FR3008426A1 - Procede d'elaboration de nickel metallique a partir d'oxyde de nickel par fusion-reduction - Google Patents

Abstract

Procédé d'élaboration de nickel métallique à partir d'oxyde de nickel par fusion-réduction dans un four électrique à arc, caractérisé en ce que : - on introduit dans ledit four du NiO, un matériau carboné et des oxydes destinés à former un laitier synthétique dont la composition est choisie parmi : * Al2O3 : de 25 à 45% ; CaO : de 30 à 60% ; MgO : de 0 à 20% ; SiO2 : de 0 à 15%, la teneur en autres oxydes ne dépassant pas 5% ; * CaO : de 20 à 40% ; MgO : de 10 à 40% ; SiO2 : de 35 à 65%, la teneur en autres oxydes ne dépassant pas 5% ; ladite composition devant être maintenue dans ces limites pendant toute la durée de l'élaboration, et on exécute une fusion-réduction du NiO pour le transformer en Ni métallique liquide ; - on réalise un ajout de Si qui permet de poursuivre la réduction du NiO présent dans le laitier et, éventuellement, de réaliser une désulfuration du Ni métallique ; - on réalise un équilibre chimique entre le métal et le laitier qui permet aux gouttes de Ni métallique présentes dans le laitier de décanter dans le bain liquide, pendant une durée d'au moins 10 minutes, et éventuellement, au Ni métallique de subir une désulfuration ; - on réalise un décrassage partiel du laitier ; - et on coule le Ni métallique liquide hors du four.

Description

Procédé d'élaboration de nickel métallique à partir d'oxyde de nickel par fusion-réduction L'invention concerne l'élaboration de nickel sous forme métallique par fusion- réduction d'une matière première constituée d'oxyde de nickel. Du nickel métallique, dont la teneur en Ni peut dépasser 98%, est classiquement obtenu par un traitement de fusion-réduction d'une matière première constituée très essentiellement par de l'oxyde de nickel NiO. Cette fusion-réduction est exécutée le plus souvent dans un four électrique à arc, à courant alternatif ou continu. Le NiO a été lui- même obtenu par calcination d'un hydroxyde ou d'un carbonate de nickel résultant du traitement hydrométallurgique d'un minerai contenant du nickel. Il doit être entendu que l'oxyde de nickel utilisé dans le cadre des procédés relevant du domaine de l'invention peut, classiquement, ne pas être constitué strictement que de NiO, et que d'autres oxydes de nickel de valences différentes et, résiduellement, d'autres métaux (Co, Mn...) à l'état oxydé, peuvent être présents dans la matière première, de façon plus ou moins marginale, sans que cela ait une influence sensible sur l'exécution de la fusion-réduction. La réduction du NiO est obtenue notamment par l'ajout d'un matériau carboné (anthracite, coke ou autre) dans le four. Elle est effectuée en présence d'un laitier résultant de la fusion de la matière première et de l'ajout éventuel d'oxydes ou d'éléments oxydables pour ajuster sa composition. Cette fusion-réduction conduit à l'obtention de Ni métallique liquide qui est coulé hors du four dans une poche, puis solidifié, par exemple dans des lingotières ou des moules. Le rendement matières de ce procédé n'est cependant pas toujours optimal, et on ne retrouve souvent sous forme de Ni métallique liquide qu'une proportion insuffisante du Ni présent dans le NiO initial. Egalement, la pureté du Ni métallique obtenu n'est pas toujours suffisante en raison de la présence de contaminants tels que de la magnésie MgO provenant des matières premières ou des réfractaires du four, et du soufre présent à l'origine dans le matériau carboné. La concentration en soufre peut être diminuée par l'ajustement de la composition du laitier au moyen de l'ajout d'oxydes (chaux CaO, silice Si02, alumine A1203, magnésie MgO) qui lui procurent une capacité à désulfurer le Ni par voie chimique en même temps qu'une viscosité (dépendant en grande partie de la proportion de phase solide dans le laitier) rendant les réactions chimiques entre le Ni et le laitier possibles, et avec une cinétique compatible avec une pratique industrielle. Mais la constitution de ce laitier synthétique est coûteuse en matières. De plus, ce laitier synthétique doit être chauffé lors du traitement pyrométallurgique, en même temps que le Ni. Il cause donc une dépense d'énergie importante, qui est fonction de sa composition et de sa masse. On a aussi intérêt à minimiser autant que possible la quantité de matières qui s'échappent du four sous forme de poussières, pour ne pas encrasser trop vite les filtres qui contrôlent les rejets atmosphériques du four et pour exploiter au mieux les matières introduites. De ce point de vue, il est a priori favorable d'obtenir un laitier présentant une fraction liquide aussi élevée que possible. Le but de l'invention est de proposer un procédé d'élaboration de Ni métallique par pyrométallurgie qui permette d'optimiser à la fois la pureté du Ni métallique obtenu et les coûts en matières et en énergie nécessaires à cette obtention. A cet effet l'invention a pour objet un procédé d'élaboration de nickel métallique à partir d'oxyde de nickel par fusion-réduction dans un four utilisant une source d'énergie électrique, tel qu'un four à arc, un four à induction ou un four à plasma, caractérisé en ce que : - dans ledit four, qui contient au moins une quantité résiduelle de Ni métallique, on introduit du NiO, un matériau carboné, et des oxydes destinés à former un laitier synthétique dont la composition est choisie parmi : * A1203 : de 25 à 45% ; CaO : de 30 à 60% ; MgO : de 0 à 20% ; Si02 : de 0 à 15%, la teneur en autres oxydes ne dépassant pas 5%; * CaO : de 20 à 40% ; MgO : de 10 à 40% ; Si02 : de 35 à 65%, la teneur en autres oxydes ne dépassant pas 5%; les pourcentages étant des pourcentages pondéraux, ladite composition devant être maintenue dans ces limites pendant toute la durée de l'élaboration, et on exécute une fusion-réduction du NiO pour le transformer en Ni métallique liquide ; - optionnellement, on réalise un équilibre chimique entre le métal et le laitier qui permet au matériau carboné de poursuivre la réduction du NiO présent dans le laitier et aux gouttes de Ni métallique présentes dans le laitier de décanter dans le bain liquide, pendant une durée d'au moins 10 minutes, de préférence entre 10 et 20 minutes ; - on réalise un ajout de Si dans le four qui permet de poursuivre la réduction du NiO présent dans le laitier et, éventuellement, de réaliser une désulfuration du Ni métallique ; - on réalise un équilibre chimique entre le métal et le laitier qui permet aux gouttes de Ni métallique présentes dans le laitier de décanter dans le bain liquide, pendant une durée d'au moins 10 minutes, de préférence entre 10 et 30 minutes, et éventuellement, au Ni métallique de subir une désulfuration ; - on réalise un décrassage partiel du laitier ; - optionnellement on réalise une nouvelle addition de NiO et de matériau carboné pour abaisser la teneur en Si du Ni métallique, et éventuellement une addition d'oxydes ; - et on coule le Ni métallique liquide hors du four. De préférence, on introduit le NiO et le matériau carboné à une distance maximale de 10 cm de l'interface métal-laitier, de préférence dans le laitier. On peut utiliser un laitier de composition : A1203 : de 25 à 45% ; CaO : de 30 à 60% ; MgO : de 0 à 20% ; 5i02 : de 0 à 15%, la teneur en autres oxydes ne dépassant pas 5%, et l'ajout de Si dans le four est précédé par un ajout d'Al pour réaliser une désoxydation du Ni métallique favorisant sa désulfuration.

De préférence, on maintient la température du Ni métallique à 1650°C ± 100°C pendant l'élaboration. Les additions de NiO et de matériau carboné peuvent être effectuées par des lances traversant la paroi latérale du four. Les additions de NiO et de matériau carboné peuvent être effectuées par des lances traversant la voûte du four. Les additions de NiO et de matériau carboné peuvent être effectuées par des tuyères traversant la paroi latérale du four. On peut introduire de l'Al dans le four lors de l'élaboration. Comme on l'aura compris, l'invention est un procédé d'élaboration du Ni métallique dans un four électrique à arc, ou un autre type d'appareil utilisant des sources d'énergie électrique tel qu'un four à plasma ou un four à induction, exécuté de préférence en semi-continu, et repose sur différentes caractéristiques : - le maintien en permanence d'une composition de laitier optimisée pour lui conférer les propriétés physiques (fluidité ni trop forte, ni trop faible) et éventuellement chimiques (capacité à désulfurer le Ni) les plus adéquates ; - l'optimisation du processus de désoxydation du bain liquide de Ni métallique (c'est-à-dire la captation de l'oxygène dissous qu'il contient) de façon à n'introduire que la quantité de matières vraiment nécessaire à la bonne exécution du procédé ; - la présence lors du processus d'élaboration d'une ou deux phases de décantation pendant lesquelles aucune addition de matière n'est effectuée ; ces phases permettent aux gouttelettes de Ni présentes dans le laitier de redescendre dans le Ni liquide, et d'améliorer ainsi le rendement matières de l'opération, en plus d'établir un équilibre métal-laitier qui permettra de réduire le NiO possiblement présent dans le laitier ; éventuellement, ces phases permettent aussi de désulfurer le Ni métallique.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, au cours de laquelle on va décrire toutes les étapes possibles d'une mise en oeuvre de l'invention, en précisant celles qui sont obligatoires et celles qui ne sont qu'optionnelles. On comprendra que la numérotation des étapes est valable pour la version la plus complète du procédé selon l'invention. La première étape consiste à introduire dans un four électrique à arc, contenant au moins une quantité résiduelle de Ni métallique liquide ou solidifié, un matériau composé essentiellement de NiO et pouvant être accompagné par d'autres oxydes de Ni ou, résiduellement, d'autres métaux (Co, Mn...) à l'état oxydé. On introduit également un matériau carboné, tel que de l'anthracite, et des oxydes destinés à former un laitier synthétique de composition adéquate. Puis on débute la fusion-réduction.

Le Ni résiduel présent dans le four avant cette première étape a pour fonction de permettre l'amorçage de l'arc électrique. Il peut être constitué par des morceaux de Ni solide ajoutés pour l'occasion dans le four, ou de Ni liquide ou solidifié ayant subsisté dans le four suite à une élaboration précédente, de sorte que le procédé peut être utilisé de façon semi-continue en procédant périodiquement à des coulées de Ni liquide hors du four comme on le verra. Les quantités et les proportions des oxydes constituant le laitier synthétique sont ajustées en tenant compte de la quantité et de la composition du laitier se trouvant éventuellement déjà dans le four électrique au moment de l'introduction. Le but est d'obtenir en permanence lors des différentes phases de l'élaboration du métal une composition de laitier à sélectionner parmi l'une des deux gammes de composition suivantes, en ce qui concerne ses principaux constituants (les pourcentages sont des pourcentages pondéraux, comme ce sera le cas dans toute la description, aussi bien pour la composition du laitier que pour la composition du Ni métallique) : - A1203: de 25 à 45%; CaO: de 30 à 60%; MgO: de 0 à 20%; Si02 : de 0 à 15%; ce laitier, dit « quaternaire », a, du fait de sa forte basicité (définie par le rapport (CaO + MgO) / (A1203 + Si02) et qui est dans son cas de l'ordre de 1 à 2), des propriétés désulfurantes significatives pour le Ni métallique lorsque sa température est de l'ordre de 1650°C ± 100°C; on l'utilise lorsque le NiO et les matières carbonées introduits dans le four contiennent des quantités de soufre relativement importantes qui conduiraient, en l'absence de désulfuration, à l'obtention d'un Ni métallique trop riche en soufre qui ne serait pas utilisable comme élément d'alliage pour la fabrication d'aciers inoxydables à basse teneur en soufre ; il est également compatible avec une utilisation d'aluminium pour contribuer à la réduction du NiO et à la désoxydation du Ni métallique, cette désoxydation étant favorable à une bonne désulfuration ; de plus, les réactions de réduction entre l'aluminium d'une part et le NiO et l'oxygène dissous d'autre part sont fortement exothermiques, et on peut en profiter pour diminuer la quantité d'énergie exogène à apporter par l'arc électrique ; - CaO : de 20 à 40% ; MgO : de 10 à 40% ; Si02 : de 35 à 65% ; ce laitier, dit « ternaire », est à utiliser lorsqu'une désulfuration du Ni métallique lors de l'élaboration n'est pas nécessaire ou pas désirée. Dans les deux cas, la teneur du laitier en oxydes autres que ceux mentionnés ne dépasse pas 5%. Ces laitiers ont pour particularité d'avoir une grande capacité à dissoudre la magnésie provenant de la charge, ce qui atténue fortement l'érosion des réfractaires du four (si ces réfractaires sont à base de magnésie, ce qui est classique) grâce à la saturation du laitier en magnésie. Ils présentent une bonne fluidité aux températures de travail habituelles de l'ordre de 1650°C. Et concernant les laitiers quaternaires, comme on l'a dit, leur basicité élevée les rend aptes à désulfurer le Ni métallique de façon notable si cela est souhaité.

Leur autre particularité est qu'ils permettent de former des laitiers dits « moussants » au cours de l'élaboration. Un laitier moussant est défini par sa capacité à augmenter de volume sous l'effet des dégagements gazeux tels que le dégagement de CO résultant de la réduction du NiO par le carbone du matériau carboné. Grâce au moussage, l'arc électrique est immergé dans le laitier et son rayonnement est atténué, de sorte qu'il endommage moins les parois du four. Les transferts thermiques entre l'arc et le bain sont aussi améliorés, d'où une moindre consommation d'énergie. Il faut, pour que le laitier puisse présenter un moussage suffisant, que sa viscosité soit ni trop forte, ni trop faible à la température d'élaboration. Les viscosités à 1650°C des laitiers utilisés dans l'invention sont de l'ordre de 0,33 poise pour les quaternaires, et de 1,41 poise pour les ternaires, ce qui est tout à fait adapté. Ces gammes de viscosités sont également favorables à un bon écoulement du laitier hors du four lors des décrassages. Egalement, ces laitiers ne doivent pas être entièrement liquides aux températures d'élaboration pour qu'un moussage soit possible : les teneurs en MgO et CaO prescrites pour les laitiers selon l'invention permettent d'obtenir cette propriété.

Bien entendu, la composition du laitier va varier au cours du déroulement de l'élaboration, en particulier du fait de la formation de silice et d'alumine comme produits de la désoxydation du Ni métallique et de la réduction du NiO qui peut être présent dans le laitier. Mais l'expérience montre que ces apports ne seront généralement pas suffisants pour risquer de modifier la composition du laitier dans des proportions telles qu'elles feraient sortir cette composition des gammes requises. Pour assurer le maintien de cette composition (qui peut être vérifiée lors de l'élaboration par des analyses chimiques), on peut jouer sur la quantité totale d'oxydes introduits volontairement : plus elle est élevée, moins l'apport de silice et d'alumine résultant de la désoxydation influe sur la composition. Et comme on le verra, le procédé selon l'invention prévoit une étape de « décrassage », c'est-à-dire d'évacuation d'une partie du laitier présent : elle est l'occasion, ensuite, si nécessaire, de rétablir une composition du laitier plus adéquate par de nouveaux apports d'oxydes. L'homme du métier pourra déterminer, en fonction des conditions particulières dans lesquelles il met en oeuvre l'invention, le mode opératoire exact le mieux adapté à ses objectifs à la fois métallurgiques et économiques. Par exemple, pour la quantité d'oxydes ajoutés pour former le laitier synthétique, un équilibre devra être trouvé entre l'addition de quantités élevées qui permettront, si nécessaire, une désulfuration du nickel poussée, et l'addition de faibles quantités qui seront moins coûteuses en matières, nécessiteront moins de chaleur pour leur réchauffage et produiront moins de déchets à stocker ou à recycler (mais si ces déchets peuvent être ensuite valorisés, par exemple en étant utilisés dans les travaux publics, cet inconvénient pourra être limité), mais rendront le laitier plus sensibles aux variations de composition dues à la désoxydation du Ni et à l'usure des réfractaires du four. Les exemples détaillés qui seront décrits par la suite donneront une base à partir de laquelle le lecteur pourra aisément extrapoler des conditions de mise en oeuvre de l'invention qui seraient bien adaptées à son cas particulier. De préférence, les additions de NiO et d'anthracite sont typiquement exécutées au moyen de lances traversant la paroi ou la voûte du four, et débouchant dans le métal ou dans le laitier, de préférence à proximité de l'interface entre le métal liquide et le laitier, soit à ± 10 cm de cet interface. Une introduction dans le laitier est plus avantageuse, en ce que le laitier est thermiquement et chimiquement moins agressif que le métal liquide vis-à-vis du matériau des lances (généralement des tubes métalliques protégés par une couche de réfractaire). On consomme les lances moins rapidement, et leurs matériaux sont donc moins susceptibles de contaminer le métal et le laitier si cela devait poser un problème. Une introduction par des tuyères ménagées dans la paroi latérale du four serait aussi envisageable, de même qu'une introduction par des électrodes creuses, ces dispositifs étant bien connus de l'homme du métier. Les matières sont propulsées dans les lances par un gaz porteur neutre (azote, argon). Comme il est connu, le four à arc est, de préférence, équipé de moyens de brassage (autrement dit d'agitation) du métal liquide par injection de gaz neutre (argon, azote) placés dans le fond du four, et/ou dans ses parois latérale, qui permettent d'augmenter le contact entre le métal liquide et le laitier, et d'accélérer ainsi les réactions conduisant à un équilibre chimique entre eux. Lorsque ce brassage est effectué dans des conditions d'agitation modérées, il permet aussi de favoriser la décantation dans le laitier des inclusions d'oxydes présentes dans le Ni liquide, et d'améliorer ainsi sa propreté. Le brassage par gaz peut être remplacé ou renforcé par un brassage par induction électromagnétique, de façon connue. Dans un four à arc, un brassage s'effectue également de façon naturelle sous l'influence des champs électromagnétiques produits par le passage du courant lors des phases de chauffage. Il est préférable d'introduire simultanément le NiO et l'anthracite, de façon à éviter de se retrouver temporairement avec un laitier exagérément riche en NiO dont le comportement serait difficilement contrôlable. A la fin de cette première étape, on a typiquement une teneur en C de l'ordre de 0,5% et une teneur en Si et Al négligeable dans le Ni liquide puisque ces éléments n'ont pas, à ce stade, été introduits volontairement dans le four. Dans le laitier, la teneur en NiO est typiquement de l'ordre de 3,5%. La deuxième étape, qui n'est qu'optionnelle, consiste en une phase de décantation et de réaction, sans addition de matières au bain et au laitier. On réalise un brassage modéré du bain de Ni liquide de façon à réaliser un équilibre chimique entre le métal et le laitier qui permet au carbone introduit lors de la première étape et resté présent dans le métal et/ou le laitier de poursuivre la réduction du NiO présent dans le laitier à l'issue de la première étape. En parallèle, les gouttes de Ni métal qui ont été piégées dans le laitier lors de la première étape ont la possibilité de décanter dans le bain liquide. Cette étape dure au moins 10 minutes pour que l'équilibre métal-laitier puisse être atteint sans nécessiter une agitation trop forte du bain de Ni liquide qui userait exagérément les réfractaires du four, de préférence entre 10 et 20 minutes, typiquement 15 minutes. Il n'y a pas de limite supérieure à fixer strictement, mais on n'a pas intérêt à trop prolonger cette étape optionnelle pour ne pas dégrader la productivité du procédé et nécessiter un long maintien en température du bain de Ni qui entraînerait une consommation d'énergie inutilement excessive.

Typiquement, à la fin de cette deuxième étape, la teneur en C dans le bain de Ni est sensiblement inférieure à 0,5%, la teneur du Ni métallique en Si et Al est toujours négligeable, et la teneur en NiO dans le laitier est inférieure à 3,5%. La troisième étape consiste en un achèvement de la réduction du NiO présent dans le métal et le laitier, au moyen d'une addition de désoxydant fort conjuguée à un brassage du bain. On utilisera généralement du Si à cet effet, en gardant à l'esprit que la quantité de Si présente dans le Ni métallique final qui sera coulé hors du four ne devra, selon les exigences de certains utilisateurs, pas dépasser 0,3%. Il ne faut donc pas utiliser une quantité excessive de Si : une teneur de l'ordre de 0,1% dans le bain de Ni à la fin de cette troisième étape sera visée typiquement, mais elle pourra être inférieure. En variante, lorsqu'on utilise un laitier quaternaire, on peut prévoir d'ajouter d'abord une certaine quantité d'Al pour réaliser la plus grande partie de la réduction du NiO, et de compléter ensuite la réduction par une addition de Si. L'utilisation d'Al, qui est un désoxydant plus fort que Si, a pour avantages : - l'obtention d'une teneur en oxygène dissous dans le Ni liquide plus faible, ce qui est favorable à la réaction de désulfuration qui se produit lors de cette troisième étape si la composition du laitier s'y prête ; - une réduction plus rapide du NiO du laitier ; - une plus forte exothermicité de ces réactions de désoxydation et de réduction, qui permet de limiter l'apport de chaleur exogène par l'arc électrique. Cependant, il faut faire attention à ce que l'Al ne soit pas introduit en excès, comme il ne doit, le plus souvent, pas subsister plus de 100 ppm d'Al dans le Ni final. Egalement, une partie de l'Al est fatalement consommée par une réduction au moins partielle de la silice du laitier, ce qui augmente la teneur du bain en Si. Il faut en tenir compte lors de l'addition de Si finale de cette troisième étape, sinon on risque de retrouver dans le Ni liquide une teneur en Si incompatible avec les exigences de pureté du Ni final. Si c'est le cas, on verra cependant comment il est possible d'y remédier. Cette addition de Si va augmenter la teneur en silice du laitier, tout comme l'utilisation éventuelle d'Al a pu conduire à une augmentation de sa teneur en alumine. Il est donc conseillé de procéder à des analyses du laitier en fin de troisième étape, pour s'assurer que la composition du laitier se situe toujours dans les gammes de l'invention, dans le cas où au début de la troisième étape, la composition du laitier était proche de la limite prescrite. Si on s'aperçoit que la composition n'est plus conforme aux exigences, on la corrige par une addition d'oxydes adéquate. On vise généralement l'obtention, à la fin de la troisième étape, d'une teneur en NiO de 0,5% environ dans le laitier, en dessous de laquelle il est de toute façon difficile de descendre dans la pratique. La quatrième étape, obligatoire, est, comme la deuxième étape optionnelle, une phase de réaction et de décantation sans addition de matières au bain et au laitier. On réalise un brassage modéré du bain de Ni liquide, de façon à réaliser un équilibre chimique entre le métal et le laitier. Le but premier de cette étape est, là encore, de permettre aux gouttelettes de Ni métallique présentes dans le laitier à l'issue de la troisième étape de décanter dans le bain métallique. Egalement, lorsqu'une désulfuration est souhaitée, c'est pendant cette quatrième étape qu'elle se produit pour l'essentiel du fait des réactions métal-laitier qui ont lieu avec un métal désoxydé. Cette étape dure au moins 10 minutes pour que l'équilibre métal-laitier puisse être atteint sans nécessiter une agitation trop forte du bain de Ni liquide qui userait exagérément les réfractaires du four, de préférence entre 10 et 30 minutes, typiquement 15 minutes. Il n'y a pas de limite supérieure à fixer strictement, mais on n'a pas intérêt à prolonger inutilement cette étape pour ne pas dégrader la productivité du procédé et nécessiter un long maintien en température du bain de Ni qui entraînerait une consommation d'énergie inutilement excessive. Des analyses du laitier, pour estimer l'évolution de sa teneur en Ni, et du métal pour apprécier, le cas échéant, l'évolution de sa désulfuration, sont utiles à cet effet. Dans une cinquième étape, on procède à un décrassage d'une partie du laitier, afin de diminuer la quantité de laitier présente dans le four pour permettre de nouvelles additions de NiO et d'oxydes dans la suite de l'élaboration et, surtout, dans l'élaboration suivante. On limite autant que possible le décrassage à une couche supérieure du laitier, car c'est là que du Ni métallique résiduel a le moins de chances de se trouver. Parallèlement, la décantation dans le métal du Ni métallique présent dans les couches inférieures du laitier peut se poursuivre. On peut ensuite, optionnellement, procéder à une sixième étape qui consiste à ajouter dans le four du NiO, de l'anthracite et, éventuellement, des oxydes, dans les mêmes conditions que ce qui a été fait lors de la première étape. Cette sixième étape peut être nécessaire si on constate qu'a la fin de la cinquième étape, la teneur en Si du Ni métallique est plus élevée que la limite supérieure admissible que le producteur s'était fixée au préalable. Cette limite est typiquement de 0,3%, mais peut éventuellement être choisie plus haute ou plus basse selon les exigences du producteur de Ni ou de son client. Cette teneur en Si plus élevée que souhaitée peut être, par exemple, une conséquence d'un emploi insuffisamment maîtrisé d'Al lors de la troisième étape, qui aurait entraîné une réduction excessive de la silice présente dans le laitier. L'ajout simultané de NiO et d'anthracite permet d'introduire du Ni dans le bain métallique du fait de la réduction du NiO par le carbone, ce qui va diluer le Si et l'oxyder partiellement (selon la quantité d'anthracite ajoutée par rapport au NiO) et ramener sa teneur dans les limites souhaitées. L'ajout éventuel d'oxydes permet de conserver une composition du laitier et un ratio masse de Ni métallique / masse de laitier comparable à ce qu'ils étaient lors des autres étapes de l'élaboration. Un inconvénient possible de cette sixième étape est que l'addition de NiO et de matières carbonées a pour conséquence une introduction de soufre dans le bain métallique, et il faut veiller à ce qu'elle ne conduise pas à dépasser la limite admissible pour cet élément. De ce point de vue, l'addition d'oxydes neufs au laitier a un effet positif, en ce qu'elle permet de régénérer les capacités désulfurantes du laitier, donc d'enlever immédiatement au moins une partie du soufre nouvellement introduit. Enfin, dans une septième étape, on procède à la coulée d'au moins la plus grande partie du Ni métallique liquide dans une poche. Ce Ni va ensuite être coulé et solidifié sous forme de lingots ou de blocs de formes particulières. L'élaboration peut alors recommencer à la première étape du procédé, en particulier si tout le Ni métallique n'a pas été coulé et si, donc, le restant de Ni peut servir à amorcer l'arc électrique assurant la fusion et le réchauffage. Les additions d'oxydes sont, bien sûr, à effectuer en tenant compte de la quantité et de la composition du laitier subsistant dans le four. Pour améliorer le rendement matières, on peut recycler dans le four les poussières qui s'en sont échappées avec les fumées lors de l'élaboration, et qui ont été captées par les filtres avant le rejet des fumées dans l'atmosphère. Ces poussières peuvent contenir du NiO qu'il est souhaitable d'exploiter, et elles permettent de diminuer la quantité d'oxydes neufs qu'il faudra introduire dans la suite de l'élaboration. Typiquement, on vise l'obtention d'un Ni métallique présentant la composition suivante : Ni : au moins 98% : Fe au plus 0,04% ; Mn : au plus 0,1% ; Co : au plus 0,8% ; Si : au plus 0,3% ; AI: au plus 0,01% ; C : au plus 0,5% ; S : au plus 0,2% ; le reste étant des impuretés résultant de l'élaboration L'exemple non limitatif suivant montre la mise en oeuvre de l'invention dans le cas de l'utilisation d'un laitier quaternaire. Le four électrique est, au départ, dans l'état décrit plus haut après que l'on a procédé à la coulée dans la poche du Ni métallique liquide résultant de l'élaboration précédente. Il reste une quantité de Ni liquide dans le four suffisante pour amorcer l'arc électrique assurant la fusion et le réchauffage des matières. Comme il est connu, il comporte avantageusement deux trous de coulée, un permettant l'évacuation du métal liquide hors du four et un autre permettant l'évacuation du laitier. L'élaboration peut alors recommencer à la première étape du procédé selon l'invention. On introduit dans le four électrique le NiO, un matériau carboné, ici de l'anthracite, et les oxydes destinés à former le laitier quaternaire. Pour plus de commodité on a ramené dans ce qui suit les quantités de matières à 1000 kg de NiO et des oxydes qui l'accompagnent introduits dans le four : - Ni0 et oxydes divers : 1000 kg, - Ca0 : 153 kg, A1203 : 153 kg, Si02 : 20 kg, Anthracite : 176 kg Pour 1000 kg de NiO et oxydes divers, on aura donc introduit 326 kg de fondants et 176 kg de réducteur. L'introduction du NiO et du réducteur se fait en continu par des lances, alors que les fondants sont ajoutés par lots, à raison d'un lot par heure. On applique au four la puissance nominale nécessaire à l'équilibre du bilan thermique, et la génération de gaz lors de la mise en oeuvre du procédé assure un moussage du laitier qui permet d'obtenir un bon rendement électrique du four.

Au bout de 3 heures de ce fonctionnement, les quantités de métal et de laitier atteintes sont telles que l'on peut envisager leur coulée hors du four. On arrête alors l'introduction des matières, et on démarre la seconde étape du procédé qui consiste à terminer les réactions de fusion-réduction des matières chargées et à décanter les liquides présents dans le four. On maintient la puissance électrique pendant cette opération, ce qui assure en même temps le brassage nécessaire à la décantation par l'effet électromagnétique dû au passage du courant dans le métal. Cette opération dure 10 minutes. Puis commence la troisième étape qui consiste à achever la réduction du NiO encore présent dans le laitier et compléter la désulfuration du métal. A cette fin on ajoute 5 kg de FeSi à 75% de Si (pour 1000 kg de NiO). On maintient une puissance électrique limitée pour compenser les pertes thermiques du four et maintenir la température du métal à 1650 °C. Dans cet exemple, on n'a pas ajouté d'Al. La quatrième étape est une phase qui permet d'atteindre l'équilibre métal-laitier et de décanter les liquides.

Les troisième et quatrième étapes durent ensemble 15 minutes. On maintient toujours une puissance électrique limitée pour compenser les pertes thermiques du four et maintenir la température du métal à 1650 °C, ce qui engendre un brassage électromagnétique modéré du métal. On prélève alors des échantillons de métal et de laitier.

Dans cet exemple, on a obtenu les compositions suivantes : Pour le métal : Ni : 98,35% Fe : 0,15% Mn : 0,1% Co : 0,6°/0 Si : 0,3°/0 - C : 0,5% - S : 0,11% Pour le laitier : Ca0 : 41,3`)/0 A1203 : 37,3% Si02 : 4,9% Mg0 : 14,7% S : 0,15% autres: 1,6% Dans la cinquième étape, on procède à la coulée du laitier produit. Dans cet exemple, cette opération est faite hors puissance. On ouvre le trou de coulée laitier du four, et la partie du laitier située au-dessus du niveau du trou de coulée s'écoule hors du four. Cette partie ne contient pratiquement plus de métal car les gouttelettes de Ni liquide ont eu le temps de décanter lors de la quatrième étape. On rebouche le trou de coulée du laitier lorsque la coulée s'arrête d'elle-même. Dans cet exemple on n'a pas réalisé la sixième étape, optionnelle, d'introduction de NiO, d'anthracite et de fondants après la coulée du laitier, car on n'a pas jugé nécessaire d'abaisser la teneur en Si du métal. On passe donc directement à la septième étape qui consiste à couler une partie du Ni métal. Dans cet exemple, cette étape est faite hors puissance. Cette opération consiste à ouvrir le trou de coulée métal du four, et la partie du métal située au-dessus du niveau du trou de coulée métal s'écoule dans la poche. On referme le trou de coulée métal juste au moment où apparaissent les premières phases de laitier, car d'une part on ne veut pas polluer le métal en poche par du laitier, et d'autre part on veut garder dans le four le laitier qui n'a pas été coulé à l'étape 5 pour faciliter le cycle d'élaboration suivant qui peut alors recommencer. Au total on a fabriqué dans cet exemple, pour 1000 t de NiO, 724 kg de métal et 410 kg de laitier. Un autre exemple non limitatif montre la mise en oeuvre de l'invention dans le cas de l'utilisation d'un laitier ternaire. Il est semblable au procédé décrit dans l'exemple du laitier quaternaire, en dehors des natures et des quantités des matières introduites et des compositions du métal et du laitier. On ne décrira dans ce qui suit que les différences par rapport à l'exemple relatif au laitier quaternaire.

Dans la première étape on introduit les matières suivantes, ramenées à 1000 kg de NiO et d'oxydes qui l'accompagnent introduits dans le four : - Ni0 : 1000 kg, - Ca0 : 45 kg, _ ..2 3 - AI . _ kg, - Si02 : 81 kg, - Anthracite : 176 kg Pour 1000 kg de NiO on aura donc introduit 126 kg de fondants et 176 kg de réducteur. Le reste de la description de la première étape est identique au cas du laitier quaternaire. La deuxième étape est identique au cas du laitier quaternaire.

La troisième étape est similaire au cas du laitier quaternaire, à ceci près que l'on ne recherche pas une désulfuration poussée, dans la mesure où les propriétés du laitier réalisé ne le permettent pas, comme on peut le voir dans ce qui suit. En revanche l'objectif de l'introduction de 5 kg de FeSi à 75% (pour 1000 kg NiO) reste bien de réduire le NiO encore présent dans le laitier. On maintient ici une température de seulement 1550°C, en raison de la composition du laitier dont la température de liquidus est plus faible que dans le cas du laitier quaternaire précédent. On maintient cette même température lors de la quatrième étape destinée à réaliser l'équilibre métal-laitier et à décanter les liquides. Les troisième et quatrième étapes durent ensemble 15 minutes.

Dans cet exemple, on a obtenu les compositions suivantes : Pour le métal : - Ni : 98,25% - Fe : 0.15°/0 - Mn : 0,1°A - Co : 0,6°A - Si : 0,3°A - C : 0,5% - S : 02% Pour le laitier : CaO : 29.0% A1203 : 0.0% Si02 : 38,7% MgO : 29,0% S : 0,10% autres: 3,2% Les étapes 5 à 7 sont identiques au cas du laitier quaternaire.

Au total on a fabriqué dans cet exemple, pour 1000 t de NiO, 724 kg de métal et 208 kg de laitier.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1.- Procédé d'élaboration de nickel métallique à partir d'oxyde de nickel par fusion- réduction dans un four utilisant une source d'énergie électrique, tel qu'un four à arc, un four à induction ou un four à plasma, caractérisé en ce que : - dans ledit four, qui contient au moins une quantité résiduelle de Ni métallique, on introduit du NiO, un matériau carboné, et des oxydes destinés à former un laitier synthétique dont la composition est choisie parmi : * A1203 : de 25 à 45% ; CaO : de 30 à 60% ; MgO : de 0 à 20% ; 5i02 : de 0 à 15%, la teneur en autres oxydes ne dépassant pas 5%; * CaO : de 20 à 40% ; MgO : de 10 à 40% ; Si02 : de 35 à 65%, la teneur en autres oxydes ne dépassant pas 5%; les pourcentages étant des pourcentages pondéraux, ladite composition devant être maintenue dans ces limites pendant toute la durée de l'élaboration, et on exécute une fusion-réduction du NiO pour le transformer en Ni métallique liquide ; - optionnellement, on réalise un équilibre chimique entre le métal et le laitier qui permet au matériau carboné de poursuivre la réduction du NiO présent dans le laitier et aux gouttes de Ni métallique présentes dans le laitier de décanter dans le bain liquide, pendant une durée d'au moins 10 minutes, de préférence entre 10 et 20 minutes ; - on réalise un ajout de Si dans le four qui permet de poursuivre la réduction du NiO présent dans le laitier et, éventuellement, de réaliser une désulfuration du Ni métallique ; - on réalise un équilibre chimique entre le métal et le laitier qui permet aux gouttes de Ni métallique présentes dans le laitier de décanter dans le bain liquide, pendant une durée d'au moins 10 minutes, de préférence entre 10 et 30 minutes, et éventuellement, au Ni métallique de subir une désulfuration ; - on réalise un décrassage partiel du laitier ; - optionnellement on réalise une nouvelle addition de NiO et de matériau carboné pour abaisser la teneur en Si du Ni métallique, et éventuellement une addition d'oxydes ; - et on coule le Ni métallique liquide hors du four.
2. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit le NiO et le matériau carboné à une distance maximale de 10 cm de l'interface métal-laitier, de préférence dans le laitier.
3. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise un laitier de composition : A1203 : de 25 à 45% ; CaO : de 30 à 60% ; MgO : de 0 à 20% ; 5i02 : de0 à 15%, la teneur en autres oxydes ne dépassant pas 5%, et en ce que l'ajout de Si dans le four est précédé par un ajout d'Al pour réaliser une désoxydation du Ni métallique favorisant sa désulfuration.
4. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on maintient la température du Ni métallique à 1650°C ± 100°C pendant l'élaboration.
5. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les additions de NiO et de matériau carboné sont effectuées par des lances traversant la paroi latérale du four.
6. 6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les additions de NiO et de matériau carboné sont effectuées par des lances traversant la voûte du four.
7. 7.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les additions de NiO et de matériau carboné sont effectuées par des tuyères traversant la paroi latérale du four.
8. 8.- procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on introduit de l'Al dans le four lors de l'élaboration.