Procédé de fabrication de boulettes à partir d'une matière solide finement divisée
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de boulettes à partir d'une matière finement divisée, notamment de boulettes poreuses de minerai de fer se prêtant à la réduction sans fusion.
Les nombreux procédés connus pour la fabrication de boulettes de minerai de fer comprennent essentiellement deux opérations successives. La première opération est une opération de bouletage destinée à former, à partir des fines de minerais de fer, des petites boules humides ayant un diamètre, par exemple de l'ordre de 1 cm, par roulage des fines humidifiées dans un appareil à surface tournante, tel qu'un disque ou un tambour bouleteur. La seconde opération consiste à durcir ces boulettes par frittage dans un four approprié.
Les boulettes humides résultant de la première opération étant friables on a proposé de leur conférer une dureté plus grande au moyen d'un liant, par exemple d'amidon ou de silicate de soude, ajouté en petite quantité. L'adjonction du liant est effectuée suivant les procédés connus soit en le mélangeant aux fines humides à partir desquelles l'on forme les boulettes, soit en enrobant celles-ci avec le liant avant de les soumettre au durcissement thermique. Dans le premier cas, la force centrifuge tend à repousser le liant, en même temps que l'eau, vers une zone périphérique des boulettes en cours de formations.
Ainsi, dans les deux cas susmentionnés, l'adjonction du liant a pour résultat uniquement la formation d'une couche périphérique à haute concentration de liant, lequel, une fois durci, ne rend plus dure que cette zone périphérique des boulettes, l'intérieur de celles-ci restant toujours peu résistant.
Ainsi, les procédés connus de fabrication de boulettes de minerai de fer nécessitent l'opération thermique de durcissement destinée à conférer aux boulettes une résistance mécanique suffisante pour leur permettre de résister à la manutention, au transport et à l'écrasement lors de la réduction ultérieure, par exemple dans un haut fourneau. Comme on le sait, le durcissement par frittage nécessite l'utilisation d'installations coûteuses et entraîne des frais de chauffage considérables. I1 est à remarquer aussi que, dans les boulettes de minerai de fer obtenues par les procédés susmentionnés dans lesquels on utilise un liant. la couche périphérique endurcie qui résulte de la concentration élevée du liant au voisinage de la surface des boulettes est beaucoup moins poreuse que l'intérieur de celles-ci.
Ces couches périphériques endurcies gênent le passage des gaz à travers les boulettes lors de la réduction ultérieure et rendent ainsi cette réduction moins efficace.
Le procédé selon la présente invention élimine les inconvénients susmentionnés des procédés connus en permettant la fabrication de boulettes poreuses ayant une résistance mécanique élevée sans avoir recours aux traitements thermiques de durcissement. I1 est caractérisé par le fait que l'on prépare un mélange agglomérable par mouillage de ladite matière finement divisée avec une solution aqueuse d'un liant colloidal, inorganique, la quantité de solution étant au moins 1% en poids de la matière sèche finement divisée, que l'on forme de petits nodules à partir de ce mélange, que l'on soumet ces petits nodules à un séchage partiel,
progressif en présence d'un agent durcisseur du liant et cela pendant une courte durée de manière à faire durcir celui-ci dans une zone périphérique de ces petits nodules pour former une mince barrière capable de diminuer en majeure partie l'échappement du liant de ces petits nodules, que l'on soumet ces derniers à un roulement sur un lit tournant de ce mélange agglomérable de manière à les faire croître, que l'on soumet les nodules agrandis à un séchage partiel, progressif en présence dudit agent durcisseur de manière à faire durcir le liant et à former encore une barrière dans une zone périphérique de ces nodules agrandis, et que l'on répète ces opérations de roulement des nodules sur un lit tournant du mélange agglomérable et de séchage subséquent autant de fois qu'il est nécessaire pour obtenir,
par étapes successives, des boulettes ayant la grandeur désirée, et que l'on prolonge la dernière opération de séchage et de durcissement de manière à sécher entièrement ces boulettes et à effectuer la prise en masse du liant qu'elle contiennent.
Ce procédé consiste donc essentiellement à utiliser une solution aqueuse d'un liant inorganique, colloïdal approprié pour mouiller la matière finement divisée à partir de laquelle l'on désire fabriquer les boulettes et cela de manière à obtenir un mélange agglomérable, à effectuer l'agglomération de ce mélange par plusieurs étapes successives suivies chacune d'un séchage et d'un durcissement périphérique de manière à obtenir successivement, sous forme de couches concentriques, des boulettes ayant la grandeur désirée, et à effectuer le séchage complet de ces boulettes et la prise en masse du liant qu'elles contiennent.
Ainsi, grâce au séchage et durcissement périphérique des boulettes, que l'on effectue après chaque étape d'agglomération, la solution de liant est retenue dans lesdites couches successives. I1 en résulte que, après le séchage et la prise en masse finale, le liant est distribué aussi bien à l'intérieur qu'à la péri- phérie de ces boulettes. Le procédé conforme à l'invention permet ainsi d'obtenir des boulettes homogènes qui sont consolidées uniformément grâce à la présence du liant et qui, en même temps, sont très poreuses. Ceci présente un avantage considérable, notamment dans le cas des boulettes de minerai, par exemple de minerai de fer, ces boulettes pouvant être réduites facilement par chauffage, sans fusion, en présence d'un gaz réducteur approprié.
Ainsi, il devient possible d'effectuer la réduction et l'affinage du métal sans nécessiter l'utilisation de grandes installations telles que les hauts fourneaux.
La figure unique du dessin annexé illustre schématiquement le procédé conforme à l'invention.
Comme on le voit sur la figure, I'agglomération se fait, en l'occurrence, en deux étapes successives. La matière finement divisée que l'on désire agglomérer, par exemple le minerai de fer, est introduite de façon continue et en quantité réglable à partir de deux trémies 1 et 2, dans deux agglomérateurs, respectivement 3 et 4, à plateau tournant, de type classique connu également sous le nom de table de granulation . La matière finement divisée est mouillée continuellement au moyen d'une solution aqueuse d'un liant colloïdal inorganique, par exemple une solution aqueuse de silicate de soude, qui est stockée dans des réservoirs 5, 6 et que l'on introduit, également en quantité réglable, au moyen d'arrosoirs 7 et 8 dans les agglomérateurs, respectivement 3 et 4.
La qualité de solution que l'on ajoute au moyen des arrosoirs 7, 8 doit être d'au moins 1% du poids de matières fines sèches. On choisit la quantité ainsi que la teneur en eau de cette solution de façon que le mélange obtenu contienne juste la quantité de liquide nécessaire pour permettre l'agglomération. Cela sera le cas pour une solution d'un silicate et/ou un aluminate de soude lorsque la concentration du liant est comprise entre 30 et 55 % en poids.
Comme on le sait, grâce à la rotation des plateaux des agglomérateurs 3 et 4, la matière finement divisée s'étale sur ceux-ci pour former des lits tournants et cette rotation produit, en outre, un mélange intime de la solution de liant avec cette matière. Le premier agglomérateur 3 sert à former des nodules humides relativement petits, qui sont transportés par un tapis roulant 9, à travers une chambre de séchage 10 où ils sont exposés, à un courant d'air pendant une courte durée, avant d'être introduits dans le second agglomérateur 4.
Ce passage à travers la chambre 10 sert à faire sécher et à durcir une zone périphérique relativement mince des petits nodules de manière à former sur ceux-ci des barrières destinées à limiter l'échappement, sous l'effet de la force centrifuge, de la solution aqueuse de l'intérieur des nodules lors de leur roulement subséquent dans fagglo- mérateur 4. Il est à remarquer que les petits nodules ainsi consolidés à leur périphérie remplissent le rôle de germes pour la deuxième étape d'agglomération. Dans l'agglomérateur 4, ces germes roulent sur un lit tournant dudit mélange agglomérable et grossissent jusqu'à ce que l'on obtienne des boulettes ayant la grandeur désirée.
A la sortie de l'agglomérateur 4 est disposé un second tapis roulant 11 servant à transporter les boulettes à travers une deuxième chambre 12 de séchage à l'air qui sert à les sécher complètement et à assurer la prise en masse du liant qu'elles contiennent. Les boulettes sont ensuite recueillies dans un récipient 13, lequel pourrait faire partie d'une installation destinée aux traitements ultérieurs, notamment la réduction.
Il est à remarquer que, bien qu'il ne soit pas essentiel, I'air de séchage traversant les chambres 10 et 12 pourrait être chauffé, par exemple à 80 à 1000 C, et éventuellement chargé de CO2 afin d'accélérer le séchage, d'une part, et la prise en masse du liant, d'autre part. La température de l'air ainsi que sa quantité doivent toutefois être limitées afin d'assurer un séchage progressif et non brutal des boulettes et d'éviter leur éclatement. Elles doivent en outre être choisies de manière que la vitesse de séchage soit adaptée à celle d'agglomération.
Il convient de noter que, pour simplifier l'explication,
I'on a illustré et décrit ci-dessus seulement deux étapes d'agglomération, mais il va de soi que le nombre de ces étapes et des opérations de séchage intermédiaires variera selon le cas, notamment en fonction de la grandeur des boulettes que l'on désire obtenir et des propriétés d'agglomération de la matière finement divisée.
La formation de nodules et l'accroissement de ces derniers peuvent être effectués au moyen de tout agglomérateur approprié. Ainsi, on pourrait utiliser un dispositif d'extrusion, pour la première étape de formation de nodules, et soit des tambours soit des plateaux rotatifs pour les étapes d'agglomération subséquentes.
Le fait que le procédé conforme à la présente invention s'effectue sans chauffage sensible de la matière à agglomérer et que la distribution uniforme du liant dans les boulettes obtenues confère à celles-ci une bonne résistance mécanique, rend possible l'application de ce procédé à l'agglomération de beaucoup de matières finement divisées de natures très différentes.
Dans le cas du minerai de fer, ce procédé permet d'agglomérer indifféremment les magnétites et les hématites ainsi que les mélanges de ces deux matières. De plus, le procédé permet soit de maintenir le même état d'oxydation du minerai lors de l'agglomération, soit d'effectuer l'agglomération dans un milieu réducteur afin d'obtenir au moins une réduction partielle du minerai.
Il est à remarquer que la porosité uniforme des boulettes obtenues par le procédé conforme à l'invention permet l'accès facile d'agents réducteurs à l'intérieur de ces boulettes, ce qui favorise évidemment la réduction ultérieure, notamment dans le cas du fer. Il en résulte une diminution notable de la quantité de ces agents réducteurs, nécessaire en vue de l'élaboration du métal.
De plus, cette réduction peut s'effectuer au moyen d'une installation relativement simple telle qu'un four à cuve dans lequel l'on met les boulettes en contact avec un agent réducteur tel que l'hydrogène ou le monoxyde de carbone, tout en chauffant les boulettes, par exemple à 7000 C dans le cas du minerai de fer. Les boulettes ayant subi la réduction peuvent ensuite être mises en fusion directement dans un four approprié, par exemple dans un four à arc, et il va de soi que le four de réduction et le four de fusion pourraient constituer des parties d'une même installation servant à l'obtention du métal affiné à partir des fines de minerai.
Toutefois, lorsque les boulettes réduites ne sont pas destinées à la mise en fusion directe, il devient nécessaire d'éviter une réoxydation rapide à l'air. A cet effet, on peut par exemple former, par compression, des billettes à partir de ces boulettes, afin de diminuer la surface que présente à l'air le métal réduit.
Il est évident que le procédé conforme à l'invention permet l'incorporation, d'une manière relativement simple, de substances additionnelles dans les boulettes, ces substances pouvant être ajoutées sous forme de poudre au mélange humide servant à l'agglomération dans l'une ou dans plusieurs, voire dans toutes les étapes successives d'agglomération. Ainsi, par exemple, notamment dans le cas du minerai de fer, on peut incorporer facilement des fines de charbon aux boulettes afin de favoriser la réduction ultérieure de celles-ci, c'est-à-dire de les rendre autoréductibles. De même, on peut incorporer aux boulettes, lors de l'agglomération, des substances scorifiantes favorisant l'affinage ultérieur. A cet effet on peut utiliser la chaux (CaO) et/ou la magnésie (MgO) pour faciliter l'affinage du fer, c'est-à-dire pour rendre les boulettes autofondantes.