LU80506A1 - Fprocede d'extraction de metaux non-ferreux contenus dans des scories et autres sous-prodiuts metallurgiques - Google Patents

Description

"Four électrique II bis" 2.4122 ow

~ " j GRAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG

Brevet H· .g Q g Λ g ,, du 1.0.....R.Q Va.r.lùre......1,.£?jl8 Monsieur le Ministre

Titre délivré · I msPvlâ de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes _ | Æ Service de la Propriété Industrielle

f? / û ~ LUXEMBOURG

CERTIFICAT D’ADDITION

/û 5~Jo Demande de Brevet dîfa^aaliÉIPfl a u.....b re v e t......p r.ln.c i p a 1.......n o.....78. SI 3.....d u.....1. 3.....j caviar 1978 I. Requête .La.....soclÊté......cjßüüyxis......cEitsniXIALLU^.....S.,......rua.......a) .'.c.nia.g.na... du.....Parc ».....Ξ,ριικ.ΰll_s,......3a.lc.i.q.u.a.,.....r.ap.r.11,3ntée......p.a.r.J’û.n.si sur...

.Charles.....Hun.cb.en~,.....-cn.ivaall.....Ain.....L.r£.ustS--.à-- Lux.e.:.ü.o.urg..,.....agissant ...2 n (2) .qualité.....la.....candsialxe......................................................................................................................................................................................

dépose ce ......dix n.û Ÿn.uh.rn ma... S..0 i x an t e.-.d..i.x.-.h.u.i.t............................................(3) « à.....1JL..Q.0......heures, au Ministère de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes, à Luxembourg : 1. la présente requête pour l’obtention d’un KréveY lâtirlveritiofi concernant : ' ....................................................................................................................................................cribL.ifl.c.a t........................................(4) .AEraaldÉ.....ii..,..::v.t.i,.a.c.tl.£.o.....d.a..........iiQji-i.ar.r.e.iix......c.o.n.i.e.n.ü5......dans......d.e..s.............

.acnrias......?..i.....3.;i.i.!ra.s....-.s.cu.s.-nrn.d.u-ii-S.-.n.étaTlu-rg-i-nua.s.,.'‘-......................................................................

déeiere, en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeur (s) est (sont) : ..lia.*......LL:...; .Air.’ 'u RicAtA.:·f IE-LlL·! .Li 11.7.:7 éllil.73: p) :......rt.....s... dma' ,..ira a t......i j ?.,.....Γ: 2'9 Lavs, ^Ipicue.....si...............................................

..Luc..........·..· ?..t.....la bi......:.:1- ;n.....12......AM"......ΑΑ.ΧΜ,.................................

1 £ *» ** -* 5 ** .........................................................................................................................-...................-..............................- -...................................................

2. la délégation de pouvoir, datée de.....::...1.:..0.,:..4.(1............... .......— le -2-............L '. -....

3. la description en langue .......i.X..:______~ i..i 3.................................... de l’invention en deux exemplaires ; 4..........1.1................ planches de dessin, en deux exemplaires ; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le ...12 ή i a. a 1.21.8..................................................................... . ..... -, ·,.........................................

·- 1 ; I i t eu u . u I e I „·η revcnfïiipje pour la susdite demande de bpr.et.la priorité d’une (des) oemande(s) de (6) ............................././......................................................... déposé=(s) en (7).........................LL................................................................................................

le ...............................................Il..................................................................................................................................................................................................................(8) ......................................................... ...........//.....................................................................................................................................................................................-.......

au nom de ..........................................................il...........................................................................................................................................-............................. - (9) élit domicile pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg ........................................

* ...Ils..,. I- lîïl é 3 Zjixlî:.." lj .. .1.................................................................................................................................................. (io> ’ t ? ,. ·- _·!1 - t .· ·, n. , , , ’ sollicite la délivrance d’un brevet d'invitn:·:à' pour l'objet décrit et représente asns les annexes susmentionnées, — avec ajournement de cette délivrance à ... b. 1-.1.:: i;. :.! il........ mois.

T . <7 ·. n , / ^ / f "e.....ly’ns, '//'///> /-bt, - b----II. Procès-vt ibal de pépôt.

! ; v 7 r ' - c f: . ·. < n ! i·. i . Π ... . .. , _,â

La susdite demande ae brevet ô'irr. ré.a et« oeposse au .mm store de 1 Economie Na‘:c-v,£ie et des Classes Moyennes, Service de la Propriété Industrielle à Luxembourg, en date du: T n t r o ; . . . _____i _,_____υ

Pr. le Ministre à heures /<*'" S--'ÎVda l’Éccr-cmie Nationale et des Classes Moyennes, ,/ρ ...p. p-à.r \h. ; ' ί/ 5 , . ··. .-· -5 f y ·-> A b '07 I · - ‘x ..î l / a. Μη Mémoire descriptif déposé à l’appui d’une

S

demande de brevet d'addition au brevet d’invention n° 78 869 du 13 janvier 1978 au nom de la Société dite : i_ MEÎALLURG-IE HOBObEN-OVSSRRLT

i pour j ''Procédé d’extraction de métaux non-ferreux : contenus dans des scories et autres sous- ! ; produits métallurgiques" i i i la présente demande de brevet a pour but de préciser davantage la portée du brevet d’invention et se rapporte à quelques caractéristiques compléterv . >ç /* / / / / 0/ / . .

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La présente invention se rapporte à un procédé d’extraction de métaux non-ferreux à partir de scories et autres sous-produits métallurgiques contenant des métaux non-ferreux à l’état de composés, dans lequel on traite ces matières à l’état fondu en les chauffant par résistance dans un four électrique à électrodes immergées, sous une couche d’agent réducteur solide, et en insufflant un gaz non-oxydant dans la matière fondue, de façon à produire un brassage efficace de la dite matière.

On connaît déjà un tel procédé pour traiter des scories fondues de la métallurgie des métaux non-ferreux (voir Offenlegungsschrift 2 727 618). Dans ce procédé connu, on utilise un agent réducteur solide carboné distribué à la surface de la scorie fondue, où il forme une couche, et l'on insuffle un gaz non oxydant dans une proportion et avec une vitesse telle que l’on crée une circulation de la scorie fondue, de telle sorte qu'elle soit projetée à travers la couche de réducteur carboné et filtrée à travers elle. Suivant ce procédé, le débit de gaz non oxydant insufflé dans la scorie liquide est préférentiellement de 50 à 100 Nm3/h par tonne de scorie, la température de la scorie est préférentiellement 1200° à 1500°G et le gaz non oxydant est préférentiellement un gaz inerte ou réducteur.

Un premier inconvénient de ce procédé est que le débit élevé de gaz insufflé dans la scorie liquide crée une agitation difficilement compatible avec la marche d’un four/.

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~~ ' v;· • - 3 - $ électrique à électrodes immergées qui est normalement une opération calme, le plus souvent continue et s’étendant préférentiellement sur de longues périodes sans interruptions. Par exemple, par rapport à l’opération sans insufflation de gaz, le fonctionnement est électriquement moins stable, ce qui se manifeste par des variations brusques et intempestives du courant et de la puissance instantanée consommée par le four; le facteur de puissance ’ (cos zÿ) atteint également des valeurs nettement plus faibles que celles que l’on a lors d’une opération sans insufflation. Il en résulte que des dispositifs spéciaux doivent être prévus pour corriger les instabilités électriques et/ou que des pénalités seront éventuellement appliquées par les distributeurs de l’énergie électrique. D’autre part, l'agitation importante de la scorie risque d’occasionner une usure rapide du revêtement du four et de projeter des matières liquides sur la voûte et les parois latérales, tous facteurs qui contribueront à réduire la durée de vie du four et à restreindre les possibilités d’une marche continue de longue durée.

Un autre inconvénient du procédé sus-mentionné est que j ) le débit de gaz élevé est susceptible d’occasionner une | volatilisation importante des métaux dont la tension de j vapeur est élevée à la température d’opération. Ceci peut | | être considéré comme un avantage pour certains métaux tels i j - que le zinc, qu’il est courant de récupérer dans les poussé;vei s j j; -- 9 - 4 - obtenues à partir de la phase gazeuse lors d'opérations de fusions réductrices. Par contre, cette volatilisation est indésirable et doit préférentiellement être limitée à un minimum pour d'autres métaux tels que le plomb, que l'on préfère récupérer directement sous forme métallique liquide, à partir de la scorie à réduire. Si du plomb et du zinc sont simultanément présents dans la scorie à réduire, un compromis est à rechercher entre les volatilisations de l'un * et de l'autre métal; dans ce cas, on observe que l'optimum correspond souvent à un taux:- de volatilisation relativement faible, qu'il n'est pas possible de réaliser dans les conditions du procédé sus-mentionné. Dans ce cas, également, on observe souvent qu'il y a avantage à opérer à une température aussi basse que possible, préférentiellement inférieure à 1200°C.

Un autre inconvénient du procédé sus-mentionné est que le débit de gaz élevé que l'on insuffle dans la scorie quitte le bain à température élevée, absorbant par le fait même de l'énergie calorifique en quantités non négligeables, qu'il est souvent malaisé de récupérer de façon efficace et qu'il faut compenser par un supplément d'énergie électrique apportée aux électrodes du four.

Un autre inconvénient du procédé sus-mentionné est encore que la consommation de gaz non oxydant est élevée, de telle sorte que le coût du gaz peut constituer une fraction importante des coûts opératoires totaux et rendre l'opération non rentable, car exemnle lorsque les scories à traiter-;/ / / / / / / / / j f J ï/f - 5 - / contiennent des quantités relativement faibles de métaux valorisables ou lorsque la valeur de ces métaux est relativement peu élevée.

On connaît également un procédé destiné à récupérer des métaux à partir de scories contenant des métaux non-ferreux par réduction au carbone dans des fours électriques à arc (voir rapport PB 271.370 du Rational Technical Information Service de l'U.S. Department of Commerce). Le procédé se ' ' ' ““ v différencie du procédé de l’invention par le faâ que l’agent réducteur solide carboné est injecté au fond du bain liquide au moyen d’un injecteur à carbone comprenant un tube d’injection inséré dans le four. L’inconvénient de ce procédé est qu’il nécessite un appareillage compliqué et délicat d’injection de réducteur solide, celui-ci devant être broyé sous une forme fine alors que, dans le procédé de l’invention, l’ajoute de réducteur peut se faire sous forme grossière par simple distribution à la surface du bain liquide. D’autre part, par rapport au procédé de l’invention, les performances métallurgiques ne sont pas améliorées.

La présente invention a pour objectif de remédier aux divers inconvénients mentionnés ci-dessus. .Bile consiste à traiter, à l’état fondu, des scories et autres sous-produits métallurgiques contenant des métaux non-ferreux à l’état de composés, en les chauffant par résistance dans un four électrique à électrodes immergées, sous une couche " s / ,· d’asent réducteur solide, et à favoriser le contact enrre __^ ^ / //

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fi U* I - 6 - \ la matière à traiter et l'agent réducteur par le mouvement imprimé à la scorie par l’insufflation d’un gaz non-oxydant, avec un débit tel qu’il produise un brassage suffisant que pour améliorer considérablement les performances métallurgiques du four mais pas excessif au point de mettre en cause la stabilité électrique et la I durée de vie du four ni de donner lieu à la production de quantités excessives de poussières ou à une consommation excessive d'énergie électrique et de gaz non-oxydant.

| A cet effet, on insuffle le gaz non-oxydant à un débit [ compris entre 0,5 et 10 ÏTm3/heure/tonne de matière traitée.

! 1 II a, en effet, été trouvé que pour réaliser un contact suffisant entre la matière traitée et l’agent réducteur, il n'était pas nécessaire d’imprimer à la scorie une agitation violente au point de la projeter à travers la couche de réducteur mais qu'il suffisait, au contraire, de réaliser une convection douce et régulière de la scorie, de telle sorte que chaque particule de celle-ci ait l'occasion d’entrer en contact avec le réducteur pour y être réduite. Il a été observé ainsi qu'en dessous de 0,5 ÎTm3/heure/tonne de matière traitée, le brassage est peu efficace, tandis qu’au-dessus de 10 ïïm^/beure/tonne de matière traitée, on produit une agitation excessive, qui n'améliore plus les performances métaltiïgiques de manière substantielle mais oui, au contraire, donne lieu à une instabilité de plus en plus grande de la marche du .four ainsi qu'à une production excessive de poussiei /· / / f / _ / / /7/ - 7 - * et une consommation excessive d’énergie.

Il a été trouvé, d’autre part, que dans le domaine des débits de 0,5 à 10 ïfm3/heure/tonne de matière traitée, les performancés métallurgiques, mesurées par exemple par la vitesse à laquelle un métal donné est réduit, ne s’améliorent pas d'une manière proportionnelle au débit mais que l'amélioration la plus forte est obtenue aux débits les plus faibles, tandis qu’à débit élevé, un a.ccroissement du débit n’apporte que des améliorations de plus en plus faibles. Il a également été trouvé que pour les métaux tels que le zinc, qui sont réduits sous forme gazeuse et donc entraînés par les gaz du four, la quantité totale de gaz mis en contact avec une quantité donnée de scorie joue un rôle important et que l’on conserve une amélioration substantielle des performances métallurgiques jusqu’au débit de 10 ïïm3/heure/tonne. Pour les métaux tels que le plomb, qui sont préférentiellement réduits sous forme liquide, la quantité totale de gaz mise en contact avec une quantité donnée de scorie joue un rôle moins important et l’on n’observe plus d’amélioration substantielle , des performances métallurgiques pour les débits supérieurs à 2,5 Hm^/heure/tonne. Dans ce dernier cas, il est donc avantageux d’opérer avec des débits inférieurs à 2,5 heure/tonne.

Bans le cas où la matière à traiter comporte au moins deux métaux à extraire préférentiellement sous forme liquide-, dont l’un est un métal aisément réductible, tel eue le plomb, >v U; J s - 8 - .

et l'autre est un métal plus difficilement réductible, tel que l'étain, il est connu que le métal aisément réductible est réduit en premier lieu et que le métal plus difficilement réductible est réduit ensuite. Il est également connu que la réduction du métal plus difficilement réductible est facilitée si. ce métal présente une certaine solubilité dans le métal aisément réductible, 'du fait de l'abaissement de son activité chimique. Cet effet ne peut . cependant être mis à profit que si le métal aisément réduc tible est mis en contact intime avec la matière à traiter durant la réduction du métal plus difficilement réductible. Dans le procédé de l'invention, il a été observé que ce contact intime n'est pas réalisé lorsque l'insufflation de gaz non-oxydant a lieu dans la couche de scorie, étant donné que le métal stagne alors au fond du four, sans échange chimique possible avec la scorie qui se trouve i au-dessus de lui. Dans ce cas, il a été trouvé avantageux ] _ d'insuffler le gaz non-oxydant dans la couche de métal I liquide, de façon à entraîner, à projeter et à disperser le métal dans la couche de scorie. Il a également été observé que, dans ce cas, un débit de gaz non-oxydant ' > compris entre 0,5 et 2,5 Nm3/heure/tonne de matière traitée était satisfaisant pour obtenir une bonne dispersion du métal dans la scorie tant en conservant une bonne stabilité de marche du four.

Au lieu de préparer la dite couche de métal aisément réductible par réduction de la scorie, il est également possible de démarrer l'operation de réduction en presence d'une telle couche de métal, notamment lorsque la scorie,ne // /" / contient aus des métaux plus difficilement réductibles que - 9 - 1‘οώ veut récupérer à l'état liquide.

Lorsqu'il s'agit de récupérer de métaux difficilement réductibles, mais bien solubles dans le fer, tels que le nickel et le cobalt, la dite couche de métal, dans laquelle on insuffle le gaz non-oxydant, est avantageusement constituée d'un alliage ferreux, ajouté avant ou formé pendant la réduction de la scorie.

Comme gaz non-oxydant, on peut utiliser un gaz inerte, tel l'azote, ou un gaz réducteur, tel l'hydrogène, le méthane ou le gaz naturel. Pour le procédé de l'invention, il s'est avéré particulièrement avantageux d'utiliser du gaz naturel, étant donné que celui-ci participe au travail de réduction, ce qui influence de façon favorable la vitesse de réduction et diminue la quantité d'agent réducteur solide à mettre en oeuvre. Le gaz naturel présente également l'avantage qu'il est aisément disponible et que son coût est relativement faible. Lors de l'utilisation de ce gaz, il a par ailleurs été observé que la vitesse d'injection dans la matière traitée devait préférentiellement être supérieure à 5 m/sec, de façon à éviter le cracking du gaz dans la lance; une telle vitesse d'injection contribue également au brassage efficace de la matière traitée.

L'application du procédé de l'invention requiert le plus souvent l'addition à la matière traitée de fondants nécessaires pour produire une scorie épuisée de propriétés physiques et chimiques adéquates. Il est connu, en particulier, qu'une bonne extraction des métaux nécessite souvent la nrésence en cuantités suffisantes de GaO dans / la scorie épuisée. Cette présence est généralement assuré^ ί -ιοί matière à traiter est alimentée sous forme solide, un j moyen simple d'ajouter les fondants est de les incorporer ! en mélange à la charge du four. lorsque la matière à traiter est alimentée sous forme liquide, ce moyen n'est pas applicable. Dans ce cas, il a été observé que les iondants pouvaient aisément être ajoutés par simple distribution à la surface du bain, éventuellement en mélange avec le i réducteur solide, l'insufflation des débits de gaz non- 1 * oxydant caractérisant le procédé de l'invention étant i suffisante pour assurer un bon contact de la matière traitée S| avec les fondants et une dissolution r&uide de ceux-ci.

1 lorsque les métaux à extraire sont préférentiellement |f récupérés sous forme liquide, il y a avantage à opérer le si ;j procédé à une température aussi basse que possible, eompa- \\

Ij tible avec les points de fusion du métal et de la scorie épuisée. Ceci est particulièrment le cas lorsque les métaux à extraire, tel le plomb, ont une tension de vapeur relativement élevée et une tendance relativement forte à être , volatilisés. Dans ce cas, il y a avantage à choisir une I composition de scorie suffisamment fusible que pour pouvoir | opérer à une température supérieure à 1100° et inférieure à 1200°C.

i le procédé de l'invention est applicable aussi bien i „ à une marche discontinue qu'à une marche continue. Dans le cas d'une marche continue, la vitesse de réduction moyenne / est cependant plus faihle que dans le meme four opérant ep' /y 't'/ / ___ - / - 11 - discontinu sur la même charge, étant donné que la matière à traiter y subit une dilution par le contenu du four dès son introduction dans le four. Tour obtenir un même degré de réduction de la scorie épuisée, on compense alors la diminution de la vitesse de réduction moyenne par une augmentation du temps de séjour de la matière à traiter dans le four. Il en résulte que les débits de gaz non-oxydant produisant une augmentation importante de la vitesse de - réduction correspondent à des consommations nettement plus élevées de gaz non-oxydant par tonne de matière à traiter, de telle sorte que le procédé peut éventuellement devenir moins rentable lorsque les matières à traiter contiennent des quantités relativement faibles de métaux valorisables ou lorsque la valeur de ces métaux est relativement faible. Tans ce cas, il est généralement avantageux d'opérer avec des débits plus faibles, préférentiellement compris entre 0,5 et 1,5 hm-Vheure/tonne de matière traitée. D'autre part, en marche continue, il est également avantageux de diminuer l'effet de dilution des matières alimentées par le contenu du four en opèrent dans un four de forme allongée, où les matières à traiter sont alimentées à une extrémité, tandis t que la scorie épuisée est soutirée à l’extrémité opposée. / . . f

Claims (12)

1. Procédé d'extraction de métaux non-ferreux à partir de scories et autres sous-produits métallurgiques contenant des métaux non-ferreux à l'état de composés, dans b lequel on traite ces matières à l'état fondu en les chauffant : par résistance dans un four électrique à électrodes j! immergées, sous une couche d'agent réducteur solide et en J | , insufflant un gaz non-oxydant dans la matière fondue de ’ façon à produire un brassage efficace de la dite matière, caractérisé en ce qu'on insuffle le gaz non-oxydant à un !- I; débit compris entre 0,5 et 10 Nm^/heure/tonne de matière i. l· traitée. i; j; j;

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en i- ce que les métaux non-ferreux sont extraits sous forme liquide et en ce que le débit de gaz non-oxydant est compris ; entre 0,5 et 2,5 ITm3/heure/tonne de matière traitée.

3· Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on effectue au moins une partie de l'opération en présence d'une couche de métal liquide et on insuffle le gaz non-oxydant dans la couche de métal liquide.

| * 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce j qu'on forme la couche de métal liquide au cours de l'opéra-* | tion de réduction de la scorie.

5. Procédé selon la revendication 3j caractérisé en v- qu'on démarre l'opération de réduction de la scorie en / présence de la dite couche de métal liquide. ///

6. Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce gu’on utilise du gaz naturel en tant que gaz non-oxydant .

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la vitesse d'injection du gaz naturel dans la matière traitée est supérieure à 5 m/sec .

. 8. Procédé selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les matières à traiter sont alimentées sous forme * liquide et en ce qu'on distribue des fondants à la surface *1 du bain.

9. Procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le gaz non-oxydant est insufflé dans la matière fondue ayant une température comprise entre 1100° et 1600°C.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le gaz non-oxydant est insufflé dans la matière fondue, ayant une température supérieure à 1100° et inférieure à 1200°C.

11. Procédé selon les revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le procédé est opéré de manière continue et en ce que le débit de gaz non-oxydant est compris entre 0,5 et 1,5 îim^/heure/tonne de matière traitée.

12. Procédé selon les revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le procédé est opéré de manière continue et en ce qu'il est effectué dans un four du forme allongée, où les matières à traiter sont alimentées à une extrémité, tandis que la scorie épuisée est soutirée à l'extrémité opposée. --V . > wiUS ; ............ : ΜΠή. s _A Î..y î g - - v / 5 . 7αΓ. , -.^7-, A - , ./ ..... - " / /