BE474113A - - Google Patents

Description

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  Procédé de concentration des minerais de fer. 



   Cette invention se rapporte à l'obtention de concentrés de fer à partir de minerais de fer, particulièrement des mine- rais d'oxyde de fer. 



   Un but de l'invention est de réaliser un procédé simple et efficace pour séparer la gangue et les autres impuretés des composés de fer du minerai, de manière à permettre une production satisfaisante de fer même en traitant des minerais à faible te- neur. Un autre but de l'invention est de produire un concentré de fer riche en fer et à très faibles teneurs en impuretés, telles que le soufre et le phosphore, et par conséquent propre à la fa- brication de fer et d'acier de haute qualité. 



   Le procédé suivant l'invention consiste à effectuer à sec, sous l'action de la chaleur, une réduction partielle à l'état métallique d'une fraction comprise entre 50 à 80% environ de la      ,totalité du fer réductible contenu dans le minerai et à soumettre 
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 ensuite le minerai.. partiellement réduit à une séparation ma- gnétique.   (L'expression   "réduction thermique à sec" employée dans cette' description, signifie une réduction sous   l'action   de la chaleur, sans fusion ni frittage ou agglutination considérable de la matière). 



   Pour un grand nombre de minerais d'oxydes de fer diffé- rents, la réduction à un degré de l'ordre mentionné se fait fa- cilement à des températures relativement basses sans provoquer ni fusion ni frittage ou agglutination de la charge. En opérant une séparation magnétique du minerai réduit en obtient un concentré de grande pureté, consistant essentiellement en fer métallique con- jointement avec des oxydes de fer, les stériles étant constitués par la gangue et autres impuretés du minerai conjointement avec des cendres et le combustible en excès, dans le cas   où   on a employé des agents de réduction solides. La séparation magné- tique est de préférence exécutée en deux ou plusieurs temps. 



  Le minerai réduit peut, par exemple, être d'abord broyé en par- ticules de 1   mm   environ, et séparé magnétiquement, puis le con- centré magnétique peut être broyé davantage en particules de dimensions inférieures, par exemple, à 0. 15 mm, après quoi la séparation mégnétique finale est effectuée. 



   On effectuera une séparation magnétique sèche ou humide, suivant les conditions de chaque cas et particulièrement suivant la nature de la matière réduite. 



   La concentration du fer dans le concentré magnétique provenant de la réduction partielle varie quelque peu suivant le degré de réduction.   (L'expression   "degré de réduction" em- ployée dans cette description se rapporte au fer métallique pré- sent dans le minerai partiellement réduit, exprimé en pourcen- tage de la quantité totale de fer réductible dans le minerai soumis au traitement réducteur). Dans une série d'essais faits sur du minerai de fer contenant environ 50% de fer, on a obtenu dans le concentré environ 90% de la totalité du fer, à un degré de réduction de 80%. A un degré de réduction d'environ   50 la   con- 

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   cêntration   obtenue avec le même minerai était de 80% environ. 



   Le degré de réduction préférable dépend dans une large mesure de la matière première employée et du traitement ultérieur au- quel le concentré doit être soumis. En règle générale, la con- centration du fer dans le concentré diminue rapidement lorsque le degré de réduction descend au-dessous de 50%. D'autre part, on a trouvé que le degré de réduction doit être maintenu infé- rieur à 80%. Si le degré.de réduction s'élève notablement au- - dessus de cette limite on rencontrera les mêmes difficultés qui se présentent dans les procédés au fer spongieux.

   En particulier, un frittage et même une fusion pourront avoir lieu et le produit devient dur et difficile à pulvériser, tandis que dans la gamme où le degré de réduction est compris suivant l'invention, on obtient un produit friable et cassant de nature telle que lors de la séparation magnétique les oxydes de fer suivent le fer métallique dans le concentré magnétique, de telle sorte qu'on obtient des stériles qui contiennent pratiquement la totalité de la gangue et des impuretés et de très petites quantités de com- , posés de fer. On peut supposerr que ceci, résulte du fait qu'aucun frittage des particules de minerai ne se produit pendant la ré-   duction,   ce qui évite les inclusions d'agglomérés de gangue dans les particules de minerais.

   On a en outre constaté qu'au delà d'un degré de réduction de 80% les teneurs en soufre et en phos- phore du concentré de fer augmentent   apidement   et pour cette raison aussi bien que par suite d'une augmentation des pourcen- tages d'autres impuretés, les produits deviennent moins propres à la production du fer et de l'acier. 



   Les agents réducteurs préférés pour l'exécution du procédé suivant l'invention, sont les matières carbonées solides telles.que le coke, l'anthracite ou la houille. Ces matières sont généralement introduites dans la chambre de réduction en mélange avec le minerai de fer broyé à un état de finesse convenable. 



   Toutefois, dans certains cas on a trouvé qu'il convenait d'intro- 

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 duire dans la chambre de réduction de petites quantités d'agents réducteurs gazeux tels que l'oxyde de carbone ou l'hydrogène, en plus des agents réducteurs solides. 



   On peut effectuer une réduction partielle en permettant à un mélange de minerai de fer et de matière carbonée solide jouant le rôle à la fois de combustible et d'agent réducteur de circuler dans une chambre de grande longueur en comparaison de sa section transversale, avec une admission réglée d'air ou d'oxy- gène en plusieurs points répartis sur la longueur de la chambre. 



    L'introduction   de l'air et de l'oxygène peut alors être réglée de manière que l'oxyde de carbone formé par la réduction soit converti presque entièrement en anhydride carbonique à   l'intérieur   de la chambre de réduction sans altérer d'une façon préjudiciable l'opération de réduction, et on utilise pratiquement toute la puissance calorifique du combustible. 



   Un four rotatif pourvu   d'ouvertures   d'admission d'air réparties sur sa longueur a été reconnu comme un eppareil parti-   culièrement   propre à   l'exécution   de la phase de réduction de cette manière. Les ouvertures d'entrée d'air sont convenablement aménagées au moyen de tubes pénétrant dans les parois du four rotatif et pourvus à leurs extrémités extérieures de soupapes pour régler la quantité d'air introduite dans le four. 



   D'autres appareils, tels que des fours fixes pourvus d'ouvertures établies suivant le principe décrit et à travers lesquelles la matière est amenée sur des   transporteurs,  des wagons ou autres dispositifs semblables peuvent également être employés. 



   On peut aussi utiliser un appareil du genre décrit en effectuant la réduction au moyen de gaz, mais un avantage parti-   culier   au point de vue de l'utilisation économique du combusti- ble et du résultat de la réduction est obtenu lorsqu'on y em- ploie des agents réducteurs solides. 

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   Les températures auxquelles on doit avoir recours pour la réduction sont relativement basses. Dans la plupart des cas il n'est pas nécessaire d'appliquer des températures supérieures à 1000 C pour obtenir le degré de réduction désiré, et pour plu- sieurs minerais on a obtenu une réduction 'rapide sans difficulté à des températures de 900 C environ. L'emploi de températures aussi basses permet d'éviter un frittage ou une fusion de la charge. Un autre'avantage est que le soufre et le phosphore con- tenus dans les agents réducteurs et dans le minerai ne se combi- nent pas avec le fer. A part l'avantage évident d'obtenir un concentré pur, ceci permet l'emploi de matières réductrices de qualité inférieure, telles que des fines à coke (grésillon). La consommation de combustible est relativement faible. 



   Il est bon de séparer le minerai broyé en fractions où les particules ont des dimensions à peu près uniformes et de réduire partiellement chaque fraction séparément en vue d'obte- nir un degré de réduction approximativement uniforme dans chaque charge. 



   Le rapport entre le degré de réduction et la teneur en soufre du concentré de fer est représenté sur le graphique an- nexé. Il ressort de ce graphique qu'à des degrés de réduction inférieurs à 80%, la teneur en soufre est faible (inférieure à   0.1%)   et qu'elle n'augmente pas sensiblement lorsque le degré de réduction s'accroît, tandis qu'à des degrés de réduction supé- rieurs à 80% il se produit une élévation rapide de la teneur en soufre lorsque le degré de réduction augmente. Si le minerai contient des quantités notables de soufre qu'on ne peut pas éliminer facilement,par exemple des pyrites réparties dans les particules du minerai, il est avantageux de soumettre le mine- rai à un grillage approprié avant la réduction. 



   Le concentré de fer obtenu suivant l'invention est une matière particulièrement propre à la production de fer et d'acier. 



  La quantité d'agent réducteur nécessaire pour la réduction finale 

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 de ce concentré est relativement faible. Si l'opération de   réduc-   tion a été exécuté par exemple jusqu'à un degré de réduction de 70%, la réduction restante nécessite 60 à 70   kg   de charbon par tonne de fer métallique produit. En raison de cette consommation relativement faible d'agents réducteurs, la réduction finale peut être effectuée à l'aide d'agents réducteurs purs, tels que le charbon ou l'anthracite. 



    EXEMPLE   1.-   Un   minerai de fer à 50 pour cent environ de fer en ordre principal de   l'hématite,   23% de gangue, 0,2% de P et 0.1% de S a été broyée à des dimensions inférieures à 10 mm et la matière a été séparée suivant dimensions des particules en fractions comme suit: inférieures à 10 mm - supérieures à 4 mm. à 4 mm - "   à 1 mm   " à 1 mm. 



   Les fractions ont été mélangées séparément avec 20 pour cent de coke pulvérisé qui contenait 0,7% de S et introduites dans des fours réducteurs présentant sur toute leur longueur des tu- bes permettant une admission réglée   d'air.   La réduction des fractions du calibre le plus gros a été effectuée à   950 C   envi- ron et celle des   fractions   du calibre le plus fin à 900 C. La matière a été éteinte dans   l'eau,   pulvérisée jusqu'à obtenir des particules de dimensions correspondant aux mailles   50,   et soumise à une séparation magnétique humide en deux ou plusieurs phases.

   Le concentré magnétique de la moyenne des diverses frac- tions répondait à l'analyse suivante: 
88.7 pour cent de Fe total 
66.3 " " de Fe métallique   28.7   " " de FeO 
3,1 "   Il de   gangue   0.1   " " de S   0,05 " " de P.   

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   La quantité de fer dans le conc'entré s'est élevée à 88% du fer total dans le minerai brut. 



   En ce qui concerne la teneur en soufre (0.1%), on re- marquera que le concentré aurait contenu environ 0.5% de soufre si la totalité du soufre contenu dans le minerai et dans le coke y avait pénétré. 



   Le concentré magnétique a été débarrassé d'eau sur un filtre rotatif et on en a ensuite formé des briquettes. Pendant le briquetage la teneur en eau est descendue de 10 à   5%.   



    EXEMPLE 12-.    



   Un minerai de fer de même nature que celui décrit dans l'exemple 1 et tamisé pour obtenir les mêmes fractions en gros- seurs de particules a été réduit dans les fours rotatifs au moyen de gaz provenant de fours à coke. Dans ce cas aussi les fours rotatifs étaient pourvus de tubes pour une admission ré- glée d'air en un point convenable quelconque du four. La tem- pérature maximum du minerai était mesurée à proximité de la sortie et s'élevait pour les fractions de minerais de gros ca- libre à environ 925"C et pour les fractions de calibres plus fins à   875 C   seulement. 



   Après réduction, les fractions avaient été broyées, puis séparées magnétiquement à l'état humide d'une manière sem- blable à celle de l'exemple 1. Le cencentré magnétique de la moyenne des diverses fractions présentait le composition suivante:   92,5   de   Fe   Total   75,4   de Fe métallique 
22 % de FeO 
2   %. de   gangue insoluble   0,05%,   de S   0,05%.   de P. 



   La quantité de fer dans le concentré est de   91 %   de fer total contenu dans le minerai brut. 

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  EXEMPLE 3. - 
Un minerai de fer contenant environ 35   %   de Fe, essen- tiellement à l'état de fer spéculaire est broyé et réduit en par- ticules de grosseur inférieure à 1 mm. On le mélange ensuite avec 20 % de charbon, quantité calculée sur celle du minerai brut et on l'introduit dans un four de réduction muni de tubes   traver-   sant ses parois. La réduction est effectuée à 975 C environ. 



   La matière réduite est soumise à une séparation magné- tique humide; le produit concentré provenant dé cette séparation contient: 
58 % de fer métallique 88,6 % de fer (65 % de fermé- 
39,5 % de   FeO   ) tallique, quantité calculée sur la totalité du fer.) 
0,9 % gangue sur totalité fer.) 
0,03% de soufre 
0,02% de phosphore. 



   On remarquera que la teneur du produit concentré obte- nu après la séparation magnétique en roches, en soufre et en phosphore est très petite. La quantité de Fe contenu dans le pro- duit concentré obtenu après la séparation magnétique est   d'envi-   ron 90 % de la. teneur totale en fer du minerai brut. 



   On mélange le produit concentré obtenu par séparation magnétique avec une quantité de charbon suffisante pour réduire complètement le minerai, on le met en briquettes puis on l'intro- duit dans un four de production de   l'acier.   La fusion est effectuée avec un laitier acide et donne un très bon résultat. 
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**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1) Procédé de concentration de minerais de fer consis- tant à effectuer un réduction thermique à sec à l'état métalli- que d'un pourcentage compris entre 50% et 80% environ de la quan- tité totale de fer réductible du minerai, à soumettre ensuite le <Desc/Clms Page number 9> produit réduit à une séparation magnétique et à récupérer le concentré magnétique.

2) Procédé suivant la revendication 1,caractérisé en ce qu'on effectue la réduction au moyen d'agents réducteurs car- bonés solides tels que le coke ou le charbon.

3) Procédé suivant les revendications 1 et 2, caracté- risé en ce qu'on fait avancer un mélange de minerai et de matiè- re carbonée solide,servant à la fois de combustible et d'agent réducteur, à des températures élevées dans une chambre de grande longueur en comparaison de sa section transversale, avec admis- sion d'air ou d'oxygène pour la combustion en plusieurs points convenablement répartis sur la longueur de la chambre, les quan- tités d'air ou d'oxygène introduites étant réglées de telle ma- nière que l'oxyde de carbone engendré par la réduction est pour ainsi dire entièrement brûlé pour être converti en anhydride carbonique à l'intérieur de la chambre de réduction.

4) Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce que la réduction est effectuée dans un four rotatif pourvu à des intervalles convenables de sa longueur d'orifices permettant une introduction réglée d'air ou d'oxygène.

5) Procédé suivant les revendications 1 à 4, caractéri- sé en ce que la réduction est effectuée à des températures ne dépassant pas 1000"C.

6) Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, et comportant les phases préliminaires du broyage du minerai et de la séparation du minerai broyé en fractions formées de particules de dimensions approximativement uniformes, les fractions étant soumises séparément à la phase de la réduc- tion partielle ci-dessus mentionnée.

7) Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que la séparation magnétique est effectuée en deux ou plusisurs phases avec une calcination entre les phases successives. <Desc/Clms Page number 10>

8) Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que le concentré magnétique est réduit ensuite en fer métallique.