CA1281553C - Procede electrothermique de preparation et d'affinage de metaux a partirde produits de recuperation et installation pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé électrothermique de séparation et d'affinage de métaux à partir de produits de récupération contenant un métal distillable caractérisé en ce qu'il consiste d'une part, en une phase de fusion dans laquelle on place dans un four électrique, les produits à traiter, de façon à vaporiser le métal distillable en vue d'extraire sous dépression la vapeur de métal distillable tout en la soumettant à une oxydation et de lingoter les matériaux métalliques liquides susbistant dans le creuset, et, d'autre part, indépendamment de la phase de fusion, en une phase de distillation de l'oxyde de métal distillable ainsi récupéré, et de condensation de la vapeur métallique obtenue, en vue de récupérer sous forme liquide le métal distillable et, enfin, de lingoter celui-ci. La présente invention peut être appliquée notamment à la récupération du fer, du nickel et du cadmium contenus dans les accumulateurs électriques.

Description

128~S~;3 La presente invent;on a tra;t à la récupérat;on de metaux à part;r de déchets industr;els et sera décrite ci-apres dans le cadre de son application particulière a la récuperation de tous les eléments métalliques entrant dans la S composition d'accumulateurs électriques, tout specialement le fer, le nickel et le cadmium, mais il est entendu qu'elle peut s'appliquer d'une manière generale a tous dechets métalliques ou surplus de fabr;cations d'us;ne sous forme de métal, hydrate, oxyde ou hydroxyde .
La récupération, notamment du cadmium, des métaux contenus dans certa;ns types d'accumulateurs électriques alcal;ns hors d'usage, fa;t l'objet d'une véritable ;ndustr;e et a suscité la m;se en oeuvre de d;vers procédés de séparat;on et d'affinage.
Su;vant un procédé de traitement connu, decrit par exemple dans le document FR-2.014.102, on met les produ;ts a traiter, apr~s une préparation et sélect;on manuelle des éléments contenant du cadmium, sous four-cloche ~tanche et on dist;lle le cadm;um.
Cependant, il faut attendre le refro;d;ssement et l'él;m;nation complete du cadm;um et de l'oxyde de cadm;um (du fait de leur toxicité) avant d'ouvrir le four pour enlever les rés;dus et recharger le four. Les résidus contenant du fer, du nickel ou d'autres composants sont alors fondus dans d'autres 2S fours de façon class;que. Un tel système demande beaucoup de manutentions et représente une perte de temps considerable .~. ., - ~281 55~

entre deux operations de distillation.
Suivant un autre procédé décrit dans le docu-ment EP-0075978 on effectue une pyrolise initiale des substances organiques pouvant être contenues dans les déchets à traiter, puis une distillation pour récupérer le cadmium et, enfin, un lingotage du ferro-nickel résiduel récupéré tout en fin de traitement. Ce procédé
présente l'inconvénient majeur d'être extrêmement long puisque la pyrolise demande une bonne vingtaine d'heu-res, de même que la distillation qui lui fait suite.
Le but de l'invention est de pallier ces divers inconvénients en proposant un procédé de récu-pération non seulement du cadmium mais du ferro-nickel, susceptible d'être mis en oeuvre en un temps remarqua-blement court et donc de permettre de récupérer à bas prix de revient lesdits métaux ainsi que d'autres, alliés ou non, a partir de produits de récupération.
La présente invention vise un procédé électro-thermique de séparation de métaux à partir de produits de récupération contenant un métal distillable, con-sistant:
- d'une part, en une phase de fusion dans laquelle on place dans un creuset d'un four, des pro-duits à traiter, on porte rapidement le four à une température au-delà d'une température de vaporisation dudit métal distillable afin de vaporiser ledit métal en vue d'extraire sous dépression une vapeur de métal distillable tout en soumettant ladite vapeur à une oxydation par apport d'air extérieur et récupérer des poussières du métal ainsi oxydé, on amène ladite tempé-rature du four à un niveau pour lequel il n'y a prati-quement plus de métal distillable dans le creuset du four et des matériaux métalliques subsistants sont ~c~

-" i28~553 liquides, et on lingote lesdits matériaux subsistants, et, - d'autre part, indépendamment de la phase de fusion, en une phase de distillation dans laquelle on forme un mélange avec des poussières d'oxyde du métal distillable contenu dans lesdits produits de récupéra-tions, et une substance réductrice, on chauffe le mélange au-delà d'une température d'évaporation dudit métal, puis on condense une vapeur métallique obtenue en vue de récu-pérer sous forme liquide, ledit métal distillable et,enfin, de former des lingots aver ledit métal distillable.
Un tel procédé permet, dans son application à la récupération des accumulateurs au cadmium-nickel, en premier lieu, d'obtenir des lingots de ferro-nickel lS totalement sxempts de cadmium et ne contenant, comme élé-ments principaux, que du fer et du nickel et, lors de la phase de distillation, des lingots de cadmium titré
à 99,95%, l'ensemble des opérations demandant, par exemple pour un traitement de deux tonnes de produits bruts, une heure environ.
La présente invention vise aussi une installa-tion pour une mise en oeuvre d'un procédé de séparation et d'affinage de métaux à partir de produits de récupéra-tion contenant un métal distillable comprenant, d'une part, un dispositif de fusion comprenant un four à induc-tion à creuset basculant surmonté d'un capteur annulaire muni d'une entrée d'air et communiquant par une canalisa-tion avec un ensemble de récupération de poussières du métal distillable qui est oxydé, un aspirateur-ventilateur monté en aval dudit ensemble et assurant une reprise de fumées et leur envoi à l'atmosphère après lavage dans un dispositif à barbotage d'eau, et, d'autre part, un dispositif de distillation dudit métal oxydé comprenant, : disposés à l'intérieur d'une enceinte mise en dépression, . .

1~81~;~;3 --3a -un tube de distillation muni intérieurement d'un convoyeur à vis et entouré d'une bobine de chauffage par induction, ledit convoyeur recevant à son amont des poussières d'o-xyde préalablement melangées à une substance réductrice et délivrant à sa sortie des cendres non métalliques éva-cuées hors de l'enceinte par un convoyeur refroidi, un tube de condensation raccordé à une sortie du tube de distillation et un bac chauffé de réception de goutte-lettes de métal condensé, muni de moyens d'évacuation dudit métal, l'intérieur de l'enceinte étant relié par une canalisation et un registre à ladite canalisation reliant ledit capteur audit ensemble de récupération.
D'autre caractéristiques et avantages ressorti-ront de la description qui va suivre d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des des-sins annexés sur lesquels:
- Figure 1 représente schématiquement la partie d'une installation conforme à l'invention affectée à la phase de fusion;
- Figure 2 représente schématiquement les moyens de récupération des poussières d'oxyde de cadmium associés au dispositif de fusion de la figure 1, et, - Figure 3 représente schématiquement une unité
de distillation conforme à l'invention.
Sur les dessins on a représenté très schémati-quement une installation complète mettant en oeuvre le procédé de l'invention dans son application à la récupéra-tion de cadmium, d'une part, et de ferro-nickel, d'autre part, à partir d'accumulateurs au nickel-cadmium.
Sur la figure 1 on a symbolisé en 1 un creuse-t d'un four électrique classique à induction à basculement hydraulique.

- ~b -A côté du four est disposée une lingotière 2.
Au-dessus du four 1 est placé un capteur de gaz annulaire 3 muni d'une ouverture 4 à sa partie supé-rieure pour permettre l'apport d'air extérieur 5 en grande quantité.
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Le capteur 3 est relie a une canalisation de gaz 6 aboutissant à un séparateur cyclone 7 (f;gure 2) permettant de recueillir en 8 une bonne partie des oxydes de cadmium. A la sortie du cyclone 7 l'air est repris et envoyé dans un 5 depoussiéreur à manches 9.
A la sort;e de cet appare;l l'a;r est repris par un asp;rateur-ventilateur 10 envoyant les fumees et gaz contenus dans l'air, en pression dans un système de barbotage d'eau 11, les gaz r~siduels étant evacues à l'air libre par une chem;née 10 12.
L'ensemble four 1-l;ngot;ère 2 est surmont~ d'une hotte 13 rel;é par une canal;sat;on 14 à la canal;sat;on 6.
Le d;spos;t;f de la f;gure 3 comprend une cab;ne bl;ndee 15 dont l';ntèr;eur n'est pas access;ble au personnel 15 pendant l'opèrat;on de d;st;llat;on qu; se commande de l'extér;eur par un pup;tre de contrôle et à travers des ba;es vitrées etanches. Un clapet 16 est prévu dans la paroi de la cab;ne 15, à sa partie ;nférieure, et s'ouvre de façon à
constituer un passage d'air vers l';ntér;eur, une legère 20 dépression étant maintenue dans la cabine 15 de far~on a ce qu'aucun gaz ne sorte de la cabine qui est, par ailleurs, reliée par une canalisat;on 17 à la canal;sat;on 6 (f;gure 1), un reg;stre 18 étant prévu à la jonction des canalisations 6 et 17~
A l'intérieur de la cabine 15 est monté un distillateur composé dans sa partie principale d'un tube 19 en métal réfractaire ouvert dans sa part;e supérieure en 19a et mun; d'une reprise 20 à la manière d'une cornue, dir;gée vers le bas.
A l';nterieur du tube 19 est d;sposee une vis d'Arch;mède 21 également en métal refracta;re. L'ensemble 19-21 est entouré d'une bobine électr;que 22 de chauffage par ;nduction.
En amont du tube 19 et à l'extérieur de la bobine 22 35 est disposee une tremie 23 reliee, par un convoyeur à vis d'Arch;mède 24 traversant la paro; de la cabine 15, a une trém;e extérieure 25 de chargement munie d'un distributeur rotatif étanche 26.
En aval du tube 19, à l'ext~rieur de la bobine 22, ~281~i53 est monté un sas 27 relié, par un convoyeur à vis d'Arch;mede 28 traversant la paroi de la cabine 15, a une tremie exterieure 29 munie d'un distributeur rotatif étanche 30. Le convoyeur 28 est refroidi par un circuit d'eau.
La sortie 20 du tube 19 est raccord~e ~ un tube vertical 31, refroidi par eau et débouchant dans un bac 32 étanche et chauffe par des res;stances electriques 33.
L'ensemble 31-33 est disposé a l'intérieur de la cabine 15 et, de même que le tube 19, étanche, seule une 10 chem;née 34 sortant du bac 32 permet, grâce à un clapet à
press;on 35 de retenue tlegère), de la;sser sort;r les gaz vers la canal;sat;on 17, elle-même rel;ée à la canal;sat;on 6.
La part;e de l'installat;on représentée à la figure 1 réal;se la phase de fus;on. Celle-c; cons;ste a placer dans le 15 creuset du four 1 la charge à tra;ter, c'est-à-dire, dans le cas de la récupération du fer, du n;ckel et du cadmium contenus dans des accumulateurs au nickel-cadmium usages ou mis au rebut, de boîtiers d'accumulateurs, quelles que soient leur taille et sans broyage préalable.
Des que la température du four atteint et depasse 765C le cadm;um contenu dans les déchets se vaporise. Le gaz de cadm;um et les fumées et autres gaz sont aspires par le capteur 3. L'apport d'a;r 5 en grande quantité les refroid;t et transforme les vapeurs de cadmium en oxyde de cadmium.
25 L'air charge de cet oxyde est amené par la canal;sat;on 6 (le reg;stre 18 obturant la canal;sat;on 17) au cyclone 7, pu;s au dépouss;éreur 9, grâce a une m;se en dépress;on réalisée par l'aspirateur-ventilateur 10.
Après la traversée du dépoussiéreur 9 l'asp;rateur 10 30 reprend les fumées et gaz pour les envoyer en pression dans le dispositif a barbotage d'eau 11, de facon à ~lim;ner notamment les part;cules ultra-fines d'oxyde de cadmium et autres part;cules sol;des, avant la m;se a l'a;r libre des résidus gazeux par la chemin~e 12.
Pendant que l'on recupère l'oxyde de cadmium la temperature dans le four 1 a cont;nué a s'accroitre. Lorsque cette température atte;nt environ 1450C il ne subsiste plus de cadmium dans le creuset, lequel ne comporte plus comme éléments pr;nc;paux que du fer et du nickel. On peut alors a ~

~ 6-verser le contenu du creuset dans la lingotière 2, par basculement du four 1, de façon b obtenir des ~ingots d'alliage de fer-nickel, dont la teneur est control~e par un analyseur spectrometre de masse. Au moment de cette opération 5 de coulée, le registre 18 est placé de maniere a isoler le capteur 3, les fumees et gaz etant alors repris par la hotte 13 et reintroduits dans la canalisation 6, le changement de position du registre 18 permettant, pendant la coulee, de traiter dans le circuit 7-9-11 les fumees et gaz 10 éventuellement charges de cadmium provenant de la cab;ne 15 de d;stillat;on.
L'oxyde de cadmium provenant du bac 8 et egalement du dépoussiéreur 9 est mélangé à une substance reductrice, par exemple du charbon concassé, et amené par tous moyens 15 appropr;és dans la trémie 25 (figure 3).
Le melange est amené par le convoyeur 24 dans la tremie Z3 puis dans le tube 19 de dist;llation par le convoyeur 21.
L'oxyde de cadmium s'y distille à partir de 765C
20 sous ambiance neutre grâce à la combustion du charbon. La bobine 22 porte la temperature à l'intérieur du tube 19 à
env;ron 950C par exemple.
Les cendres non métalliques r~siduelles sont récuperées par le convoyeur refroidi 28 et évacuées par la 25 trémie 29 et le sas étanche 30.
La vapeur de cadm;um génerée dans le tube 19 arrive dans le tube refroid; 31 où elle se condense immédiatement en gouttelettes et dev;ent du cadm;um métal liquide, à une temperature ;nfér;eure à 700C. Les gouttelettes tombent dans 30 le bac 32 maintenu à une temperature constante de 350C
environ, c'est-à-d;re légerement au-dessus de la temperature de fusion (321C) du cadmium.
A partir d'un certa;n n;veau dans le bac 32 de métal en fusion, une vanne 36 permet la coulée à l'exter;eur de la 35 cabine 15 pour l;ngoter le cadm;um t;tré à 99,95% plus ou mo;ns 0,01%.
La distillation (recuperation du cadmium) se fait de manière alternative par rapport à la fus;on (recupération du fer-nickel) quand ;l y a suff;samment d'oxyde de cadmium - i28~553 r~cuperé dans les d;spos;t;fs 7 et 9. ~;en entendu on pourra;t envisager un fonct;onnement s;multané a condit;on de prévo;r un système de canal;sat;on adéquat entre l'ensemble dépouss;éreur 7-9 et, d'une part, le four 1, et d'autre part, 5 la cab;ne 15. Par a;lleurs l'al;mentat;on de la trém;e 25 en oxyde de cadm;um à part;r dud;t ensemble 7-9 et en charbon concassé peut etre mécanisee et automat;sée.
Avantageusement tous les appare;ls de l';nstallat;on sont mun;s de sécur;tes électr;ques et de capteurs de gaz, de 10 press;ons, et de temperatures, rel;és a un automate programmable sequent;el et à un tableau synopt;que de fonct;onnement de toute l';nstallat;on.
L';nstallat;on permet donc de récupérer en prem;er l;eu du ferro-nickel, pu;s du cadm;um, l'ensemble des 15 opérat;ons s'effectuant en un temps remarquablement court, par exemple une heure pour tra;ter deux tonnes de produ;ts de recuperat;on bruts.
L';nvent;on s'appl;que d'une man;ère génerale ~ la recupérat;on de tout metal d;st;llable contenu dans des 20 produ;ts de récupérat;on, a;ns; que dans tous déchets métall;ques ou surplus de fabr;cat;ons d'us;ne, sous forme de métal, d'hydrate, d'oxyde ou d'hydroxyde. Enf;n, on peut également appl;quer le procéd~ de l';nvent;on au tra;tement de tous m;nera;s contenant un ou plus;eurs metaux d;st;llables.

Claims (4)

1. Procédé électrothermique de séparation et d'affinage de métaux à partir de produits de récupération contenant un métal distillable, consistant:
- d'une part, en une phase de fusion dans laquelle on place dans un creuset d'un four, des produits à traiter, on porte rapidement le four à une température au-delà d'une température de vaporisation dudit métal distillable afin de vaporiser ledit métal en vue d'ex-traire sous dépression une vapeur de métal distillable tout en soumettant ladite vapeur à une oxydation par apport d'air extérieur et récupérer des poussières du métal ainsi oxydé, on amène ladite température du four à un niveau pour lequel il n'y a pratiquement plus de métal distillable dans le creuset du four et des matériaux métalliques subsistants sont liquides, et on lingote les-dits matériaux subsistants, et, - d'autre part, indépendamment de la phase de fusion, en une phase de distillation dans laquelle on forme un mélange avec des poussières d'oxyde du métal distillable contenu dans lesdits produits de récupéra-tions, et une substance réductrice, on chauffe le mélange au-delà d'une température d'évaporation dudit métal, puis on condense une vapeur métallique obtenue en vue de récu-pérer sous forme liquide ledit métal distillable et, enfin, de former des lingots avec ledit métal distillable.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit four est un four électrique à induction.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdits lingots sont des lingots de fer-nickel, d'une part, et des lingots de cadmium, d'autre part, les-dits lingots étant obtenus à partir desdits produits de récupération qui sont constitués d'accumulateurs électri-ques au nickel-cadmium et de sous-produits de leur fabri-cation.

4. Installation pour une mise en oeuvre d'un procédé de séparation et d'affinage de métaux à partir de produits de récupération contenant un métal distilla-ble, comprenant, d'une part, un dispositif de fusion com-prenant un four à induction à creuset basculant surmonté
d'un capteur annulaire muni d'une entrée d'air et commu-niquant par une canalisation avec un ensemble de récupéra-tion de poussières du métal distillable qui est oxydé, un aspirateur-ventilateur monté en aval dudit ensemble et assurant une reprise de fumées et leur envoi à l'atmos-phère après lavage dans un dispositif à barbotage d'eau, et, d'autre part, un dispositif de distillation dudit métal oxydé comprenant, disposés à l'intérieur d'une enceinte mise en dépression, un tube de distillation muni intérieurement d'un convoyeur à vis et entouré d'une bobine de chauffage par induction, ledit convoyeur rece-vant à son amont des poussières d'oxyde préalablement mélangées à une substance réductrice et délivrant à sa sortie des cendres non métalliques évacuées hors de l'en-ceinte par un convoyeur refroidi, un tube de condensation raccordé a une sortie du tube de distillation et un bac chauffé de réception de gouttelettes de métal condensé, muni de moyens d'évacuation dudit métal, l'intérieur de l'enceinte étant relié par une canalisation et un registre à ladite canalisation reliant ledit capteur audit ensemble de récupération.