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" PROCEDE DE REALISATION DE REACTIONS ENDOTHERMIQUES."
L'invention concerne un procédé de réalisation de réactions endothermiques sur grilles à soufflage. Le procédé se prête par- ticulièrement à. la fabrication du ciment, à la cuisson des car- bonates alcalinoterreux, par exemple de la chaux, de la dolomite, de la magnésite, du carbonate de barium, ou analogues, ou de mélanges de ces matières avec d'autres. Mais il -est également ap- plicable à la décomposition des chlorures et des sulfates, par exemple du gypse, le cas échéant avec récupération d'acide sul- furique, ensuite, à la cuisson des matières contenant de l'eau d'hydratation, dans des buts de réduction, ou analogues, qui exi- gent une décomposition de matières avec consommation de chaleur.
Jusqu'ici les procédés de cette espèce furent réalisés le plus souvent dans des fours à cuve, des fours à moufles, ou des fours à mouvement mécanique, par exemple des fours tubulaires ro- tatifs. Ces fours sont onéreux au point de vue installât ion et aussi
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dans leur travail. Souvent, ils exigent un temps prolongé pour leur . mise en marche et leur arrêt et ils ont un mauvais rendement ther- mique. Aussi leur travail n'est pas toujours simple, de sorte qu'il peut se produire des dérangements dans la production et des varia- tions de la qualité du produit obtenu.
Les procédés à soufflage,- suivant lesquels un mélange de com- bustible et de matière brute est chargé sur une grille, par exemple une grille mobile, et suivant lesquels le combustible, contenu dans le mélange, est brûlé au moyen d'un courant d'air, traversant la couche de la charge,- possèdent suivant l'expérience établie, un rendement thermique essentiellement meilleur. Il n'y a Das de @é- pense de chaleur additionnelle pour la mise en marche dos disposi- tifs. De même les pertes de chaleur par radiation sont pratiquement sans importance. La chaleur nécessaire au procédé est produite dans la charge elle même et le combustible employé est presque complète- ment utilisé dans ce but, ce qui se reconnait à la basse température des gaz de sortie.
Le soufflage est terminé en un temps relativement court, et il en résulte la possibilité de traiter de fortes quanti- tés de matières p@r unité de temps. C'est sans doute en vertu de ces avantages, qu'il a été proposé d'employer les dispositifsen- visagés à soufflage peur la cuisson du ciblent et de la chaux..Lais lors de la réalisation pratique :le ces propositions il s'est montré,
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qu'il était 1;,ipossi?;1e d'obtenir un produit u,iüor::.é.aet et suffisam- ment cuit. On obtint un produit qui contenait, à coté de parties bien cuites,toujours des quantités considérables de parties impar- faitement, ou non cuites.
Egalement dans le cas, ou l'en pris les
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rr.,11rf!, F:rnf1:': l"tur.nT. '}"'lnl1P<:; dans le prl."1cé,1é \ souffla-e, consis- tant dans l'emploi de il1at10res de retour en .iua11'ù;. ¯¯ ,;uuvcrtuxu de grille, ou '-'un mélange de matières de retcur et de combustible en qualité -:le couche de recouvrement spéciale, on ne pa@vint pas
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améliorer le produit obtenu. Par un changement, par exe..,ple, une au;- mentation, xe l'addition en combustible, ces imperfections ne purent êtrE gunnri..3 n<:,1 plus.
On savait des procédés de -;rillae, respectivement d'ag- glutination ou d'agglomération, par soufflage, que la qualité du grillage respectivement de l'agglutination ou de l'agglomération,
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dépend d'une addition avantageuse de combustible, qui est différente pour différentes matières, mais qui doit être mainte- une dans des limites assez étroites pour la même matière. S'il s'agit, par exemple, de griller de la blende de zinc, cela n'est possible, que lorsque la teneur en soufra du sulfure de la charge de la grille à soufflage est réglée à environ 5 à 8% de soufre, Lorsque l'addition en combustible est supérieure, le grillage, respectivement l'agglutination, devient insuffisant.
Ce phénomène s'explique par le fait ,qu'une teneur trop élevée en combustible entraine une fusion locale prématurée de la charge. Partout, où une fusion prématurée s'est produite, les endroits fondus empê- chent l'accès ultérieur d'air vers le combustible enveloppé de la la matière fondue. En outre, ils forment des écrans par rapport à d'autres parties de la charge, dans lesquelles le combustible ne peut conséquemment pas subir non plus une combustion complète , de sorte qu'il ne peut s'y produire non plus un chauffage suffi- sant. A ces endroits, la consommation du combustible est donc pré- maturément entravée.
Une partie du combustible reste non utilisée, et en même temps il se produit, par suite de la restriction dans- l'admission d'air et de la répartition.non uniforme d'air, des dérangements dans l'agglutination, ou dans le grillage, de sorte que le chauffage, progresse d'une manière non uniforme au sein de la charge.
Le refus de fonctionnement du procédé à soufflage dans la cuisson de la chaux, ou du ciment, provient vraisemblablement du fait, qu'avec l'addition optimum de. combustible, dans le sens sus- mentionné,- existant naturellement aussi dans ces cas, - la cha- leur produite ne suffit pas à une réalisation uniforme et complète des réactions endothermiques voulues. Si, d'autre part, on ajoute une quantité telle de combustible, qu'elle devrait suffire théo- riquement à l'agglutination complète de la charge, les défectuo- sités, décrites plus haut, d'une cuisson non uniforme se produi- sent.
Cette considération se confirme par les essais suivants: 'Soient d'abord comparés les résultats d'essais d'agglutina- tion de farine brute de ciment seule, possédant une teneur en
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chaux de 75% (essais a et b), avec ceux de l'agglutination de clinkers en forme de petits grains, qui ne renferment donc plus de matières à décomposer (essais c). a) Le mélange était constitué de 100 parties de farine brute de ciment et de 10 parties de poussier de coke.
L'essai donna un produit inégalement cuit, qui était en par- tie surcuit, en partie trop faiblement cuit, et en partie seu- lement désacidifié. b) Le mélange se composait de 100 parties de tarine biute de ciment et de 20 -oarties de poussier de coke.
Le résultat de cet essai correspondait, en général, 3 celui de l'essai a, avec la seule différence que la proportion de ma- tière surcuite était -olus grande. c) Lorsqu'on traite des clinkers de ciment, obtenus suivant des procédés connus, et après les avoir eoncassés à une grosseur de grains appropriée, en vue d'une nouvelle agglutination, sur faut des grilles à soufflage, on trouve qu'il/4 parties de combusti- ble, sous forme de poussier de coke, sur 100 parties de clinkers concassés sous forme de petits grains, pour obtenir une aggluti- nation optimum. Dans ce cas, on mesura dans la couche d'ag- glutination, des températures de 1500 .
Dans les essais ultérieurs d à i, on remplaça, par progres- sion croissante, 10 (essai d) 20 (essai e), 30 (essai f),40(es- sai g), 50 (essai h), 60% (essai i) du produit agglutiné, en forme de petits grains, par de la farine brute de ciment, d'une composition normale, contenant 75% de carbonate de chaux.
L'addition en combustible était dans tous lescas de 4 parties de poussier de-coke sur 100 parties de mélange. Des essais d à g il résulte, que l'agglutination était irréprochable. Ce n'est qu'avec le mélange h, qui était constitué de 50 parties de nro- duit agglutiné et de 50 parties de farine brute de ciment, qu'on obtint une cuisson insuiffisante, tandis que le mélange i donna un produit, quoique désacidif ié, mais autrement complètement non agglutiné.
Suivant l'invention la matière brute est conséquemment
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intimement mélangée, - en vue d'une réalisation complète des réactions endothermiques en un procédé d'une seule étape, - non seulement avec du combustible, mais aussi avec des matières in- différentes, comme les produits de retour, par exemple sous forme de clinkers en forme de petits grains, de laitier de haut-four- neau, et analogues. La quantité des matières indifférentes ad- mixtes est toujours au moins telle, que les réactions voulues se réalisent encore de manière complète.
Là ou l'on a déjà anpliqué le procédé à soufflage dans des buts endothermiques, comme par exemple dans la fabrication du ciment, on procéda, par contre, de manière qu'on réalisa la cuisson en deux étapes, en employant deux fours, ou en munissant la grille à soufflage, au dessus de la charge, d'une chambre spé- ciale de chauffage, ou en plaçant devant la couche des matières à traiter, une couche de combustible. Mais par ces mesures et des mesures analogues, les avantages économiques résultant de l'em- ploi d'une grille à soufflage, étaient neutralisés ou annulés. la plus
Comme matière additionnelle/avantageuse s'est montrée, dans tous les cas, de la matière agglutinée ,de retour.
Mais on pèut naturellement employer en qualité de matières additionnelles aussi d'autres matières, qui ne portent aucun préjudice à la composition de la charge, comme par exemple le laitier de haut- fourneau, dans la fabrication du ciment.
Par un dosage approprié d'une telle matière additionnelle on est à même d'adapter le procédé à toute durée de soufflage disponible, et caractéristique à la grille à soufflage. Lorsqu'il s'agit d'un traitement de matières fines, il est avantageux d'em- ployer la matière additionnelle sous une forme grossièrement granulée, en vue de désagréger la charge et de livrer un passage plus facile à l'air de soufflage. Mais on peut également sou- mettre la matière fine, avant son chargement sur la grille à soufflage, à une aggrégation en miettes, la granulation de la matière additionnelle étant dans ce cas non essentielle.
La quantité et l'espèce de matière additionnelle peuvent être différentes, suivant la quantité et l'espèce des matières
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contenues dans la matière brute et consommant de la chaleur lors de leur décomposition, et suivant la quantité de combustible additionné. Il a été trouvé que, dans tous les cas, le plus avantageux est de doser la quantité de la matière additionnelle de manière, à ce que le mélange final contienne seulement une quantité telle, ou inférieure, de matières consommant de la cha- leur pour leur décomposition, que cette chaleur puisse être four- nie par environ 50% du com ustible contenu dans la charge. Mais dans certains cas la quantité des matières consommant de la cha- leur peut être aussi encore supérieure.
Lorsqu'il s'agit, par exemple, de la fabrication du ciment, il est avantageux de choisir la teneur de la charge en matières, consommant de la chaleur pour leur décomposition, de manière, à ce qu'elle n'excède pas environ 40%; les 60% restant, de la charge, sont alors constitués de matières qui n'exigent pas de chaleur de décomposition, comme par exemple de la matière de re- tour constituée de clinkers en forme de petits grains, ou du laitier de haut-fourneau, ou analogues, ou d'un mélange de ces matières.
Un exemple d'un mélange brut de ciment-portland, avec emploi de laitier de haut-fourneau , est le suivant:
50 kg de chaux (carbonatede chaux),
Ca CO3 50 kg de laitier de haut-fourneau , @ farine brute
40 kg de produit agglutiné de retour, (additionnés d'eau d'humectation).
La teneur de la charge en chaux est conséquemment de 35,7%.
La quantité de chaleur nécessaire à la cuisson de ce mélange est, sans forme de combustible, 50.000 60. 000 p.cal. (640 à 770 p.cal. par kg de clinkers sans produit de retour), qui sont fournies par du coke menu, ou analogue, additionné au mélange.
Pour la décomposition des 50 kg de chaux contenus dans le mélange, il faut 21.700 p.cal, fournies par environ 36,2 à 43,4% de la chaleur fournie par le combustible, comme on peut le calculer d'après les chiffres donnés plus haut.
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Un second exemple d'un mélange brut de ciment-portland, avec emploi de laitier de haut-fourneau, est le suivant:
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25 kg de x Si02 ' y Fe8 03 , 1 zala 03
75 kg de chaux.( CaC03), farine brute
100 à 120 kg de produit de retour, (additionnés d'eau d'humectation).
La teneur de la charge en chaux est d'environ 34 à 37,5% (donc inférieure à 40% ). Pour la cuisson du mélange il faut environ 60.000 à 70.000 p.oal. ( correspondant à 900 à 1050 p. cal par kg de olinkers, sans produit de retour). Pour la désa- cidification ( décomposition)des 75 kg de chaux dans le mélange, il faut environ 32.500 p.cal. Celles-ci sont fournies par environ 46,4 à 54,2% de la chaleur produite par le combustible.
Lors d'un essai parallèle il s'est montré, que dans ce cas l'addition en coke peut être encore abaissée jusqu'à une valeur caractéristique de 800 à 850 p. cal. par kg de clinkers, sans que la. qualité du produit obtenu en soit abaissée.
Comme il ressort de ces exemples, la quantité de chaleur nécessaire dans le procédé suivant l'invention est extrêmement petite. Les mêmes conditions avantageuses existent dans l'appli- cation du procédé suivant l'invention à d'autres matières.
Soient donnés les exemples suivants de décomposition de sulfates,par exemple du sulfate de fer:
1. 20 kg de sulfate de fer,
80 kg de résidus de pyrite grillée, ou analogue, (additionnés d'eau d'humectation).
La quantité de chaleur nécessaire à la réalisation du processus, se monte à environ 40.000 p. cal., qui sont fournies par la. combustion d'une addition de soufre du sulfure ( par exemple de pyrite), ou de coke menu. De cette quantité de cha- leur, environ 13% sont absorbés par la décomposition du sulfate.
Si l'on désire réaliser en même temps une forte agglutination, ou le grillage accessoire d'une forte quantité de soufre du sul- fure, on peut employer dans l'exemple susmentionné 50.000 p.cal. et plus.
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2. 25 kg de sulfate de plomb,
75 kg d'un produit indifférent par exemple d'un résidu de pyrite grillée,-d'un produit agglutiné de retour, ou analogue, ( additionnés d'eau d'humectation).
Pour la réalisation de ce procédé suffisent ,par exemple, environ 35.000 p.cal. produites au moyen d'une.addition de soufre du sulfure , ou de coke menu. Dans ces conditions, la décomposition du sulfate demande 17,2% de la quantité totale de chaleur fournie. Si l'on désire réaliser une forte agglutination, on peut aussi apporter une plus forte quantité de calories.
Dans les deux derniers exemples on peut encore considérable- ment augmenter la teneur de la charge en sulfate. La limite maximum de la teneur en sulfate se détermine par le fait, qu'une partie non supérieure à environ 50% de la quantité,'de chaleur fournie par le combustible est tolérée d'être consommée par la décomposition du sulfate, cette dernière étant calculée suivant les chaleurs de décomposition connues.
En cas de décomposition de sulfates, par exemple de sulfate de fer, da sulfate de zinc, de sulfate de plomb, de sulfate de calcium, etc, les gaz de sortie, à teneur d'anhydride sulfurique, ou sulfureux, peuvent être traités en vue d'une obtention d'acide sulfurique, ou de sels. Les métaux lourds, introduits dans le procédé sont récupérés sous une forme d'oxydes, appropriée au traitement métallurgique.
On peut procéder suivant l'invention d'une manière sem- blable, lorsqu'il s'agit de décors:poser des chlorures, des hycra- tes, des carbonates, ou analogue, suivant un procédé à soufflage.
Pour la réalisation du procédé on se sert de préférence, de grilles à soufflage, de l'espèce des grilles mobiles. Un dis- positif de cette espèce est représenté, à titre d'exemple non li- mitatif, dans le dessin annexé. Le procédé suivant l'invention est réalisé sur une grille de cette espèce par exemple comme suit:
Le mélange à traiter, se composant de quantités exactement
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dosées de matières à aotion endothermique, exothermique et indif- férente,( suivant l'invention), se trouve, à un état de subdivision fine (autant que possible d'une grosseur de grains inférieure à 6 mm), dans une trémie de chargement 1, de laquelle il est en- trainé de manière continue, automatique,par la grille mobile 2.
Quelques fois il est avantageux de déposer sur la grille, de la manière connue, d'abord une mince couche d'une atière granulée indifférente, afin de protéger la grille contre la chaleur, ou d'empêcher la chute des matières en traitement au travers des fentes de la grille. Cette couverture de grille, constituée avanta- geusement d'un produit agglutiné de retour, se trouve dans la tré- mie 8. Sur la grille se déplaçant dans le sens de la flèche, est déposée d'abord une couche de matière protectrice de grille
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provenant; de la trolutio 8 oh ctmul6c; le m6111uge F..I. 't;.rU.:ttdt', prove- nant de la trémie 1.
Le mélange, étendu en couche plane sur la grille mobile, est allumé à sa surface par le dispositif d'alluma- ge 3 ,la réaction étant ainsi amorcée, la marche de la réaction est automatiquement maintenue et se poursuit en vertu de la teneur de la charge en matières à action exothermique ( par exem- ple@en combustibles, en soufre, ou analogues). L'air, ou d'autres gaz, nécessaires à la réaction, aspirés au travers de la charge de la grille, sont évacués des boites d'aspiration 4 par une ou plu- sieurs souffleries.
Le produit fini quitte la grille en tombant dans le couloir de déchargement 5. Lorsqu'une partie du produit est utilisé comme produit de retour; et surtout lorsqu'on travaille avec agglutina- tion, le produit cuit, ou grillé, venant de la grille, peut être dirigé temporairement, en ouvrant le clapet Sa;, dans le dispositif désintégrateur 6. Après désintégration à la grosseur de grain voulue, il est amené par un dispositif transporteur, par exemple une bande transporteuse 7, dans l'installation de mélange, afin d'être employé ici à la préparation du mélange pour la trémie 1.
Suivant les'résultats à obtenir, on peut aussi amener dans
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la charge si c'est nécessaire ,les gaz de la propre réaction, ou des gaz d'autres réactions, ou des gaz de combustion, à l'aide de chapeaux disposés au dessus de la charge. Ceci est fait, par exemple, lorsqu'on veut utiliser la chaleur des gaz de sortie pour le préchauffage de la charge. Le dessin représente seulement une forme de réalisation de l'invention.
Les chiffres indiqués dans les exemples de réalisation doi- vent également être considérés seulement comme indications à titre d'exemples, et ils varient suivant l'espèce des propriétés chimiques et physiques des matières à traiter et admixtes.
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Le t)z'ùd6E.ld !:H.llvt1llt. LlirijotiLJuti ri'odL ritit3 ?.t ;v >,>arar avo les procédés de réalisation des réactions exothermiques se pro- duisant avec un développement excessif de chaleur, exécutés en présence de matières indifférentes absorbant de la chaleur. Dans les réactions exothermiques il y a libération de chaleur, qui entraine, - dansle cas où elle dépasse la limite maximum,appropriée au but poursuivi,- des désavantages, par exemple une fusion pré- maturée, ou analogues. Dans certains cas on a proposé, en vue d' é- viter les surchauffages, de réaliser les réactions exothermiques en présence de corps indifférents, absorbant l'excès nuisible de chaleur.
Si la présente invention propose de diminuer, - dans la réalisation des procédés endothermiques, - la proportion des substances à actionendothermique, contenues dans les matières à traiter, -car une addition de matières indifférentes, cela se fait, contrairement aux procédés connus, exothermiques, non pas pour abaisser la température de réaction, mais pour empêcher les chutes de température inadmissibles et nuisibles. L'invention poursuit donc le but précisément contraire. L'admixtion de ma- tiares indifférentes constitue une mesure, qui ne fût employée jusqu'ici que pour un absaissement de température ,et dont l'application aux procédés qui, déjà par eux-mêmes ,ne sont réalisables qu'à l'aide d'une chaleur additionnelle, ne promet- tait, de prime abord, pas de succès.