialement des minerais de nickel, permettant d'obtenir un épuisement très complet du minerai, même pour les minerais très pauvres, et cela d'une manière continue si on le désire, et avec un minimum de main d'oeuvre et d'entretien de l'appareillage mis en oeuvre.
L'invention a également pour objet un appareil permettant de mettre en oeuvre le procédé dans les meilleurs conditions économiques et ne nécessitant qu'un entretien très réduit.
Le procédé, objet de l'invention, présente essentiellement l'ensemble des caractéristiques suivantes
1 ) On opère la réduction sur le minerai préalablement fondu.
2 ) Cette réduction est effectuée par la mise en contact du minerai fondu avec un bain métallique réducteur également fondu, la masse de ce bain étant à chaque instant très supérieure à la masse de réducteur qui serait théoriquement nécessaire pour réduire la quantité d'oxyde de nickel se trouvant dans le minerai en présence.
3 ) Cette réduction a lieu dans un appareil rotatif cylindrique à axe horizontal, à section circulaire ou ovale, non chauffé, contenant le bain métallique réducteur, par uné extrémité duquel on introduit, d'une façon qui peut être continue, le minerai fondu, ce minerai s'épuisant au cours de son séjour dans l'appareil et étant évacué à l'extrémité opposée.
4 ) On ajoute de préférence au bain métallique un élément thermogène tel que le silicium ou l'aluminium dont l'action réductrice sur le minerai dégage une quantité de chaleur au moins suffisante pour compenser les pertes.
5 ) On améliore, si nécessaire, les contacts entre le bain métallique et le minerai fondu dans l'appareil par tous moyens connus.
6 ) On extrait, périodiquement ou de façon continue, de l'appareil, en totalité ou en partie, le bain métallique qui s'est enrichi en métal extrait du minerai ou dont la masse a augmenté.
Le procédé s'applique particulièrement bien au cas des minerais de nickel oxydés à faible teneur en nickel, Dans ce cas, en effet, le bain réducteur à mettre en oeuvre peut être le fer, ou un ferro-nickel, avec addition complémentaire d'un réducteur énergique, si nécessaire.
La mise en oeuvre du procédé est effectuée de préférence de la manière suivante
On commence par introduire le minerai dans un four de fusion qui peut être un four électrique, un four à réverbère ou tout autre engin susceptible, de préférence, de débiter le minerai fondu d'une façon continue.
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On introduit, dans l'appareil de réduction qui est situé au voi- sinage de ce four, d'une part le minerai fondu, d'autre part, un bain métalli- que à base de fer également fondu, contenant ou non du nickel. Ce bain métal- lique peut provenir d'un four spécial de fusion, mais il peut aussi, au début d'un cycle d'opérations, être généré dans l'appareil de réduction lui-même par additions directes au minerai de quantités suffisantes d'un réducteur énergique tel que le silicium.
Conformément à l'invention, l'appareil est constitué par un ré- cipient cylindrique à axe horizontal et à section cylindrique ou ovale. On le fait tourner autour de son axe ou on lui imprime autour de cet axe des os- cillations successives,dans des conditions telles qu'il se produise constam- ment un renouvellement des surfaces de contact du métal et du minerai fondu.
L'appareil ne comporte pas de moyens de chauffage, ce qui sim- plifie considérablement sa construction. La rotation entraîne constamment, sur la paroi de l'appareil, une certaine quantité de minerai qui se fige et constitue ainsi un auto revêtement, ce qui résoud sans difficultés le problè- me du garnissage réfractaire. Quand cette couche figée repasse, du fait de la rotation, sous la couche métallique, elle se réchauffe au contact du mé- tal, fond en partie et des gouttelettes de minerai traversent ainsi de bas en haut la couche de métal, augmentant ainsi la surface de contact entre les deux phases.
Comme indiqué ci-dessus, le procédé n'est réalisable à l'aide d'un tel appareil, que si l'on respecte la caractéristique de l'invention ci- tée plus haut consistant à disposer d'une masse métallique beaucoup plus gran- de que celle qui serait nécessaire pour réduire le minerai présent dans l'appareil à un instant donné. La mise en oeuvre de l'invention serait impossible si l'on ne disposait à chaque instant, en présence d'une quantité donnée de minerai, que de la quantité de réducteur juste suffisante pour assurer la réduction de l'oxyde de nickel.
C'est ainsi par exemple que, si l'on avait dans l'appareil une tonne de minerai fondu contenant initialement 3% de NiO en pré- sence d'un bain de fer en quantité juste suffisante pour réduire cet oxyde, soit environ 25 Kgs de fer, il serait pratiquement impossible d'assurer entre le fer et le minerai fondu un contact suffisante pour assurer l'épuisement en nickel du minerai.
Il est donc nécessaire de régler d'une façon convenable la quantité de minerai et de métal à chaque instant présents dans l'appareil, ainsi d'ailleurs que la durée de séjour du minerai dans l'appareil, de telle manière que l'épuisement puisse être assuré entre l'entrée et la sortie.
De nombreux facteurs interviennent dans cette détermination. Il est possible de munir l'appareil d'un organe quelconque assurant un brassage plus ou moins violent entre le métal et le minerai, ce qui a évidemment pour effet d'augmenter les contacts et permet par suite d'augmenter le débit du minerai et/ou le rapport 'entre la masse de minerai et la masse de métal à chaque instant présents dans l'appareil, et de diminuer la quantité d'éléments thermogènes à ajouter.
Dans tous les cas, la longueur de l'appareil sera choisie suffisante pour que, dans les conditions de contact et de vitesse de passage du minerai choisies,celui-ci soit pratiquement épuisé à sa sortie de l'appareil. Cette longueur pourra aisément être déterminée par des expériences préalables. Par ailleurs, les exemples qui seront donnés plus loin permettront de fixer à l'avance certains ordres de grandeur.
Enfin, un autre élément important de l'invention consiste à ajouter au bain métallique des réducteurs énergiques tels que le silicium ou l'aluminium, qui, par la réaction très exothermique qu'ils provoquent sur le minerai, maintiennent la température du métal et du minerai au cours de l'opération. La demanderesse a constaté en outre que la présence de ces réducteurs, même en faible quantité, favorisait la réduction de l'oxyde de nickel par le fer grâce au réchauffement local qu'elle provoque au contact des deux bains.
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De tels réducteurs seront introduits dans le bain métallique au fur et à mesure de l'avancement de l'opération, par exemple à raison de 1 à 2 Kgs de silicium par tonne de minerai traité, pour un minerai à 5 % de NiO dans le cas où le fer intervient comme réducteur principal. Cette quantité pourra varier suivant la nature des minerais, leur teneur en nickel, la viscosité plus ou moins grande des bains. D'une manière générale, elle peut être plus faible dans le cas de minerais plus pauvres, mais diminue en général moins rapidement que la teneur en NiO Si le bain de minerai est visqueux et/ ou si sa température est basse, il y a intérêt à augmenter la quantité du réducteur énergique à mettre en oeuvre.
Si l'on désire réduire de l'oxyde de fer en même temps que l'oxyde de nickel, il y a lieu, bien entendu, d'ajuster en conséquence la proportion de réducteur énergique à mettre en oeuvre. Dans ce cas, la quantité du réducteur énergique à ajouter doit être sensiblement égale à celle qui est théoriquement nécessaire pour réduire tout l'oxyde de nickel et la partie envisagée d'oxyde de fer.
Le réducteur est de préférence ajouté d'une façon continue au bain métallique de telle manière que sa teneur dans le bain ne varie que dans des limites relativement étroites. Cette addition se fait en général à l'état solide, pré-chauffé ou non.
Comme indiqué ci-dessus, dans la marcha industrielle du procédé, le minerai est introduit et évacué, de préférence, d'une façon continue. Le métal peut être évacué d'une façon continue ou périodiquement, par exemple lorsqu'il a atteint la teneur désirée en nickel.
Plusieurs variantes sont possibles pour la conduite de l'opéra- tion;
Suivant une première variante, on peut commencer l'opération avec un bain de fer ne contenant pas de nickel et laisser ce bain s'enrichir progressivement en nickel. Quand sa teneur en nickel a atteint la valeur désirée, on arrête l'appareil et on évacue en totalité ou en partie le ferro-nickel obtenu, après quoi on introduit une nouvelle quantité de fer à l'état liquide, pour remplacer le métal que l'on a éliminé; on remet l'appareil en route en introduisant à nouveau le minerai d'une façon continue.
Il y a lieu de remarquer que dans ce cas le fer, qui est l'élément réducteur principal, est remplacé par un poids à peu près équivalent de nickel, de sorte que le poids et aussi le volume des bains métalliques ne subissent que des variations rélativement faibles au cours d'une opération d'enrichissement.
On ne sera pratiquement limité, dans la teneur finale en nickel, que par l'équilibre de la réaction Fe + NiO = FeO + Ni.
Une autre variante du procédé consiste à charger initialement dans l'appareil un bain de ferro-nickel et à poursuivre l'opération en réduisant à la fois de l'oxyde de nickel et de l'oxyde de fer et ceci dans des proportions sensiblement voisines de celles de ces deux éléments dans le ferronickel. Cette variante nécessite bien entendu l'introduction d'une quantité suppléme ntaire de réducteur énergique tel que le silicium ou l'aluminium, ou encore de carbone. Elle présente par contre l'avantage de ne plus nécessiter de charges nouvelles de métal liquidé, le bain métallique conservant une composition sensiblement constante et augmentant de poids au cours de l'opération.
Le bain métallique initial peut, comme il a été indiqué ci=des- sus, être généré à partir du minerai dans l'appareil de réaction même, au moyen d'addition d'éléments réducteurs,énergiques en quantité suffisante. Cette manière de faire permet d'éviter l'installation d'un four spécial pour la fusion du bain métallique.
Bien entendu, on peut mettre en oeuvre toutes combinaisons des deux variantes qui viennent d'être décrites sans sortir du cadre de l'invention.
En ce qui concerne l'appareil de réaction à utiliser pour la mise en oeuvre de l'invention, il peut être conçu de différentes façons. Il s'a-
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git essentiellement d'un appareil rotatif non chauffé, à axe horizontal ou sen- siblement horizontal, à section circulaire, ovale ou d'une manière plus généra- le allongée, suivant un de ses axes de symétrie. L'appareil est muni à ses deux extrémités d'orifices d'introduction et d'évacuation du minerai fondu.
Il pourra comprendre en outre éventuellement des orifices spéciaux d'introduc- tion ou d'évacuation du métal,
L'appareil le plus simple est celui représenté par la fige 1 qui en donne schématiquement une coupe en long, la, et une coupe transversale lb.
Cet appareil est constitué essentiellement par un corps cylin- drique a en matériau réfractaire reposant sur des galets de roulement g par l'intermédiaire du chemin de roulement,eo
La rotation autour de l'axe du cylindre est assurée par l'inter- médiaire d'une couronne dentée d. Une trémie b permet l'introduction en (1) du minerai fondu et éventuellement du bain métallique,, L'évacuation du métal se fait en (3) par le trou de coulée c. A l'extrémité opposée de l'appareil le minerai épuisé peut s'écouler vers (4) par le seuil o et le chenal f. L'ex- trémité de l'appareil est fermée par une pièce réfractaire p, fixe.
Un tube métallique m refroidi extérieurement par un courant d'eau et muni à l'inté- rieur d'une vis d'entraînement (non représentée sur la figure) permet d'amener dans l'appareil un réducteur tel que du ferro-silicium. Ce réducteur, de pré- férence en morceaux, est introduit en (2) dans la trémie n et transporté par la vis transporteuse jusqu'à l'extrémité du tube m d'où il tombe dans le bain liquide par des orifices prévus à cet effet à l'extrémité de ce tube. Un écran métallique s monté à l'extrémité d'un tube r pénètre dans le bain de minerai et empêche le réducteur d'être entraîné par le courant de minerai fondu.par des- sus le seuil o.
L'ensemble du tube r et de l'écran s sont refroidis par une circulation d'eau intérieure convenable.
L'appareil représenté à la fige 1 a une section transversale circulaire sur toute sa longueur.
On peut, l'appareil étant en rotation, introduire d'une façon continue le minerai fondu par la trémie b. Ce minerai forme une couche fondue u au-dessus du bain métallique xo La rotation renouvelle constamment la surface de contact entre les deux bains, le minerai s'épuise au cours de son séjour dans l'appareil et est évacué automatiquement par le seuil o au fur et à mesure qu'on introduit du minerai frais par la trémie bo
Comme indiqué précédemment, l'appareil de réaction conforme à l'invention peut comporter des dispositifs spéciaux destinés à assurer un brassage et à améliorer les contacts entre les deux phases minerai et métal en présence .
Un moyen particulièrement simple d'obtenir un tel brassage est de donner à lappareil une section transversale ovale et de lui conférer une vitesse de rotation telle que du métal soit entraîné à chaque rotation par la force centrifuge au-dessus de son niveau normal et retombe sur le minerai fondu. Cependant, un tel brassage ne doit pas se produire sur toute la longueur de l'appareil, car il est indispensable de maintenir vers l'extrémité de sortie du minerai une zone calme dans laquelle le minerai séjourne un temps suffisant pour que les gouttelettes de métal qui peuvent s'y trouver en suspension aient le temps de décanter.
Une méthode simple pour atteindre ce double but, d'obtenir à la fois un brassage assurant un bon contact entre minerai et métal et une décantation convenable dans le minerai avant son évacuation, consiste à utiliser un appareil du type représenté à la fig.2.
Cet appareil comprend une partie a à section intérieure circulaire et une partie a' à section intérieure allongée, constituée par 2 trapèzes opposés à angles fortement arrondis, comme représenté dans la coupe lon- gitudinale (2a) et dans les coupes transversales suivant YY' (2b) et ZZ' (2c).
Le métal et le minerai fondu sont brassés dans la partie à section transversale allongée. La partie de l'appareil à section cylindrique constitue une zone relativement calme dans laquelle les gouttelettes de métal réduit peuvent se
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séparer aisément du minerai.
Tous les autres dispositifs, amenée du minerai, amenée du réducteur, etc... sont les mêmes que dans l'appareil représenté à la fig. 1.
Si l'on utilise un appareil du type décrit ci-dessus, il est possible d'opérer avec un débit de minerai plus grand que dans le cas d'un appareil cylindrique; ou encore, pour un morne débit de minerai, l'encombrement de l'appareil pourra être moindre.
D'autres moyens mécaniques de brassage peuvent encore être utilisés. On peut citer à titre d'exemple l'appareil représenté à la fige 3.
Cet appareil est analogue à celui représenté à la fig. 1, mais il comporte sur sa paroi intérieure des aspérités h en matière réfractaire, qui s'étendent depuis l'extrémité d'entrée du minerai, sur une certaine longueur suivant des génératrices du cylindre, comme représenté sur la coupe en long (3a) et la coupe transversale (3b). Ces aspérités provoquent, par la rotation de l'appareil, un brassage entre le bain de minerai et le bain métallique en présence. Par contre, la partie de l'appareil située vers l'extrémité d'évacuation du minerai à une section circulaire sans aspérités et constitue une zone relativement calme dans laquelle les gouttelettes métalliques peuvent se séparer du minerai.
Les autres éléments de l'appareil représentés à la fig. 3 sont les mêmes que ceux de la fig. 1.
Enfin, on peut faire appel, en dehors de l'agitation provoquée par le brassage mécanique, à tout autre mode de brassage tel que l'insufflation de gaz ou encore la production d'un gaz au sein des matières réagissantes, par exemple par réaction chimique entre les oxydes du minerai et du carbone ajouté au bain métallique.
Les exemples de réalisation donnés ci-dessous permettent de mieux faire comprendre la nature de l'invention et sa mise en oeuvre.
Exemple 1, - On a à traiter un minerai ayant la composition suivante :
EMI6.1
<tb>
<tb> NiO <SEP> = <SEP> 4,20 <SEP> % <SEP>
<tb> FeO <SEP> = <SEP> 25,4%
<tb> siO2 <SEP> = <SEP> 41,3 <SEP> % <SEP>
<tb>
EMI6.2
MgO = 24, 5 %
EMI6.3
<tb>
<tb> AL2O3 <SEP> = <SEP> 3,4 <SEP> % <SEP>
<tb>
On dispose d'un four réverbère permettant de fondre 20 tonnes de minerai à l'heure.
Par ailleurs, on fond dans un four électrique 10 tonnes d'acier doux.
L'appareil de réduction conforme au procédé est constitué par un récipient cylindrique à axe horizontal du type représenté à la fig. 1. Son diamètre intérieur est de 2,m.50, sa longueur utile 7 m.50, sa vitesse de rotation normale 2 à 5 tours par minute.
On charge dans l'appareil les 10 tonnes de métal fondu puis on. y introduit du minerai fondu jusqu'à ce qu'il atteigne sensiblement son niveau dtécoulement. On fait tourner l'appareil à la vitesse de 4 tours/minu- te et au bout d'un certain temps on y fait couler du minerai frais, d'une fa- çon continue à raison de 20 tonnes de minerai à l'heure.
On introduit en outre toutes les 10 minutes dans l'appareil 8,5 Kgs de ferro-silicium à 75 % qui se dissolvent dans le bain métallique.
On constate que le minerai s'épuise au cours de son passage. Sa teneur en NiO à la sortie est de l'ordre de 0,15 %. Au bout de 8 heures de marche de l'appareil le bain métallique est devenu un ferro-nickel à 50,3 % de ni- ckel.
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On arrête l'opération et on coule le métal par l'orifice c.
On introduit une nouvelle charge d'acier doux fondu et on recommence une nouvelle opération.
Exemple 2. - On a à traiter un minerai contenant :
EMI7.1
<tb>
<tb> NiO= <SEP> 1,89%
<tb> FeO <SEP> =13,50%
<tb> SiO2 <SEP> =46. <SEP> %
<tb> MgO <SEP> =22. <SEP> -%
<tb>
L'appareil de réduction est du type représenté à la fig. 2.
Les axes de la section allongées ont les longueurs respectives de 2 m.20 et de 2 m.70.
La longueur de la partie à section allongée de l'appareil est de 4 m.t.
Le diamètre de la section cylindrique est de 2 m.5.
La longueur de la partie cylindrique est de 3 m.5
On charge dans l'appareil 10 tonnes d'un bain de ferro-nickel à environ 50 % de nickel, ainsi que du minerai fondu jusqu'à 20 cm. au-dessous de son niveau d'écoulement. On met l'appareil en marche en lui conférant une vitesse de rotation de 4 tours/minute, puis on y fait passer le minerai d'une façon continue à raison de 30 tonnes à l'heure, en même temps qu'on introduit, dans le bain métallique, 25 Kgs de ferro-silicium à 75 % toutes les 5 minutes.
On constate qu'à la sortie de l'appareil la teneur eu NiO du minerai est tombée à 0,10 %. Au bout de 12 heures de marche, on arréte l'opération. Le bain métallique a sensiblement doublé de poids. Il srenferme 50,3 % de nickel. On en extrait 10 tonnes de l'appareil et on recommence une nouvelle opération en partant de la charge métallique restante.
Exemple }. - On a traiter le même minerai que dans l'exemple 1.
On dispose de l'appareil décrit dans l'exemple 2.
On coule dans l'appareil 10 tonnes de minerai fondu. On met l'appareil en marche et on y introduit pendant la première demi-heure de marche 800 Kgs de ferro-silicium à 75 % de Si.
On forme ainsi environ 2.300 Kgs d'un bain métallique contenant 14 % de nickel, le reste étant du fer.
On remplit à ce moment l'appareil avec du minerai fondu frais jusqu'à environ 20 cm. en-dessous de son niveau d'écoulement. On continue à faire tourner l'appareil tout en introduisant d'une façon continue du minerai fondu ainsi que 80 Kgs de ferro-silicium à 75 % par tonne de minerai. Aussitòt que le niveau du minerai a atteint le seuil d'évacuation, il commence à s'éliminer de l'appareil au fur et à mesure de l'introduction de minerai frais.
On épuise ainsi en une heure et demie d'une façon continue 35 nouvelles tonnes de minerai aussi bien en nickel qu'en fer, de sorte qu'on a formé, au cours des 2 premières heures de marche de l'appareil, un bain métallique d'environ 10 tonnes à 14 % de nickel à partir du minerai et d'un excès de réducteur ajouté.
A partir de ce moment, on diminue la quantité de ferro-silicium introduit, en la limitant à 3 Kgs par tonne de minerai et en continuant à faire passer le minerai à raison de 30 tonnes à l'heure. Le bain s'enrichit progressivement en nickel, sans changement sensible de poids. Au bout de 4 heures, sa teneur en nickel atteint environ 50 %.
On poursuit l'opération toujours avec le même débit de minerai (30 tonnes par heure) mais en introduisant cette fois 22 Kgs de ferro-silicium à 75 % par tonne de minerai dans l'appareil. Le bain ne change plus de compo-
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sition mais augmente de poids. Au bout de 5 h.1/4 de cette marche, le poids a atteint environ 20 tonnes.
On arrête l'appareil et on extrait 10 tonnes de métal. On continue ensuite l'opération avec les 10 tonnes restantes dans les mêmes conditions de marche, c'est-à-dire avec un débit de 30 tonnes de minerai à l'heure avec 22 Kgs de ferro-silicium par tonne de minerai, jusqu'à formation de 20 tonnes de métal et ainsi de suite.
REVENDICATIONS.
L'invention a trait à
1. - Un procédé de réduction de minerai pauvre et .spécialement de minerai de nickel présentant les caractéristiques suivantes : a) On fond le minerai. b) On procède à la réduction par mise en contact du minerai fondu avec un bain métallique réducteur également fondu, la masse de ce bain étant à chaque instant très supérieure à la masse du réducteur nécessaire pour épuiser complètement le minerai en présence. c) Cette réduction a lieu dans un appareil rotatif cylindrique à axe horizontal, à section circulaire ou allongée, non chauffé, contenant le bain métallique réducteur, par une extrémité duquel on introduit d'une façon qui peut être continue le minerai fondu, ce minerai s'épuisant au cours de son séjour dans l'appareil et étant évacué à l'extrémité opposée.
d) On ajoute de préférence au bain métallique un élément thermogène, tel que le silicium ou 1-'aluminium, dont l'action réductrice sur le minerai dégage une quantité de chaleur au moins suffisante pour compenser les pertes. e) On améliore si nécessaire les contacts entre le bain métallique et le minerai fondu dans l'appareil par tous moyens connus. f) On extrait périodiquement, ou de façon continue, de l'appareil, en totalité, ou en partie, le bain métallique qui s'est enrichi en métal extrait du minerai et dont la masse a augmenté.
2. - L'application du dit procédé à la réduction des minerais de nickel pauvres avec production de ferro-nickel, le réducteur utilisé étant du fer et! ou du ferro-silicium,
3. - Un appareil pour la réalisation du procédé consistant essentiellement en un récipient cylindrique, à axe horizontal, non chauffé, susceptible de tourner autour de cet axe, présentant une section intérieure cir- culaire, ovale ou plus généralement allongée suivant un de ses axes de symétrie muni d'orifices d'introduction et d'évacuation du minerai fondu et d'un orifice d'évacuation du métal.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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PROCESS FOR THE REDUCTION OF POOR MINES.
The present invention relates to the reduction of poor ores and especially of low grade nickel ores.
If one wishes to carry out, under economic conditions and with suitable exhaustion, the reduction of ores containing only relatively low contents of the metal to be extracted, one comes up against a first difficulty, which is to ensure sufficient contact between the reducing agent and all the parts of the ore to be treated, in such a way that the reducing action is exerted throughout the mass thereof.
Another problem then arises: that of separating the small volume of reduced metal from the mass of the ore. If we want a satisfactory depletion of the ore, it is indeed important not to leave metal granules isolated from the ore.
Many methods have been proposed to overcome these difficulties.
It is thus, for example, that it has been proposed, in the case of nickel ores, to very intimately mix the ore previously crushed with powdered ferro-silicon and to melt this mixture, for example, in a furnace electric. This method, which is able to ensure relatively good contact between the ore and the metal to be treated, however has the drawback of requiring prior grinding.
Another solution to the problem of reducing poor minerals would be to adopt the known methods for reducing iron ores by the use of rotary kilns using carbon mixed with the feed as a reducing agent. These methods make it possible to some extent to improve the contacts between the ore and the reducing agent, but in such furnaces, much of the heating is done by radiation from the walls, the lining of the furnace risks being seriously attacked by the furnace. ore as long as
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this contains metal oxides and, in order to reduce this risk, one is forced to push the reduction to the end.
Moreover, the processes of this kind are not suitable if one wishes to obtain a selective reduction, which is the case for nickel ores where it is generally sought to reduce the nickel oxide without completely reducing the oxide. of iron. The precise dosage of the proportion of reducing agents is difficult to ensure. In addition, the metal produced absorbs part of the sulfur contained in the carbon and it is impossible, under these conditions, to obtain a pure product.
The Applicant has itself proposed a process for reducing poor nickel ores, with obtaining ferro-nickel, consisting in melting these ores and pouring a sufficient mass of a molten iron-based bath, whether or not containing nickel. , on successive masses of molten ore. This process, which makes it possible to ensure excellent depletion of the ore, however requires quite a lot of handling. The discontinuous nature of the process is even more accentuated as the nickel content of the ore is lower, since a low nickel content makes it necessary to stir the same mass of metal with an increasing number of successive charges of ore.
An essential object of the present invention is a process for reducing poor ores and especially nickel ores, making it possible to obtain a very complete depletion of the ore, even for very poor ores, and that in a continuous manner if desired. , and with a minimum of labor and maintenance of the equipment used.
The subject of the invention is also an apparatus making it possible to implement the method under the best economic conditions and requiring only very reduced maintenance.
The method, object of the invention, essentially exhibits all of the following characteristics
1) The reduction is carried out on the previously melted ore.
2) This reduction is carried out by bringing the molten ore into contact with a reducing metal bath which is also molten, the mass of this bath being at each instant much greater than the mass of reducing agent which would theoretically be necessary to reduce the quantity of oxide of nickel found in the ore present.
3) This reduction takes place in a cylindrical rotary apparatus with horizontal axis, circular or oval section, unheated, containing the reducing metal bath, through one end of which the molten ore is introduced in a manner which may be continuous, this ore depleting during its stay in the apparatus and being discharged at the opposite end.
4) A thermogenic element such as silicon or aluminum is preferably added to the metal bath, the reducing action of which on the ore releases a quantity of heat at least sufficient to compensate for the losses.
5) The contacts between the metal bath and the ore melted in the apparatus are improved, if necessary, by any known means.
6) Is extracted, periodically or continuously, from the apparatus, in whole or in part, the metal bath which has become enriched in metal extracted from the ore or whose mass has increased.
The process applies particularly well to the case of oxidized nickel ores with a low nickel content. In this case, in fact, the reducing bath to be used can be iron, or a ferro-nickel, with the additional addition of an energetic reducer, if necessary.
The implementation of the method is preferably carried out as follows
We begin by introducing the ore into a melting furnace which may be an electric furnace, a reverberation furnace or any other device capable, preferably, of delivering the molten ore in a continuous manner.
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Is introduced into the reduction apparatus which is located in the vicinity of this furnace, on the one hand the molten ore, on the other hand, a metal bath based on also molten iron, containing or not nickel. . This metal bath can come from a special melting furnace, but it can also, at the start of a cycle of operations, be generated in the reduction apparatus itself by direct additions to the ore of sufficient quantities of 'an energetic reducing agent such as silicon.
According to the invention, the apparatus consists of a cylindrical receptacle with a horizontal axis and a cylindrical or oval section. It is made to rotate around its axis or it is imprinted on it around this axis with successive oscillations, under conditions such that a constant renewal of the contact surfaces of the metal and the molten ore occurs.
The apparatus does not include any heating means, which considerably simplifies its construction. The rotation constantly drives a certain quantity of ore on the wall of the apparatus, which sets and thus constitutes a self-coating, which easily solves the problem of refractory lining. When this fixed layer passes again, due to the rotation, under the metal layer, it heats up on contact with the metal, partly melts and droplets of ore thus cross the metal layer from bottom to top, thus increasing the surface area. contact between the two phases.
As indicated above, the process can only be carried out using such an apparatus if the characteristic of the invention mentioned above is observed, consisting in having a much larger metal mass. - than that which would be necessary to reduce the ore present in the apparatus at a given moment. The implementation of the invention would be impossible if one had at each instant, in the presence of a given quantity of ore, only the quantity of reducing agent just sufficient to ensure the reduction of the nickel oxide.
Thus, for example, if one had in the apparatus a ton of molten ore initially containing 3% NiO in the presence of an iron bath in an amount just sufficient to reduce this oxide, that is to say about 25 Kgs of iron, it would be practically impossible to ensure sufficient contact between the iron and the molten ore to ensure the nickel depletion of the ore.
It is therefore necessary to adjust in a suitable way the quantity of ore and of metal present in the apparatus at each moment, as well as the duration of the stay of the ore in the apparatus, in such a way that exhaustion can be ensured between entry and exit.
There are many factors involved in this determination. It is possible to equip the device with any member ensuring a more or less violent stirring between the metal and the ore, which obviously has the effect of increasing the contacts and consequently makes it possible to increase the flow of the ore and / or the ratio 'between the mass of ore and the mass of metal at each moment present in the apparatus, and to reduce the quantity of thermogenic elements to be added.
In all cases, the length of the apparatus will be chosen sufficient so that, under the conditions of contact and the ore passage speed chosen, the latter is practically exhausted when it leaves the apparatus. This length can easily be determined by prior experiments. Furthermore, the examples which will be given below will make it possible to fix in advance certain orders of magnitude.
Finally, another important element of the invention consists in adding to the metal bath energetic reducing agents such as silicon or aluminum, which, by the very exothermic reaction which they cause on the ore, maintain the temperature of the metal and of the mineral. ore during the operation. The Applicant has further observed that the presence of these reducing agents, even in small quantities, promotes the reduction of nickel oxide by iron by virtue of the local heating which it causes on contact with the two baths.
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Such reducing agents will be introduced into the metal bath as the operation progresses, for example at a rate of 1 to 2 kg of silicon per tonne of ore processed, for an ore with 5% NiO in the case where iron acts as the main reducing agent. This amount may vary depending on the nature of the ores, their nickel content, the varying viscosity of the baths. In general, it can be lower in the case of poorer ores, but generally decreases less rapidly than the NiO content.If the ore bath is viscous and / or if its temperature is low, it is useful to increase the amount of energetic reducing agent to be used.
If it is desired to reduce iron oxide at the same time as nickel oxide, it is of course necessary to adjust the proportion of vigorous reducing agent to be used accordingly. In this case, the amount of the energetic reducing agent to be added must be substantially equal to that which is theoretically necessary to reduce all the nickel oxide and the envisaged part of iron oxide.
The reducing agent is preferably added continuously to the metal bath so that its content in the bath varies only within relatively narrow limits. This addition is generally carried out in the solid state, preheated or not.
As indicated above, in the industrial market of the process, ore is introduced and discharged, preferably on a continuous basis. The metal can be discharged continuously or periodically, for example when it has reached the desired nickel content.
Several variations are possible for the conduct of the operation;
According to a first variant, the operation can be started with an iron bath which does not contain nickel and this bath can be left to gradually enrich with nickel. When its nickel content has reached the desired value, the apparatus is stopped and all or part of the ferro-nickel obtained is removed, after which a new quantity of iron is introduced in the liquid state, to replace the metal that one has eliminated; the apparatus is restarted by introducing the ore again continuously.
It should be noted that in this case the iron, which is the main reducing element, is replaced by a roughly equivalent weight of nickel, so that the weight and also the volume of the metal baths only undergo variations. relatively low during an enrichment operation.
In the final nickel content, we will only be limited in practice by the equilibrium of the reaction Fe + NiO = FeO + Ni.
Another variant of the process consists in initially loading a ferro-nickel bath into the apparatus and in continuing the operation by reducing both nickel oxide and iron oxide and this in substantially similar proportions. those of these two elements in ferronickel. This variant of course requires the introduction of an additional quantity of energetic reducing agent such as silicon or aluminum, or even carbon. On the other hand, it has the advantage of no longer requiring new charges of liquid metal, the metal bath retaining a substantially constant composition and increasing in weight during the operation.
The initial metal bath can, as indicated above, be generated from the ore in the reaction apparatus itself, by the addition of vigorous reducing elements in sufficient quantity. This way of proceeding avoids the installation of a special furnace for melting the metal bath.
Of course, any combination of the two variants which have just been described can be implemented without departing from the scope of the invention.
As to the reaction apparatus to be used for practicing the invention, it can be designed in different ways. It is-
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git essentially of an unheated rotary apparatus, with a horizontal or substantially horizontal axis, with a circular, oval or more generally elongated section, following one of its axes of symmetry. The apparatus is provided at its two ends with orifices for introducing and removing the molten ore.
It may also optionally include special orifices for the introduction or evacuation of the metal,
The simplest apparatus is that represented by fig 1 which gives schematically a longitudinal section, la, and a transverse section lb.
This apparatus consists essentially of a cylindrical body a of refractory material resting on running rollers g via the raceway, eo
The rotation around the axis of the cylinder is ensured by the intermediary of a toothed ring d. A hopper b allows the introduction into (1) of the molten ore and possibly of the metal bath ,, The metal is discharged in (3) through the tap hole c. At the opposite end of the apparatus, the spent ore can flow to (4) through threshold o and channel f. The end of the apparatus is closed by a fixed refractory part p.
A metal tube m cooled on the outside by a stream of water and fitted on the inside with a drive screw (not shown in the figure) makes it possible to bring into the apparatus a reducing agent such as ferro-silicon . This reducer, preferably in pieces, is introduced at (2) into the hopper n and transported by the conveyor screw to the end of the tube m from where it falls into the liquid bath through orifices provided for this. effect at the end of this tube. A metal screen s mounted at the end of a tube r penetrates the ore bath and prevents the reducer from being dragged by the stream of molten ore over the threshold o.
The whole of the tube r and the screen s are cooled by a suitable internal water circulation.
The apparatus shown in fig 1 has a circular cross section over its entire length.
It is possible, the apparatus being in rotation, to continuously introduce the molten ore through the hopper b. This ore forms a molten layer u above the metal bath xo The rotation constantly renews the contact surface between the two baths, the ore is exhausted during its stay in the device and is automatically discharged through the threshold o at as fresh ore is introduced through the hopper bo
As indicated previously, the reaction apparatus in accordance with the invention may include special devices intended to ensure stirring and to improve the contacts between the two ore and metal phases present.
A particularly simple way to achieve such mixing is to give the apparatus an oval cross-section and to give it a speed of rotation such that metal is driven with each rotation by the centrifugal force above its normal level and falls back on it. the molten ore. However, such mixing should not occur over the entire length of the apparatus, since it is essential to maintain towards the ore outlet end a calm zone in which the ore remains for a sufficient time for the metal droplets which may be in suspension have time to settle.
A simple method to achieve this double goal, to obtain both a stirring ensuring good contact between ore and metal and a suitable settling in the ore before its evacuation, consists in using an apparatus of the type shown in fig. 2.
This apparatus comprises a part a with a circular interior section and a part a 'with an elongated interior section, constituted by 2 opposite trapezoids with strongly rounded angles, as shown in the longitudinal section (2a) and in the transverse sections along YY' ( 2b) and ZZ '(2c).
The metal and molten ore are stirred in the elongated cross section part. The cylindrical section of the apparatus provides a relatively quiet area in which the reduced metal droplets can collect.
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easily separate from ore.
All the other devices, ore feed, reducer feed, etc ... are the same as in the apparatus shown in fig. 1.
If an apparatus of the type described above is used, it is possible to operate with a greater ore flow than in the case of a cylindrical apparatus; or again, for a dismal ore flow, the size of the apparatus may be less.
Other mechanical stirring means can also be used. By way of example, the apparatus shown in Fig. 3 may be cited.
This device is similar to that shown in FIG. 1, but it has on its inner wall asperities h of refractory material, which extend from the inlet end of the ore, over a certain length along the generatrices of the cylinder, as shown in the longitudinal section (3a) and the cross section (3b). These asperities cause, by the rotation of the apparatus, a stirring between the ore bath and the metal bath present. On the other hand, the part of the apparatus located towards the end of discharge of the ore has a circular section without roughness and constitutes a relatively calm zone in which the metal droplets can separate from the ore.
The other elements of the apparatus shown in FIG. 3 are the same as those of FIG. 1.
Finally, apart from the agitation caused by the mechanical stirring, use can be made of any other stirring mode such as gas blowing or even the production of a gas within the reacting materials, for example by reaction. between the oxides of the ore and the carbon added to the metal bath.
The exemplary embodiments given below make it possible to better understand the nature of the invention and its implementation.
Example 1, - We have to treat an ore having the following composition:
EMI6.1
<tb>
<tb> NiO <SEP> = <SEP> 4.20 <SEP>% <SEP>
<tb> FeO <SEP> = <SEP> 25.4%
<tb> siO2 <SEP> = <SEP> 41.3 <SEP>% <SEP>
<tb>
EMI6.2
MgO = 24.5%
EMI6.3
<tb>
<tb> AL2O3 <SEP> = <SEP> 3,4 <SEP>% <SEP>
<tb>
We have a reverberating furnace allowing to melt 20 tons of ore per hour.
In addition, 10 tons of mild steel are melted in an electric furnace.
The reduction apparatus according to the method consists of a cylindrical container with a horizontal axis of the type shown in FIG. 1. Its internal diameter is 2.50 m, its useful length 7.50 m, its normal speed of rotation 2 to 5 revolutions per minute.
The 10 tonnes of molten metal are loaded into the apparatus and then. introduces molten ore into it until it substantially reaches its flow level. The apparatus is rotated at the speed of 4 revolutions / minute and after a certain time fresh ore is poured into it, continuously at the rate of 20 tonnes of ore per hour. .
In addition, every 10 minutes, 8.5 kg of 75% ferro-silicon are introduced into the apparatus, which dissolve in the metal bath.
It is observed that the ore is depleted during its passage. Its NiO content at the outlet is of the order of 0.15%. At the end of 8 hours of operation of the apparatus, the metal bath has become a ferro-nickel with 50.3% nickel.
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The operation is stopped and the metal is poured through the orifice c.
A new charge of molten mild steel is introduced and a new operation is started again.
Example 2. - We have to process an ore containing:
EMI7.1
<tb>
<tb> NiO = <SEP> 1.89%
<tb> FeO <SEP> = 13.50%
<tb> SiO2 <SEP> = 46. <SEP>%
<tb> MgO <SEP> = 22. <SEP> -%
<tb>
The reduction device is of the type shown in FIG. 2.
The axes of the elongated section have the respective lengths of 2 m.20 and 2 m.70.
The length of the elongated section of the device is 4 m.t.
The diameter of the cylindrical section is 2 m. 5.
The length of the cylindrical part is 3 m. 5
10 tonnes of a bath of ferro-nickel containing approximately 50% nickel are loaded into the apparatus, together with ore molten down to 20 cm. below its flow level. The apparatus is started by giving it a rotation speed of 4 revolutions / minute, then the ore is passed through it continuously at a rate of 30 tonnes per hour, at the same time as it is introduced, in the metal bath, 25 Kgs of ferro-silicon at 75% every 5 minutes.
It can be seen that at the outlet of the apparatus, the NiO content of the ore has fallen to 0.10%. After 12 hours of walking, the operation is stopped. The metal bath has significantly doubled in weight. It contains 50.3% nickel. 10 tonnes are removed from the apparatus and a new operation is started again, starting with the remaining metal charge.
Example}. - We process the same ore as in Example 1.
The apparatus described in Example 2 is available.
10 tonnes of molten ore are poured into the apparatus. The apparatus is turned on and 800 kg of ferro-silicon containing 75% Si is introduced during the first half hour of operation.
Approximately 2,300 kg of a metal bath containing 14% nickel is thus formed, the remainder being iron.
At this time, the apparatus is filled with fresh molten ore to about 20 cm. below its flow level. We continue to run the apparatus while continuously introducing molten ore as well as 80 kg of ferro-silicon at 75% per tonne of ore. As soon as the ore level has reached the discharge threshold, it begins to drain out of the device as fresh ore is introduced.
35 new tonnes of ore, both nickel and iron, are thus continuously depleted in an hour and a half, so that, during the first 2 hours of operation of the apparatus, a bath was formed. metallic about 10 tons at 14% nickel from ore and excess reductant added.
From this moment, the quantity of ferro-silicon introduced is reduced, limiting it to 3 kg per tonne of ore and continuing to pass the ore at a rate of 30 tonnes per hour. The bath is gradually enriched with nickel, without noticeable change in weight. After 4 hours, its nickel content reaches about 50%.
The operation is continued with the same ore flow (30 tonnes per hour) but this time by introducing 22 kg of ferro-silicon at 75% per tonne of ore into the device. The bath no longer changes its composition
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sition but increases in weight. After 5 1/4 hours of this walk, the weight reached about 20 tons.
The apparatus is stopped and 10 tonnes of metal are extracted. The operation is then continued with the remaining 10 tonnes under the same operating conditions, that is to say with a flow of 30 tonnes of ore per hour with 22 kg of ferro-silicon per tonne of ore, up to 'forming 20 tons of metal and so on.
CLAIMS.
The invention relates to
1. - A process for reducing poor ore and especially nickel ore having the following characteristics: a) The ore is smelted. b) The reduction is carried out by bringing the molten ore into contact with a reducing metal bath which is also molten, the mass of this bath being at each instant much greater than the mass of the reducing agent necessary to completely exhaust the ore present. c) This reduction takes place in a cylindrical rotary apparatus with horizontal axis, circular or elongated section, unheated, containing the reducing metal bath, through one end of which is introduced in a manner which can be continuous the molten ore, this ore depleting during its stay in the apparatus and being discharged at the opposite end.
d) A thermogenic element, such as silicon or 1-aluminum, is preferably added to the metal bath, the reducing action of which on the ore releases a quantity of heat at least sufficient to compensate for the losses. e) If necessary, the contacts between the metal bath and the molten ore in the apparatus are improved by any known means. f) Is extracted periodically, or continuously, from the apparatus, in whole or in part, the metal bath which has become enriched in metal extracted from the ore and whose mass has increased.
2. - The application of said process to the reduction of poor nickel ores with production of ferro-nickel, the reducing agent used being iron and! or ferro-silicon,
3. - An apparatus for carrying out the process consisting essentially of a cylindrical container, with a horizontal axis, unheated, capable of rotating about this axis, having a circular, oval or more generally elongated inner section along one of its axes. of symmetry provided with orifices for introducing and discharging the molten ore and with an orifice for discharging the metal.
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