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Procédé de préparation de ciment
L'invention se rapporte à là fabrication du ciment, particulièrement du ciment de Portland de type courant et de variétés spéciales de ce ciment. L'invention vise plus particulièrement un nouveau procédé de préparation des matières premières pour la fabrioation du ciment, afin de réaliser un mélange convenable pour la cuisson, ce pro- cédé permettant de contrôler et de modifier la composition . du mélange final et de produire ainsi par synthèse des
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ciments de compositions différentes. Le nouveau procède permet donc de produire des mélanges définitifs ayant la composition voulue en partant de matières disponibles de qualité inférieure qui contiennent tous les éléments cons- titutifs essentiels, mais en proportions non convenables, sans y ajouter des matières d'origine .étrangère.
Le nouveau procédé est basé sur le principe suivant: On sépare les éléments constitutifs des matières premières pendant le cours de leur préparation, ce qui permet de corriger toute différence entre la composition de la ma- tière brute et la composition désirée pour le mélange dé- finitif, cette différence consistant soit en un excès, soit en un défaut de certaines substances essentielles.
L'invention comporte plus spécifiquement l'emploi de nou- veaux procédés de préparation des matières premières, pro- cédés consistant à éliminer les quantités en excès de tout élément essentiel du mélange définitif destiné à la cuis- son ou à relever la proportion insuffisante de tout élé- ment essentiel,
la séparation des éléments suivant le nouveau procédé rendant disponibles certaines quantités d'un certain élément que l'on peut utiliser suivant l'une ou l'autre des manières indiquées. Le procédé suivant l'in- vention comporte en outre l'emploi du flottage pour séparer certaines substances essentielles du mélange des matières premières du ciment et l'utilisation du principe de la sé- paration des éléments en combinaison avec le broyage des matières dans des conditions telles qu'on réalise une réduc- tion sensible des frais de broyage.
Dans la fabrication du ciment en partant de roches, comme elle est faite actuellement, il faut employer des roches disponibles qui contiennent habituellement tous les éléments constitutifs essentiels du mélange définitif des-
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tiné à la cuisson, mais dans lesquelles ces éléments existent dans une proportion différente de celle que l'on désire pour le mélange définitif.
En général la oomposi- tion des matières premières diffère de la composition dési- rée par une insuffisance en certains éléments constitutifs, et on la compense en ajoutant du spath calcaire par exem- ple, si la chaux fait défaut, et de l'argile ou des schistes argileux s'il manque de la silice ou de ltalumine, Cette façon de faire n'est pas seulement coûteuse, dans certains cas jusqu'au point de ne plus être possible commercialement mais elle présente en outre le grave inconvénient de ne pas corriger par ces additions les proportions défectueuses de la matière primitive en silioe-fer-alumine et en silioe- chaux et de ne pas donner par conséquent au fabricant l'oc- casion d'exercer un contrôle de façon à maintenir la compo- sition du mélange définitif entre les limites requises.
Il en résulte que beaucoup de roches, qui sont satisfaisantes en tant qu'elles contiennent tous les éléments essentiels, ne peuvent pas être utilisées dans la fabrioation du ciment, et la tendance actuelle de l'industrie à produire des ci- ments de résistance plus grande et de plus grande uniformi- té a encore réduit les gisements de roches que l'on peut employer.
La présente invention vise la réalisation d'un procé. dé de préparation des matières premières pour le ciment, qui présente de nombreux avantages importants par rapport aux procédés employés jusqu'ici, par suite de ce qu'il per- met, entre autres, un contrôle rigoureux des quantités et proportions de tous les éléments constitutifs importants du mélange définitif et permet ainsi de se rapprocher étroitement d'un mélange de composition théoriquement correcte au point de vue moléculaire et dans certains cas
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d'obtenir réellement cette composition. On désire depuis longtemps un tel contrôle dans la fabrioation du ciment, mais on a cru généralement qu'il était impossible de le réaliser à cause de la variété des combinaisons des subs- tances en présence.
Grâce au nouveau procédé cependant, le chimiste peut exercer sur la composition du mélange dé- finitif un contrôle tel qu'il peut produire un ciment de portland véritable de la meilleure qualité et d'uniformi- té complète en partant de roches considérées actuellement comme étant de qualité inférieure, et il peut aussi emplo- yer des roches qui sont considérées actuellement comme inutilisables sans addition de matières étrangères. I1 peut produire en partant uniquement de ces roches, un ciment de Portland véritable de teneur élevée en silicate tricalcique ou saturé en chaux, et qui présente des carac- téristiques extraordinairement bonnes en ce qui concerne la qualité et la résistance quand on le compare aux meil- leurs ciments de Portland fabriqués en partant de matiè- res premières de qualité supérieure.
Il peut également pro- duire un ciment de faible teneur en silicate tricalcique et de teneur élevée en silicate bicalcique, qui contiendra une proportion élevée d'eau sans compromettre sensiblement son broyage ou sa résistance à la traction. Le procédé per- met aussi au chimiste de produire, uniquement au moyen de ces roches, divers ciments spéciaux, tels que les ciments riches en alumine et les ciments contenant du fer, ainsi que d'autres ciments fabriqués actuellement pour certains usages particuliers, et il peut produire ces ciments ordi- nairas et spéciaux en partant des mêmes matières premières sans faire d'additions pour modifier la composition,
Quoique la réalisation du contrôle de la composition analytique du mélange à cuire soit peut-être la caractéris- tique la plus importante de 1 invention,
étant donné qu'el-
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le permet de produire par synthèse des ciments des qualités les meilleures en partant de matières considérées jusqu'ici comme inférieures ou inutilisables, le nouveau procédé pré- sente un autre avantage résidant en ce qu'il réalise une réduction sensible,.des frais de fabrication. Cette réduo- tion des frais résulte de ce que lton élimine du mélange l'excès de silice libre,sous forme de quartz ou de sable par exemple, qui est relativement dure et difficile à broyer et qui n'entre pas facilement en combinaison aux températures normales des fours.
Il résulte du fait que cet- te silice libre ne se combine pas chimiquement, qu'une par- tie de la silice, que l'on croyait jusqu'ici à l'état com- biné dans le produit cuit, s'y trouve en réalité à l'état libre, finement divisé et constitue une partie inerte du produit cuit. La présence de cette silice rend le produit difficile à broyer, et de plus la non combinaison chimique de cette silice libre introduit une erreur dans les cal- culs de proportion du mélange brut, car le chimiste est . obligé de réduire la proportion de chaux pour éviter d'ob- tenir un produit final de mauvaise qualité.
Il en résulte que l'on n'obtient pas un produit cuit saturé en chaux et que par suite le ciment obtenu à partir de ce produit est de résistance inférieure et manque presque toujours d'uni- formitéo La possibilité d'éliminer la silice libre en ex- ces, offerte par le nouveau procédé ne réduit donc pas seulement les frais de broyage des matières premières et du produit cuit, ainsi que la dépense de combustible,, mais elle permet aussi de produire un ciment de meilleure qua- lité,
Outre la caractéristique résidant dans l'utilisa- tion de la matière première elle-même pour fournir les éléments constitutifs essentiels du mélange définitif à
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cuire, sur lequel on peut agir en modifiant la composition de la matière primitive pour l'amener à la composition voulue, l'invention peut être considérée,
sous un autre jour comme comportant l'application du principe du flot- tage à l'industrie du. ciment. Le traitement par flottage est évidemment bien connu et a été largement utilisé dans le traitement des minerais pauvres pour récupérer lu ma- tière contenant le métal qu'ils contiennent.
A la connais- sance de la demanderesse le flottage n'a pas été employé commercialement jusqu'à présent pour séparer les éléments constitutifs essentiels d'un mélange de matières premiè- res pour obtenir certaines quantités de ses éléments cons- titutifs qui peuvent être utilisés pour produire un mélan- ge de composition choisie, et, en particulier, l'applica- tion du flottage à l'industrie du ciment n'a pas été propo- sée jusqu'à présenta
Or, on a constaté que le flottage peut être employé avec succès et avec une dépense relativement faible pour traiter les matières premières du ciment, afin de séparer les substances à base de chaux de la silice, du fer et de l'alumineet l'opération peut être conduite dans des conditions telles que la calcite flotte,
tandis que les autres substances tombent et restent dans les cuves comme résidus. Le flottage réalise donc pratiquement la sépara- tion des éléments constitutifs essentiels de la matière première, séparation nécessaire pour contrôler la compo- sition du mélange à cuire, et de flottage peut être exécu- té en combinaison avec le broyage de la matière dans des conditions telles qu'il en résulte dans les frais de broya- ge une économie plus que suffisante pour couvrir les frais de l'opération du flottage,
Quoi que l'utilité du nouveau procédé ne soit pas limitée à des matières premières d'un type particulier quelconque, son application sera mieux comprise en expli-
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quant son emploi avec des matières premières utilisées actuel. lement dans certaines régions productrices de ciment des Etats-Unis d'Amérique.
A cet effet, on expliquera en détail
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son emploi qvoo doo roohoa dtt.:lpo1l1 bloc; da.na à dia 1'10 du "Lehigh Valley".
Dans ce district, les roches à ciment, à part quel- ques rares exceptions possibles, sont constituées par du calcaire argileux qui, à ltétat naturel, ne contient habi- tuellement pas assez de carbonate de calcium pour la fabrica- tion du ciment. On pense généralement que, dans la plupart des cas, ces roches contiennent de la chaux,de la silice, de l'alumine et du fer sous des formes combinées naturelles, mais il s'y trouve habituellement de la silice libre en ex- ces dont certaines parties peuvent être éliminées sous for- me de quartz pendant leur extraction à la carrière, mais dont la majeure partie ne peut pas être enlevée par les procédés utilisés commercialement aujourd'hui
La demanderesse a constaté que, contrairement à l'opi- -nion généralement admise,
beaucoup des substances soi-disant combinées ne sont pas combinées chimiquement, mais sont en réalité mélangées physiquement à l'état finement divisé.
Des analyses chimiques et microscopiques ont montré que, dans beaucoup de cas, ces soi-disant combinaisons sont en réalité constituées par de la calcite libre, de la silice libre, de l'alumine libre et du fer libre sous forme relativement fine ces produits étant réunis entre eux, certaines formes réelle- ment combinées chimiquement existant aussi dans certains casa Primitivement, il existait dans quel ques endroits du district de "Lehigh Valley" des gisement de roches à ciment naturelles dont la composition convenait pour la cuisson, sans modifica- tion, en vue de la production de ciment de Portland ordinaire, mais ces gisements sont considérés maintenant généralement comme épuisés,
et il est d'usage presque général dans ce dis-
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trict d'ajouter aux matières premières pour le ciment des quantités de calcaire d'"Anneville" constitué par de la calcite presque pure. Quoique l'on puisse en procédant ainsi augmenter la teneur en chaux jusqu'à obtenir la composition approximative désirée il n'est pas possible, par l'addition de calcaire de contrôler de façon précise la composition définitive, car cette méthode ne permet pas de corriger matériellement et de contrôler dans les limites convenables les proportions entre les divers cons- tituants. Les ciments fabriques de cette manière risquent donc non seulement de manquer d'uniformité et de résistan- ce, mais leur prix est augmenté du prix du calcaire,
ce qui peut augmenter sensiblement le prix du baril de ciment de Portland dans cette régiono Par suite des prix excessifs et des autres inconvénients provenant de l'emploi de cal- caire additionnel, un certain nombre d'installations de ce district ont été abandonnées ces dernières années, car les meilleures qualités de roches s'épuisaient et le cri- térium imposé de la qualité de ciment ont été aggravés et il ne fut pas possible d'v satisfaire avec les matières disponibles.
Dans d'autres districts, les matières naturelles contiennent, comme on le sait, une proportion de carbonate de calcium plus grande que celle qui est ad- missible pour la fabrioation du ciment, et dans ces cas, on a l'habitude d'ajouter des argiles ou des schistes ar- gileux au mélange de matières premières, Cette façon de procéder entraine une augmentation des frais, et l'on ren- contre diverses difficultés mécaniques dans la manipula- tion et le contrôle des matières introduites, ces difficul- tés étant plus importantes dans le cas de l'argile.
Dans l'application de l'invention au traitement des
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roches à oiment habituellement employées dans le district de "Lehigh Valley" ,on enlève et on élimine l'excès de silice libre, telle que le quartz, avant que la roche soit réduite à sa finesse définitive, de façon à ne pas perdre de force motrice pour broyer cette silice, A cet effet, on enlève de préférence une partie seulement de la matière pendant l'opération de broyage de la roche, et les éléments constitutifs de cette matière sont sépa.- rés, de sorte qu'on peut éliminer la silice libre pour corriger les proportions,
et le calcaire récupéré peut être renvoyé dans les matières premières subissant le broyage final en quantités telles qu'on augmente la pro- portion de chaux et qu'on compense l'insuffisance de la matière primitiveo De même dans les districts où les ma- tières premières contiennent du oalcaire présentant en excès du carbonate de calcium, la séparation des substan- ces de la manière décrite rend disponible une quantité de calcaire que l'on peut enlever du mélange et éliminer ou vendre comme sous-produit.
Dans les deux cas, on peut réaliser un réglage précis de la teneur en fer du mélange définitif, de sorte qu'on peut utiliser le fer pour rem- placer une partie de l'alumine et on peut profiter de ses propriétés fondantes pour réduire les températures des fours, sans que le fer se trouve en quantité suffisante pour avoir une influence nuisible, en décolorant le ci- ment par exemple.
Pour exposer la mise en oeuvre réelle du procédé, on expliquera son application à des matières premières qui sont actuellement considérées oomme inutilisables dans la fabrication du ciment et dont on dispose en gran- de quantité. Les roches ainsi envisagées sont connues comme constituées par un calcaire micacé métamorphique qui, d'après ce que l'on croit, a le même âge géologique
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que les roches du district de "Lehigh Valley" . Ces rocnes sont pauvres en carbonate de calcium, et la matière mica- cée, qui est relativement fine, est une source utilisable de silicate d'alumine.
La roche contient aussi de la silice libre sous forme de quartz présent en'excès, et une grande partie de ce quartz est nettement visible, quoiqu'il exis- te aussi sous forme de petits cristaux que l'on a cru jus- qu'ici'combinés" mais qui ont été nettement reconnus comme libres par analyse microscopique de la roche pulvérisée.
Le fer libre est présent sous forme d'oxyde de fer et l'a- nalyse microscopique a montré la présence de calcite libre et de silicate d'alumine.
Quoiqu'ilrésulte des analyses indiquées ci-dessous que cette matière ne peut pas être employée pour la fabri- cation du ciment d'après les procédés connus jusqu'ici, sans addition de calcaire sous forme de calcite sensible- ment pure, on est parvenu à produire à partir de cette ma- tière du ciment de Portland ordinaire de la meilleure qua- lité et de la plus haute uniformité, grâce au nouveau pro- cédé suivant l'invention. Le ciment ainsi produit a la même qualité et la même résistance que des ciments obtenus en partant de matières bien supérieures du même district, et soigneusement mélangées par voie humide.
On a cherché intentionnellement à obtenir du ciment de Portland du type courant plutôt qu'un ciment de qualité spéciale, et des essais faits sur des briquettes de sept jours fondées au moyen de ce ciment ont montré qu'il avait une résistance
EMI10.1
moyenne û la trac Lion ::ru.p6rlouro do Lrols 1:.11 0::; L dcini aux critérium nouveeauxexigés.
L'analyse de la matière telle qu'elle est extraite de la carrière est la suivante :
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EMI11.1
<tb> Si <SEP> 02 <SEP> ............ <SEP> 17,20
<tb>
<tb> R2 <SEP> O3 <SEP> ............. <SEP> 6,66
<tb>
<tb> Ca <SEP> 0 <SEP> ......(68,80) <SEP> 38,55
<tb>
<tb> Mg <SEP> 0 <SEP> ............. <SEP> 2,89
<tb> Perte <SEP> 31,36
<tb>
<tb> Indice <SEP> 2,59
<tb>
R représente le fer et l'aluminium.
Il serait impossible de fabriquer un ciment utili- sable en partant de ces matières sans faire d'additions, car le clinker aurait la composition analytique suivante :
EMI11.2
<tb> Si <SEP> 02 <SEP> ....... <SEP> 26,34
<tb>
<tb> R2O3..........10,19
<tb>
<tb> Ca <SEP> 0 <SEP> ........... <SEP> 59,03
<tb>
<tb> Mg <SEP> O........ <SEP> 4,44
<tb> Indice <SEP> ......... <SEP> 2,59
<tb>
Pour cuire la matière, on admet que l'on utilise
45 kilogs de charbon par baril et que ce charbon produit la µµ de cendres ayant la composition moyenne suivante
EMI11.3
<tb> Si <SEP> O2 <SEP> ............. <SEP> 69,00
<tb>
<tb> R2O3.............. <SEP> 30,00
<tb>
<tb> Ca <SEP> O <SEP> 0...........0 <SEP> 3,00
<tb>
<tb> Mg <SEP> O.......... <SEP> 2,00
<tb>
<tb> Indice <SEP> ............
<SEP> 2,00
<tb>
En supposant qu'il y a une partie de cendres de charbon ayant la composition ci-dessus pour trente sept parties de ciment ayant la composition analytique du clin- ker indiquée ci-dessus, la composition analytique défini- tive après cuisson est la suivante :
EMI11.4
<tb> Si <SEP> 02 <SEP> ......... <SEP> 27,22
<tb>
<tb> R2O3........... <SEP> 10,71
<tb>
<tb> Ca <SEP> 0 <SEP> ............. <SEP> 57,55
<tb>
<tb> Mg <SEP> O........ <SEP> 4,37
<tb>
<tb> Indice <SEP> .......... <SEP> 2,54
<tb>
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Lorsqu'on ajoute le gypse habituellement employé, la teneur en chaux indiquée dans le dernier tableau d'a- nalyse sera réduite d'environ 2 %, ce qui démontre l'im- possibilité de fabriquer un ciment utilisable en partant de ces matières premières.
Pour mieux comprendre l'application du nouveau procédé au traitement des matières ci-dessus dans la production d'un véritable ciment de Portland synthétique de haute qualité et de grande résistance, on se réfère- ra au dessin annexé dans lequel : la fig. 1 est un schéma des suites dtopérations montrant le procédé préféré pour le traitement des ma-. fibres ;
la fig. 2 est un schéma des suites d'opérations d'une légère variante du procédé utilisable avec les mêmes matières et quelque peu plus simple, mais ne réa- lisant'pas un contrôle aussi précis que le mode d'exécu- tion préféré du procédé,
Pour mettre en oeuvre le procédé sous sa forme préférée comme le montre la fig. 1, les matières premiè- res, après avoir passé dans les concasseurs préliminai- res, sont préalablement broyées dans des broyeurs à pilon, des broyeurs Bradley ou broyeurs analogues.
La matière est alors prête pour le broyage final d'après le procédé habituel en une seule ou en deux phases, mais afin de ré- duire les frais de broyage et d'augmenter le rendement de l'installation de broyage, il est préférable d'augmenter l'alimentation du tube broyeur dans le cas de roche de la nature décrite précédemment, On peut ainsi éliminer la silice libre avant de dépenser de la force motrice pour réduire cette silice à un plus grand degré de finesse.
Les caractéristiques physiques de la roche en traitement sont telles que si les broyeurs de finissage sont réglés de façon que 70 % du produit broyé passe à travers un
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tamis à 31 mailles par centimètre carrée 50 % de ce pro- duit aura à peu près la finesse correspondant à un tamis de 50 mailles par centimètre carre. Dans les fines ainsi produites, la proportion entre le carbonate de calcium et la silice augmentera au-delà de celle indiquée dans l'analyse primitive, parce que le quartz est plus dur et plus difficile à broyer.
On peut profiter de ce fait pour réduire les dépenses de broyage
Par suite de la facilité de contrôle et de la possi. bilité d'augmenter la précision du mélange et la réparti- tion, et le contact des particules extrêmes, et aussi par suite de la précision des procédés de mélange actuels par voie sèche, il est avantageux d'exécuter le présent prooédé par la voie sèche, mais il est entendu cependant que le procédé est également applicable au traitement par voie humide.
Lorsqu'on opère par voie sèche, la matière déchar- gée des tubes broyeurs ou autres broyeurs pulvérisant fine- ment passe à travers des séparateurs à air réglés de telle façon que 50 % du débit constituant les fines mentionnées ci-dessus et ayant les dimensions correspondant à un ta- mis de 50 mailles par centimètre carré sont envoyés soit directement dans les fours, soit s'il faut faire un nou- veau mélange, dans les cuves de malaxage. Les autres 50% ou les refus sont alors soumis à un traitement destiné à séparer les éléments constitutifs. pour le broyage par voio humide, on emploie des classeurs pour obtenir les fi- nes et le refus.
Dans l'opération de séparation, on sépare la calci- te du quartz et des autres variétés de silice libre par flottage, et on conduit l'opération dans des conditions telles que la calcite surnage, tandis que le résidu con- tient la silice et des matières, telles que le fer, que
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l'on peut séparer ensuite de la silice par des opérations de concentration.
Le.flottage s'opère dans des récipients de flottage de type habituel avec des agents de flottage normaux, et comme les refus qui entrent dans les récipients sont exempts de boués, l'opération de flottage en elle-mê- me n'augmente que faiblement les frais de fabrication du ciment
Quoiqu'on puisse employer divers traitement par flottage on a constaté qu'il est avantageux de former une pulpe avec un excès d'eau, de façon que les matières inu- tiles et nuisibles, telles que le graphite et les matiè- res alcalines, puissent être enlevées par décantation lorsque l'excès d'eau déborde.
Les agents.de flottage qu'on a trouvés le plus satisfaisants dans ce but sont constitués de parties sensiblement égales d'acide oléique et de crésol, l'emploi de 500 à 750 gr de la totalité des agents par tonne de refus traités permettant de récupérer de façon satisfaisante la calcite. Dans certains cas, on peut augmenter la quantité de calcite récupérée par une deuxième opération de flottage que l'on peut exécuter sans dépense exagérée, et en concentrant le résidu, on peut ob- tenir comme sous produit, une variété pure de silice.
Les matières déposées dans les récipients de flotta- ge peuvent être séparées de préférence au moyen d'une ta- ble de concentration, et cette opération met à la disposi- tion du chimiste d'autres substances essentielles qu'il peut renvoyer dans les derniers broyeurs en quantités conve- nables pour donner aux fines à cuire la composition défini- tive voulue. Le fer est l'une des matières résiduelles que l'on peut séparer facilement des autres matières contenues dans le résidu par concentration, et en séparant ainsi le fer, on peut régler de façon précise la quantité de cette matière dans le mélange définitif,et on peut laisser dans le mélange définitif la quantité maximum théorique de fer
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admissible.
On peut donc profiter des propriétés fondan- tes du fer qui permettent d'abaisser les températures des fours sans aucun risque de l'utiliser en quantité susceptible d'entrainer la coloration du ciment final Le présent procédé permet donc de réaliser le rapport le plus favorable silice-fer-alumine dans le mélange à duiro.
S'il est indispensable que le fer disponible dans le refus soit complètement récupéré, la concentration du fer peut être effectuée avant le flottage, mais si cela n'est pas indispensable, il est préférable d'effectuer l'opération de concentration après que la calcite a été enlevée par flottage, car on n'a ainsi manipuler qu'une quantité moindre de matière à traiter sur la table de concentration.
Dans le traitement de la matière première particu- lière dont l'analyse est indiquée ci-dessus, le fer ne se trouve pas en excès, mais la quantité de fer dans le mélange définitif est utile. En conséquence, dans cet exemple, le fer déposé comme résidu peut être évacué, car les dépenses pour le séparer et le renvoyer ne sont pas justifiées.
Après avoir séparé la calcite par flottage, on en élimine l'eau, par les procédés habituels, de sorte qu'on peut la renvoyer dans les tubes broyeurs comme partie de l'alimentation de ces broyeurs, La calcite ad- ditionnelle est alors broyée et réduite à sa finesse dé- finitive en présence des autres éléments: constitutifs, ce qui produit un mélange et un contact intime des parti- cules et assure une réaction satisfaisante pendant la cuisson, Si l'on procède par voie humide! il est évident que le séchage de la calcite récupérée est inutile.
Comme les matières premières soi-disant inférieures
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que l'on envisage d'utiliser pour fabriquer du ciment suivant le nouveau procédé contiennent toutes les subs- tances essentielles du mélange définitif, mais dans des proportions qui ne conviennent pas, le caractère éconcma- que des opérations de flottage et de concentration dé- crites ci-dessus apparaitra clairement.
Il n'est pas nécessaire suivant ce procédé, lorsqu'on traite de tels produits, de soumettre toutes les matières en traitement au. flottage ou à la concentration, et on ne soumettra aux opérations de séparation que les quantités de mati;- res qui sont nécessaires pour produire les quantités d'é- léments constitutifs dont on a besoin pour être renvoyées ou être éliminées, afin d'obtenir pour.le mélange défini- tif la composition voulue. Dans l'exemple cité, 50 % des refus sont soumis à la séparation, mais avec des roches de composition différente, on traitera de cette façon une quantité de matières plus grande ou plus faible sui- vant la dite composition.
En tout cas, le flottage avec ou sans concentration est beaucoup moins coûteux pour la production d'un mélange définitif que le procédé cou- rant consistant à former un mélange semblable ayant une composition analytique approchée par des additions de matières étrangères, et les dépenses pour les opérations de séparation sont plus que compensées par l'économie dans les dépenses de broyage et de cuisson.
Les analyses indiquées ci-dessous montrent le ré- sultat obtenu en traitant les matières premières comme décrit précédemment :
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<tb> Matière <SEP> première <SEP> Concentrés <SEP> (2 <SEP> traitement,
<tb>
<tb> 17,20.......... <SEP> Si <SEP> 02 <SEP> 2,10
<tb>
<tb> 6,66........... <SEP> R2 <SEP> 03 <SEP> 3,30
<tb>
<tb> 38,55 <SEP> (68,80).. <SEP> Ca <SEP> 0 <SEP> 49,64 <SEP> (88,60)
<tb>
<tb> 2,89.......... <SEP> Mg <SEP> O........ <SEP> 2,60
<tb>
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EMI17.1
<tb> 31,36........Perte........... <SEP> 41,29 <SEP>
<tb>
<tb> 3,59........Indice..........
<SEP> 0,63
<tb>
<tb> 2 <SEP> parties <SEP> 1 <SEP> partie
<tb>
Dans le tableau ci-dessus, les dites "deux parties représentent les fines sortant des tubes mills et consti- tuant 50% de la quantité totale primitive, et la dite "une partie" constitue la moitié des refus primitifs. La quantité totale du mélange définitif n'est donc que les 3/4 des matières sortant des broyeurs préliminaires dans l'exemple donné, quoiqu'il soit entendu que la relation nécessaire de oes"parties" variera dans de larges limites d'après la composition de la matière prémière. et dans la plupart des cas elle comportera des variations partielles dans des limites étendues.
L'analyse définitive du mélange de matières premiè- res est la suivante :
EMI17.2
<tb> Si <SEP> O2...... <SEP> 12,16
<tb>
<tb> R2 <SEP> O3........ <SEP> 5,54
<tb>
<tb> 6a <SEP> 0 <SEP> 42,24 <SEP> (75,40)
<tb>
<tb> Mg <SEP> O........ <SEP> 2,79
<tb>
<tb> Perte <SEP> 34,67
<tb>
<tb> Indice........ <SEP> 2,19
<tb>
Le ciment,produit au moyen du mélange ci-dessus dans un four chauffé au gaz présente la composition sui- vante :
EMI17.3
<tb> si <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> .................. <SEP> 1938
<tb>
<tb> R2 <SEP> 0 <SEP> 3 <SEP> .................. <SEP> ae83
<tb>
<tb>
<tb> Ca <SEP> 0 <SEP> 6733
<tb>
<tb> Mg <SEP> O <SEP> ............. <SEP> 4,44
<tb>
<tb>
<tb> Indice <SEP> 2,19
<tb>
En tenant compte de la composition des cendres de
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charbon, la composition analytique de l'ensemble est la suivante :
EMI18.1
<tb> Ciment <SEP> Cendres <SEP> de <SEP> charbon
<tb>
<tb> 19,38........Si <SEP> O2........... <SEP> 60,00
<tb>
EMI18.2
8j,83 ........ e 03 ............. 3oe0o
EMI18.3
<tb> 67,33...... <SEP> Ca <SEP> 0 <SEP> ............. <SEP> 3,00
<tb>
<tb> 4,44...... <SEP> Mg <SEP> O....... <SEP> 2,00
<tb>
<tb> 2019 <SEP> ........ <SEP> indice <SEP> ........ <SEP> 2,00
<tb>
<tb> 37 <SEP> parties <SEP> 1 <SEP> partie
<tb>
Ltanalyse définitive du clinker avant l'addition de gypse est la suivante :
EMI18.4
<tb> Si <SEP> 02 <SEP> .................... <SEP> 2044
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> R2 <SEP> O3 <SEP> o................... <SEP> 9,38
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ca <SEP> O <SEP> .................... <SEP> 6563
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mg <SEP> 0 <SEP> .................... <SEP> 4,37
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Indice <SEP> ...................
<SEP> 2,17
<tb>
La teneur en chaux est réduite approximativement à 63,60 par l'addition de gypse et l'absorption d'humidi- téo
Il résulte clairement des analyses ci-dessus que le ciment produit est fortement saturé en chaux et possé- dera des caractéristiques de résistance excellentes et sensiblement supérieures aux critérium normaux exigés, quoique le ciment ait été produit en partant d'une matière première considérée jusqu'ici comme inutilisable,,
Une variante du procédé décrit ci-dessus est repré- sentée au schéma de la figure 2, et cette variante s'écar- te de la forme d'exécution préférée en ce qui concerne le flottage de la calcite et la séparation par concentra- tion du résidu du flottage.
La séparation est effectuée avant que les matières traitées et récupérées soient li- vrées aux derniers broyeurs, et cette façon de procéder
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est quelque peu plus simple et peut être adoptée car elle est économique , L'analyse des matières premières en question indi- que qu'environ 25% des matières peuvent être éliminées comme silice et fer en excès, et en mettant en oeuvre la variante du procède, les matières premières provenant des concasseurs primaires sont divisées par des procédés de broyage préalables qui effectuent le broyage avec un mini- mum de fines, de sorte que la matière à soumettre au flot- tage sera sensiblement exempte de boues, A cet effet, il est avantageux d'employer un concasseur à bocards avec tamis ayant 7 à 8 mailles par centimètre carré.
Si les broyeurs préliminaires utilisés ne peuvent pas être ré- glés de façon qu'il n'y ait pas de fines, on pourra emplo- yer la séparation par l'air, mais cette opération n'est pas indiquée dans le schéma,
Dans le traitement de la matière particulièredont on a donné l'analyse, la matière qui sort des broyeurs préliminaires est divisée en deux parties égales, dont l'une est envoyée sans modification aux derniers broyeurs qui peuvent être des tubes mills, où. la matière est broyée à la dimension voulue pour ltalimentation des fours.
On fait passer ensuite l'autre partie dans les récipients de flottage, et la calcite relativement gros- sière flotte et est envoyée dans les tubes mills. Puisque l'analyse indique une insuffisance en calcite toute la. calcite récupérée est renvoyée pour élever la proportion du produit jusqu'au degré voulu, mais si le produit con- tenait une proportion plus grande de.
calcite, on enverrait une plus grande quantité de matière première directement dans les tubes mills, ou bien on fournirait à ces broyeurs une quantité de calcite moindre que la quantité totale
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provenant du flottage La pratique à suivre à cet égard dépend des quantités relatives des autres substances, et on peut adopter l'une ou l'autre des façons de procéder suivant les conditions locales afin d'obtenir les propor- tions les plus favorables dans des limites économiques.
Il est évidemment avantageux de soumettre au flottage la plus faible proportion possible des matières premières qui puisse produire une quantité suffisante des éléments constitutifs pour compenser ltinsuffisance de la composi- tion primitive en ces éléments .
Dans la matière considérée, la teneur en fer-alumi- ne des matières primitives finement broyées est telle que le résidu des récipients de flottage peut être éva- cué, mais si la matière primitive utilisée est l'une de celles pour lesquelles le fer des fines est en quantité suffisante, le fer sera récupéré par un dispositif de concentration et sera renvoyé en quantité convenable pour alimenter les tubes mills.
Il existe dans certaines loca- lités un marché pour le fer, la silice et les autres ma- tières que lton peut séparer par concentration, et il peut y avoir du profit à effectuer cette opération pour cette raison, même si les matières ne sont pas nécessaires pour la fabrication du cimenta
La variante du procédé est particulièrement avanta- geuse dans le cas de traitement par voie humide, car la calcite obtenue par flottage peut être renvoyée au tube mill sans être séchée.
De plus, cette variante du procédé est simple, et dans certaines localités, les matières ont des caractéristiques de broyage telles que les dépenses de broyage peuvent être moindres en mettant en oeuvre la variante du procédé qutavec le procédé sous sa forme pré- féréeo
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La variante du procédé présente par rapport à la forme préférée du procédé cet inconvénient que la préci- sion du contrôle est moindre et qu'en même temps il est possible qu'il se produise une diminution dans la satura- tion en chaux du produit cuit.
L'explication de ce fait c'est que lorsque l'alimentation du bocard est divisée comme il a été décrit, la matière fine terminale contien- dra une quantité relativement plus grande de silice libre en comparaison de la matière fine produite suivant la forme de mise en oeuvre préférée du procédé, et par consé- quent les réactions ne s'achèveront pas de la même façon complète pendant la cuisson.
Dans la mise en oeuvre préfé- rée du procédé ,le broyage dans le tube mill et la sépa- ration par l'air entrainant une élimination plus grande de silice dans les refus, parce qu'il est plus difficile de broyer la silice que les autres éléments constitutifs
Le procédé, tel qu'il est représenté à la figure 2, peut être appliqué soit par voie sèche, soit par voie hu- mide, et lorsqu'on procède par voie sèche, on peut utili- ser le broyage en circuit fermé pour obtenir une plus gran- de économie et un meilleur contrôle des dimensions sans gêner la mise en pratique du procédé.
Quoique le nouveau procédé ait été décrit en détail à titre explicatif dans son application suivant deux for- mes différentes du traitement d'une roche,de qualité in- férieure par sa composition, à cause de la. proportion insuffisante en chaux, l'application du procédé au traite- ment d'autres roches apparaitra de façon évidente au chimis, te en ciment.
Dans les deux formes mises en. oeuvre du pro- cédé, on applique lé même principe, notamment l'emploi de la roche elle-même comme source des substances essentielles
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obtenues par séparation, ces substances étant rendues n
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disponibles par un mode opératoire permettant de les ren- voyer en quantité convenable ou de les évacuer pour corri- ger les différences entre la composition de la matière preet celle mière d'alimentation/que l'on veut obtenir.
De plus, dans les deux formes de mise en oeuvre du nouveau procédé, on utilise le flottage et la concentration comme moyens spécifiques pratiques pour se procurer les substances, et la séparation est exécutée en combinaison avec les opéra- tions de broyage dans des conditions susceptibles de ré- duire les dépenses de broyage, ltéconomie pendant cette opération faisant plus que compenser les dépenses résul- tant de la séparation, et il en résulte une réduction dans les dépenses totales de la fabrication du ciment.
Dans la description du nouveau procédé qui pré- cède, on a expliqué l'application de ce procédé à la pré- paration de mélanges définitifs convenant à la cuisson en partant de matières disponibles de qualité inférieure, sans ajouter à celles-ci de matières provenant de sources ex- térieures afin de modifier la composition du mélange.
On comprend cependant qu'avec certaines matières disponibles, il peut être avantageux pour des raisons d'économie de sépa- rer les éléments constitutifs de ces matières, comme on l'a décrit ci-dessus, afin dtobtenir une source d'alimenta- tion en éléments constitutifs dont on peut disposer de fa- çon appropriée pour corriger les proportions et pour com- penser les proportions insuffisantes en certains éléments constitutifs, mais non pas nécessairement jusqu'aux propor- tions complètes théoriques de ces éléments constitutifs.
Dans des cas semblables, l'insuffisance de l'un des éléments constitutifs peut être corriges complètement, cette correc- tion se faisant en partie en employant des quantités de l'élément constitutif obtenues par séparation, et en partie en ajoutant des quantités de l'élément constitutif prove- nant d'une source extérieure.
Une semblable façon de procé-
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der comporte l'application de l'invention combinée avec un emploi limité du procédé antérieur, Dans une semblable façon de procéder, la mesure dans laquelle on emploie les matières provenant de l'extérieur est déterminée par des considérations d'économie, et on utilisera plus ou moins de matière provenant du dehors afin d'obtenir le coût de production général le plus avantageux,
Dans ce qui précède, on a expliqué l'application des principes de l'invention à la fabrication du ciment en partant de roches, et on a indiqué comment ces principes.
peuvent être appliqués à la préparation des mélanges de matières premières pour le ciment en partant d'autres sor- tes de matières premières, Pour que l'application de l'in- vention à ce dernier usage soit mieux comprise, on expli- quera ci-après comment on peut l'utiliser pour la prépara- tion de mélanges de matières premières.
se rapprochant d'une composition prédéterminée en partant de matières pri- mitives comprenant au moins deux oomposés dont l'un con- tient principalement de la chaux et dont l'autre est prin- cipalement silicieux,
Dans la préparation de mélanges convenables pour être transformés en ciment par cuisson en partant de deux composés du type mentionné, le composé contenant la chaux peut être disponible sous forme de marne et de craie, et le composé silicieux peut être sous forme d'argiles ou de schistes argileux.
Lorsqu'on doit combiner deux compo- sas' semblables, on remarquera qu'une correction est exi- gée par deux facteurs principaux,
Dans les marnes et craies,on trouve presque inva- riablement de la. silice grossière sous forme de silext pierre à feu, sable et calcédoine, et une ou plusieurs de ces variétés peuvent être en présence en même temps. Ces
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diverses formes de silice se trouvent évidemment sous une grande variété de dimensions, certaines d'entre elles étant assez fines pour se combiner à la chaux pendant la cuisson, tandis que d'autres sont par leurs dimensions des morceaux relativement grands pouvant être et ayant été jusqu'ici enlevés mécaniquement par classification hydraulique, par tamisage ou par dépôt.
Il existe ce;en- dant certaines de ces matières -trop fines pour être sale- vées par aucun procédé quelconque connu jusqu'ici, Riais qui sont trop prossières pour se combiner convenablement à la chaux pendant la cuisson, et ces produits de dimen- sions intermédiaires qui ne sont pas désirables dans le mélange définitif seront désignés ci-après sous le nom de "silice grossière".
La.quantité totale de ces silices grossières dans le composé contenant la chaux peutnetre pas excessive quand on considère le dit excès comne la présence de ces silices en proportion plus grande qu'on le veut dans le mélange définitif, mais cette quantité est excessive parce que ces silices ne sont pas sous forme suscepti- ble de se combiner et doivent par conséquent être élimi- nées pour que le ciment final puisse être de qualité et de résistance convenables et puisse être fabriqué à bas prix .
Les deux composants mentionnés se trouvent fréquem- ment dans la nature à l'état si finement divisé que lors- que l'on élimine les silices grossières de l'un d'eux ou des deux à la fois, le mélange final est d'un degré de fi- nesse tel qu'un broyage préliminaire d'un élément consti- tutif quelconque de l'un ou l'autre des composés devient habituellement inutile. Par conséquent, en appliquant le nouveau procédé à de semblables matières premières, on peut réaliser une économie considérable dans les dépenses de préparation.
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Si le composé silicieux à utiliser ne contient pas de silices grossières, on peut' appliquer dans les meilleures conditions le nouveau procédé en soumettant uniquement le composé contenant la chaux à une classifi- cation hydraulique dans un appareil de slassification de type courant. Ce traitement sépare les fines qui. sont de dimensions convenables pour la cuisson et qui comprennent à la fois du carbonate de calcium et les silices fines et ces fines peuvent être envoyées dans un appareil d'é- paississement pour enlever l'excès d'eau nécessaire pour l'opération de classification.
Les particules grossières sont alors traitées par un procédé de flottage pour sépa- rer le carbonate de calcium de la silice, et la silice peut être alors éliminée et le reste déshydraté et combi- né avec les fines précédemment séparées. Ce composé combi- né est alors mélangé en quantité convenable avec le com- posé silicieux afin de produire un mélange définitif, dans lequel les proportions et rapports entre les divers élé- ments constitutifs sont ceux de la composition désiréeo
Dans certains cas, les deux composés peuvent conte- nir de la silice grossière, et dans cette éventualité, on emploie des quantités relatives des deux composés-telles qu'on produit un mélange contenant un excès de silice, l'ex ces étant égal à la quantité totale de silice grossière contenue dans les deux composés.
Ce mélange des deux com- posés contenant la silice en excès peut être classé hydrau- liquement afin d'enlever les éléments constitutifs fins, et on traite alors les particules grossières par flottage et de la façon décrite ci-dessus pour séparer la silice du restant qui est constitué principalement par du oarbonate de calcium. On enlève ensuite l'excès d'eau des fines par- ticules, et le carbonate de calcium séparé obtenu par le traitement des particules grossières est aussi déshydraté
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et est combiné avec les particules fines pour produire le mélange voulu .
Cette façon de procéder peut donner un rapport silice-fer-alumine qui ne soit pas correct dans des limi- tes utilisables, parce que la plus grande proportion d'alu- mine est rejetée pendant l'opération du flottage, tandis qu'il n'y a relativement que peu de fer qui soit ainsi re- jetéo Afin d'enlever des quantités plus grandes l'une par rapport à l'autre de ces deux éléments constitutifs, il suffit simplement d'introduire une proportion plus grande du composé silicieux dans le mélange que l'on soumet au flottage, et après l'opération de flottage, on fait passer le résidu sur une table de concentration afin de séparer la silice, le fer et l'alumine, et ces éléments constitu- tifs peuvent être alors employés en quantités nécessaires pour avoir les proportions et rapports désirés,
les res- tes des éléments constitutifs étant évacues.
Comme on l'a expliqué précédemment, le mélange dé- finitif produit par l'emploi des deux composés mentionnes n'exigera ordinairement pas d'être broyé, mais lorsqu'il le faut, il est préférable d'effectuer le broyage après l'opération de flottage, pendant laquelle on sépare et on élimine une grande proportion de silices grossières On économise de cette façon la force motrice nécessaire pour broyer les silices grossières qu'il faut éliminer, et cet- te économie est particulièrement importante, car les parti- cules de chaux semblent avoir un effet d'amortissement qui protège les particules de silice grossière contre les agents broyeurs .
On remarquera d'après ce qui précède, que les prin- cipes de l'invention peu.vent être appliqués à la prépara- tion de mélanges de matières premières pour ciment en par- tant de matières premières d'espèces variables, et l'utili- sation de l'invention a étéexpliquée pour la préparation
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de mélanges semblables en partant de matières premières sous forme de roches à ciment et sous forme de marnes ou de craies employées en combinaison avec des argiles et schistes argileux.
Ces deux applications du procédé sont celles que l'on emploiera principalement dans la pratique, mais comme les substances naturelles employées présente- ront des différences considérables au point de vue de la quantité et de la forme des éléments constitutifs en pfé- sence, diverses modifications dans l'application du nouveau procédé peuvent être rendues nécessaires pour l'adapter aux particularités présentées par les matières à traiter.
Ces modifications au procédé apparaitront cependant aisément au chimiste compétent en matière de ciment, et sont dans le cadre de l'invention - REVENDICATIONS -
1.- Un procédé de préparation dtun mélange de ma- tières premières ayant approximativement une composition prédéterminée, dans lequel ces matières se trouvent sous une forme convenable pour être transformées par cuisson en clinker de ciment, en partant d'une ou plusieurs matières premières contenant les éléments constitutifs essentiels de ce mélange, l'un au moins de ces éléments constitutifs étant cependant présent en quantité excédant celle correspondant à la dite composition analytique ou se trouvant sous une forme ne convenant pas à la cuisson,
caractérisé en ce qu'on sépare au moins une partie de cet élément constitutif en traitant au moins une partie de l'une des dites matières premières, on élimine la portion séparée, et on combine le restant de la partie traitée avec la portion non traitée
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