Procédé de fabrication de boulettes à partir d'une matière solide finement divisée
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de boulettes à partir d'une matière finement divisée, notamment de boulettes poreuses de minerai de fer se prêtant à la réduction sans fusion.
Les nombreux procédés connus pour la fabrication de boulettes de minerai de fer comprennent essentiellement deux opérations successives. La première opération est une opération de bouletage destinée à former, à partir des fines de minerais de fer, des petites boules humides ayant un diamètre, par exemple de l'ordre de 1 cm, par roulage des fines humidifiées dans un appareil à surface tournante, tel qu'un disque ou un tambour bouleteur. La seconde opération consiste à durcir ces boulettes par frittage dans un four approprié.
Les boulettes humides résultant de la première opération étant friables on a proposé de leur conférer une dureté plus grande au moyen d'un liant, par exemple d'amidon ou de silicate de soude, ajouté en petite quantité. L'adjonction du liant est effectuée suivant les procédés connus soit en le mélangeant aux fines humides à partir desquelles l'on forme les boulettes, soit en enrobant celles-ci avec le liant avant de les soumettre au durcissement thermique. Dans le premier cas, la force centrifuge tend à repousser le liant, en même temps que l'eau, vers une zone périphérique des boulettes en cours de formations.
Ainsi, dans les deux cas susmentionnés, l'adjonction du liant a pour résultat uniquement la formation d'une couche périphérique à haute concentration de liant, lequel, une fois durci, ne rend plus dure que cette zone périphérique des boulettes, l'intérieur de celles-ci restant toujours peu résistant.
Ainsi, les procédés connus de fabrication de boulettes de minerai de fer nécessitent l'opération thermique de durcissement destinée à conférer aux boulettes une résistance mécanique suffisante pour leur permettre de résister à la manutention, au transport et à l'écrasement lors de la réduction ultérieure, par exemple dans un haut fourneau. Comme on le sait, le durcissement par frittage nécessite l'utilisation d'installations coûteuses et entraîne des frais de chauffage considérables. I1 est à remarquer aussi que, dans les boulettes de minerai de fer obtenues par les procédés susmentionnés dans lesquels on utilise un liant. la couche périphérique endurcie qui résulte de la concentration élevée du liant au voisinage de la surface des boulettes est beaucoup moins poreuse que l'intérieur de celles-ci.
Ces couches périphériques endurcies gênent le passage des gaz à travers les boulettes lors de la réduction ultérieure et rendent ainsi cette réduction moins efficace.
Le procédé selon la présente invention élimine les inconvénients susmentionnés des procédés connus en permettant la fabrication de boulettes poreuses ayant une résistance mécanique élevée sans avoir recours aux traitements thermiques de durcissement. I1 est caractérisé par le fait que l'on prépare un mélange agglomérable par mouillage de ladite matière finement divisée avec une solution aqueuse d'un liant colloidal, inorganique, la quantité de solution étant au moins 1% en poids de la matière sèche finement divisée, que l'on forme de petits nodules à partir de ce mélange, que l'on soumet ces petits nodules à un séchage partiel,
progressif en présence d'un agent durcisseur du liant et cela pendant une courte durée de manière à faire durcir celui-ci dans une zone périphérique de ces petits nodules pour former une mince barrière capable de diminuer en majeure partie l'échappement du liant de ces petits nodules, que l'on soumet ces derniers à un roulement sur un lit tournant de ce mélange agglomérable de manière à les faire croître, que l'on soumet les nodules agrandis à un séchage partiel, progressif en présence dudit agent durcisseur de manière à faire durcir le liant et à former encore une barrière dans une zone périphérique de ces nodules agrandis, et que l'on répète ces opérations de roulement des nodules sur un lit tournant du mélange agglomérable et de séchage subséquent autant de fois qu'il est nécessaire pour obtenir,
par étapes successives, des boulettes ayant la grandeur désirée, et que l'on prolonge la dernière opération de séchage et de durcissement de manière à sécher entièrement ces boulettes et à effectuer la prise en masse du liant qu'elle contiennent.
Ce procédé consiste donc essentiellement à utiliser une solution aqueuse d'un liant inorganique, colloïdal approprié pour mouiller la matière finement divisée à partir de laquelle l'on désire fabriquer les boulettes et cela de manière à obtenir un mélange agglomérable, à effectuer l'agglomération de ce mélange par plusieurs étapes successives suivies chacune d'un séchage et d'un durcissement périphérique de manière à obtenir successivement, sous forme de couches concentriques, des boulettes ayant la grandeur désirée, et à effectuer le séchage complet de ces boulettes et la prise en masse du liant qu'elles contiennent.
Ainsi, grâce au séchage et durcissement périphérique des boulettes, que l'on effectue après chaque étape d'agglomération, la solution de liant est retenue dans lesdites couches successives. I1 en résulte que, après le séchage et la prise en masse finale, le liant est distribué aussi bien à l'intérieur qu'à la péri- phérie de ces boulettes. Le procédé conforme à l'invention permet ainsi d'obtenir des boulettes homogènes qui sont consolidées uniformément grâce à la présence du liant et qui, en même temps, sont très poreuses. Ceci présente un avantage considérable, notamment dans le cas des boulettes de minerai, par exemple de minerai de fer, ces boulettes pouvant être réduites facilement par chauffage, sans fusion, en présence d'un gaz réducteur approprié.
Ainsi, il devient possible d'effectuer la réduction et l'affinage du métal sans nécessiter l'utilisation de grandes installations telles que les hauts fourneaux.
La figure unique du dessin annexé illustre schématiquement le procédé conforme à l'invention.
Comme on le voit sur la figure, I'agglomération se fait, en l'occurrence, en deux étapes successives. La matière finement divisée que l'on désire agglomérer, par exemple le minerai de fer, est introduite de façon continue et en quantité réglable à partir de deux trémies 1 et 2, dans deux agglomérateurs, respectivement 3 et 4, à plateau tournant, de type classique connu également sous le nom de table de granulation . La matière finement divisée est mouillée continuellement au moyen d'une solution aqueuse d'un liant colloïdal inorganique, par exemple une solution aqueuse de silicate de soude, qui est stockée dans des réservoirs 5, 6 et que l'on introduit, également en quantité réglable, au moyen d'arrosoirs 7 et 8 dans les agglomérateurs, respectivement 3 et 4.
La qualité de solution que l'on ajoute au moyen des arrosoirs 7, 8 doit être d'au moins 1% du poids de matières fines sèches. On choisit la quantité ainsi que la teneur en eau de cette solution de façon que le mélange obtenu contienne juste la quantité de liquide nécessaire pour permettre l'agglomération. Cela sera le cas pour une solution d'un silicate et/ou un aluminate de soude lorsque la concentration du liant est comprise entre 30 et 55 % en poids.
Comme on le sait, grâce à la rotation des plateaux des agglomérateurs 3 et 4, la matière finement divisée s'étale sur ceux-ci pour former des lits tournants et cette rotation produit, en outre, un mélange intime de la solution de liant avec cette matière. Le premier agglomérateur 3 sert à former des nodules humides relativement petits, qui sont transportés par un tapis roulant 9, à travers une chambre de séchage 10 où ils sont exposés, à un courant d'air pendant une courte durée, avant d'être introduits dans le second agglomérateur 4.
Ce passage à travers la chambre 10 sert à faire sécher et à durcir une zone périphérique relativement mince des petits nodules de manière à former sur ceux-ci des barrières destinées à limiter l'échappement, sous l'effet de la force centrifuge, de la solution aqueuse de l'intérieur des nodules lors de leur roulement subséquent dans fagglo- mérateur 4. Il est à remarquer que les petits nodules ainsi consolidés à leur périphérie remplissent le rôle de germes pour la deuxième étape d'agglomération. Dans l'agglomérateur 4, ces germes roulent sur un lit tournant dudit mélange agglomérable et grossissent jusqu'à ce que l'on obtienne des boulettes ayant la grandeur désirée.
A la sortie de l'agglomérateur 4 est disposé un second tapis roulant 11 servant à transporter les boulettes à travers une deuxième chambre 12 de séchage à l'air qui sert à les sécher complètement et à assurer la prise en masse du liant qu'elles contiennent. Les boulettes sont ensuite recueillies dans un récipient 13, lequel pourrait faire partie d'une installation destinée aux traitements ultérieurs, notamment la réduction.
Il est à remarquer que, bien qu'il ne soit pas essentiel, I'air de séchage traversant les chambres 10 et 12 pourrait être chauffé, par exemple à 80 à 1000 C, et éventuellement chargé de CO2 afin d'accélérer le séchage, d'une part, et la prise en masse du liant, d'autre part. La température de l'air ainsi que sa quantité doivent toutefois être limitées afin d'assurer un séchage progressif et non brutal des boulettes et d'éviter leur éclatement. Elles doivent en outre être choisies de manière que la vitesse de séchage soit adaptée à celle d'agglomération.
Il convient de noter que, pour simplifier l'explication,
I'on a illustré et décrit ci-dessus seulement deux étapes d'agglomération, mais il va de soi que le nombre de ces étapes et des opérations de séchage intermédiaires variera selon le cas, notamment en fonction de la grandeur des boulettes que l'on désire obtenir et des propriétés d'agglomération de la matière finement divisée.
La formation de nodules et l'accroissement de ces derniers peuvent être effectués au moyen de tout agglomérateur approprié. Ainsi, on pourrait utiliser un dispositif d'extrusion, pour la première étape de formation de nodules, et soit des tambours soit des plateaux rotatifs pour les étapes d'agglomération subséquentes.
Le fait que le procédé conforme à la présente invention s'effectue sans chauffage sensible de la matière à agglomérer et que la distribution uniforme du liant dans les boulettes obtenues confère à celles-ci une bonne résistance mécanique, rend possible l'application de ce procédé à l'agglomération de beaucoup de matières finement divisées de natures très différentes.
Dans le cas du minerai de fer, ce procédé permet d'agglomérer indifféremment les magnétites et les hématites ainsi que les mélanges de ces deux matières. De plus, le procédé permet soit de maintenir le même état d'oxydation du minerai lors de l'agglomération, soit d'effectuer l'agglomération dans un milieu réducteur afin d'obtenir au moins une réduction partielle du minerai.
Il est à remarquer que la porosité uniforme des boulettes obtenues par le procédé conforme à l'invention permet l'accès facile d'agents réducteurs à l'intérieur de ces boulettes, ce qui favorise évidemment la réduction ultérieure, notamment dans le cas du fer. Il en résulte une diminution notable de la quantité de ces agents réducteurs, nécessaire en vue de l'élaboration du métal.
De plus, cette réduction peut s'effectuer au moyen d'une installation relativement simple telle qu'un four à cuve dans lequel l'on met les boulettes en contact avec un agent réducteur tel que l'hydrogène ou le monoxyde de carbone, tout en chauffant les boulettes, par exemple à 7000 C dans le cas du minerai de fer. Les boulettes ayant subi la réduction peuvent ensuite être mises en fusion directement dans un four approprié, par exemple dans un four à arc, et il va de soi que le four de réduction et le four de fusion pourraient constituer des parties d'une même installation servant à l'obtention du métal affiné à partir des fines de minerai.
Toutefois, lorsque les boulettes réduites ne sont pas destinées à la mise en fusion directe, il devient nécessaire d'éviter une réoxydation rapide à l'air. A cet effet, on peut par exemple former, par compression, des billettes à partir de ces boulettes, afin de diminuer la surface que présente à l'air le métal réduit.
Il est évident que le procédé conforme à l'invention permet l'incorporation, d'une manière relativement simple, de substances additionnelles dans les boulettes, ces substances pouvant être ajoutées sous forme de poudre au mélange humide servant à l'agglomération dans l'une ou dans plusieurs, voire dans toutes les étapes successives d'agglomération. Ainsi, par exemple, notamment dans le cas du minerai de fer, on peut incorporer facilement des fines de charbon aux boulettes afin de favoriser la réduction ultérieure de celles-ci, c'est-à-dire de les rendre autoréductibles. De même, on peut incorporer aux boulettes, lors de l'agglomération, des substances scorifiantes favorisant l'affinage ultérieur. A cet effet on peut utiliser la chaux (CaO) et/ou la magnésie (MgO) pour faciliter l'affinage du fer, c'est-à-dire pour rendre les boulettes autofondantes.
Process for making pellets from a finely divided solid
The present invention relates to a process for manufacturing pellets from a finely divided material, in particular porous iron ore pellets suitable for reduction without melting.
The many known processes for the manufacture of iron ore pellets essentially comprise two successive operations. The first operation is a pelletizing operation intended to form, from the iron ore fines, small wet balls having a diameter, for example of the order of 1 cm, by rolling the moistened fines in a device with a rotating surface. , such as a disc or a ball drum. The second operation consists in hardening these pellets by sintering in a suitable oven.
The wet pellets resulting from the first operation being friable, it has been proposed to give them a greater hardness by means of a binder, for example starch or sodium silicate, added in small quantities. The addition of the binder is carried out according to known methods either by mixing it with the wet fines from which the pellets are formed, or by coating them with the binder before subjecting them to thermal hardening. In the first case, the centrifugal force tends to push the binder, at the same time as the water, towards a peripheral zone of the pellets being formed.
Thus, in the two aforementioned cases, the addition of the binder only results in the formation of a peripheral layer with a high concentration of binder, which, once hardened, only hardens this peripheral zone of the pellets, the interior of these still remaining not very resistant.
Thus, the known methods of manufacturing iron ore pellets require the thermal hardening operation intended to give the pellets sufficient mechanical strength to enable them to withstand handling, transport and crushing during subsequent reduction. , for example in a blast furnace. As is known, sintering hardening requires the use of expensive installations and involves considerable heating costs. It should also be noted that in the iron ore pellets obtained by the aforementioned processes in which a binder is used. the hardened peripheral layer which results from the high concentration of the binder in the vicinity of the surface of the pellets is much less porous than the interior of the latter.
These hardened peripheral layers impede the passage of gases through the pellets during the subsequent reduction and thus make this reduction less effective.
The method according to the present invention eliminates the aforementioned drawbacks of the known methods by allowing the manufacture of porous pellets having a high mechanical strength without having recourse to heat curing treatments. I1 is characterized in that an agglomerable mixture is prepared by wetting said finely divided material with an aqueous solution of a colloidal, inorganic binder, the amount of solution being at least 1% by weight of the finely divided dry material , that small nodules are formed from this mixture, that these small nodules are subjected to partial drying,
progressive in the presence of a binder hardening agent and this for a short time so as to harden the latter in a peripheral zone of these small nodules to form a thin barrier capable of largely reducing the escape of the binder from these small nodules, which the latter are subjected to rolling on a rotating bed of this agglomerable mixture so as to cause them to grow, which the enlarged nodules are subjected to partial, progressive drying in the presence of said hardening agent so as to harden the binder and still form a barrier in a peripheral zone of these enlarged nodules, and that these operations of rolling the nodules on a rotating bed of the agglomerable mixture and subsequent drying are repeated as many times as necessary to get,
in successive stages, pellets having the desired size, and that the last drying and hardening operation is extended so as to completely dry these pellets and to effect the setting in mass of the binder they contain.
This process therefore consists essentially in using an aqueous solution of an inorganic, colloidal binder suitable for wetting the finely divided material from which it is desired to manufacture the pellets and this so as to obtain an agglomerable mixture, to effect the agglomeration. of this mixture by several successive stages each followed by drying and peripheral hardening so as to obtain successively, in the form of concentric layers, pellets of the desired size, and to perform the complete drying of these pellets and the setting by mass of the binder they contain.
Thus, thanks to the drying and peripheral hardening of the pellets, which is carried out after each agglomeration step, the binder solution is retained in said successive layers. As a result, after drying and final setting, the binder is distributed both inside and around these pellets. The process according to the invention thus makes it possible to obtain homogeneous pellets which are consolidated uniformly thanks to the presence of the binder and which, at the same time, are very porous. This has a considerable advantage, especially in the case of ore pellets, for example iron ore, these pellets can be easily reduced by heating, without melting, in the presence of a suitable reducing gas.
Thus, it becomes possible to carry out the reduction and refining of the metal without requiring the use of large installations such as blast furnaces.
The single figure of the appended drawing illustrates schematically the process according to the invention.
As can be seen in the figure, the agglomeration takes place, in this case, in two successive stages. The finely divided material which it is desired to agglomerate, for example iron ore, is introduced continuously and in an adjustable quantity from two hoppers 1 and 2, into two agglomerators, respectively 3 and 4, with a rotating plate, of classic type also known as granulation table. The finely divided material is wetted continuously by means of an aqueous solution of an inorganic colloidal binder, for example an aqueous solution of sodium silicate, which is stored in tanks 5, 6 and which is introduced, also in quantity. adjustable, by means of sprinklers 7 and 8 in the agglomerators, respectively 3 and 4.
The quality of the solution which is added by means of the watering cans 7, 8 must be at least 1% of the weight of fine dry matter. The quantity and the water content of this solution are chosen so that the mixture obtained contains just the quantity of liquid necessary to allow agglomeration. This will be the case for a solution of a silicate and / or a sodium aluminate when the concentration of the binder is between 30 and 55% by weight.
As is known, thanks to the rotation of the plates of the agglomerators 3 and 4, the finely divided material spreads over them to form rotating beds and this rotation produces, in addition, an intimate mixture of the binder solution with this subject. The first agglomerator 3 serves to form relatively small wet nodules, which are transported by a conveyor belt 9, through a drying chamber 10 where they are exposed, to a current of air for a short time, before being introduced. in the second agglomerator 4.
This passage through the chamber 10 serves to dry and harden a relatively thin peripheral zone of the small nodules so as to form barriers thereon intended to limit the escape, under the effect of centrifugal force, of the gas. aqueous solution of the interior of the nodules during their subsequent rolling in the agglomerator 4. It should be noted that the small nodules thus consolidated at their periphery fulfill the role of seeds for the second agglomeration step. In the agglomerator 4, these germs roll on a rotating bed of said agglomerable mixture and grow in size until pellets of the desired size are obtained.
At the outlet of the agglomerator 4 is disposed a second conveyor belt 11 serving to transport the pellets through a second air-drying chamber 12 which serves to dry them completely and to ensure the solidification of the binder they. contain. The pellets are then collected in a container 13, which could form part of an installation intended for subsequent treatments, in particular reduction.
It should be noted that, although it is not essential, the drying air passing through the chambers 10 and 12 could be heated, for example at 80 to 1000 C, and possibly loaded with CO2 in order to accelerate the drying, on the one hand, and the solidification of the binder, on the other hand. The air temperature and its quantity must however be limited in order to ensure a gradual and non-sudden drying of the pellets and to prevent them from bursting. They must also be chosen so that the drying speed is adapted to that of agglomeration.
It should be noted that, to simplify the explanation,
Only two agglomeration steps have been illustrated and described above, but it goes without saying that the number of these steps and of the intermediate drying operations will vary depending on the case, in particular depending on the size of the pellets that the it is desired to obtain and agglomeration properties of finely divided material.
The formation of nodules and the growth thereof can be effected by means of any suitable agglomerator. Thus, one could use an extrusion device, for the first nodule-forming step, and either drums or rotating plates for the subsequent agglomeration steps.
The fact that the process according to the present invention is carried out without appreciable heating of the material to be agglomerated and that the uniform distribution of the binder in the pellets obtained gives them good mechanical strength, makes it possible to apply this process. to the agglomeration of many finely divided materials of very different natures.
In the case of iron ore, this process makes it possible to agglomerate either magnetites and hematites as well as mixtures of these two materials. In addition, the process makes it possible either to maintain the same state of oxidation of the ore during the agglomeration, or to carry out the agglomeration in a reducing medium in order to obtain at least a partial reduction of the ore.
It should be noted that the uniform porosity of the pellets obtained by the process according to the invention allows the easy access of reducing agents inside these pellets, which obviously favors the subsequent reduction, in particular in the case of iron. . This results in a notable reduction in the quantity of these reducing agents, necessary for the production of the metal.
In addition, this reduction can be carried out by means of a relatively simple installation such as a shaft furnace in which the pellets are brought into contact with a reducing agent such as hydrogen or carbon monoxide, while by heating the pellets, for example at 7000 C in the case of iron ore. The pellets which have undergone the reduction can then be melted directly in a suitable furnace, for example in an arc furnace, and it goes without saying that the reduction furnace and the melting furnace could constitute parts of the same installation. used to obtain refined metal from ore fines.
However, when the reduced pellets are not intended for direct melting, it becomes necessary to avoid rapid reoxidation in air. For this purpose, one can for example form, by compression, billets from these pellets, in order to reduce the surface which the reduced metal presents to the air.
It is obvious that the process according to the invention allows the incorporation, in a relatively simple manner, of additional substances in the pellets, these substances being able to be added in the form of powder to the wet mixture serving for the agglomeration in the mixture. one or more, or even all of the successive agglomeration stages. Thus, for example, notably in the case of iron ore, it is possible to easily incorporate coal fines into the pellets in order to promote the subsequent reduction of the latter, that is to say to make them self-reducible. Likewise, it is possible to incorporate into the pellets, during agglomeration, scorifying substances which promote subsequent ripening. For this purpose, lime (CaO) and / or magnesia (MgO) can be used to facilitate the refining of the iron, that is to say to make the pellets self-melting.