CA2453005A1 - Procede hydrometallurgique de separation des poussieres d`acieries utilisant un four a arc et pigments obtenus par le procede - Google Patents

Procede hydrometallurgique de separation des poussieres d`acieries utilisant un four a arc et pigments obtenus par le procede Download PDF

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Abstract

Le procédé hydrométallurgique divulgué permet, d'une part, de décontaminer l es poussières d'aciéries utilisant un four à arc électrique, et d'autre part, d e produire des pigments de ferrite et/ou de magnétite utiles dans les peintures, plastiques et bétons. Le procédé comprend les étapes de séparation des ferrites des magnétites sans briser la structure cristallographique des spinelles et résultant en un e première fraction comprenant des ferrites et une deuxième fraction comprenant de la magnétite. Dette étape de séparation comprend les sous-étapes de lavage des poussières dans l'eau avec agitation, suivi d'un rinçage à l'eau ; désorptio n des ferrites adsorbées sur les magnétites en ajoutant à la solution issue du rinçage, un surfactant anionique, et séparation magnétique pour séparer ladite première fraction de ladite deuxième fraction. Le procédé comprend de plus un traitement de 1a première fraction pour produire des pigments de ferrite ; et/ou un traitemen t de la deuxième fraction pour produire des pigments de magnétite.

Description

PROCÉDÉ HYDROMÉTALLURGIC~UE DE SÉPARATION DES POUSSI~RES
D'ACIÉRIES UTILISANT UN FOUR Ä ARC ET PIGMENTS OBTENUS PAR LE
PROCÉDÉ
DOMAINE DE L'INi/ENTION
La présente invention relève du domaine du traitement des poussières d'aciéries.
Plus particulièrement, elle vise un procédé hydrométallurgique de séparation des poussières d'aciéries utilisant un four à arc. Ce procédé permet, d'une part, de décontaminer ces poussières, et d'autre part, de produire des pigments de ferrite etlou de magnétite utiles dans les peintures, plastiques et bétons.
L'invention concerne aussi les pigments produits à partir du procédé.
ART ANTÉRIEUR
Les poussières d'aciéries électriques, connues aussi sous le nom de (K061 ), contiennent des métaux lourds tels que le cadmium, le zinc, le chrome et le plomb, lixiviables, classifiant les poussières comme matière dangereuse. Ces poussières contiennent également des composés spinelles, notamment la magnétite (Fe30q.) et diverses ferrites (M02Fe2Og). Ces spinelles et les contaminants se présentent sous forme d'agglomérats et agrégats très fins. Ä l'oeil nu, la poussière d'aciérage est brune et un observateur, méme à l'aide d'une lentille, ne dénote pas la présence de billes noires de magnétite, même si certaines billes peuvent atteindre plus de 150 pm en diamètre. La ferrite brune des poussières est ultrafine, et comme un pigment, elle enrobe les billes plus grossières de magnétite.
Le tableau 1 ci joint donne la composition chimique typique de poussières provenant de deux aciéries distinctes. Ces compositions montrent des concentrations élevées pour certains métaux lourds.
La plupart des procédés de traitement des poussières d'aciéries électriques connus dans l'art antérieur vise à récupérer ou enlever les métaux lourds de manière '°agressive", en attaquant la structure cristallographique des spinelles.

II existe aussi dans l'art antérieur, le brevet EP 0 853 548, qui enseigne un procédé
hydrométallurgique des poussières d'aciéries électriques visant à produire des pigments. Ce procédé comprend une étape de sëparation magnétique de la poussière en deux fractions, une fraction comportant des éléments magnétiques, et une fraction comportant des éléments non magnétiques, et par la suite, des étapes de traitement de ces deux fractions pour obtenir des pigments de ferrite de zinc. Le procédé décrit a aussi pour effet d'attaquer la structure cristallographique des spinelles autres que la ferrite de zinc, et en ce sens, est aussi un procédé
de type agressif.
II existe donc un besoin présentement pour un procédé de traitement des poussières d'aciéries électriques qui permettrait d'efficacement valoriser les différentes ferrites et les magnétites présentes dans les poussières, tout en permettant une décontamination de celles-ci.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
Un objectif de l'invention est de proposer un procédé de traitement des poussières d'aciéries électriques qui répond à ce besoin.
Un autre objectif du procédé est de séparer les ferrites des magnétites sans briser la structure cristalline de ces spinelles pour, par la suite, produire des pigments de magnétite et des pigments de ferrite de différents grades avec des compositions différentes et ayant une valeur commerciale.
Un autre objectif du procédé est de permettre la décontamination des poussières d'aciérage par hydrométallurgie tout en maintenant intactes les familles de spinelles qui sont les plus stables.
Selon la présente invention, ces objectifs sont atteints avec un procédé
hydrométallurgique de séparation des poussières d'aciéries utilisant un four à
arc, comprenant de façon générale les étapes suivantes a) séparation des ferrites des magnétites sans briser la structure cristallographique des spinelles et résultant en une première fraction comprenant des ferrites et une deuxième fraction comprenant de la magnétite, cette étape de séparation comprenant une étape de lavage à l'eau suivie d'un rinçage; et étant caractérisée en ce qu'elle comprend une étape de désorption des ferrites suivie d'une étape de séparation magnétique ;
!a) traitement de la première fraction pour produire des pigments de ferrite ;
etlou c) traitement de la deuxième fraction pour produire des pigments de magnétite.
BR~VE DESCRIPTION DU DESSIN
Les caractéristiques de la présente invention seront mieux comprises à la lecture non limitative de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention, faite en se référant au dessin annexé décrit ci-aprës et dans lequel La figure 1 est un schéma du procédé selon un mode de réalisation préféré de l'invention, montrant principalement le traitement des ferrites.
DESCRIPTION DgUN MODE DE R~ALISATION PRÉFÉR~
Si on se réfère au schéma de la figure 1, le procédé de séparation des poussières d°aciéries selon la présente invention comprend de façon générale les étapes suivantes A) séparation des ferrites des magnétites sans briser la structure cristallographique des spinelles et résultant en une premiëre fraction comprenant des ferrites et une deuxième fraction comprenant de fa magnétite ;
B) traitement de la première fraction pour produire des pïgments de ferrite ;
et C) traitement de !a deuxième fraction pour produire des pigments de magnétite. II est à noter que cette étape du procédé ne figure pas sur le schéma de la figure 1.
Chacune des étapes A}, B} et C} fera maintenant l'objet d'une description plus détaillée, en se référant, si cela est nécessaire, à la figure 1.
Étape A) Séparation des ferrites et maanétites Cette étape A) de séparation des ferrites des magnétites comprend les sous-étapes suivantes:
a1 ) premier traitement par lavage (2) des poussières dans l'eau et avec agitation, permettant de briser {graduellement) ies agglomérats et d'obtenir une solution alcaline dont le pH >12. Ä ce pH, la solution permet ainsi de dissoudre les composés facilement solubles contenus dans la poussière, tels le Pb, le Zn, le Cd, le CI et le Ca. Un rinçage (4) à l'eau permet, dans un deuxième temps, d'obtenir à
nouveau un pH alcalin >12 et de dissoudre une quantité additionnelle de métaux lourds.
a2) désorption des ferrites (6) et séparation magnétique (8). Pour séparer la ferrite adsorbée sur la magnétite, un surfactant (10) est ajouté à la pulpe avant la séparation magnétique. Le surfactant (aussi appelé tensioactif) est séiectionné de façon à faciliter la mise en suspension des ferrites pour ainsï désorber les ferrites qui tapissent la surface des magnétites. Ce surfactant augmente les charges en surface des ferrites et engendre une plus forte répulsion entre les fines particules des ferrites, étant donné la granulométrie ( 0,3 pm) et la surface spécifique élevée de ces dernières, comparé à l'effet de charge entre ia ferrite et la magnétite. Ce phénomène est également accompagné d'une diminution mesurable en viscosité de la pulpe.
De préférence, le surfactant utilisé est choisi du groupe comprenant le tamol, le métaphosphate de sodium, le calgon, le Saratan, et le Handpol, le plus préféré
étant un surfactant anionique, ie métaphosphate de sodium. La séparation magnétique en milieu aqueux permet de séparer les ferrites qui se retrouvent dans la fraction moins magnétique (12) et les magnétites qui se retrouvent dans la portion magnétique (14).
Étape B) Traitement de la portion comprenant les ferrites Ce traitement comprend les sous-étapes suivantes 5 b1 ) la fraction non magnétique (12) de la séparation sur tambour magnétique permet d'obtenir un concentré de ferrite qui, par tamïsage (16), isole et rejette les contaminants > 20 pm (18). Le charbon, les fragments métalliques et autres contaminants ainsi isolés sont rejetés avec la fraction grossière.
b2) attrition (20), c'est-à-dire un broyage humide par friction au moyen de billes de zirconium dans le but de désagréger les panicules et obtenir une charge (22) dont la granulométrie moyenne des panicules la composant est d'environ 0,3 micron.
b3) optionnellement, mise en solution de fa charge (24) avec un solvant choisi en fonction du grade de pigments à produire.
Ce solvant est de préférence choisï du groupe comprenant:
- l'eau, qui permet, de façon très élémentaire, d'obtenir une ferrite comprenant une quantité de plomb assez élevée mais dans les normes dictées par fe TCLP, et qui est désignée sur le schéma comme étant une ferrite de grade 1;
- l'acide nitrique, qui joue un r~le d'oxydant, qui permet une lixiviation sélective efficace des poussières et qui permet d'obtenir une ferrite de grade 2.
- l'acide sulfurique, à un pH d°environ 3, a la flexibilité d'extraire la zincite, tout en conservant le zinc des ferrites. Ceci permet de produire un pigment utile comme ajout dans les bétons pour retarder ou accélérer la prise de ce dernier, et qui permet d'obtenir une ferrite de grade 3.

- le chlorure de calcium, qui permet d'extraire, de façon sélective, le plomb, et qui permet d'obtenir une ferrite de grade 4.
b4) séparation magnétique (26) ayant pour but d"extraire les magnétites sous-microniques qui n°ont pas pu être séparées lors de la première séparation magnétique parce qu'elles étaient emprisonnées à l'intérieur des agglomérats.
b5) tamisage (28), de préférence à 6 microns, pour enlever les billes de zirconium cassées et récupérer des pigments de ferrite de moins de 6 microns.
b6) de préférence, traitement des pigments par des procédés conventionnels, comme par exemple enrobage (30), séchage (32), micronisation (34), ensachage (36), tel que montré à la figure 1.
Tout dépendant du grade de pigments de ferrite obtenus, ceux-ci peuvent être utilisés comme pigments dans les revêtements anticorrosifs, dans les plastiques, aussi comme additifs dans les bétons de haute performance, ou pour augmenter la fluidité de ces derniers, etc.
Étape C) Traitement de la portion comprenant les maç~nétites Cette partie du procédé, qui n'est pas représentée sur la figure 1, comprend les sous-étapes suivantes c1 ) attrition avec billes de zirconium pour éliminer, par désagrégation, toute autre particule que les magnétites.
Au microscope, les magnétites ont la forme de billes sphériques agglomérées avec d°autres composés non sphériques, tels des oxydes de magnésium, de calcium, du charbon. L'attrition est un broyage par friction, n'ayant pas ou peu d'effet fors du frottement entre les surtaces sphériques avec ies sphères de magnétite. Ce traitement élimine de façon efficace les autres phases de morphologie irrégulière.
ll n'y a que fes particules non sphériques qui se désagrègent.

c2) la fraction faiblement magnétique peut être séparée d'une magnétite fortement magnétique. Commercialement, les magnétites fortement magnétiques peuvent être utilisées dans les encres pour les codes barres, tandis que les magnétites faiblement magnétiques peuvent être utilisées dans les encres °'toner'°.
Les magnétites comprennent aussi d'autres composés, tel le charbon, et des phases de Mg et Ca, et des particules métalliques qui sont isolées sur le tamis de 20 pm.La poussière peut contenir jusqu'à 24% de magnétite dont la granulométrie est entre 0,2 micron et 200 microns avec une concentration en poids de 95% entre 20 pm et 200 pm.
c3) les deux types de magnétite obtenus sont soumis à un broyage ayant pour but de concasser les billes de magnétite.
c4) attrition des magnétites broyées pour obtenir des pigments d'environ 0,3 micron.
c5) acidification avec de l'acide nitrique pour enlever le calcium, et c6) traitement des pigments par des procédés conventionnels.
Le tableau II ci-joint donne les compositions d'échantillons de différents grades de pigments de ferrite obtenus à partir du procédé selon l'invention, et à
différents pH
utilisés lors du deuxième traitement de lixiviation (24).
Bien qu'un mode de réalisation préféré de l'invention ait été décrit en détail ci-haut et illustré dans le dessin annexë, I°invention n°est pas limitée à ce seul mode de réalisation et plusieurs changements et modifications peuvent y être effectués par une personne du métier sans sortir du cadre ni de I°esprit de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS:
1. Un procédé hydrométallurgique de séparation des poussières d'aciéries utilisant un four à arc électrique, comprenant les étapes de:
a) séparation des ferrites des magnétites sans briser la structure cristallographique des spinelles et résultant en une première fraction comprenant des ferrites et une deuxième fraction comprenant de la magnétite, cette étape de séparation comprenant les sous-étapes de :
- lavage des poussières dans l'eau avec agitation, suivi d'un rinçage à
l'eau ;
- désorption des ferrites adsorbées sur les magnétites en ajoutant à la solution issue du rinçage, un surfactant anionique, de préférence le métaphosphate de sodium ; et - séparation magnétique pour séparer ladite première fraction de ladite deuxième fraction ; et b) traitement de la première fraction pour produire des pigments de ferrite ;
et/ou c) traitement de la deuxième fraction pour produire des pigments de magnétite.
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