<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE'POUR L'EXTRACTION DU NICKEL DES MINERAIS PAUVRES.
Il existe dans le monde d'importants gisements de minerais de nickel oxydés à faibles ou très faibles teneurs; les procédés actuels de traitements chimiques ou métallurgiques conduisent à des prix de revient très élevés.
L'objet de la présente invention est un procédé métallurgique pour la récupération du nickel de tels minerais, dans des conditions économiques particulièrement avantageuses, sous la forme d'un ferro-nickel à teneur élevée en nickel de l'ordre de 25 à 40% par exemple. De tels alliages peuvent être utilisés en remplacement de nickel pur pour la plupart des emplois du nickel en sidérurgie.
La demanderesse a déjà proposé d'introduire du nickel dans un bain d'acier en brassant violemment un tel bain avec un laitier contenant de l'o- xyde de nickel. Une méthode de réalisation.particulièrement commode consiste à .verser avec violence l'acier fondu dans une poche contenant le laitier.
La réaction est pratiquement instantanée.
Un tel procédé aussi simple est parfaitement utilisable si l'on se propose d'introduire dans un acier de faibles quantités de nickel, à partir de laitiers contenant des proportions d'oxyde de nickel relativement importan- tes.
C'est ainsi par exemple, qu'en versant un bain de l tonne d'acier doux dans 150 Kgs d'un laitier contenant 20% de NiO, il est possible d'intro- duire quasi instantanément environ 2,5 % de nickel dans l'acier.
L'objet du présent procédé est au contraire de partir d'un minerai pauvre, d'extraire de ce minerai la quasi totalité du nickel qu'il renferme et de le récupérer .sous la forme d'un alliage à haute teneur en nickel, utili- sable comme source de nickel dans les opérations métallurgiques.
<Desc/Clms Page number 2>
Si l'on voulait appliquer à ce problème les méthodes déjà décrites par la demanderesse, on serait amené à brasser le minerai de nickel préalable- ment fondu avec un poids convenable de fer ou d'acier également fondu. Mais pour-,obtenir une extraction très complète du nickel du minerai ; est indis- pensable d'atteindre l'équilibre chimique entre les deux bains et par consé= quent d'effectuer un brassage très intime, intéressant toutes les parties du laitier.
Or, la demanderesse a découvert qu'un tel équilibre ne pôuvait être pratiquement atteint par,les versements du métal dans le laitier ou le mine- rai fondu que si;le poids du métal atteint une proportion suffisante par rap- port au poids du laitier, sinon l'effet de pulvérisation du laitier par le choc du métal, effet qui permet de multiplier les surfaces de contact,et de se rapprocher très rapidement de l'équilibre, n'est pas atteint, et,..le rendé- ment d'extraction du nickel du laitier est mauvais.
Avec un rapport de 1 du poids du métal par rapport à celui du laitier, ce rendement est satisfaisant, maie il diminue si la proportion de métal diminue elle-même. ' '
Par l'application pure et simple à l'extraction du nickel de mine- rais oxydés pauvres, du procédé anciennement décrit par la demanderesse, on est pris dans un dilemme :
Prenons l'exemple d'un'minerai à 1,5 de Ni :
1 ) ou bien l'on emploie dans le brassage une quantité de fer im- portante en poids, par exemple égal à celui du laitier, et l'on a un bon ren- dement, mais alors le calcul montre que le maximum de teneur en Ni que l'on peut avoir après brassage est d'environ 1,4%, ce qui donne un alliage prati- quement inutilisable en sidérurgie du fait de sa basse teneur en particulier pour la fabrication des aciers inoxydables contenant du nickel;
, gros consom- mateurs de ce métal,
2 ) ou bien pour tenter d'avoir un alliage à haute teneur en Ni, utilisable en sidérurgie, il faut employer une quantité de métal dont le poids par rapport au laitier est très faible, environ 50 Kgs, par exemple pour 1 tonne de laitier, mais alors le rendement d'extraction.diminue considérable- ment, ce qui est prohibitif, sous l'angle du prix de revient pour le traite- ment de ces minerais à basse teneur.
Le procédé objet de la prés.ente invention permet au contraire de partir de minerais très pauvres, d'épuiser totalement ces minerais, et en même temps d'obtenir un ferro-nickel riche.
Il consiste essentiellement dans la succession desopérations sui- vantes :
On fond le minerai pauvre dans un four. On prélève dans ce four un poids p de minerai fondu et on le brasse intimement avec un poids P d'un métal ferreux contenant déjà ou non du nickel. Ce brassage intime est obtenu par versements violents en poche ou tout autre ustensile'approprié contenant le poids p de minerai fondu ou versements simultanés en poche ou ustensile avec ce poids p de minerai fondu, le rapport des poids- p etP de minerai et' de métal mis en oeuvre étant tels que, au cours de ce versement, l'équilibre entre métal et minerai puisse être pratiquement atteint et; l'épuisement pres- que complet du minerai assuré.
On sépare le métal du minerai et, après avoir éventuellement introduit dans le métal une faible quantité d'un réducteur é- nergique tel que le silicium, l'aluminium ou autre, .on le brasse à nouveau avec une nouvelle quantité de minerai dans les mêmes conditions que précé- demment. On renouvelle cette opération autant de fois que nécessaire.
Quand l'alliage atteint la teneur désirée en nickel, on l'évacué en partie ou en totalité du circuit.
Etant donnée la faible teneur en Ni du laitier, l'obtention, en partant de fer pur, d'un alliage utilisable en sidérurgie comporte un nombre important de versements qui tendent à refroidir le métal. Pour remédier à cet inconvénient, on peut surchauffer légèrement le laitier et profiter de cette surchauffe pour réchauffer le métal à chaque brassage ou tout au moins compenser les pertes de chaleur.
<Desc/Clms Page number 3>
On peut également réchauffer le métal dans un four.
On peut enfin ajouter au métal de faibles quantités de réducteurs énergiques qui apporteraient, grâce à l'exothermicité de leur réaction.avec le laitier, la chaleur-nécessaire.
Dans la mise en oeuvre pratique du procédé, plusieurs modalités peuvent être envisagées.
Le minerai peut être fondu, par exemple, dans un four à réverbère, dans un four tournant ou un four électrique; il devra -être porté à une tem- pérature convenable pour être fluide.
Les brassages successifs de métal et de minerai se feront'par ver- sements violents du métal dans le minerai ou versements violents simultanés des deux bains dans un même récipient, suivant un mode opératoire bien connu aujourd'hui, de manière à provoquer une dispersion du métal dans l'ensemble du minerai et réaliser ainsi approximativement l'équilibre entre les deux pha- ses à la fin du versement. Les proportions de métal et de minerai à mettre en oeuvre à chaque versement seront précisément choisies de manière à obtenir une telle dispersion dans les meilleures conditions. Pratiquement, il est recommandé d'opérer avec un poids de minerai ne dépassant pas sensiblement celui du métal. Mais cette indication n'est pas limitative. En fait, la proportion de minerai et de métal dépend également de la composition du minerai.
Si celui-ci est très pauvre, il y a intérêt à mettre en oeuvre une plus faible quantité de minerai pour assurer un bon épuisement, par une perte de 0,30% de nickel dans la scorie par exemple, a une importance relative beaucoup plus grande sur le prix de revient final du ferro-nickel obtenu, si l'on part de minerai titrant 1,2% de nickel, qu'à partir de minerai à 4%. Des essais préala- bles permettront dans tous les cas, de déterminer la quantité maximum de.minerai admissible pour un poids donné de métal.
Après chaque séparation du métal et du minerai, on évacuera le mi- nerai qui sera pratiquement épuisé en oxyde de nickel.
En ce qui concerne la nature du métal initial à mettre en oeuvre, on utilise par exemple de l'acier contenant ou non du nickel. Dans 'ce cas, on le fond par exemple dans un four électrique, puis on le brasse avec des quantités déterminées de minerai fondu prélevées dans le four à minerai.' On répète ces opérations en ajoutant chaque fois au métal, si l'apport de cha- leur fournie par le minerai est insuffisante, la quantité de réducteur néces- saire pour le maintenir à la température désirée et ceci jusqu'à ce que l'a- cier doux se soit enrichi suffisamment en nickel, après quoi, on laisse l'al- liage se solidifier, ou encore on s'en sért à l'état liquide pour alimenter, r, par exemple, un four d'élaboration d'acier inoxydable 18/8.
Un autre mode opératoire efficace consiste à partir d'un poids dé- terminé d'un alliage fer-nickel contenant déjà une teneur importante en nickel, par exemple de l'ordre de 35%. On brasse une première fois ce métal avec une quantité de minerai fondu telle que les poids respectifs de métal et de lai- tier soient dans le rapport convenable. Au cours de ce premier brassage, le métal s'enrichit légèrement en nickel et le minerai s'épuise en NiO. On re- commence l'opération et périodiquement on soutire un poids de métal correspon- dant sensiblement à l'excédent introduit par le laitier; on obtient ainsi une petite quantité d'alliage riche en nickel. Avec le métal restant on renouvel- le l'opération précédente en le brassant avec une nouvelle proportion de mi- nerai fondu, et on répète le cycle indéfiniment.
Toutefois, il fait avoir soin dans ce cas de ne pas laisser monter la teneur en nickel dans l'alliage à des valeurs trop élevées, sans quoi la réaction de réduction de l'oxyde de nickel du laitier par le fer ne conduirait plus à un épuisement suffisant du minerai, ceci nécessite que du fer vienne' s'incorporer dans la masse métalli- que, puisque, lors de chaque soutirage, il y a évacuation de fer en même' temps que de nickel. Le fer peut être introduit de deux façons; soit direc- tement par addition de fer, soit par réduction d'oxyde de fer présent dans le minerai ou éventuellement introduit,grâce à l'addition d'une quantité de réducteurs Si ou Al, ou autre, supérieure-à celle qui serait nécessaire pour
<Desc/Clms Page number 4>
réduire l'oxyde de nickel du minerai seul.
Le réducteur réduit alors de l'oxy- de de fer et il y a incorporation de fer. On. peut enfin, naturellement, in - troduire le fer, partiellement par addition, partiellement par réduction.
Dans le cas d'introduction de fer sous forme métallique solide--ou sous forme d'oxyde, il faut fournir un apport de chaleur supplémentaire pour' chauffer et fondre ces éléments introduits. Cette chaleur supplémentaire pour- ra être donnée grâce à un rechauffage convenable du métal et/ou du minerai; et/ou par un dosage approprié du réducteur. Le réducteur devra dans ce cas être choisi et dosé de telle manière que la chaleur dégagée par sa réaction avec les oxydes soit suffisante pour compenser à la fois le'chauffage'et la fusion des éléments, métal ou oxyde, ajoutés et les pertes de chaleur pendant l'opération. Le ferro-silicium convient particulièrement bien comme le mon- treront les exemples donnés ci-dessous, car il fournit en-même temps le réduc- teur énergique-sous forme de silicium et le fer.
Avec le mode opératoire qui vient d'être décrit, le métal ferreux qui sert pour le brassage reste indéfiniment à l'état fondu, et l'on procède de temps en temps seulement à des soutirages. On peut même se- dispenser de tout four destiné à fondre le fer; il suffit d'avoir à l'état fondu un premier bain métallique ferreux, et un tel bain est facile à obtenir par réduction d'un laitier riche en FeO et NiO, éventuellement par un réducteur énergique tel que le silicium ou le silice-aluminium. Ce laitier initial riche peut être fondu dans le four de fusion du minerai lui-même.
Il est ainsi possible de conduire l'ensemble des opérations avec un seul four de fusion. Ce four peut, comme dit ci-dessus, -être un four tour- nant ou un four à réverbère, de sorte que l'ensemble du processus.peut être mis en oeuvre sans intervention d'énergie électrique de chauffage,,ce qui est particulièrement intéressant pour les pays insuffisamment équipés ou à énergie électrique, chère.
On peut naturellement combiner les deux modes opératoires : le pre- mier mode sans soutirage, partant de fer, enrichissant progressivement le mé- tal en Ni jusqu'à la teneur désirée, et coulée; le deuxième avec masse de bras- sage servant indéfiniment et à teneur en Ni variant peu, et soutirage de temps en temps d'une partie de la masse. On peut, par exemple, partir de fer pur, l'enrichir sans soutirage jusqu'à 40% de nickel, soutirer à ce moment là la . moitié du métal, ajouter un poids égal de fer pur, ce qui conduira à une masse contenant 10% de Ni, enrichir celle-ci jusqu'à 40, soutirer à nouveau la moi- tié, remettre du fer pur et ainsi de suite.
Les exemples qui suivent sont donnés à titre non limitatif pour permettre de faire mieux comprendre l'invention.
Exemple! - On a à traiter un minerai de Nouvelle-Calédonie titrant 5% de NiO, 25% de FeO, 40% de SiO2 et le reste étant constitué principalement par de la magnésie.
On fond ce minerai dans un four de fusion et on en prélève 1 tonne que l'on coule dans une poche. On verse ensuite violemment dans cette poche 2 tonnes d'un ferro-nickel titrant 35% de nickel. La réaction entre laitier et métal est quasi instantanée et pratiquement complète. La teneur en NiO du minerai tombe à 0,20% et l'on obtient environ 2 tonnes d'un alliage fer- nickel titrant 36,5 % de nickel.
On évacué le minerai fondu restant,puis on rajoute au métal 25 Kgs d'un férro Si à 75%, ce qui abaisse légèrement le titre en nickel de l'allia-. ge et on brasse l'alliage avec une nouvelle portion de 1 tonne de minerai.
On obtient ainsi 2.075 Kgs d'un alliage fer-nickel titrant environ 36;8 % de nickel. On évacue 75 Kgs de cet alliage et on recommence l'opération sur le métal restant avec addition de ferro-silicium; on obtient à nouveau un peu plus de 2 tonnes de métal, on sort l'excédent et ainsi de suite indéfiniment.
Au bout d'une dizaine d'opérations, on a ainsi épuisé 10 tonnes de laitier et soutiré environ 700 Kgs d'un alliage à 37 % environ de nickel.
<Desc/Clms Page number 5>
Exemple 2. On a à traiter un minerai très pauvre de Cuba titrant 1,5% de NiO, 35 % de FeO, 35 % de SiO2, le reste étant constitué principale- ment par de ;la magnésie.
On fond ce laitier dans le four de fusion et on en prélève 2 tonnes que l'on coule dans une poche. On verse ensuite violemment dans cette-poche,-2 tonnes d'un ferro-nickel à 25% de Ni auxquelles on a ajouté 25 Kgs de ferro- silicium à 75% de Si.
La teneur du minerai en NiO tombe à 0,15% et l'on obtient environ 2. 070 Kgs d'un alliage titrant environ 25% de nickel.
En renouvelant l'opération, on augmente chaque fois le poids de l'alliage.
Au bout de 2 opérations, on a obtenu 2.140 Kgs d'alliage à 26% de Ni. On évacue 140 Kgs et on recommence l'opération avec les deux tonnes de métal restantes et ainsi de suite.
Dans une deuxième forme d'exécution du procédé on fait appel pour le brassage entre minerai fondu et; métal à un autre mode opératoire grâce au- quel il devient possible de mettre en oeuvre à chaque opération des poids beau- coup plus importants de minerai.
Il consiste essentiellement à placer le minerai et le métal fondu dans un récipient et à insuffler dans ce récipient, de préférence par le fond, un violent courant gazeux, de manière à provoquer un brassage énergique entre le bain métallique et le mènerai.
Le gaz utilisé pourra être un gaz neutre ou réducteur ; maisla de- manderesse a découvert,contre toute attente, que l'air pouvait également con- venir, malgré son caractère oxydant vis-à-vis du métal. En effet, le fait qu'une partie du fer ou d'éléments d'addition intentionnellement ajoutés à ce fer sont oxydés par l'air, n'empêche pas le reste du fer ou les éléments d'addition de réduire l'oxyde de nickel jusqu'à des teneurs très basses dans le laitier, et ce d'autant plus que la durée du soufflage sera elle-même ré- duite. Pratiquement, quelques secondes d'un soufflage violent suffisent.
Il est possible, dans ces conditions, d'utiliser des appareils du genre "convertisseur" couramment employés en métallurgie.
Le revêtement du récipient ou convertisseur sera de préférence acide, dans le cas où on traitera des minerais silicates.
Au cours du soufflage une 'petite quantité de fer s'oxyde au contact de; l'air et fournit ainsi un certain appoint de chaleur, au détriment de la teneur en fer de l'alliage, appoint qui contribue à compenser les pertes de chaleur au cours de l'opération . Il est recommandé cependant d'introduire dans le métal une faible quantité d'un élément thermogène énergique, suscepti- ble de s'oxyder préférentiellement au fer. Cet élément peut être du carbone ou du manganèse, par exemple, qui s'oxydent à la fois par l'action de l'air et par l'action du minerai avec introduction'de nickel dans le bain métalli- que.
Mais - et surtout dans le cas du traitement de minerais silicates - il est recommandé d'introduire dans le bain métallique avant soufflage une petite quantité de silicium ou d'un alliage de silicium. On dose la quantité de ce réducteur de telle manière qu'il se forme au cours du soufflage du si- licate de fer et éventuellement de manganèse en cas d'addition de ce corps, silicates dont la réactivité avec les garnissages acides est très faible.
La suite des opérations pour l'extraction du nickel de minerais pauvres s'effectue dans les mêmes conditions que celles décrites dans le bre- vet principal, avec cette différence que les brassages successifs de minerai fondu et de métal¯sont faits par soufflage au lieu d'être faits par versement en poche.
En outre; les proportions de minerai à mettre en oeuvre-par rapport au métal à chaque brassage peuvent être nettement supérieures, ce qui diminue le nombre des opérations nécessaires pour l'épuisement d'une même quantité de minerai.
<Desc/Clms Page number 6>
Les proportions acceptables varient suivant l'intensité du souffla- ge et suivant la nature de l'appareil utilisé. Toutes autres choses étant égales, la quantité de minerai peut être d'autant plus grande que le .soufflage est plus intense. Dans le cas d'un convertusseur du type habituel employé en sidérurgie, on peut mettre en oeuvre, sans difficulté, des poids de minerai au moins deux fois supérieurs à ceux du métal.
Le soufflage par l'air conduit en général, par - suite de la légère combustion du fer qu'il entraîne, à des alliages plus riches en nickel que le simple versement. Du reste, il est possible, une fois qu'on a atteint une teneur en nickel suffisante de l'alliage, d'augmenter encore cette teneur'dans des proportions importantes; en effectuant un soufflage par l'air, cette fois en l'absence de tout laitier. Une proportion non négligeable de fer pourra ainsi être oxydée, et passer sous forme de scorie, sans pertes concomitantes prohibitives en nickel.
L'exemple suivant est donné à titre non limitatif pour mieux faire comprendre l'invention.
Exemple : On a à traiter un minerai très pauvre de Cuba titrant 1,5% de NiO, 35% de FeO, 35% de Si02, le reste étant constitué principalement par de la magnésie.
On charge 2 tonnes de ce laitier à l'état fondu avec 1 tonne de fer fondu dans un convertisseur acide à soufflage par le fond. On ajoute -au- bain métallique 7 kilogs de ferro-silicium à 75 %, on relève le convertisseur et on souffle environ 10 m3 d'air en 10 secondes. On rabaisse le convertis- seur et on laisse le métal, se séparer du minerai fondu. On élimine le mine- rai qui ne renferme plus que 0,17% de NiO; le métal restant contient environ 2% de nickel.
On recommence l'opération avec une nouvelle charge de 2 tonnes de minerai, après avoir ajouté 7 Kilogs de ferro-silicium à 75% au métal; et ainsi de suite.
Au bout de 15 opérations, il reste environ 950 Kilogs d'un bain métallique contenant environ 30% de nickel.
Enfin dans une troisième forme d'exécution du procédé, celui-ci comporte la variante suivante :
Le métal que l'on utilise et qui est à bass de fer ou de ferro-nickel contient également de faibles quantités de carbone et le versement du métal dans.le minerai fondu ou le versement simultané des deux bains dans une poche sont effectués alors à une vitesse telle que l'action du carbone sur le mine- rai provoque un fort bouillonnement de l'ensemble, sans toutefois amener le bain à sortir de la poche.
Le carbone en effet réagit avec les oxydes de fer et de nickel con- tenus dans le minerai fondu, avec dégagement d'oxyde de carbone. Si le verse- ment était trop violent, -le dégagement brutal d'oxyde de carbone qui se produi- rait ferait déborder la poche dans laquelle on fait l'opération et risquerait de provoquer des accidents graves.
Par contre, si l'on effectue le versement assez lentement, le déga- gement de CO provoque, sans risque de débordement, un bouillonnement relative- ment intense des bains liquides mis en présence, créant un contact prolongé entre les particules de métal et le minerai fondu, et favorisant ainsi l'épui- sement quasi total de ce dernier en oxyde de nickel.
Pratiquement donc, on effectuera le versement à une vitesse telle qu'il se produise un violent bouillonnement dans la poche sans toutefois que celle-ci déborde. La masse du métal ainsi mis en oeuvre dans une opération pourra, pour une même quantité de minerai, être plus faible que dans le cas où il n'y a pas de bouillonnement.
Les quantités du carbone à introduire dans le bain métallique peu- vent être faibles, par exemple de 0,2 à 0,5%. On peut du reste en ajouter au cours des brassages successifs si le bain s'appauvrit trop en carbone et
<Desc/Clms Page number 7>
si le bouillonnement n'est plus suffisamment intense.
On peut également ajouter d'autres éléments réducteurs, tel que l'aluminium ou le silicium,en vue d'augmenter l'exothermicité de la réaction de réduction,-mais il ne faut pas perdre de vue que le bouillonnement ne peut se produire que si effectivement le carbone entre en réaction et que si la formation de CO ne se trouve pas retardée par les réactions provoquées par . des réducteurs plus énergiques.
Le métal mis en oeuvre conformément au procédé 'peut être un ferro- nickel obtenu par brassage d'un bain de fer avec des masses successives de minerai fondu et auquel on a ajouté du carbone. Il peut être obtenu aussi ,de toute autre manière, en particulier par réduction par le carbone de mine- rai de nickel.
L'exemple ci-dessous illustre la manière de mettre en oeuvre le procédé : Exemple : On a à traiter un minerai silicaté contenant 570% de
NiO.
On fond ce laitier dans un four de fusion et l'on en prélève 2 ton- nes que l'on coule dans une poche. On verse ensuite, avec précautions, dans cette poche 2 tonnes d'un ferro-nickel à 32% de Ni auquel on a ajouté préala-, blement 0,3 % de carbone et 0,150% de silicium. Le versement dure 5 minutes ' environ et provoque un fort bouillonnement du minerai dans la poche.
Après décantation du minerai, celui-ci ne renferme plus que 0,ils% de NiO. La teneur en nickel du métal est passée à 36,3"%. Le silicium et le carbone ont été pratiquement oxydés en totalité.
On renouvelle l'opération avec le même métal et de nouvelles quan- tités de minerai, en ajoutant au bain métallique avant chaque versement 0,2% de carbone et 0,15% de silicium. Au bout de 5 versements, on a épuisé 10 ton- nes de minerai.
La teneur en nickel du métal a passé de 32 à 52%. Le poids du mé- tal a légèrement augmenté.
REVENDICATIONS.
1. Un procédé pour l'extraction de nickel à partir de minerais pau- vres avec obtention d'un ferro-nickel caractérisé en ce qu'ilconsiste à fondre ce minerai dans un four, à brasser un bain fondu à base de fer contenant ou non du nickel avec des charges successives de minerais de nickel fondues pré- levées dans ce four, à augmenter ainsi progressivement le poids du bain métal- lique et/ou sa teneur en nickel et à recueillir périodiquement en partie ou en totalité Ie métal ainsi traité.