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
- Vitesse rotor = 96 tours/min
- 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°.
Bilan de La séparation :
Fractions séparées
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
paranalyseschimiques
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
- Vitesse rotor = 60 tours/min
- Champ électrique = 20 kVolts
- Electrode ionisation A : X = 11 cm
D = 5 cm
- Electrode champ B : X = 16 cm
D 5 cm i
- Volet 1 : positionné tangentiellement au flux de particules en
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 :
Fractions séparées
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
paranalyseschimiques
65,2
20,1
11,5
40,9
Distrib.métal
78,8
16,1
4,9
100,0
3.1.4. Bilan général
Fractions séparées
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
- Vitesse rotor = 40 tours/min
- 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
Fractions séparées
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
paranalyseschimiques
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
- Vitesse rotor = 56 tours/min
- Champ électrique = 19 kVolts
- Electrode ionisation (A) : X = 11 cm
D = 5 cm
- Electrode champ (B) : X = 16 cm
D = 7 cm I
- Volet 1 : positionné tangentiellement au flux de particules en
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
Fractions séparées
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
paranalyseschimiques
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
- Vitesse rotor = 60 tours/min
- Champ électrique = 19 kVolts
- Electrode ionisation (A) : X
D
- Electrode champ (B) : X
D
= 11 cm
= 5 cm
= 16 cm
= 7 cm
- Volet 1 : positionné tangentiellement au flux de particules en
l'absence de champ électrique, à l'intérieur de ce flux.
- Volet 2 : supprimé.
13
Bilan de La séparation :
Fractions séparées
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
Fractions séparées
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
paranalyseschimiques
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
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°.
- Champ électrique : 26 K.Volts
- Vitesse du rotor : 50 tours/mn
- 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
i- - - - - .- _ -i
l- 1
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_ .
\ (100,0)
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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°.
- Champ électrique : 22 K.Volts
- Vitesse du rotor : 70 tours/mn
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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_
• - . . _ : - . • : • : - . = : ~
2~ _ ' ;
f _ ... _ _ . _ _ .
__ Récupération
-
Poids
- "".". — : : - _ - :
_ _ . - ; _ . - - " . - " • • "
- • - - - -
_-.:_' _: .__ -::_- ^£l
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°.
- Champ électrique : 28 K.Volts
- Vitesse du rotor : 30 tours/mn
- 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 - - - -
. - - - 1 ".^: " • " . . - J - _ _ ; - ^ _ - : . - . ' . : - ; ^ . ----1
• • _ ' "-- - - R é c u p é r â t T « ñ - - r : P
. _. _. . . . . ..
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• - . - - .
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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