Procédé de préparation de nodules poreux à partir d'oxydes métalliques pulvérisés. La présente invention se rapporte à la pré paration, à partir d'oxydes métalliques pul vérisés réductibles par l'hydrogène, de nodules poreux destinés à être réduits sans fusion pour donner le métal correspondant.
L'invention est particulièrement avanta geuse pour le traitement des oxydes du groupe du fer, par exemple l'hématite, la magnétite, la limonite, le sulfate ferreux calciné et les écailles de rouille.
Plusieurs procédés ont. été proposés anté rieurement pour la réduction directe de l'oxyde de fer en une poudre métallique, au moyen de l'hydrogène comme agent réducteur et dans un four, particulièrement en utilisant un oxyde finement, pulvérisé provenant d'une opération d'enrichissement antérieure. Parmi ces procédés, la fluidification de l'oxyde avec l'hydrogène à des températures de 500 à 600 C paraît le plus pratique.
Il est générale ment nécessaire cependant de mélanger avec l'oxyde des matières inertes pulvérisées telles que la chaux ou la soude pour éviter que les particules ne se collent ensemble, la tendanec à coller augmentant avec la finesse des parti cules d'oxyde. La présence de ces matières rend impur le métal résultant. En outre, le métal réduit à des températures aussi basses est pyrophorique et doit être comprimé immé diatement, quand il est encore chaud, pour éviter une oxydation subséquente. La longue période nécessaire pour la réduction de l'oxyde de fer à basse température, par l'hy drogène, est en général désavantageuse, tout particulièrement dans le cas de la magnétite.
L'emploi de températures dépassant 750 C dans le but d'obtenir un métal non pyropho- rique introduit d'autres difficultés, car la. tendance des particules d'oxyde à se coller pendant la réduction augmente.
Il existe peu de dépôts connus de fer d'une pureté suffisante pour la production de fer spongieux ou de poudre de fer pour la métal lurgie des poudres, exceptés certains minerais de magnétite qui peuvent être enrichis magné tiquement au degré de pureté nécessaire avant d'être réduits. Tous les minerais comme les hématites, les limonites et les carbonates doi vent être convertis d'abord en minerais de magnétite et enrichis ensuite, par exemple, par séparation magnétique humide, de sorte que dans chaque cas, l'oxyde de fer à réduire consiste pratiquement en magnétite.
Afin d'obtenir une concentration magnétique adé quate, il faut effectuer une mouture très fine, mais cela augmente la tendance des particules à se coller pendant la réduction, à moins que l'on n'ajoute les matières inertes mention nées plus haut.
Aucun procédé industriel pour la produc tion de poudres métalliques à partir d'oydes métalliques n'a été proposé jusqu'ici, mais il a été suggéré de mélanger l'oxyde finement divisé avec de l'eau et de former des nodules avec ce mélange, puis de sécher les nodules à basse température, en les gardant immobiles, et enfin, de les chauffer à haute température pour les transformer en masses cohérentes relativement dures. Les nodules obtenus de cette manière sont cependant très fragiles.
Quand la poudre d'oxyde est moulue à une finesse telle que les<B>35%</B> environ passent au tamis de 200 mailles, l'emploi de liants tels que la silice, le ciment Portland ou l'argile est nécessaire pour donner aux nodules résultants la résistance suffisante pour être maniés, par exemple, quand ils sont chargés dans -Lui four à réduction.
Le but de l'invention est d'éviter les dif ficultés ci-dessus en permettant de préparer, à partir des oxydes métalliques et sans qu'il soit nécessaire de recourir à des matières de renforcement, des nodules suffisamment résis tants pour subir sans dommage une manipula tion énergique et susceptibles d'être réduits sans fusion directement en métal. L'invention permet notamment de préparer des nodules d'oxyde de fer dans lesquels l'oxyde reste sous forme d'oxyde ferrique ou est largement transformé en oxyde ferrique pendant la for mation des nodules qui peuvent alors être utilisés pour la réduction directe en un fer non pyrophorique.
Le procédé selon l'invention pour la pré paration, à partir d'un oxyde métallique pul vérisé réductible par l'hydrogène, de nodules poreux destinés à être réduits pour donner le métal correspondant, est caractérisé en ce qu'on mélange l'oxyde métallique finement divisé avec une quantité d'eau suffisante pour obtenir une masse humide cohérente, en ce qu'on forme des nodules avec cette masse hu mide et pratiquement sans la comprimer, et en ce qu'on soumet les nodules humides à un séchage à une température élevée d'au moins J00 C, mais inférieure à la température d'amollissement de l'oxyde.
Quand l'oxyde uti lisé est de l'oxyde de fer, le séchage s'effectue de préférence à une température comprise entre<B>900</B> et 1350<B>'</B> C et dans une atmosphère oxydante pour que tout l'oxyde de fer reste, ou soit transformé, sous forme d'oxyde fer rique.
L'exemple suivant illustre la mise en oeuvr e du procédé selon l'invention, dans le cas où l'on traite un oxyde de fer. L'oxyde de fer est d'abord finement divisé et mélangé avec une quantité d'eau suffisante pour rendre les particules cohérentes, le mé lange étant traité dans un broyeur à boulets à une finesse telle que 5 j au plus du mé lange restent sur un tamis de<B>270</B> mailles et que 75 à 80 % passent au tamis de 375 mailles. On peut effectuer, si on le désire, un broyage encore plus fin. Le rapport des volumes d'eau et d'oxyde dépend de la finesse de l'oxyde.
La matière humide peut être enrichie en suite, par exemple, dans un appareil à concen tration humide tel qu'un laveur ou un con- centrateur magnétique, pour éliminer la gan gue. Dans tous les cas, l'oxyde résiduel est. maintenu suffisamment humide pour que les particules restent cohérentes.
La masse humide cohérente est ensuite formée en nodules d'un diamètre compris entre 1 et 2,5 cm environ, pratiquement sans la comprimer. Cette opération peut se faire avantageusement en faisant passer la masse à travers un tamis dont les mailles ont les dimensions ci-dessus et qui vibre dans un plan horizontal. La vibration du tamis produit la division de la matière en nodules, quand la matière qui passe dans chaque maille. a une longueur qui est environ le double de son dia mètre. Les nodules ainsi obtenus sont consti tués par des particules agglomérées en contact les unes avec les autres, les interstices entre les particules étant remplis d'eau, et bien que les nodules gardent leur forme générale et leurs dimensions quand ils sont laissés immo biles, ils tendent à s'aplatir si on les laisse tomber de quelques centimètres de hauteur.
On évite cette déformation en les recueillant immédiatement. au-dessous du tamis quand ils se détachent.
Les nodules humides sont ensuite séchés à une température élevée comprise entre<B>900</B> et 1350 C, selon la nature de l'oxyde, comme il sera dit plus loin. La disposition des parti cules et des interstices reste la même pour les nodules secs que pour les nodules humides lors de leur obtention, et, par conséquent, les nodules secs sont très poreux. Dans le traite ment de réduction subséquent, le gaz réduc- teur pénètre dans les nodules, chaque parti cule étant plus ou moins enveloppée de gaz, ce qui assure une réduction complète et rapide de tout le nodule.
La température de séchage des nodules doit être inférieure à la tempé rature d'amollissement de l'oxyde, car autre ment, les particules d'oxyde tendent à fondre et à diminuer la porosité.
Les nodules obtenus de la manière décrite sont très résistants et, en dépit du fait qu'au cune matière de renforcement ni aucun liant n'est utilisé, ils peuvent être manipulés sans se briser d'une manière notable, par exemple, quand ils sont déversés ou quand ils tombent.
Pour obtenir des nodules d'oxyde de fer qui puissent être facilement. réduits, par un procédé subséquent, en fer non pyrophorique, les nodules sont séchés dans une atmosphère oxydante pour que tout l'oxyde reste, ou soit transformé, sous forme d'oxyde ferrique. Ce traitement diminue la tendance des particules à se coller ensemble et permet d'effectuer une réduction subséquente à une température plus élevée et, par conséquent, en un temps moindre que ce n'était le cas jusqu'ici.
Quand les oxydes de fer comprennent, par exemple un oxyde magnétique comme les écailles de rouille, ils sont totalement ou partiellement transformés en oxyde ferrique, particulière ment à la surface des particules. Quand la matière première est de l'hématite ou de la limonite, qui contiennent ordinairement tin peu de magnétite naturelle, la magnétite est totalement ou partiellement. transformée en oxyde ferrique. Une matière avantageuse et. relativement pure pour la formation de no dules est le résidu de calcination du sulfate ferreux (1,'e_SO,) résultant de l'évaporation à sec d'une liqueur de décapage.
La transformation de l'oxyde en oxyde fer rique commence à 100" C environ, et la vi tesse de transformation augmente quand la température s'élève, la transformation étant presque complète en une heure à 1200" C. Il ne se produit aucune réaction au-dessus de 1380 C, et à 1-I50" C, la matière repasse sous forme de magnétite, ce qui donne une 'limite de température supérieure pour l'opération. Les nodules d'hématite on d'oxyde ferrique ainsi préparés ont des propriétés ferromagné tiques particulières.
La température réelle de séchage et de transformation des nodules dépend de la na ture de l'oxyde utilisé. Si, par exemple, la matière première est un minerai, des tempé ratures élevées de l'ordre de 1200 à 1350 C sont nécessaires, tandis que si la matière pre mière est un oxyde de fer relativement pur, tel que l'écaille de rouille, des températures plus basses de l'ordre de 7.000 à<B>11<I>001</I></B> C sont suffisantes pour effectuer le séchage et la transformation en oxyde ferrique.
La durée du séchage et de la. transforma tion du nodule d'oxyde dépend évidemment. (le la nature de l'oxyde et clé la température, mais en général le séchage et la transforma tion sont complets en une heure environ. Pour obtenir un oxyde utilisable comme matière première à partir d'une liqueur de décapage de rebut, celle-ci est d'abord neutralisée avec des déchets de fer et chauffée de préférence dans un autoclave à une température com prise entre 1.60 et 200" C. A cette température, le sulfate ferreux est insoluble dans l'eau et se sépare sous forme de cristaux ne contenant qu'un petit pourcentage d'eau.
Ces cristaux sont ensuite calcinés en oxyde ferrique à une température comprise entre 700 et 900 C, dans un four rotatif, lavés pour éliminer tout résidu de sulfate soluble, et moulus finement avec (le l'eau pour former une masse cohé rente qui est ensuite formée en nodules comme il a été dit.
Les nodules d'oxyde métallique préparés selon ce procédé se prêtent très bien à une réduction directe en métal par l'hydrogène.