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5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 / La présente invention concerne le grillage de minerais de sulfure de fer, tels que les minerais de pyrite et de pyrrhotite et les concentrés.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 621 118 du 9 Décembre 1952 donne la description d'un procédé de grillage de sulfures tels que les con- centrés de minerai de sulfure de zinc. Ce procédé est caractérisé par le maintien de plusieurs couches fluidifiées contigües à différents degrés d'agi- tation en introduisant l'air de grillage en plusieurs points espacés verti- calement d'une colonne de sulfure à griller. Ainsi qu'il est dit dans ce brevet, la charge de sulfure doit être à l'état de particules séparées assez fines pour pouvoir rester en suspension dans l'air de grillage sous forme de couche fluidifiée mais assez grosses pour qu'elles ne puissent pas être entraînées par le courant d'air et s'échapper à la partie supérieure de la colonne fluidifiée.
En appliquant le procédé précité au grillage des pyrites, on a constaté que la volatilisation du soufre instable de la pyrite donne lieu à une désagrégation excessive de la charge de granulés du concentré de flotta- tion de la pyrite en particules de la grosseur voulue, à moins d'ajouter une forte proportion de liants,. Il en résulte qu'une forte proportion de la charge de pyrite grillée est entraînée à la partie supérieure de la colonne avec les gaz de grillage. Au cours d'une nouvelle étude du grillage de la pyrite en couche fluidifiée, on a donc recherché le moyen de griller la py- rite à l'état de fine division et de recueillir le produit grillé sous forme de poussière sortant de la colonne avec les gaz de grillage.
On a constaté qu'il est possible de le faire en formant d'abord une colonne à couches multiples fluidifiées du type précité se composant de grosses particules de pyrite antérieurement grillée et en introduisant ensuite le concentré de pyrite à l'état de fine division à l'intérieur de la colonne fluidifiée.
En règlant la quantité d'air et de pyrite introduite dans la colonne fluidifiée de façon à y maintenir la température entre 900 et 1000 C environ, on a constaté qu'on peut réaliser un grillage efficace de la pyrite et obtenir ainsi un produit d'oxyde de fer en poussière, consistant principalement en Fe203 et à faible teneur totale en soufre.
En continuant à étudier les facteurs variables de ce procédé de grillage delà pyrite à l'état de fine division, telle qu'un concentré de - flottation, il a été découvert qu'à une température légèrement plus élevée et comprise entre des limites relativement étroites, le mécanisme de l'opération de grillage se modifie complètement. Par exemple, à une température de grillage de 1040 à 1060 C, la charge de pyrite à l'état de fine division s'agglomère sans que les particules relativement grosses de pyrite grillée grossissent sensiblement de façon à former un produit grillé sensiblement de la même forme et en particules de la même grosseur que celle des particules initiales de la colonne fluidifiée.
Le produit de pyrite grillée reste ainsi dans la colonne et on peut l'évacuer d'une manière continue ou intermittente de la portion inférieure de la colonne sous forme de granules consistant principalement en magnétite (Fe3O4) à faible teneur totale en soufre.
Le procédé de l'invention consiste donc à griller le sulfure de fer tel que la pyrite et la pyrrhotite, en grillant le sulfure dans une colonne fluidifiée à couches multiples-en introduisant l'air de grillage au moins de deux points espacés dans le sens vertical dans une colonne verticale contenant le sulfure et en faisant sortir les gaz de grillage à la partie supérieure de la colonne. Le procédé de l'invention est caractérisé en ce que la colonne fluidifiée se compose en grande partie de particules relativement grosses de sulfure de fer antérieurement grillé, d'une grosseur comprise entre environ 3,36 et 0,230 mm. On charge le sulfure de fer dans la colonne fluidif'' e à l'état de fine division en un point sensiblement au-.dessous de la surface supérieure de la couche fluidifiée la plus élevée.
On règle le dé-
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bit d'introduction de la charge de sulfure de fer dans la colonne de façon à maintenir la colonne à la température d'amorce de fusion de sulfure, voisine mais inférieure à sa température de ramollissement. Il en résulte que la charge de sulfure de fer grillé sort de la partie inférieure de la colonne sous forme de particules séparées sensiblement plus grosses que les particules desulfure de fer chargées .
Les particules relativement grosses de sulfure grillé qui 'servent de masse fluidifiée dans laquelle on charge les particules de sulfure à l'état de fine division peuvent provenir d'une autre sorte... La seule condition initiale à remplir au point de vue de la composition chimique de ces grosses particules est qu'elles se composent principalement de l'oxyde du métal dont il s'agit de griller le sulfure par le procédé de l'invention,et la caractéristique physique essentielle de ces particules est qu'elles se composent de granules ou sphérules d'une résistance suffisante, d'une grosseur comprise entre environ 3,36 et 0,50 mm. et de préférence d'un mélange de particules d'une grosseur comprise entre ces limites.
Ces particules d'oxyde peuvent provenir d'une source quelconque, soit du grillage de granules de sulfure, soit de la granulation de sulfure antérieurement grillé. Bien entendu, au bout d'un certain temps de marche par le -procédé de l'invention, les granules ou sphérules de sulfure grillé dans la colonne fluidifiée sont celles qui se sont formées pendant l'opération précédente par application du procédé de l'invention. Ainsi, à la suite d'une phase de mise en route de l'opération par le procédé de l'invention, lesrseules matières premières à approvisionner sont le sulfure à l'état de fine division et l'air de grillage.
On fait arriver l'air de grillage dans la colonne de particules d'oxyde relativement grosses de la manière décrite dans le brevet précité, c'est-à-dire que l'air de grillage est introduit dans la colonne sous forme de deux ou plusieurs portions séparées en des points espacés verticalement de la colonne. On peut faire variera la quantité totale d'air nécessaire à l'opération selon l'invention suivant-le résultat qu'on désire obtenir, et en général la quantité totale d'air de grillage est comprise de préférence entre environ 5 % et 20 % et généralement entre environ 10 et 15 % en excès par rapport à la quantité théorique nécessaire à la transformation de la charge de sulfure en oxyde correspondant.
La répartition de cette quantité d'air entre les tublures d'admission espacées verticalement de la colonne peut varier considérablement entre les limites indiquées dans le brevet précité.
En général, cette répartition de l'air est choisie de façon à supporter la masse de particules dans la partie inférieure de la colonne à l'état fluidifié dilaté, d'une densité apparente d'environ 75 à 90 % de--la densité apparente à l'état non dilaté des particules fluidifiées, et à supporter une portion contigüe supérieure de la colonne à l'état fluidifié plus dilaté, d'une densité apparente inférieure à celle de la portion inférieure de la colonne mais comprise entre environ 55 et 75 % de la densité apparente des particules fluidifiées à l'état non dilaté.
Si l'air de grillage est réparti en trois portions séparées, on règle de préférence le débit de:l'air arrivant dans la partie supérieure de façon à faire naître dans la masse fluidifiée située au-dessus des deux portions précitées une agitation encore plus forte par un état fluidifié dilaté d'une densité apparente inférieure à celle de la zone fluidifiée contigüe immédiatement inférieure, mais comprise entre environ 40 et 60 % de la densité apparente à l'état non dilaté des particules fluidifiées.
La colonne ainsi formée de particules de sulfure grillé ou calciné est caractérisée en ce qu'elle contient plusieurs couches fluidifiées conti- giies dont les degrés d'agitation de fluidification dilatée sont suffisamment différents pour empêcher sensiblement les particules de passer d'une couche dans l'attre, tout en permettant aux particules de s'écouler progressivement par leur- propre poids de haut en bas en traversant ces couches sans être
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gênées par des grilles ou autres dispositifs mécaniques du support des cou- ches.
Ainsi qu'il est dit dans le brevet précité, il convient de donner à l'extrémité supérieure de la colonne une section transversale plus grande, pour permettre aux gaz qui s'échappent en montant de la colonne fluidifiée de se dilater à peu près dans les mêmes conditions que dans la partie infé- rieure de la colonne. La charge fluidifiée relativement tranquille ainsi obtenue dans la portion supérieure de plus grande section a pour effet d'empêcher une perte excessive de fines qui seraient autrement entraînées par le gaz circulant à une vitesse relativement grande dans la portion su- périeure de la colonne fluidifiée.
La charge de sulfure finement divisée arrive dans la colonne flui- difiée en un point quelconque situé sensiblement au-dessous de la surface su- périeure de la couche fluidifiée supérieure. Il suffit que la position du point d'introduction de la charge de sulfure dans la colonne fluidifiée soit choisie de façon à empêcher cette charge d'être soufflée hors de la colonne avant qu'elle ait eu le temps de s'agglomérer en présence des par- ticules fluidifiées de la colonne. A cet effet, on introduit de préférence la charge de sulfure dans la moitié inférieure de la colonne, mais on obtient des résultats satisfaisants par le procédé de l'invention en chargeant le sulfure dans une portion encore plus élevée de la colonne.
La température de la colonne fluidifiée doit être réglée de façon à y maintenir une température de grillage sensiblement inférieure, mais voisine de la température de ramollissement ou d'agglomération de la charge de sulfure de fer. Etant donné que la température de ramollissement de diverses pyrites et pyrrhotites (déterminée par les cônes de Seger) varie avec . leur provenance, la température de traitement la plus avantageuse de chaque charge de sulfure dépend du point de ramollissement de cette charge et est'* d'environ 50 à 75 C inférieure à ce point de ramollissement.
Par exemple, les points de ramollissement de cinq livraisons différentes de pyrites de East Sullivan sont compris entre 1100 et 1135 C et ceux de cinq livraisons difféfentes de pyrites de Noranda sont compris entre 1075 et 1095 C, tandis que ceux d'autres pyrites et pyrrhotites sont compris entre 1140 et 1210 C.
En adoptant pour chacune de ces charges une température de traitement de 50 à 75 C inférieure à son point de ramollissement, on obtient des résultats satisfaisants dans la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
L'exemple suivant indique un mode de mise en oeuvre d'une opération de grillage par le procédé de l'invention. On remplit jusqu'en haut une cornue cylindrique d'un diamètre de 61 cm et d'une hauteur de 97 cm avec des agglomérés d'oxyde de fer en particules d'une grosseur comprise entre environ 3,36 mm et environ 0,5 mm. La cornue comporte trois tubulures d'admission d'air dont l'une est disposée au fond de la cornue, la seconde à 35 cm audessus du fond et la troisième à environ 71 cm au-dessus du fond. L'extrémité supérieure de la cornue cylindrique comporte une portion évasée en dehors et vers le haut. La charge se prolonge jusque dans la partie inférieure de cette portion supérieure évasée de la cornue.
On chauffe la charge de démarrage ou "remplissage" d'oxyde de fer à une température d'environ 900 C en y introduisant du gaz manufacturé et de l'air comburant en quantité non seulement suffisante pour.effectuer ce chauffage, mais encore pour fluidifier les agglomérés d'oxyde de fer sous forme de colonne fluidifiée. Après que la charge de démarrage a été amenée à la température précitée, on interrompt l'arrivée de gaz et on commence à introduire le concentré de flottation de pyrite d'East Sullivan dans la partie inférieure de la colonne,et on introduit l'air de fluidification et de grillage par les trois tubulures d'admission de l'air.
En faisant varier le débit 'l'introduction de la charge de pyrite fine dans la colonne et la quantit du produit grillé en particules relativement grosse remis en circu-
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lation avec cette charge en particules fines, on maintient la température de la colonne à volonté à plusieurs valeurs différentes. Toutefois, à:-chaque température, la température de la totalité de la colonne est sensiblement uniforme en raison de l'agitation produite par la fluidification de la colon- ne. Si l'on opère à une température comprise entre environ 900 et envrion 1000 C, la pyrite conserve son degré de finesse pendant le grillage et la pyrite complètement grillée sort à la partie supérieure de la colonne de : ' grillage avec 1'affluent d'anhydride- sulfureux, d'azote et d'air en excès.
Lorsque la température de l'opération dépasse environ 1000 0, la quantité de pyrite grillée en fines particules sortant avec les gaz effluents de gril- lage diminue jusqu'à ce qu'à une température d'environ 1050 C la proportion de pyrite grillée en fines particules sortant avec les gaz de grillage ne soit que d'environ 10 à 20 %. Dans ces dernières conditions, une proportion d'au moins 80 % de la pyrite grillée sort à la partie inférieure de la colon- ne sous forme d'agglomérés en particules d'une grosseur comprise entre envi- ron 3,36 et 0,5 mm.
La teneur en soufre du produit grillé obtenu entre les limites des températures de traitement précitées est faible et, à toutes les températures supérieures à 950 C, ce produit contient généralement moins de 0,01 % de sulfure et de soufre. De plus, on constate par l'analyse aux rayons X du produit grillé obtenu à ces différentes températures de traitement que la pyrite grillée consiste principalement en oxyde ferrique (Fe2O3) aux températures de grillage attèignant environ 1025 C, et qu'aux tempéra'cures supérieures à environ 1040 à 1050 C le produit grillé consiste principale- ment en magnétite (Fe3O4 ).
L'importance de ces résultats est due au fait que la teneur théorique maximum en anhydride sulfureux est plus forte lors- qu'on grille la pyrite à l'état de magnétite que lorsqu'elle est grillée à l'état d'oxyde ferrique. En fait, lorsqu'on effectue le grillage de la ma- nière décrite ci-dessus et à une température d'environ 1050 C en présence d'un excès d'air de grillage d'environ 10 %, on'obtient un gaz effluent de grillage contenant environ 14 % d'anhydride sulfureux, cette teneur étant voisine de la'teneur maximum théorique de 14,7 % en anhydride sulfureux lorsqu'on transforme cette pyrite en magnétite dans ces conditions.
Les résultats des essais qui précèdent sont indiqués sur le tableau ci-dessous On n'a fait varier principalement les conditions des essais que pour faire ressortir l'effet produit par des températures de traitement différentes.
Composition de la charge (Pyrite d'East Sullivan)
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<tb>
<tb> Fe <SEP> 44,8 <SEP> %
<tb> S <SEP> 47,1 <SEP> %
<tb> SiO@ <SEP> 2,5 <SEP> %
<tb> Al <SEP> 2O3 <SEP> 0,91%
<tb> Cu2 <SEP> 0,41%
<tb> Zn <SEP> 0,36%
<tb> Pb <SEP> 0,11%
<tb>
conditions des essais
N des essais
EMI5.2
ABC ]) -E F
EMI5.3
<tb>
<tb> Température <SEP> moyenne <SEP> C <SEP> 900 <SEP> 935 <SEP> 960 <SEP> 1000 <SEP> 1030 <SEP> 1045
<tb> Débit <SEP> kg/h
<tb> Irrite <SEP> 204 <SEP> 232 <SEP> 242 <SEP> 251 <SEP> 298@ <SEP> 310
<tb>
EMI5.4
>ogri?.ié 56 71 90 36 80 61
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<tb>
<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> E <SEP> F
<tb> Excès <SEP> d'air <SEP> % <SEP> 40 <SEP> 30 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 10 <SEP> 10
<tb> A <SEP> 11 <SEP> entrée <SEP> (Kg)
<tb> Gros <SEP> * <SEP> 1972 <SEP> 1988 <SEP> 2041 <SEP> 2154 <SEP> 3159 <SEP> 2841
<tb> pyrite <SEP> fine <SEP> 1460 <SEP> 1521 <SEP> 1675 <SEP> 1731 <SEP> 3948 <SEP> 1737
<tb> A <SEP> la <SEP> sortie <SEP> (Kg)
<tb> Fines <SEP> * <SEP> * <SEP> * <SEP> 1790 <SEP> 1598 <SEP> 1677 <SEP> 1589 <SEP> 1455 <SEP> 307
<tb> Gros <SEP> 1643 <SEP> 1911 <SEP> 2039 <SEP> 2299 <SEP> 5192 <SEP> 4276
<tb> Structure <SEP> des
<tb> cristaux
<tb> (A <SEP> = <SEP> Hématite
<tb> (B <SEP> = <SEP> magnétite <SEP> A <SEP> A <SEP> A+B <SEP> B
<tb> Augmentation <SEP> (+)
<tb> ou <SEP> diminution <SEP> (-)
<tb> de,gros <SEP> (kg) <SEP> -330 <SEP> -77 <SEP> -1,
8 <SEP> +142 <SEP> +2036 <SEP> +1429
<tb> % <SEP> de <SEP> conversion
<tb> de <SEP> charge <SEP> fine <SEP> en
<tb> gros <SEP> -22 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 8 <SEP> 52 <SEP> 82
<tb>
@ Y compris le "remplissage" initial et le produit grillé remis en circulation @@ Poids grillé calculé @@@ Poids entraîné à la partie supérieure de la colonne, calculé
Ainsi qu'il ressort du tableau ci-dessus, une température de traitement inférieure à 1000 C environ a tendance à provoquer l'abrasion de la charge initiale en grosses particules et par suite à augmenter la quantité de fines entraînées par les gaz de grillage, ainsi que l'indique la valeur négative de la "conversion" de la charge exprimée en fonction de la conver- sion de particules fines en particules grosses.
On voit qu'à une température de traitement supérieure à environ 10400C on obtient de façon constante une conversion d'au moins 75 % de la charge de pyrite fine en particules relativement grosses d'une grosseur comprise entre 3,36 et 0,5 mm. De plus, ces températures de traitement plus élevées, comprises de préférence entre 1040 , et environ 1060 C, favorisent le grillage de la pyrite sous forme d'oxyde de fer correspondant à un oxyde de fer magnétique (magnétite), avec en même temps l'avantage d'une forte teneur des gaz de grillage en anhydride sulfureux et d'une augmentation correspondante de la teneur en fer du produit grillé, à cause de la proportion plus forte de fer par rapport à l'oxygène. dans la magnétite que dans l'hématite.
On augmente encore la teneur en fer du produit grillé en effectuant le grillage par le procédé de l'invention du fait qu'une proportion d'environ 40 % ou davantage des éléments de la gangue (principalement des oxydes d'aluminium, de silicium et de calcium) a tendance à quitter la cornue sous forme de poussière volante, au lieu de s'agglomérer sous forme de granules comme le fait le sulfure de fer en cours de grillage.