récupération du silicium métal dans des laitiers de …infoterre.brgm.fr/rapports/85-DAM-050-MIN.pdfC M S T.V. * Poids 6 56 36 100 * Le bilan pondéral des opérations c 1) des

BRGM

BOZEL ELectrométallurgieTour Roussel Nobel cedex 3

92080 PARIS-LA DÉFENSE

récupération du silicium métaldans des laitiers de fonderie

étude d'orientation de la séparation électrostatique

M . SaveF. Proust

Décembre 1 98585 D A M 050 MIN

BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRESDIRECTION DES ACTIVITÉS MINIÈRES

Département MinéralurgieB.P. 6009 - 45060 ORLÉANS CEDEX 2 - Tél.: (33) 38.64.34.34

RESUME

Lors de 1'élaboration du silicium métal dans ses unités industrielles, la

Société BOZEL Electrométallurgie produit une certaine quantité de laitiers rési-

duels contenant encore de 25 à 35 % du précieux métal. Dans un cadre exploratoire,

cette Société a contacté le Département Minéralurgie du B.R.G.M. pour étudier la

possibilité de le récupérer.

Il était souhaité que le procédé soit simple et que la granulométrie du pro-

duit final ne soit pas inférieur à 0,4 mm voire 2 mm si possible. La teneur et la

récupération du métal devaient être de 1 'ordre de 80 %.

Nous avons proposé de tester deux procédés de séparation :

- la séparation électrostatique,

- le tri optique ou électromagnétique, morceau par morceau.

Dans un premier temps, seule la séparation électrostatique a été testée :

d'abord, par des essais d'orientation en laboratoire qui ont permis de vérifier

1'applicabilité du procédé et de définir les conditions opératoires (schéma de

traitement, granulométrie du produit, configuration de 1'appareil de traitement),

puis par des essais dans une unité industrielle qui ont permis d'établir un bilan

de la séparation.

Le laitier brut est concassé à 2 mm environ puis traité en deux fractions sé-

parées :

+ 0,4 - 1 mm

+ 1 - 2,25 mm.

Le traitement de la fraction fine, en trois étapes, est relativement bon. Se-

lon le mode appréciation de la mixité des particules (mettant en oeuvre soit le

comptage des particules placées dans le champ d'une loupe binoculaire, soit les

analyses chimiques élémentaires permettant de reconstituer les espèces minérales

en présence), le concentré final titre 91 % ou 72,7 % en silicium métal pour une

récupération métal de 92 ou 71,7 %. La récupération pondérale est de 33,6 %.

Le traitement de la fraction grossière est un peu plus difficile : le concen-

tré final titre 73 % ou 59,2 % en silicium métal selon le mode d'estimation. La ré-

cupération métal est de 73 ou 67,6 % et la récupération pondérale de 35,5 %.

Afin d'établir un bilan plus précis du traitement et de mieux apprécier l'ef-

ficacité de la séparation électrostatique, il est conseillé de réaliser une étude

minéralogique détaillée qui permettrait de connaître l'état du silicium métal dans

le laitier.

TABLE DES MATIERES

O

OOO

P a g e s

R E S U M E

1. INTRODUCTION 1

?.. MODE OPERATOIRE 3

2.1. Description du matériel 3

2.2. Schémasde traitement 4

3. RESULTATS 6

3.1. Fraction + 0,4 - 1 mm 6

3.2. Fraction + 1 - 2,25 mm 10

4. CONCLUSION 15

A N N E X E 17

Note RDM/MIN/84/nc 254 du 20 mars 1984

"Récupération de silicium métal dans des laitiers de fonderie :Etude d'orientation de la séparation électrostatique"par M. SAVE, F. CLIN, F. PROUST.

1. INTRODUCTION

La Société BOZEL ElectométalLurgie dispose d'un stock de Laitiers de fon-

derie contenant environ 25 % de silicium métaL. Mais La répartition du métal

est très hétérogène :

Les laitiers de fonderie à traiter sont sous forme de blocs de quelques

centimètres à plusieurs mètres de diamètre. Le silicium métal est inclus dans

la masse (gangue silicatée) sous forme de particules de quelques dizaines de

microns ou de blocs de plusieurs dizaines de centimètres. La gangue et Le métal

sont parfois très poreux lorsque des gaz sont restés mêlés au Laitier au moment

de la solidification. De plus. La masse volumique du silicium métal est très

proche de celle de la gangue silicatée. De ce fait, La séparation densimétrique

est impossible (La Société BOZEL nous a confié que des essais préliminaires

l'avaient démontré).

Compte tenu des conditions de traitement définies par la Société BOZEL :

- traitement physique simple,

- traitement discontinu envisageable,

- granulométrie du produit enrichi :

supérieure à 2 mm, si possible

supérieure à 0,4 mm, au minimum

- récupération du métal : supérieure à 80 %,

nous avons proposé de tester deux types de séparation :

. la séparation par triage optique ou électromagnétique, morceau

par morceau,

. la séparation électrostatique.

Le premier mode de séparation exige un lourd investissement, ce qui sup-

pose un potentiel de traitement important (par la quantité de métal récupéra-

ble, soit dans le volume du stock initial, soit dans La production continue du

Laitier). Il est envisagé de définir un programme d'étude de ce traitement avec

Les constructeurs de matériel ultérieurement.

Le second mode de séparation a retenu l'intérêt de la Société BOZEL. Il

fait L'objet du présent compte-rendu.

En 1984, une étude préliminaire en Laboratoire a été réalisée sur quelques

échantillons de 1 à 2 kg. En dépit d'une grande hétérogénéité de la distribution

du silicium métal dans les différents lots de Laitier, les essais de séparation

électrostatique, réalisés avec un appareil de laboratoire CARPCO (rotor de 14 cm

de largeur) avaient démontré l'efficacité de ce mode de traitement. La note rap-

portant cette étude est présentée en Annexe.

A La suite de ces résultats encourageants, une nouveLle campagne d'essais

utilisant un appareil industriel a été proposée. Compte tenu des résultats de

L'étude préliminaire, deux lots de Laitier ont été préparés par La Société BOZEL :

- un lot de 2,48 tonnes de granulométrie + 1 - 2,25 mm

- un Lot de 1,45 tonne de granulométrie + 0,4 - 1 mm.

ILs ont été traités sur le site d'Echassières (Allier) dans les installations

de La Société des Kaolins de Beauvoir (S.K.B.).

2. MODE OPERATOIRE

Les essais de Laboratoire avaient confirmé La nécessité d'effectuer un sé-

chage maximaL des produits en amont de La séparation éLectrostatique, pour évi-

ter que L'humidité résidueLLe du Laitier et L'humidité atmosphérique n'aLté-

rent grandement L'efficacité du procédé. Les instaLLations de S.K.B. compre-

naient un sécheur à gaz en amont de La séparatrice éLectrostatique. Tous Les

produits, y compris Les produits recycLés, ont été traités dans L'ensembLe du

ci rcuit.

2.1. Description du matériel.

ALimentateur I

Four sécheur

ALimentateur II-

Séparatri ceéLectrostatique

Lonnage

Stockage ourecycLage

- ALimentateur I :

Trémie équipée d'une vis extractrice.

- Four de séchage :

Tube ouvert à doubLe enveLoppe (L x D = 4 x 0,4 m) équipé de reLeveurs,

combustibLe : gaz propane.

Deux brûLeurs orientés à contre-courant (situés à L'extrémité du tube

entre Les deux enveLoppes).

- ALimentateur II :

Trémie équipée d'un distributeur statique fonctionnant par gravité (sys-

tème de répartition par trappe et défLecteurs).

- Séparatrice éLectrostatique :

Type CARPCO HT 25

tambour de 0,3 m de diamètre et 0,5 m de Largeur

débit : environ 500 kg/h.

- Echanti L Lonnages :

Tous Les produits ont été échantillonnés par des prises ponctuelles aléa-

toires et l'ensemble des concentrés finaux ont été remis à la Société BOZEL

qui les a quartés pour réaliser les analyses chimiques.

2.2. Schémas de traitement

Conformément aux conclusions des essais en laboratoire, les deux lots de

laitier ont été traités selon un schéma particulier pour chaque granulométrie

. fraction + 0,4 - 1 mm :

Laitier brut

Concentré I (C)N.Stériles I (S)

Mixtes I (M)

I2ème séparation électrostatique

Concentré II (MO Stériles II (MS)Mixtes II (MM)

Concentré III (MMC) ^ Stériles III (MMS)

Mixtes III (MMM)

. fraction + 1 - 2,25 mm

Laitier brut

11ère séparation électrostatique

Concentré I (O

1Stériles I (S)

2ème séparation électrostatique

Concentré II (CC)

I3ème séparation électrostatique

Stériles II (CS)

Concentré III (CCC) Stériles III (CCS)

3. RESULTATS

3.1. Fraction + 0,4 - 1 mm

3.1.1. 1ère séparation électrostatique

- Débit = 550 kg/h

- Vitesse rotor = 80 tours/min

- Champ électrique = 20 kVolts

- Electrode ionisation (A) : position X

D =

- Electrode de champ (B) : position X

D

- Volet 1 : position verticale

- Volet 2 : position D = 1 cm.

4 cm

5 cm

11 cm

5 cm.

FLux des particulessans champ magnétique

Non conducteursConducteurs

Volet 2 Volet 1

Bilan de La séparation :

Fractions séparées

Conducteurs

Mixtes

Non conducteurs

Total

Symbole

C

M

S

T.V.

*Poids

6

56

36

100

* Le bilan pondéral des opérations c1) des échantillonnages ponctuels2) des poids réels de la totalité

tallurgie

,3

,9

,8

Teneuren métalpar

évalua-tion

visuelle

97

47

1

33,2

Distrib.métal

18,4

80,5

1,1

100,0

Teneuren métal

paranalyseschimiques

**

81,2

41,5***

9,4

32,2

Distrib.métal

15,9

73,4

10,7

100,0

ie traitement a été établi sur la base :effectués pendant leur réalisation et,des concentrés fournis à BOZEL Electromé-

** Toutes les analyses chimiques ont été réalisées par les laboratoires de laSociété BOZEL Electrométallurgie. La teneur en métal est calculée à partirdes analyses élémentaires des différents constituants

*** Analyse reconstituée par combinaison des produits effectivement analysés.

3.1.2. 2ème séparation électrostatique (retraitement des mixtes)

- Débit = 300 kg/h


- Champ électrique : 20 kVolts

- Electrode ionisation A : X = 4 cm

D = 5 cm

- Electrode champ B : X = 8 cm

D = 5 cm

- Volet 1 : positionné tangentiellement au flux de particules en

l'absence de champ électrique, à l'extérieur de ce flux

- Volet 2 : incliné à 45°.



Conducteurs

Mixtes

Non conducteurs

Total

Symbole

MC

MM

MS

M

Poids%

17,4

61,8

20,8

100,0

Teneuren métal

parévalua-tion

visuelle

90

45

12

46 .

Distrib.métal

34,1

60,5

5,4

100,0

Teneuren métal


80,1

40,0

26,4

44,2

Distrib.métal

31,7

55,9

12,4

100,0

3.1.3. 3ème séparation électrostatique (retraitement des mixtes secondaires)

- Débit = 350 kg/h



- Electrode ionisation A : X = 11 cm

D = 5 cm

- Electrode champ B : X = 16 cm

D 5 cm i


l'absence de champ électrique, à l'intérieur de ce flux.

- Volet 2 : position telle que D = 1 cm.

le but est de maintenirau maximum les particu-les sur le tambour

Bilan de la séparation :


Conducteurs

Mixtes

Non conducteurs

Total

Symbole

MHC

MMM

MMS

MM

Poids%

49,4

33,2

17,4

100,0

Teneuren métal

parévalua-tion

visuelle

90

6

2

47

Distrib.métal

95,0

4,3

0,7

100,0

Teneuren métal


65,2

20,1

11,5

40,9

Distrib.métal

78,8

16,1

4,9

100,0

3.1.4. Bilan général


Conducteurs 1

Conducteurs 2

Conducteurs 3

Mixtes 3

Non conducteurs 1

Non conducteurs 2

Non conducteurs 3

Total

Symbole

C

MC

MMC

MMM

S

MS

MMS

T.V.

Poids%

6,3

9,9

17,4

11,7

36,8

11,8

6,1

100,0

Teneurmétalévalua-tion

visuelle

97

90

90

6

1

12

2

33,3

Distrib.métal

18,4

26,8

47,0

2,1

1,1

4,2

0,4

100,0

Teneurmétal

analyseschimiques

81,2

80,4

65,2

20,0

9,4

26,4

11,5

34,0

Distrib.métal

15,0

23,4

33,3

6,9

10,2

9,1

2,1

100,0

L'ensemble des fractions conductrices représente 33,6 % du Laitier brut.

Par évaluation visuelle de la proportion de particules d"'aspect métallique"

dans les divers produits, et en assimiLant ces particules à du silicium métal

pur, la teneur en métal de l'ensemble des conducteurs est estimée à 91 %, soit

une récupération métal de 92,2 % par rapport au Laitier brut.

Les teneurs en silicium métal calculées à partir des analyses chimiques

élémentaires effectuées par la Société BOZEL conduisent à une teneur moyenne

de 72,7 % pour une récupération métal de 71,7 %.

Dans le premier cas, les résultats de La séparation éLectrostatique sont

excellents. Ils sont certainement optimistes dans la mesure où les particules

d'"aspect métallique" ont toutes été considérées comme du silicium métal pur

tandis que les particules de gangue ont été considérées comme absolument sté-

riles. Néanmoins, les évaluations ont été établies par comptage des particu-

les placées dans le champ d'une Loupe binoculaire équipée d'un réticule (cha-

que évaluation étant La moyenne d'une dizaine d'observations), on peut donc

leur attribuer un certain crédit au moins quant à la distribution des particu-

les "métalLiques".

10

Dans Le second cas. Les résuLtats de La séparation éLectrostatique sont

reLativement acceptabLes. Les teneurs en si Li ci um métaL sont déduites des

anaLyses chimiques éLémentaires après reconstitution des espèces minéraLes

présentes.

Dans ce cas, indépendamment de La quaLité des anaLyses, Le siLicium mé-

taL est estimé sans tenir compte de son état d'association avec La gangue.

IL ne représente donc pas Le métaL "récupérabLe", mais Le métaL "présent".

Or, Le biLan du traitement éLectrostatique devrait être étabLi sur La

base du siLicium métaL effectivement récupérabLe (physiquement récupérabLe).

Compte tenu du fait que La Société BOZEL ELectrométaLLurgie avait défini une

Limite granuLométrique inférieure de 0,4 mm pour que Le concentré finaL soit

"utiLisabLe", une certaine proportion de particuLes de Laitier est constituée

de mixtes minéraLogiques dont certains sont probabLement très finement im-

briqués car L'observation sous La Loupe binocuLaire ne permet pas de mettre

en évidence une espèce métaLLique (Les particuLes non conductrices parais-

sent dépourvues de métaL). A L'inverse, Les particuLes conductrices parais-

sent purement métaLliques. Dans ce cas, et sous réserves de confirmation par

une étude minéraLogique détaiLLée de ces particuLes, une méthode de sépara-

tion physique ne peut pas être compLétement efficace.

3.2. Fraction + 1 - 2,25 mm

Cette fraction granuLométrique a nécessité une adaptation mécanique de

L'aLimentateur de La séparatrice éLectrostatique. En effet, L'écouLement

n'était pas possibLe avec Le dispositif d'origine : des défLecteurs concaves

ont dû être fabriqués et instaLLés pour permettre une distribution réguLière

du produit.

3.2.1. 1ère séparation électrostatique

- Débit = 550 kg/h


- Champ éLectrique = 22 kVoLts

- ELectrode ionisation (A) : position X = 8 cm

D = 6 cm

- ELectrode champ (B) : position X = 16 cm

D = 6 cm

11

Volet 1 : supprimé

Volet 2 : positionné à 45°

Flux des particulessans champ magné-tique

Non conducteurs Conducteurs

Volet 2 Volet 1

Bilan de la séparation


Conducteurs

Non conducteurs

Total

Symbole

C

S

T.V.

Poids%

83,7

16,3

100,0

* Teneur analysée de la fraction + 1 - 2,<

Teneuren métalpar

évalua-tion

visuelle

33

4

28

25 mm : 28,

Distrib.métal

97,7

2,3

100,0

Teneuren métal


34,7

10,8

30,8 *

2 % Si métal

Distrib.métal

94,3

5,7

100,0

12

3.2.2. 2ème séparation électrostatique (retraitement des conducteurs)

- Débit = 550 kg/h



- Electrode ionisation (A) : X = 11 cm

D = 5 cm

- Electrode champ (B) : X = 16 cm

D = 7 cm I


l'absence de champ électrique, à l'intérieur de ce flux,

- Volet 2 : supprimé.

Bilan de la séparation :

Le but est de faireadhérer mieux les par-ticules sur le tambour


Conducteurs

Non conducteurs

Total

Symbole

ceesC

Poids%

56,4

43,6

100,0

Teneuren métal

parévalua-tion

visuel le

55

3

32

Distrib.métal

95,9

4,1

100,0

Teneuren métaL


51

14,6

35,1

Distrib.métal

81,9

18,1

100,0

3.2.3. 3ème séparation électrostatique (retraitement des conducteurs)

- Débit = 400 kg/h



- Electrode ionisation (A) : X

D

- Electrode champ (B) : X

D

= 11 cm

= 5 cm

= 16 cm

= 7 cm


l'absence de champ électrique, à l'intérieur de ce flux.

- Volet 2 : supprimé.

13



Conducteurs

Non conducteurs

Total

Symbole

CCC

CCS

ce

Poids%

75,2

24,8

100,0

Teneuren métalpar

évalua-tion

visuelle

73

12

58

Distrib.meta l

94,8

5,2

100,0

Teneuren métaLpar

analyseschimiques

59,2

25,6

50,9

Distrib.meta l

87,5

12,5

100,0

L'objectif qui avait été fixé par la Société BOZEL était d'obtenir un

concentré titrant de l'ordre de 75 % en silicium métal. L'épuration du pro-

duit CCC n'a donc pas été poursuivie.

3.2.4. Bilan général


Conducteurs 3

Non conducteurs 3

Non conducteurs 2

Non conducteurs 1

Total

Symbole

CCC

CCS

esS

T.V.

Poids

35,5

11,7

36,5

16,3

100,0

Teneuren métalpar

évalua-tion

visuelle

73

12

3

4

29

Distrib.meta L

89,1

4,8

3,8

2,3

100,0

Teneuren métal


59,2

25,6

14,6

10,8

31,1

Distrib.métal

67,6

9,6

17,1

5,7

100,0

Le concentré final (CCC) représente 35,5 % du poids de laitier initial

pour une teneur en silicium métal estimée visuellement à 73 % et une récupé-

ration métal de l'ordre de 89 %.

Le bilan étabLi à partir des analyses chimiques effectuées par la Société

BOZEL est nettement plus défavorable. Les observations qui ont été rapportées

14

au paragraphe 3.1.4. à propos du traitement de La fraction + 0,4 - 1 mm sont

également applicables dans le cas présent : c'est l'appréciation du degré de

mixité des particules qui différencie Les résultats.

On notera d'ailleurs que les bilans établis aussi bien à partir de l'éva-

luation visuelle que des analyses chimiques montrent que La séparation élec-

trostatique est un peu moins efficace sur la fraction grossière + 1 - 2,25 mm,

en raison surtout d'une moindre libération du métal.

15

4. CONCLUSION

Deux Lots de Laitier, correspondants chacun à une fraction granuLométrique

du produit brut concassé à 2 mm, ont été soumis à un traitement éLectrostatique

dans une unité industrieLLe.

Le premier Lot (1,45 tonne), de granuLométrie + 0,4 - 1 mm, a subi un trai-

tement en trois étapes produisant chacune : un concentré, un stén'Le et un mix-

te à retraiter dans La phase suivante. Trois concentrés pesant respectivement

87, 131 et 246 kg ont été produits et remis à La Société BOZEL ELectrométaLLur-

gie. L'ensembLe de ces concentrés représente 33,6 % du Laitier brut. Le biLan

quaLitatif du traitement a été étabLi à partir de deux procédés :

- comptage des particuLes pLacées dans Le champ d'une Loupe

binocuLai re

- reconstitution des espèces minéraLes à partir des anaLyses

chimiques éLémentaires effectuées par La Société BOZEL.

Le premier procédé conduit à une récupération métaL de 92,2 % pour une te-

neur moyenne de 91 % en siLicium.

Le second conduit à une récupération métaL de 71,7 % seuLement pour une te-

neur moyenne de 72,7 X. Remarquons, que même dans ce cas, La séparation éLectros-

tatique conduit à des résuLtats corrects.

Le second Lot (2,48 tonnes), de granuLométrie + 1 - 2,25 mm, a subi un

traitement en trois étapes produisant chacune un stériLe définitif et un précon-

centré à retraiter dans La phase suivante. La dernière étape de traitement pro-

duit un concentré représentant 35,5 °Â du Laitier brut. La quasi totaLité de ce

produit (880 kg) a été remise à La Société BOZEL.

Le biLan du traitement, étabLi à partir du comptage des particuLes conduit

à une récupération métaL de 89 % pour une teneur de 73 % (siLicium). Les anaLy-

ses chimiques conduisent à une récupération métaL de 67,6 % pour une teneur de

59,2 %.

On constate que Le traitement éLectrostatique de cette fraction granuLomé-

trique est pLus difficiLe en raison essentieLLement de La moindre Libération du

métaL.

16

Les deux procédés d'évaLuation mis en oeuvre se différencient essentielle-

ment par l'appréciation du degré de mixité des différentes particules de minerai :

le premier comptabilise les particules d'aspect métallique comme du siLicium pur

et inversement les particules de laitier comme étant dépourvues de métal, tandis

que le second ne prend pas en considération les caractéristiques physiques de

l'état minéralogique du silicium métal (granulométrie. Libération).

Aucun des deux procédés ne permet d'établir un bilan prenant en compte la

notion de métal "récupérable" : cette notion étant définie pour un procédé physi-

que simple et pour une maille de broyage donnée.

Une étude minéralogique détaillée mettant en oeuvre les techniques de micros-

copie électronique à balayage, quantomètre analyseur d'images et microsonde élec-

tronique permettrait sans doute d'appréhender cette notion de manière satisfai-

sante.

Ceci permettrait d'évaluer plus précisément les performances de la séparation

électrostatique et les limites d'épuration et de récupération imposées par l'état

du silicium métal dans le laitier brut.

0

000

17

A N N E X E

BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES

DIRECTION DES RECHERCHES ET DU DÉVELOPPEMENT MINIERS

B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01

RECUPERATION DE SILICIUM METAL

DANS DES LAITIERS DE FONDERIE :

ETUDE D'ORIENTATION DE LA SEPARATION ELECTROSTATIQUE

PAR

M. SAVE - F. CLIN - F. PROUST

NOTE RDM/MIN/84/N0 254 du 20 mars 1984

Département minéralurgie

DIFFUSION : Sté BOZEL : 3 ex.RDM/MIN : M. DE BACKER - M. SAVE - G. BAUDET

F. CLIN - F. PROUST

CHRONO - COURRIER

TABLE DES MATIERES

PAGESRESUME

1 - DEFINITION DU PROBLEME

2 - CONDITIONS OPERATOIRES

3 - RESULTATS

3.1. FRACTION GRANULOMETRIQUE + 0,05 - 1,0 mm 7

3.2. FRACTION GRANULOMETRIQUE + 0,05 - 0,2 mm 11

3.3. FRACTION GRANULOMETRIQUE +1,0 - 2,0 mm 15

- CONCLUSIONS 19

R E S U M E

Pour le compte de la Société BOZEL Electrométallurgie, le Département

"Minéralurgie" du B.R.G.M. a réalisé une étude d'orientation concernant le

traitement électrostatique de laitiers de fonderie. L'objectif était d'évaluer

les possibilités de ce mode de séparation pour récupérer le silicium métal

contenu dans les laitiers.

Les essais ont été réalisés avec un appareil de laboratoire et ont

conduits aux conclusions suivantes :

La séparation électrostatique est applicable aux fractions granu-

lométriques relativement grossières (jusqu'à - 2 mm).

Elle permet d'obtenir un concentré de silicium métal titrant plus

de 80 % avec une récupération métal dépassant 80 %, pour les frac-

tions granulométriques les plus favorables.

Avec la même qualité, la récupération reste de l'ordre de 70 %

pour les fractions extrêmes fines et grenues.

Les fractions granulométriques permettant une séparation la plus

sélective ont été définies :

+ 0,05 - 0,2 mm

+ 0,2 - 0,8 mm

+ 0,8 - 2,0 mm

A chacune de ces fractions correspond un schéma de traitement parti-

culier.

Ces résultats extrêmement encourageants doivent être vérifiés avec un

appareil industriel pour établir un bilan définitif de ce procédé de traitement

appliqué à la récupération du silicium métal dans les laitiers de fonderie de

la Société BOZEL Electrométallurgie.

Pour Le compte de La Société BOZEL ELectrométaLLurgie, Le

Département "MinéraLurgie" du B.R.G.M. a réaLisé une étude d'orientation

concernant Le traitement éLectrostatique de Laitiers de fonderie.

L'objectif était d'évaLuer Les possibiLités de ce mode de

séparation pour récupérer Le siLicium métaL contenu dans Les Laitiers.

Les essais ont donc été réaLisés uniquement à L'écheLLe Laboratoire.

0„0

- 1 -

1 - DEFINITION DU PROBLEME

La Société BOZEL dispose d'un stock de Laitiers contenant environ

25 % de siLicium métal. Mais La répartition du métal est très hétérogène :

Les échantillons de minerai qui nous ont été remis avaient une teneur comprise

entre 13 et 34 %. De ce fait, il a été difficile de faire des bilans cohérents

des résultats et de les corréler.

Les laitiers de fonderie à traiter sont sous forme de blocs de quelques

centimètres à plusieurs mètres de diamètre. Le silicium métal est inclus dans

la masse (.gangue, iiticatzz.) sous forme de particules de quelques dizaines de

microns ou de blocs de plusieurs dizaines de centimètres. La gangue et le mé-

tal sont parfois très poreux lorsque des gaz sont restés mêlés au laitier au

moment de la solidification. De plus. La masse volumique du siLicium métal est

très proche de celle de la gangue silicatée. De ce fait, La séparation densi-

métrique est impossible (La Soclítí BOZEL notxt, a con&ií qut dt¿ <UAaU> pizLL-

mirwLViu> ¿'avaient dzmontAt').

Compte-tenu des conditions de traitement définies par la Société BOZEL

- Traitement physique simple.

- Traitement discontinu envisageable.

- Granulométrie du produit enrichi :

supérieure à 2 mm, si possible

supérieure à 0,4 mm, au minimum.

Récupération du métal : supérieure à 80 %.

Le Département "Minéralurgie" a proposé de tester deux types de sépa-

ration :

- La séparation par triage optique, morceau par morceau.

- La séparation électrostatique.

Le premier type de séparation est en cours de définition avec les cons-

tructeurs de matériel. Le second type fait l'objet du présent compte-rendu.

- 2 -

2 - CONDITIONS OPERATOIRES

Les essais ont été réalisés avec un appareil CARPCO, type HTM 111—

15 B dont les caractéristiques sont Les suivantes :

- ROTOR diamètre : 35,6 cm (14 pouctA)

largeur : 14 cm (5,5 pouces)

vitesse variable

- ELECTRODES 2 types électrode d'ionisation

électrode de champ

longueur : 12,5 cm (5

Positionnement réglable dans le plan perpen-

diculaire à l'axe du rotor.

- CHAMP ELECTRIQUE Potentiel variable jusqu'à 35 Kvolts.

- ALIMENTATION - débit variable

largeur 8 cm

Le schéma de principe est le suivant :

Fie. 35. — Schrmu d'une M'/Hiralinncleclrnxlnliqiit où l'fleclrisulion¡1rs grains se /ail ¡uir innisuliun.

A ' ) i-lcctrotle ionisanlc rçlice à lasource île courant continu hautetrusión : U ' ) ilcclrode cylin-drique rolutive mise à la terre ;C ) ¿li-clrode de c h a m p nonionisante ; 1)') alimentation ;E'j fraction de niinixaux m a u -vais conducteurs ; I") tractionde minéraux mixtes : G ) frac-lion de minéraux bons conduc-teurs.

F' G'

- 3 -

Diverses fractions granulométriques ont été choisies arbitrairement

pour réaliser Les essais préliminaires :

0,05

0,2

0,6

0,05

1,0

mm

mm

mm

mm

mm

- 0,2

- 0,6

- 1,0

- 1,0

- 2,0

mm

mm

mm

mm

mm

REMARQUE : L'élimination systématique des fines particules - 0,05 mm

se justifie pour trois raisons :

1) Elles représentent un danger d'explosion (oxydation

du silicium métal) lors du traitement utilisant un

champs électrique très élevé qui crée quelquefois

des arcs électriques entre les deux électrodes.

2) La séparation électrostatique par ce type de machine

à rotor est inefficace sur les fines particules qui,

d'autre part peuvent gêner la séparation des autres

particules en se collant sur leur surface ("slime

coating").

3) La fraction granulométrique - 0,05 mm représente une

faible partie du produit tout venant dans le cas d'un

broyage ménagé à 2 mm.

La Société BOZEL a préparé ces diffétentes fractions granulométriques.

Malheureusement, elles n'ont pas été constituées à partir du même lot de Lai-

tier initial : en conséquence, leurs teneurs respectives en silicium métal

sont très variables : (vo-ct -ichèma. ¿ivivant)

- 4 -

FRACTIONS

Tout-venant

Fraction

Fraction

Tout-venant

Fraction

Fraction

GRANULOMETRIQUES

0

1

0,6

0

0

0,05

- 2

- 2

- 1

- 1

- oy- 1

mm

mm

mm

mm

,05 mm

mm

TENEUR en Si

14,6

13,9

10,9

33,5

24,9

33,8

METAL*

(estimé)

* Toutes les analyses chimiques élémentaires présentées dans

ce rapport ont été réalisées et communiquées par la Société

BOZEL Electrométallurgie.

Les essais préliminaires ont montré qu'il était possible de traiter

efficacement la fraction granulométrique 1 - 2 mm.

Cette maille a donc été retenue pour réaliser le broyage ménagé du

laitier. La distribution granulométrique du produit broyé est la suivante :

FRACTIONS

+ 2,0

+ 1,0

+ 0,6

+ 0,2

+ 0,1

+ 0,08

+ 0,05

GRANULOMETRIQUES

-

- 2,0

- 1,0

- 0,6

- 0,2

- 0,1

- 0,08

- 0,05

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

POIDS %

0,3

50,4

17,8

21,7

5,0

1,5

1,7

1,5

l POIDS %

0,3

50,7

68,5

90,2

95,2

96,7

98,4

99,9

- 5 -

Le dessin de La courbe granulométrique en coordonnées

ROSIN-RAMMLER (vo-ú ilguAZ jointe.') est caractéristique du

broyage ménagé :

- partie rectiLigne en dessous de 1 mm

correspondant au type de minerai et

au mode de broyage utiLisé,

- partie tronquée au dessus de 1 mm

correspondant au rebroyage des

particuLes supérieures à 2 m m ,

partie Légèrement tronquée en dessous

de 0 ,07 m m , correspondant à un

"effet de bord" ila, bKoyabUJXi doj,

paAticuilZA {,-LnZi n'obilt peu tout à

{>cUt aux mimtà ¿OÍA).

La distribution granuLométrique du Laitier broyé à 2 mm

présente pLusieurs points d'intérêt :

a) Une bonne moitié du produit a une granuLométrie

supérieure à 1 mm ce qui est favorabLe à L'obtention

de silicium métal grenu.

b) La part de La fraction fine - 0,05 m m , non traitable

est très faible : 1,5 %.

c) Moins de 10 % du laitier broyé a une granulométrie

inférieure à 0 ,2 mm.

ANALYSE GRANULOMETRIQUE

Refus Cumuléso.i .

0,5.I

I5

10.

2 0 .

3 0 .

40 .

5 0 .

60 _

7 0 .

8 0 .

90.

95

96s

97

98

99

J:.

99,5 1

10 *

TÎ

-t-

!

3 4 5 6 7 8 9 10 3 4 5 6 7 8 9 10* 3 4 5 6 7 8 9

Mailles. en pm

- 7 -

3 - RESULTATS

Trois fractions granulométriques ont été plus particulièrement

étudiées :

+ 0,05 - 1 mm

+ 0,05 - 0,2 mm

+ 1 , 0 - 2,0 mm

Comme nous L'avons déjà signalé, ces fractions ne sont pas issues du

même lot de laitier initial, aussi n'ont-elles pas des teneurs en silicium

métal cohérentes. Le bilan des résultats doit donc être apprécié spécifique-

ment pour chaque fraction.

3.1. FRACTION GRANULOMETRIQUE + 0,05 - 1,0 mm

Cette fraction représente théoriquement 47,7 % en poids du Lai-

tier initial. Après divers essais d'orientation, les conditions opératoires

suivantes ont été retenues :

Premjer_Passa2e : - 2 électrodes d'ionisation positionnées

à 5 cm de la surface du rotor, respecti-

vement à 41° et 61° du plan horizontal

passant par l'axe du rotor.

- Champ électrique : 26 K.Volts

- Vitesse du rotor : 50 tours/mn

- 8 -

Bi Lan :

FRACTIONS SEPAREES

Conducteurs

Mixtes

Non Conducteurs

TOTAL

Symbole

C

M

S

POIDS %

19,7

53,4

26,9

100,0

SILICIUM METAL

Teneur %

74

16,6

0

23,5

Rendement %

62,1

37,9

0

100,0

- 1 électrode d'ionisation positionnée

à 61°.

- 1 électrode de champ positionnée

à 28°.



- 9 -

Bilan Retraitement :

FRACTIONS SEPAREES

Conducteurs

Mixtes

Non Conducteurs

MIXTES

Symbole

M C

M M

M S

M

POIDS %

10,8

28,7

13,9

53,4

SILICIUM METAL

Teneur %

77

2

0

16,6

Récupération %

35,5

2,4

0

37,9

Bi Lan Général :

FRACTIONS

C

C +

(C +

M

M

ENRICHIES

C

C + M M)

POIDS

19,

30,

59,

%

7

5

2

SILICIUM METAL

Teneur %

74

75

39,6

Récupération %

62,1

97,6

100 - e

- 10 -

La courbe ci-dessous renrésentant la fonction Teneur en Si métal =

f (KtcwpeJicvLLon po-tctó) permet de mettre en évidence Les possibilités de La

séparation électrostatique sur La fraction granulométrique 0,05 - 1,0 mm :

La teneur maximale en silicium métal qu'il est possible

d'obtenir est de l'ordre de 80 %.

- Plus de 97 % du silicium métal contenu dans le laitier

peut être récupéré dans un concentré titrant 75 %.

Tenet

•\oo

ça

Lait

jr

er

—

en Si métal :

- . - - •

— - ^ ^ (97,6)

(62,1) N.

brut

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l- 1

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It

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Y::^:^ | .""V ^ Z Z ^ . _ ____ . Récupératijon Poids _::.:Z£

- 11 -

3.2. FRACTION GRANULOMETRIQUE + 0,05 - 0,2 mm

Cette fraction ne représente théoriquement que 8,2 % en poids

du Laitier initial. Après divers essais d'orientation, Les conditions opé-

ratoires suivantes ont été retenues :

a) Premier_gassage - 2 électrodes d'ionisation

positionnées à 45° et 64°.



Bilan :

FRACTIONS SEPAREES

Conducteurs

Mixtes

Non Conducteurs

TOTAL

Symbole

C

M

S

POIDS %

9,29

36,97

53,74

100,00

SILICIUM METAL

Teneur %

86

45,4

2

25,8*

Récupération %

30,9

64,9

4,2

100,0

* La teneur en silicium métal analysée sur la fraction + 0,05

- 0,2 mm est de 25.

- 12 -

b) Deuxième Passage (.Ke.tAcUteme.nt dz¿ mixte*)- conditions opératoires identiques

au premier passage.

Bilan :

FRACTIONS SEPAREES

Conducteurs

Mixtes

Non Conducteurs

Mixtes

Symbole

M C

M M

M S

M

POIDS %

6,40

22,81

7,76

36,97

SILICIUM METAL

Teneur %

88

45,8

9

45,4

Récupération %

21,8

40,8

2,7

64,9

c) Troisième passage

Bilan :

: Uztn.cuLtme.nt d<¿¿ Mixtea M M)

- conditions opératoires inchangées.

FRACTIONS SEPAREES

Conducteurs

Mixtes

Non Conducteurs

Mixtes

Symbole

M M C

M M M

M M S

M M

POIDS %

3,66

15,24

3,91

22,81

SILICIUM METAL

Teneur %

83

46

10

45,8

Récupération %

11,8

27,1

1,5

40,4

- 13 -

d) Bi Lan général :

FRACTIONS

C

C

C

C + M

+ M

+ M

C + M

C

C

M

ENRICHIES

+ M M C

C + M M M

POIDS %

9,29

15,69

19,35

34,59

SILICIUM

Teneur %

86

86,8

86,1

68,4

METAL

Récupération %

30,9

52,7

64,5

91,6

Les possibilités de la séparation électrostatique sur la fraction

granulométrique 0,05 - 0,2 mm sont mises en évidence sur la courbe ci-

dessous :

- La teneur maximale du concentré de Si métal qu'il est

possible d'obtenir est de l'ordre de 87 %. Après trois

passages, la récupération métal atteint 64,5 %.

Plus de 90 % du métal contenu dans le laitier peut être

récupéré soit dans un concentré global titrant près de

70 %, soit dans un concentré riche titrant 86 - 87 %

d'une part et d'autre part un produit mixte (MMM)

titrant 46 %.

- H -

Tenei

¡

100 25

85

50 : ,

Frac

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-

Poids

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LU

z<

<

C•j-

<

- 15 -

3 . 3 . FRACTION GRANULOMETRIQUE + 1,0 - 2 ,0 mm

Cette fraction représente 50 ,7 X en poids du Laitier initial.

Après divers essais d'orientation, Les conditions opératoires suivantes ont

été retenues :

a) : - 1 électrode d'ionisation positionnée

à 61°.

1 électrode de champ positionnée à 33°.



- Le minerai a été Légèrement chauffé

(env-óton 60°C) juste avant Le

traitement.

Bi Lan :

FRACTIONS SEPAREES

Conducteurs

Mixtes

Non Conducteurs

TOTAL

Symbole

C

M

S

POIDS %

41,7

43,5

14,8

100,0

SILICIUM METAL

Teneur %

34,3

e

0

14,3*

Récupération %

100 - E

e

0

100

* La teneur en silicium métal analysée sur la fraction + 1 - 2 mm

est de 13,9.

- 16 -

b)

Conditions opératoires inchangées

hors Le positionnement des volets

de séparation entre Les Conducteurs

et Les Mixtes

Bilan :

FRACTIONS SEPAREES

Conducteurs

Mixtes

Conducteurs

Symbole

C C

C M

C

POIDS %

17,35

24,35

41,7

SILICIUM METAL

Teneur %

67

11

34,3

Récupération %

81,3

18,7

100,0

Bilan :

conduct&uW)

Conditions inchangées

FRACTIONS SEPAREES

Conducteurs

Mixtes

Conducteurs

Symbole

C C C

C C M

C C

POIDS %

11,0

6,35

17,35

SILICIUM METAL

Teneur %

86

34

67

Récupération %

66,2

15,1

81,3

- 17 -

FRACTIONS ENRICHIES

C C C

C C

C

POIDS %

11,0

17,35

41,7

SILICIUM METAL

Teneur %

86

67

34,3

Récupération %

66,2

81,3

100 - E

Les possibiLité de La séparation éLectrostatique sur La fraction

granuLométrique 1,0 - 2,0 mm sont mises en évidence sur La courbe ci-dessous

Teneur en Si MétaL

i

100

80

50

Fracti

i

\

\

\ (66,2)

\ (81,3)

>n brute

\ ( 100,0)

( ,— ) Récupération Métal

i " _ . _ " _ • .

i - - - -

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D l d S :,"~: —-:——zzrz

5t> 1Ö0

- 18 -

II est possible d'obtenir un concentré de silicium métal

titrant 86 % et représentant 66,2 % du métal contenu dans

Le laitier (.faa.ctA.on 1,0 - 1,0 m n ) .

Une augmentation de la récupération métal se traduit par

une baisse importante de la qualité du concentré global :

67 % Si pour une récupération métal de 81,3 %.

34,3 % Si pour une récupération métal de près de 100 %.

Mais si le produit "Mixtes C C M" est utilisable tel quel,

ou retraitable après broyage (avec t<¿¿ "HLxtZA C M" tvzn-

tu.e£lzme.n£), il est possible de récupérer plus de 80 %

du métal sous forme de deux produits :

- l'un de haute teneur : 86 % Si (C C C)

l'autre de moindre teneur :

34 % minimum (C C M tel qazf)

70 % probablement (C C M

- 19 -

- C O N C L U S I O N S

L'analyse des résultats ci-dessus montre que la séparation électro-

statique est un moyen efficace pour récupérer le silicium métal des laitiers

de fonderie :

elle est applicable sur des fractions granulométriques

relativement grossières (+ 1,0 - 1,0 m m ) ,

elle permet d'obtenir sur les fractions granulométriques

extrêmes (+ 1,0 - 1,0 mm dan¿ ¿aquzlle. iz mitai <¿¿>t mai

Ub&i'o. zt + 0,05 - 0,1 mm pou>i icLqwzLtz zttz u t un pzu

mo¿yu> tii-idacz) un concentré de silicium titrant plus de

80 % avec une récupération métal de l'ordre de 70 %.

Sur les fractions intermédiaires + 0,2 - 1,0 m m , la récu-

pération métal dépasse largement 80 % pour la même qualité,

la comparaison des résultats obtenus sur les différentes

fractions nous permet de définir les fractions granulo-

métriques les plus favorables à une séparation sélective :

+ 0,05 mm - 0 ,2 mm

+ 0 ,2 mm - 0 ,8 mm

+ 0 , 8 mm - 2,0 mm

A chacune de ces fractions correspond un schéma de traitement parti-

culier :

la fraction fine + 0,05 mm - 0,2 mm doit être traitée

avec deux électrodes d'ionisation successives et Les

mixtes doivent être progressivement épuisés.

- La fraction grenue + 0,iJ8 - 2,0 mm doit être traitée

avec une éLectrode d'ionisation et une électrode de

champ. C'est le concentré de métal qui doit être

progressivement relavé.

- 20 -

- La fraction intermédiaire + 0,2 - 0,8 mm doit être

traitée également avec une électrode d'ionisation

et une électrode de champ. Mais on peut soit fabri-

quer un concentré riche et retraiter les mixtes,

soit fabriquer un rejet définitif et retraiter

le concentré obtenu.

Les essais de séparation électrostatique avec un appareil de labora-

toire sont donc extrêmement encourageants. Il reste à vérifier avec un appa-

reil industriel les résultats obtenus pour établir un bilan définitif de ce

procédé de traitement appliqué à la récupération du silicium métal dans Les

laitiers de fonderie de la Société BOZEL ELectrométallurgie.

o o

0

Documents

récupération du silicium métal dans des laitiers de …infoterre.brgm.fr/rapports/85-DAM-050-MIN.pdfC M S T.V. * Poids 6 56 36 100 * Le bilan pondéral des opérations c 1) des