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La présente invention se rapporte aux minerais en morceaux et aux procédés de production de ces minerais et plus particulièrement à un minerai en morceaux et à un procédé de production d'un tel minerai à partir de matières fi- nement divisées contenant des métaux à l'état métallique, comme des composés métalliques tels que des oxydes ou des mélanges de ceux-ci. L'invention est par- ticulièrement appropriée à la production de minerais de fer en morceaux à partir de minerais de fer finement divisés, de poussières de gaz de gueulard de hauts- fourneaux et d'autres sources de fer et de composés de fer qui sont disponibles à l'état finement divisé.
Dans le cas des minerais de fer, par exemple, les réserves naturelles de minerais en morceaux à teneur élevée s'épuisent rapidement par suite de 1' exploitation minière sélective. Dès lors, il est de plus en plus nécessaire d'u- tiliser les minerais à teneur élevée plus finement divisés et aussi bien de se tourner vers des minerais à basse teneur qui doivent être valorisés. Dans la valorisation des minerais à basse teneur, à utiliser dans les hauts-fourneaux et les fours à sole ouverte, en particulier dans le cas de la taconite, il est né- cessaire de broyer le minerai pour le faire passer par un tamis de 200 à 325 mailles afin de séparer les impuretés et d'obtenir un produit commercialement rentable.
En plus de ces minerais naturels, on dispose de grandes quantités de poussières de gaz de gueulard de hauts-fourneaux, de fines escarbilles et d' autres sources similaires de fer et de composés de fer disponibles à l'état finement divisé, pour être utilisés dans les procédés de la sidérurgie et de 1' aciérie. Cependant, ces matières, à cause de leur finesse, ont tendance à fondre et à s'agglutiner en formant des ponts ou à être emportées avec le premier laitier avant d'avoir réalisé leur fonction métallurgique dans le four d'aciérié à sole ouverte ou à être entraînée par le dessus du haut-Fourneau en sidérurgie et elles ne conviennent pas à l'état naturel pour l'utilisation dans les fours d'aciérie à sole ouverte ou dans les hauts-fourneaux.
Afin de pouvoir utiliser ces matières, il est connu dans la pratique de recueillir ces matières finement divisées et de les fritter ou de les granuler ou encore de les agglomérer en les chauffant à des températures élevées ou en les agglomérant au moyen de ciment hydraulique. Tous ces procédés sont relativement coûteux et dans certains cas sont désavantageux à cause des quantités accrues d'impuretés comme la silice et l'alumine qui sont introduises dans le minerai par le procédé d'agglomération.
Dans le but d'éviter les difficultés rencontrées jusqu'ici, la De- manderesse est parvenue à obtenir un meilleur minerai en morceaux à partir de matières à teneur métallique finement divisées, ce produit étant caractérisé en ce qu'il est constitué par un réseau formé de cette matière finement divisée, agglomérée par un carbonate alcalino-terreux formé in situ en présence de jusqu'à 10% environ d'humidité.
Le procédé de production 'de minerais en morceaux est caractérisé en ce qu'on mélange une matière à teneur métallique finement divisée avec au moins un oxyde et/ou un hydroxyde d'un métal alcalino-terreux et on fait réagir le mélange obtenu avec du dioxyde de carbone en présence de jusqu'à 10% environ d' humidité dans le mélange.
Les minerais en morceaux produits suivant le procédé de la présente invention sont exempts des inconvénients que présentent communément les minerais utilisés actuellement, produits par frittage, granulation et agglomération de ma- tières finement divisées. Le minerai en morceaux obtenu suivant la présente in- vention présente les caractéristiques thermiqùes et chimiques du minerai en mor- ceaux naturel et à la ténacité et la résistance à l'écrasement qui sont carac- téristiques des minerais en morceaux naturels. Le minèrai en morceaux suivant la présente invention est,en outre,exempt d'additions d'impuretés indésirables,con- tient des liants analogues aux fondants utilisés normalement dans les procédés métallurgiques et peut être constitué de matières contenant du fer mélangées ou associées.
Dans la description et les revendications ci-après, par "matière à
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teneur métallique" on entend une matière contenant un métal, un composé métalli- que comme des oxydes, ou leurs mélanges.
Pour mettre en pratique l'invention, on mélange la matière finement divisée à teneur métallique avec par exemple un oxyde ou un hydroxyde de calcium ou de calcium et de magnésium mélangés comme la chaux dolomitique ou des mélanges de ces produits, en présence d'humidité, on met ensuite de mélange sous forme de morceaux par un procédé usuel comme le pressage, l'extrusion, la vibration, le moulage ou la granulation. Les morceaux obtenus sont ensuite traités par de l'acidé carbonique gazeux (dioxyde de carbone) soit comme gaz pur soit avec des impuretés comme l'azote, l'oxygène, l'oxyde de carbone et la vapeur d'eau qui sont généralement présents dans les produits de combustion.
On a trouvé que la teneur en humidité des minerais formés au moment du traitement avec le dioxyde de carbone est critique et ne doit pas dépasser 10% environ. De préférence, la teneur en humidité doit être comprise entre envi- ron 2% et 6% pour la plupart des minerais. On a trouvé, cependant, que de plus grandes proportions d'humidité peuvent être admises avec les minerais plus fins plutôt qu'avec les minerais à plus gros grains et que le maximum pour les mine- rais à gros grains doit être quelque peu inférieur à 10%. La teneur maximum en humidité semble être en rapport avec l'étendue de la surface du minerai, qui à son tour est fonction de la finesse, cependant 10% semblent être le maximum d'hu- midité convenant pour tous les types de minerais et de poussières de gaz de gueu- lard.
On a trouvé qu'en réglant la teneur en humidité du mélange de chaux et de minerai comme indiqué plus.,haut, on peut traiter.les minerais à la pression atmosphérique pour;obtenir un produit donnant entièrement satisfaction. On a trou- vé, cependant, que des variations de pression au-dessus ou en dessous de la pres- sion atmosphérique ne sont pas nuisibles, Le traitement suivant la présente in- vention a été réalisé à des pressions atteignant 50 p.s.i. (3,5 kg/om2) avec des résultats satisfaisants, .cependant on a trouvé que dans certains cas des pres- sions aussi élevées que cela sont nuisibles et dès lors on préfère exécuter le procédé de l'invention à la pression atmosphérique.
L'importance de régler la,'teneur en humidité ressort dans les exem- ples ci-dessous: EXEMPLE I.- @
On mélange des concentrés magnétiques de taconite, un minerai de fer finement divisé, avec 7% de chaux hydratée et en faisant, varier les pourcenta- ges d'humidité comme dans le Tableau I. Le mélange de minerai et de chaux humidi- fié est mis en briquettes et traité avec du dioxyde de carbone à la pression at- mosphérique. Les briquettes sont agitées dans un culbuteur à coke A.S.T.M. pen- dant 50 tours et le résidu est déterminé sur un tamis à 30 mailles United States Standard. Les résultats sont donnés dans le Tableau I.
TABLEAU I.
% d'humidité % sur tamis à 30 mailles U.S. Standard ¯¯¯¯¯¯¯¯après agitation
EMI2.1
<tb> 2% <SEP> 88%
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4% <SEP> 88%
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<tb>
<tb>
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<tb> 5% <SEP> 89%
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<tb>
<tb>
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<tb> 6% <SEP> 93%
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<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> 7% <SEP> 91%
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<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> 8% <SEP> 88%
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 9% <SEP> 60%
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<tb>
<tb>
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<tb> 10% <SEP> 51%
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12% <SEP> 49%
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Il est clair, lorsque l'on examine ce tableau, qu'il y a une nette césure dans le résidu du tamis entre 8 et 9% d'humidité pour ce-minerai particu- lier. On a trouvé que pour des opérations satisfaisantes dans les procédés métal- lurgiques un résidu de tamis de 30 mailles.(Tamis U.S.
Standard) d'environ 75% est à peu près le minimum acceptable. De même, en se reportant au Tableau 1 on.consta- te que quelque part entre 8 et 9% d'humidité, le produit passe d'une classifica- tion satisfaisante à une classification non satisfaisante, suivant cet essai.
EXEMPLE II.-
On mélange un minerai de fer, de l'hématite'naturelle à grains plus gros avec 7% de chaux hydratée et en faisant varier-les pourcentages d'humidité comme il apparaît dans le Tableau II. Le mélange de minerai et de chaux humidifié est mis en briquettes et traité avec du'dioxyde de carbone à la pression atmos- phérique. La matière obtenue est agitée de la même manière que dans l'exemple 1 et le résidu est,déterminé sur un tamis à 30 mailles, Les résultats sont donnés dans le tableau II.
TABLEAU II.
% d'humidité % de retenue sur un tamis à 30 mailles
EMI3.1
<tb> 2% <SEP> 80%
<tb>
<tb> 4% <SEP> 89%
<tb>
<tb> 6% <SEP> 87%
<tb>
<tb> 8% <SEP> 60%
<tb>
Les résultats indiqués dans le Tableau II montrent qu'il y a une nette césure dans la quantité retenue sur la tamis à 30 mailles entre 6 et 8%. Cela concorde avec les observations générales.
On a également découvert que la réaction suivant la présente inven- tion peut être accélérée par l'addition de certains sels solubles, de préférence des carbonates, des chlorures et des sulfates solubles. De préférence, on utili- se les chlorures de fer, de calcium et de magnésium bien que les sels correspon- dants de sodium et d'autres ions métalliques puissent être utilisés. Ces sels solubles lorsqu'ils sont utilisés en quantités. appropriées, paraissent améliorer les caractéristiques physiques des morceaux obtenus et permettre le remplacement d'une partie du calcium ou de l'hydroxyde correspondant. On a trouvé que des quantités atteignant environ 0,6% améliorent les conditions physiques d'un mi- nerai en morceaux traité par le procédé suivant l'invention mais on préfère li- miter l'additoni à 0,2% environ.
EXEMPLE III.-
A titre d'exemple, on prépare un mélange de minerai avec 5% de chaux et on fait varier les proportions de chlorure de calcium comme indiqué dans le Tableau III. Ce mélange est traité avec du dioxyde de carbone en présence d'en- viron 6% d'humidité. Les morceaux obtenus sont agités comme dans l'exemple I ci- dessus et l'on détermine le résidu du tamis. Les résultats sont donnés dans le Tableau III.
TABLEAU III.
% de CaC12 % de résidu de tamis sur un tamis à @ 30 mailles U.S. Standard
EMI3.2
<tb> 0 <SEP> 75%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,1% <SEP> 78%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,2% <SEP> 82%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,3% <SEP> 80%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,6% <SEP> 83%
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Il ressort du tableau précédent que l'addition de CaC12 soluble améliore
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le résidu du tamis d'un minerai contenant seulement 5% de chaux d'une quantité en excès de 10% de la valeur originale du résidu du tamis.
La quantité de l'oxyde ou de l'hydroxyde aloalino-terreux dans le mélange doit être maintenue à un minimum mais peut varier pour des minerais différents- ou suivant les degrés de division du même minerai. De nouveau, cependant, la quan- tité peut être augmentée si on le désire ou si nécessaire pour une ténacité strue- turelle accrue dansées morceaux. Si l'on utilise un hydroxyde alcalinc-terreux, la quantité peut alors être telle qu'elle contienne une quantité d'oxyde équiva- lent à environ de 2 à 8% du poids à sec du minerai.
Le procédé de la présente invention est particulièrement satisfaisant pour le traitement de minerais de fer à grains fins, de concentrés de minerai de . fer, de poussières de gaz de gueulard de hauts-fourneaux et d'autres matières, finement divisées à teneur en fer, soit seuls soit en combinaison avec des parti-. cules de plus grandes dimensions pour former des minerais en morceaux.
Des exemples typiques d'application de la présente invention à de telles matières à teneur en fer sont donnés ci-dessous: EXEMPLE IV. -
On mélange 100 parties en poids de concentrés magnétiques de Ringwood New Jersey, avec 5 parties de chaux dolomitique hydratée et 5 parties¯ d'eau. On forme des blocs à partir de ce mélange en les pressant dans un moule en acier à 3000 p. s.i. (210 kg/cm ). Les blocs obtenus sont placés dans un récipient resser- ré qui n'est pas étanche à la pression. On introduit alors du dioxyde de carbone à la pression atmosphérique et on maintient ces conditions pendant 30 à.60 minu- tes.
Lès blocs, lorsqu'ils sont retirés du récipient, sont soumis à 50 tours dans un culbuteur à coke A.S.T.M.. 90% de la matière restent sur un tamis à 30 mailles United States Standard après cé traitement. La plus grande partie de la matière a conservé la forme initiale des blocs, avec seulement les bords ébréchés: Des blocs obtenus par ce procédé ont été soumis à des températures de l'ordre de 1600 à 2000 F (870 à 1095 0) dans une atmosphère réductrice et ont montré qu'ils con- servaient leur forme et une ténacité suffisante pour être utilisés dans un haut- fourneau. Ces résultats sont égaux ou supérieurs à ceux obtenus avec des minerais de fer frittés obtenus par les procédés habituels.
EXEMPLE V.-
On traite de la manière décrite dans l'exemple I ci-dessus,100 par- ties de concentrés magnétiques de Ringwood, New Jersey, sauf que de la chaux hy- dratée à teneur élevée en calcium est substituée à la chaux dolomitique. Le pro- duit obtenu présente les propriétés physiques satisfaisantes qui permettent de l'utiliser dans des fours à sole ouverte.
EXEMPLE VI.-
On traite de la manière décrite dans l'exemple Ici-dessus 100 parties de concentrés magnétiques de Ringwood, New Jersey, sauf que de la chaux vive à teneur élevée en calcium finement broyée est substituée à la chaux dolomitique.
Le produit obtenu présente lés propriétés physiques.satisfaisantes qui permettant de l'utilisser dans des fours à sole ouverte.
On peut préparer de la même manière que dans l'exemple précédent des minerais en morceaux de matières finement divisées à teneur en manganèse, nickel et autres matières analogues utilisées dans les procédés métallurgiques.
EXEMPLE VII. -
On mélange des concentrés magnétiques de taconite avec 7% de chaux hydratée dolomitique, 0,2% de chlorure de calcium et 9% d'eau. Le mélange obtenu est transformé en boulets par le procédé de granulation. Les grains sont alors séchés jusqu'à une teneur d'humidité de 2 à 3% et places dans un récipient à des-
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sus ouvert. On introduit du dioxyde de"carbone dans le fond du récipient. Après 1/2 heure, les grains sont retirés et l'on remarque qu'ils ont durci jusqu'à une consistance analogue à celle de la pierre.
EXEMPLE VIII.-
On prépare des minerais en morceaux à partir de minerai de manganèse finement divisé et. de poussières de gaz de gueulard contenant du manganèse, en y ajoutant 5% de chaux hydratée dolomitique et 6% d'eau, sur la base du poids à sec du minerai et des poussières. On forme des blocs à partir du mélange par pres- sage dans un moule en acier à 3000 p.s.i. (210 kg/om2). Les blocs obtenus sont placés dans un récipient et on introduit du dioxyde de carbone à la pression at- mosphérique pendant 1 heure. Le minerai en morceaux obtenu présente des proprié- tés physiques égales à celles du minerai en'morceaux naturel.
Bien que l'on ait décrit certains procédés et produits préférés sui- vant la présente invention, il va de soi que l'invention peut avoir d'autres ap- plications et comprend toutes les modifications et variantes possibles.
REVENDICATIONS
1.- Minerai en morceaux obtenu à partir de matières finement divisées à teneur métallique, caractérisé en ce qu'il est constitué par un réseau formé de cette matière finement divisée, agglomérée par un carbonate alcalino-terreux formé in situ en présence de jusqu'à 10% environ d'humidité.
2.- Procédé de production d'un minerai en morceaux suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'on mélange une matière finement divisée à te- neur métallique avec au moins un oxyde et/ou un hydroxyde d'un métal alcalino- terreux et on fait réagir le mélange obtenu avec du dioxyde de carbone en présen- ce de jusqu'à 10% environ d'humidité dans le mélange.