LU81330A1 - PROCESS AND PLANT FOR THE RECOVERY OF IRON, ZINC AND LEAD CONTAINED IN DUST AND SLUDGE FROM BLAST FURNACES, AS WELL AS CONVERTERS AND ELECTRIC STEEL FURNACES - Google Patents
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Description
A 572A 572
8-| ΐ—T AiRAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG8- | ΐ — T AiRAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG
I 0 ù y 3 0MAM979 du —............................................... Monsieur le Ministre de l’Économie NationaleI 0 ù y 3 0MAM979 du —.......................................... ..... Minister of National Economy
Titre délivré ................................. [5¾¾¾ Service de la Propriété Industrielle,Title issued ................................. [5¾¾¾ Industrial Property Service,
__BftS LUXEMBOURG__BftS LUXEMBOURG
. —tl·—— Demande de Brevet d’invention. —Tl · —— Application for Patent
30,M W30, M W
I. Requête ARBED. ..S - A.................................................................................................................................................................................................<1>I. ARBED request. ..HER............................................. .................................................. .................................................. ................................................ <1 >
Avenue de la ..Liberté, LUXEMBOURG......................Avenue de la ..Liberté, LUXEMBOURG ......................
représentée p.ar...Mon.s.ieur René NEYEN, ingénieur........................................................(2) dépose....... ce ...trente.mai 1900 soixante-dix-neuf................................... .....(3) à ../jß.................. heures, au Ministère de l’Economie Nationale, à Luxembourg : 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d'invention concernant : • Procédé et installation pour la récupération du fer,.....du zinc........(4) et... du. plomb contenus dans les poussières et boues de hauts................represented by ... Mon. rené NEYEN, engineer .................................. ...................... (2) deposits ....... this ... thirty May 1900 seventy-nine .... ............................... ..... (3) to ../ jß ...... ............ hours, at the Ministry of National Economy, in Luxembourg: 1. this request for obtaining an invention patent concerning: • Process and installation for recovery iron, ..... zinc ........ (4) and ... du. lead contained in high dust and sludge ................
fourneaux./ ainsi que de convertisseurs...e.t. de...fours..él.e.ctrigues.......furnaces./ as well as converters ... e.t. of ... ovens..electrical .......
d1aciéries déclare, en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeur (s) est (sont): ....................................Monsieur. Paul METZ_____________________ ______ _____________ ________ ___________________________(5) ingénieur 18/ rue J.P. Brasseur ................................................... LUXEMBOURG....................................................................................................................d1aciéries declares, assuming responsibility for this declaration, that the inventor (s) is (are): ........................ ............ Sir. Paul METZ_____________________ ______ _____________ ________ ___________________________ (5) engineer 18 / rue JP Brasseur ................................... ................ LUXEMBOURG ................................. .................................................. .................................
2. la délégation de pouvoir, datée de ... Luxeinbourç le 29 mai. 1.979.______ 3. la description en langue française de l’invention en deux exemplaires ; 4. ......1________ planches de dessin, en deux exemplaires ; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, le .30.mai 1979............................... .................2. the delegation of power, dated ... Luxeinbourç on May 29. 1.979 .______ 3. the description in French of the invention in two copies; 4. ...... 1________ drawing boards, in two copies; 5. the receipt of the taxes paid to the Luxembourg Registration Office, .30 May 1979 ............................ ... .................
revendique pour la susdite demande de brevet la priorité d’une ides) demande(s) de (6) ............... ........ .......... ... déposées s) en (7) le __________________________/.................................................................................................................................. ....................................... (8) au nom de ................ .................................................... ¢9) élit domicile pour lui ''eile t et, si désigné, pour son mandataire, è Luxembourgclaims for the above patent application the priority of an idea (s) of (6) ............... ........ ..... ..... ... deposited in (7) on __________________________ / ................................ .................................................. ................................................ .. ..................................... (8) on behalf of ....... ......... ......................................... ........... ¢ 9) takes up residence for him '' and, if appointed, for his representative, in Luxembourg
Administration Centrale de 1»ARBED, Case postale 1802 dO) sollicite la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrie ei représenté dans les annexes susmentionnées, — avec ajournement de cette délivrance à 1e mois.Central Administration of ARBED, PO Box 1802 dO) requests the issuance of a patent for the object described and represented in the abovementioned appendices, - with adjournment of this issuance to the 1st month.
L„ mandataire IL Priteês-verfcü de DépôtThe agent IL Priteês-verfcü de Dépôt
La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Economie Nationale, Service de la Propriété Industrielle à Luxembourg, eri date du : 3 Q HAl î8?8The aforesaid patent application has been filed with the Ministry of National Economy, Industrial Property Service in Luxembourg, eri date: 3 Q HAl î8? 8
Pr- k Ministre de l'Economie Nationale, à .............. heures //f^' \ n. d.Pr- k Minister of National Economy, at .............. hours // f ^ '\ n. d.
/ /£* ke.Chef ôu Service dsTfe pfôpriété Industrielle, 'z' f ; t r A,« V: J } V ' ' * A 572 * Demande de brevet A R B E D S.A./ / £ * ke.Chef ôu Service dsTfe pfipriété Industrielle, 'z' f; t r A, "V: J} V '' * A 572 * Patent application A R B E D S.A.
Avenue de la Liberté LUXEMBOURGAvenue de la Liberté LUXEMBOURG
Procédé et installation pour la récupération du fer, du zinc et du plomb contenus dans les poussières et boues de hauts fourneaux, ainsi que de convertisseurs et de fours électriques d'aciéries *·Process and installation for the recovery of iron, zinc and lead contained in dust and sludge from blast furnaces, as well as from converters and electric furnaces from steelworks * ·
La présente invention concerne un procédé et une installation pour la récupération du fer, du zinc et du plomb contenus dans les poussières et boues de hauts fourneaux, ainsi que de convertisseurs et de fours électriques d'aciéries.The present invention relates to a process and an installation for the recovery of iron, zinc and lead contained in dust and sludge from blast furnaces, as well as from converters and electric furnaces from steelworks.
5 Les hauts fourneaux peuvent produire suivant leur mar che jusqu'à 100 tonnes de poussières et de boues par 1.000 tonnes de fonte. Des quantités considérables de poussières sont par ailleurs recueillies lors de l'épuration des gaz des fours d'affinage.5 Blast furnaces can produce up to 100 tonnes of dust and sludge per 1,000 tonnes of pig iron depending on their market. Considerable amounts of dust are also collected during the purification of gases from refining furnaces.
10 Les poussières et boues peuvent contenir, suivant la qualité et la composition des minerais, des agglomérés ou des ' mitrailles enfournés et la marche des installations, des quanti tés variables en fer, en zinc, en plomb et en métaux alcalins présents dans les poussières et boues sous forme d'oxydes com-15 plexes.10 Depending on the quality and composition of the ores, agglomerates or scraps sent in the oven and the operation of the installations, the dust and sludge may contain variable amounts of iron, zinc, lead and alkali metals present in the dust. and sludges in the form of complex oxides.
Ainsi on se trouve devant des déchets qui ne sont pas recyclables par voie directe. En effet un recyclage direct conduirait à une concentration du zinc, du plomb et des alcalins à l'intérieur des diverses installations, pouvant polluer les ,20 produits fabriqués, ainsi que des gênes considérables au cours des coulées par la formation de fumées nocives.So we are faced with waste that cannot be recycled directly. In fact, direct recycling would lead to a concentration of zinc, lead and alkalis inside the various installations, which could pollute the products produced, as well as considerable discomfort during the flows by the formation of harmful fumes.
Par ailleurs il serait évidemment désirable de pouvoir d'un côté isoler le fer contenu dans ces déchets pour le réintégrer dans les processus de production et d'un autre côté ré-25 cupérer le zinc et le plomb en vue d'utilisations spécifiques.Furthermore, it would obviously be desirable to be able, on the one hand, to isolate the iron contained in this waste to reintegrate it into the production processes and, on the other hand, to recover the zinc and lead for specific uses.
De nombreuses recherches ont été faites dans ce sens et ont abouti à des procédés dont la majeure partie tombe dans le domaine de la chimie, resp. de l'électrochimie.A lot of research has been done in this direction and has resulted in processes, most of which fall into the field of chemistry, resp. electrochemistry.
Ainsi un procédé, mis au point par le déposant et dé-30 crit dans le brevet luxembourgeois no. 73.039, consiste à soumettre des poussières à une lixiviation avec de l'eau saturée en CO2 et à séparer l'eau qui contient le zinc solubilisé. Ce dernier est précipité en éliminant le CO2. Ce procédé donne d'excellents résultats pour ce qui est de l'isolatiog du zinc.Thus a process, developed by the applicant and described in the Luxembourg patent no. 73.039, consists in subjecting dust to leaching with water saturated with CO2 and in separating the water which contains the dissolved zinc. The latter is precipitated by removing the CO2. This process gives excellent results with regard to the isolation of zinc.
35 Toutefois les résidus de la lixiviation contiennent encore la quasi-totalité du plomb et une partie des alcalins, si bien qu' un recyclage à la charge d'un haut fourneau n'est guère à recommander .35 However, the leaching residues still contain almost all of the lead and some of the alkalis, so that recycling at the expense of a blast furnace is hardly recommended.
D'autres procédés sont basés essentiellement sur la calcination des poussières pelletisées et la volatilisation du zinc, le plomb étant très difficile à vaporiser. Ainsi il est p.ex. connu de traiter suivant le procède Waelz des poussières pelletisées ensemble avec un réducteur carbonifère à 1'intérieur „ 5 d'un four rotatif où se déroule en phase solide la réduction des oxydes métalliques, de concert avec la réaction de Boudouard, tandis qu'en phase gazeuse il y a oxydation du zinc vaporisé.Other processes are essentially based on the calcination of pelletized dust and the volatilization of zinc, lead being very difficult to vaporize. Thus it is for example known to treat according to the Waelz process pelletized dust together with a carboniferous reducer inside „5 of a rotary kiln where the reduction of metal oxides takes place, in concert with the reaction of Boudouard, while in the gas phase there is oxidation of the vaporized zinc.
Un autre procédé prévoit la calcination des poussières pelletisées ensemble avec des fines de coke dans ur£ enceinte 10 close à l'exclusion d'oxygène, à des températures de 1050-1150°C. Au cours de ce traitement le zinc est volatilisé à pratiquement v 100% et le plomb à environ 15%. Pour réduire davantage les te neurs en plomb dans le résidu on propose de pratiquer le même procédé à plusieures reprises.Another method provides for the calcination of dust pelletized together with coke fines in a closed enclosure 10, excluding oxygen, at temperatures of 1050-1150 ° C. During this treatment, the zinc is almost 100% volatilized and the lead about 15%. To further reduce the lead levels in the residue, it is proposed to practice the same process several times.
15 Les procédés basés sur la calcination des poussières pelletisées sont très lents et ne résolvent pas le problème de la récupération de fer exempt de plomb et de soufre d'une manière satisfaisante. Les procédés chimiques et électrochimiques par contre nécessitent des réactifs onéreux resp. de larges 20 quantités d'électricité et sont confrontés en plus aux problèmes de l'élimination des résidus liquides.The methods based on the calcination of pelletized dust are very slow and do not solve the problem of recovering lead-free iron in a satisfactory manner. Chemical and electrochemical processes on the other hand require expensive reagents resp. large amounts of electricity and are further confronted with the problems of disposal of liquid residues.
Le but de l'invention est donc de proposer un procédé qui permet de récupérer le fer, le zinc et le plomb contenus dans les poussières et boues et qui évite les désavantages des 25 procédés classiques décrits plus haut.The object of the invention is therefore to propose a process which makes it possible to recover the iron, zinc and lead contained in the dust and sludge and which avoids the disadvantages of the conventional processes described above.
Ce but est atteint par le procédé suivant l'invention qui est caractérisé par le fait que l'on volatilise le zinc en introduisant en continu les poussières ou boues séchées et broyées dans un bain de fer, que l'on introduit en même temps 30 en continu dans ledit bain des 'matières carbonées en quantité suffisante pour y maintenir une teneur en carbone supérieure à 1% ,que l'on ajoute dans le bain des formateurs d'un laitier à caractère basique et que l'on prévoie des moyens de chauffage pour compenser les pertes en chaleur dans ledit bain.* 35 L'idée qui est à la base de la présente invention consiste à remplacer les traitements par calcination connus par une réaction complexe qui comporte d'une part une réduction rapide opérée par le carbone contenu et constamment rajouté dans le bain de fer et d'autre part une volatilisation sélective du zinc réduit, le plomb réduit ayant une température d'évaporation très élevée, et finalement une fusion du fer réduit. Le plomb qui s'oxyde difficilement à la température du fer liquide en présence de faibles quantités d'oxygène, se retrouve dans le 5 fond du bain, sous forme métallique.This object is achieved by the process according to the invention which is characterized by the fact that the zinc is volatilized by continuously introducing the dried or ground dust or sludge into an iron bath, which is introduced at the same time. continuously in said bath carbonaceous materials in sufficient quantity to maintain therein a carbon content greater than 1%, which is added to the bath of the formers of a slag with a basic character and which means are provided for heating to compensate for the heat losses in the said bath. content and constantly added in the iron bath and on the other hand a selective volatilization of the reduced zinc, the reduced lead having a very high evaporation temperature, and finally a fusion of the reduced iron. Lead, which hardly oxidizes at the temperature of liquid iron in the presence of small amounts of oxygen, is found in the bottom of the bath, in metallic form.
Par ailleurs en maintenant sur le bain une couche de laitier présentant de préférence un indice de basicité proche de 1,4, on parvient à retenir le soufre contenu dans les poussières et boues traitées. Ceci constitue un avantage considé-10 rable vis-à-vis des procédés classiques basés sur la calcination réductrice dont les produits sont pollués par le soufre et par conséquent non-utilisables directement sans épuration supplémentaire.Furthermore, by maintaining a layer of slag on the bath, preferably having a basicity index close to 1.4, it is possible to retain the sulfur contained in the treated dust and sludge. This constitutes a considerable advantage over conventional methods based on reductive calcination, the products of which are polluted by sulfur and therefore cannot be used directly without additional purification.
Une première forme d'exécution du procédé suivant l'in-15 vention prévoit que l'on insuffle les matières à traiter, les recarburants et les formateurs de laitier en-dessous de la surface du bain. La présente forme d'exécution peut être réalisée soit par l'intermédiaire d'une lance plongeante et à l'aide d'un gaz porteur réducteur ou neutre, soit en analogie à un quelcon-20 que procédé d'affinage d'acier par soufflage par le fond.A first embodiment of the process according to the invention provides that the materials to be treated, the fuel additives and the slag formers are blown below the surface of the bath. The present embodiment can be carried out either by means of a plunging lance and using a reducing or neutral carrier gas, or in analogy to any method of steel refining by blowing from the bottom.
Selon une deuxième forme d'exécution on introduit les matières à traiter, les recarburants et les formateurs de laitier dans le bain par soufflage d'en haut, en analogie avec le procédé LDAC et on soutient dans le bain une agitation intense 25 en y insufflant du gaz à travers une brique poreuse. Le gaz est encore du gaz neutre ou réducteur.According to a second embodiment, the materials to be treated, the fuels and the slag formers are introduced into the bath by blowing from above, in analogy with the LDAC process and intense agitation is supported in the bath by blowing into it. gas through a porous brick. The gas is still neutral or reducing gas.
Une troisième forme d'exécution prévoit d'opérer un soufflage latéral combiné à une insufflation de gaz à travers une brique poreuse.A third embodiment provides for side blowing combined with gas blowing through a porous brick.
30 Selon une forme d'exécution particulièrement avanta geuse du procédé suivant l'invention, le gaz d'insufflation est constitué par les fumées d'un convertisseur à oxygène, prélevées pendant les phases de soufflage lorsqu'elles présentent une teneur élevée en monoxyde de carbone et une teneur très 35 basse en oxygène. Ces fumées de convertisseur sont normalement brûlées.According to a particularly advantageous embodiment of the process according to the invention, the blowing gas consists of the fumes of an oxygen converter, taken during the blowing phases when they have a high content of carbon monoxide. carbon and a very low oxygen content. These converter fumes are normally burned.
Le rôle qui incombe au gaz d'insufflation consiste d' abord à transporter les poussières et les ajoutes à l'intérieur du bain et à provoquer à 1'intérieur de ce dernier une agitationThe role which falls to the blowing gas consists first of all of transporting the dust and the additions inside the bath and of causing inside the latter a stirring
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intense et ensuite à soutenir la volatilisation rapide vers la surface du bain.intense and then to support the rapid volatilization towards the surface of the bath.
Les fumées de zinc dégagées sont oxydées suivant Zn+CX^·* ZnO+CO en phase gazeuse pour être évacuées et recueillies 5 en continu/ tandis que l'on soutire de manière intermittente une partie du bain métallique ou du laitier liquide qui est formé pendant le traitement suivant l'invention et qui contient le soufre. Le métal coulé est soumis généralement à une granulation, de préférence à une granulation à l'eau. Ces granules 10 peuvent alors être intégrés à la charge d'un haut fourneau. Le laitier soutiré peut également être granulé.The zinc fumes released are oxidized according to Zn + CX ^ · * ZnO + CO in the gas phase to be evacuated and collected continuously / while part of the metal bath or liquid slag which is formed is withdrawn intermittently during the treatment according to the invention and which contains sulfur. The cast metal is generally subjected to granulation, preferably to water granulation. These granules 10 can then be integrated into the charge of a blast furnace. The slag drawn off can also be granulated.
Pour l'exécution du procédé il faut veiller à ce que le bain de fer fraîchement enfourné, de même que les formateurs de laitier ne contiennent qu'un minimum de silicium, car le zinc 15 et le plomb forment très facilement des composés complexes avec l'oxyde de silicium, lesquels complexes sont extrêmement stables.For the execution of the process, it must be ensured that the freshly baked iron bath, as well as the slag formers contain only a minimum of silicon, since zinc 15 and lead very easily form complex compounds with l 'silicon oxide, which complexes are extremely stable.
Une forme d'exécution préférée de l'installation servant à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend notamment un récipient métallur-2o gique (1°) r une lance (23) munie d'un revêtement réfractaire (26) dont la tête (25) se trouve à proximité du fond du bain (15) et dont l'entrée est reliée à un doseur alvéolaire (20) situé en-dehors du récipient, ainsi qu'une conduite (14) qui s'étend à l'intérieur du récipient et qui est reliée à un collecteur de 25 poussières (30).A preferred embodiment of the installation used for implementing the method according to the invention is characterized in that it comprises in particular a metallur-2o container (1 °) r a lance (23) provided with a refractory lining (26), the head (25) of which is located near the bottom of the bath (15) and the inlet of which is connected to a cellular metering device (20) located outside the container, as well as a pipe ( 14) which extends inside the container and which is connected to a dust collector (30).
L'usage d'un doseur alvéolaire du type décrit par le déposant dans le brevet luxembourgeois no. 80.692 est particulièrement avantageux dans le présent contexte, étant donné que l'on peut maintenir à l'intérieur de sa tuyauterie et dans la 30 lance une pression du gaz constante, suffisante pour imprimer au bain une agitation intense et ajouter au courant de gaz une quantité réglable de poussières, de recarburants ou de fondants.The use of a honeycomb dispenser of the type described by the applicant in Luxembourg patent no. 80.692 is particularly advantageous in the present context, since it is possible to maintain inside its piping and in the lance a constant gas pressure, sufficient to impart intense agitation to the bath and add a adjustable amount of dust, fuel or flux.
Le récipient métallurgique (10) est fermé au moyen d'un couvercle amovible (11) que traversent la lance *(23) et 35 des électrodes (12) de chauffage.The metallurgical container (10) is closed by means of a removable cover (11) through which the lance * (23) and the heating electrodes (12) pass.
Tandis que la lance peut être solidaire du couvercle amovible, les électrodes sont ajustables en hauteur, étant donné qu'il n'est prévu qu'un chauffage par intermittence suivant besoin.While the lance may be integral with the removable cover, the electrodes are adjustable in height, since only intermittent heating is provided as required.
* — r: _ I Le récipient est muni par ailleurs d'un trou de coulée (16) pour le métal qui peut conduire dans un bac de granulation (40) et d'un trou de coulée (17) destiné à l'évacuation du laitier (18) .* - r: _ I The container is also provided with a tap hole (16) for the metal which can lead into a granulation tank (40) and with a tap hole (17) intended for the evacuation slag (18).
5 D'autres caractéristiques et avantages ressortent de la description donnée ci-après avec référence au dessin qui représente une vue schématique d'une forme d'exécution possible de l'installation suivant l'invention.5 Other characteristics and advantages emerge from the description given below with reference to the drawing which represents a schematic view of a possible embodiment of the installation according to the invention.
Le récipient métallurgique (10) illustré est muni d'un 10 couvercle (11) amovible. Ce dernier est traversé par la lance (23) et par les électrodes (12) .The illustrated metallurgical container (10) is provided with a removable cover (11). The latter is crossed by the lance (23) and by the electrodes (12).
La lance (23) qui est ici du type immergé comporte un revêtement réfractaire (26) extérieur. Par la tête (25) de la lance (23) on peut ainsi évacuer les additions dans le fond 15 du bain (15). La lance est reliée à l'autre extrémité à un doseur alvéolaire (20).The lance (23) which is here of the submerged type comprises an outer refractory lining (26). By the head (25) of the lance (23) one can thus evacuate the additions in the bottom 15 of the bath (15). The lance is connected at the other end to a cellular metering device (20).
Les gaz d'insufflation/ sous une pression (P) suffisante pour assurer un barbotage" intense du bain, traversent le doseur alvéolaire (20) et la lance (23), si bien qu'il suffit 20 d'ajuster la rotation de l'arbre (22) du doseur (20) à une vitesse déterminée, pour injecter dans le bain (15) une quantité voulue des poussières qui se trouvent dans l'entonnoir (21).The insufflation gases / under a pressure (P) sufficient to ensure an "intense bubbling of the bath, pass through the alveolar metering device (20) and the lance (23), so that it suffices to adjust the rotation of the 'shaft (22) of the metering device (20) at a determined speed, for injecting into the bath (15) a desired amount of dust which is in the funnel (21).
On peut ajouter par la même voie ou par un doseur alvéolaire séparé les quantités nécessaires de recarburant, ain-25 si que de formateurs de laitier. Ces produits peuvent être mélangés au préalable.It is possible to add by the same route or by a separate cellular metering device the necessary quantities of refueling, as well as of slag formers. These products can be mixed beforehand.
Les poussières métalliques sont traitées à l'intérieur du bain (15) qui est maintenu dans un état d'agitation constante grâce aux gaz d'insufflation.The metal dust is treated inside the bath (15) which is kept in a state of constant agitation thanks to the blowing gases.
30 Les poussières de ZnO, formées au cours du traitement, sont évacuées par la conduite (14) et recueillies à l'intérieur * d'un cyclone (30) muni d'un déchargeur (31).The ZnO dust, formed during the treatment, is evacuated through the pipe (14) and collected inside * of a cyclone (30) provided with a discharger (31).
Une certaine quantité du bain, dont le volume augmente en continu grâce aux quantités de fer récupérées à- partir 35 des poussières au cours du traitement, est soutirée par intermittence à travers le trou de coulée (16). Le métal coulé peut subir une granulation à l'eau à l'intérieur du bac (40), pour être réintégré à la charge d'un haut fourneau. Alternativement on peut enfourner directement dans un convertisseur d'aciérie j le métal fondu qui est exempt de soufre grâce à la présence du laitier basique lors du traitement. La séparation du plomb est particulièrement aisée, étant donné que grâce à son poids spé-cifique élevé le plomb métallique s'assemble au fond du bain.A certain quantity of the bath, the volume of which increases continuously due to the quantities of iron recovered from the dust during the treatment, is withdrawn intermittently through the tap hole (16). The cast metal can undergo water granulation inside the tank (40), to be reintegrated at the expense of a blast furnace. Alternatively, the molten metal which is free of sulfur can be put directly into a steelworks converter thanks to the presence of basic slag during the treatment. The separation of lead is particularly easy, since thanks to its high specific weight the metallic lead is assembled at the bottom of the bath.
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