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"Charbon structural activé et procédé pour le fabriquer."
L'invention concerne la fabrication de charbon structural absorbant ou charbon activé.
Il est très important que les parois de support des particules individuelles des charbons activés de ce type soient denses ou fermes et que la particule ou le granule possèdent eux-mêmes la solidité ou résistance structurale nécessaire que l'on exige des charbons du type granulaire. On citera à titre d'exemple les charbons qui possèdent une résistance structura- le suffisante pour permettre de les utiliser dans des colonnes filtrantes ou dans des lits filtrants sans désintégration ex- cessive, charbons qui sont comparables au noir animal employé dans les colonnes filtrantes dans raffinage du sucre, ou aux char-
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bons activés tels que le charbon de noix de coco utilisé pour l'adsorption de vapeurs contenues dans des gaz, dans les mas- ques à gaz, catalyseurs, etc.
La résistance structurale de ces charbons et de charbons d'autres types est de la plus haute importance, car la durée de la matière dépend de la façon dont elle conserve ou non sa grosseur et sa forme granulaire d'or!- gine. L'expression "charbon structural activé" employée ici désigne en outre une matière qui peut être employée à l'état granulaire et elle implique la résistance structurale nécessai- re pour résister à la rupture, au frottement et à l'écrasement , dans les applications prétiques et pour conserver la forme gra- nulaire ou la forme de parcelle de grosseur relativement grand,
Le produit du procédé en question peut être employé ¯,
dans diverses opérations industrielles pour servir dtagent décolorant et purifiant pour l'élimination de la couleur et des ' impuretés de liquides et de solutions, pour l'extraction de vapeurs contenues dans des gaz, la purification de l'air, pour servir de catalyseur, et en général il peut être employé toutes les fois qu'on a besoin d'une matière décolorante ou purifian- te de nature structurale. Il convient naturellement de faire remarquer qu'on peut réduire la grosseur du produit structural et utiliser ce dernier sous forme de produit finement divisé ou de produit pulvérisé.
Parmi ses applications spécifiques on citera le raffinage et la décoloration des huiles et de leurs dérivés, le raffinage et la décoloration d'huiles minérales, animales et végétales, son emploi comme catalyseur, pour déco- lorer, purifier et raffiner des jus sucrés, des sirops tels que les sirops de canne, de grain, d'érable et de sorgho, la glycé- rine et les solutions aqueuses ou non aqueuses de composés or- ganiques ou anorganiques, la purification de l'eau et son emploi comme décolorant.
D'autres applications sont les suivantes: la purification des gélatines, phénols, drogues, produits médici-
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naux ou pharmaceutiques, ainsi que le blanchiment et la puri- fication de différentes huiles brutes ou partiellement raffi- nées, alimentaires et végétales, de qualité inférieure et de saveur médiocre, y compris les huiles de graines de coton, de lin, de colza, de noix de coco, de fève de soya et des huiles animales et des corps gras tels que le lard, les huiles de poisson, les huiles médicinales, les huiles de peinture, vernis et résines, les résidus de garages, etc.
Sous son aspect général la présente invention consis- te à mélanger des charbons finement divisés avec un liant qui se carbonise lorsqu'il est chauffé, à comprimer, mouler, agglomérer ce mélange ou à le filer à la presse, ou en général à soumettre un mélange de carbone et d'un liant qui se carbo- nise lorsqu'il est chauffé, à une pression notable, à chauffer le mélange jusqu'à une température appropriée pour carboniser le liant, puis à le soumettre à un traitement activant, tel qu'un traitement à la vapeur à des températures élevées ou un traitement par d'autres agents gazeux ou autres ayant une action oxydante douce. Le produit moulé ou aggloméré est de préférence broyé avant la carbonisation, mais il peut y avoir des cas dans lesquels on le carbonise d'abord entièrement ou partiellement, après quoi on le broie.
Le produit peut être traité ensuite par un solvant tel que de l'eau chaude et/ou un aoide dilué, pour éliminer les cendres et autres substances indésirables qu'il contient. Le produit final obtenu suivant l'invention est un produit de forme structurale granulaire de grosseur appropriée et il peut être employé dans des colonnes filtrantes, des lits filtrants, etc.
Les meilleures sortes de charbons ou carbones struc- turaux sont celles qui possèdent un haut degré de porosité du type canalisé ou spongieux, c'est-à-dire continu, dont les pores, canaux ou capillaires ont la grosseur et la nature
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voulues, tout en ayant la résistance portante structurale ou mécanique nécessaire pour résister à la désintégration dans les applications dans lesquelles ces charbons du type struc- tural sont utilisés. 0'est cette qualité qui est donnée au produit par le moulage, la compression, l'agglomération ou le filage à la presse.
Pour contribuer en outre à donner la résistance nécessaire, tout en conservant les propriétés d'adsorption, on utilise, conformément à la présente invention, des mélanges efficaces de types spécifiques, et dans certaine cas des proportions spécifiques de matière carbonique ainsi que dans certains cas des types et des proportions spécifiques de liants.
La pression utilisée pour la compression, l'agglomé- ration, le moulage ou le filage à la presse peut varier entre un multiple de 10 kg/cm2, ou une pression suffisant seulement à mouler le mélange, et une pression de plusieurs centaines de tonnes. On utilisera de préférence une pression de plus de 140 kg/cm2.
Sous l'un de ses aspects les plus typiques, l'inven- tion consiste à mélanger des carbones relativement actifs avec des carbones moins actifs ou relativement inactifs ; àcet effet on mélange les deux types et l'on complète l'opération telle qu'elle vient d'être décrite, ou bien on en soumet un mélange au traitement dédit.
On prend des matières carboniques rela- tivement inactifs, tels que le coke provenant de la distilla- tion et/ou de la pyrolyse (cracking) de pétrole, houille, etc. et des cokes provenant de la distillation destructive et de la pyrolyse de divers goudrons, tels que le goudron de houille, le goudron de lignite, le goudron de gaz et des cokes de cor- nues en général, etc., ou de la distillation destructive de brais correspondants, bitumes, etc.,ainsi que des houilles tels que l'anthracite, le semi-anthracite, les houilles bitu-
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mineuses et les charbons sous-bitumineux, et en général des carbones provenant de matières de nature minérale, et on les mélange avec des carbones plus actifs tels que du charbon de bois, en particulier du charbon de bois dur et des charbons tels que ceux qui proviennent de pailles,
de gousses et de produits végétaux en général, y compris les charbons provenant de divers déchets tels que les déchets de bois, les copeaux, les chaumes, les enveloppes et balles de céréales, la bagasse de canne à sucre, les coquilles et enveloppes de noix, noyaux de fruits, vinasses, eaux résiduelles de différentes industries telles que la papeterie et des carbones d'origine animale tels que le noir animal, le charbon de sang ou de cuir carbonisé, etc., et ce mélange de charbons inactifs et de charbons actifs est mélangé avec un liant qui se carbonise lorsqu'il est chauffé, par exemple un goudron, mais de préférence avec des brais de divers goudrons tels que les goudrons de houille et de bois, ou des bitumes et brais de pétrole, provenant de la distilla- tion directe ou de la pyrolyse, etc.
Les trois éléments consti- tutifs principaux du mélange sont donc un carbone relativement inactif, en général d'origine minérale, tel que des charbons ou des cokes, et plus particulièrement des mélanges de ces carbones, un carbone actf, c'est-à-dire généralement un carbone d'origine non minérale pouvant être activé facilement, et un liant qui se carbonise lorsqu'il est chauffé, de préfé- rence un liant de nature bitumineuse. Pour les carbones rela- tivement actifs, on donnera la préférence aux carbones végétas en particulier aux charbons de bois dur. On,-,peut aussi utili- ser des charbons de nature animale dans le mélange. Les liants préférés sont les goudrons de houille et de bois, et de pré- férence les brais obtenus 4 partir des goudrons de houille dt de bois.
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Sous un autre aspect typique l'invention consiste à mélanger un carbone minéral choisi dans le groupe comprenant les houilles et les cokes et contenant une proportion relati- vement faible de matière volatile, par exemple des cokes con- tenant moins de 10 pourcent de matière volatile et de l'anthra- cite, et dans certains cas du semi-anthracite et de l'houille semi-bitumineuse, et en général un charbon minéral de carac- téristiques non cokéifiantes, avec une houille bitumineuse ayant la propriété nette et marquée de se cokéifier ou de col- ler, et aussi avec un carbone actif, en particulier de provenant ce végétale ou animale et ayant des caractéristiques végétales ou animales,
ce mélange des différents types de carbone étant mélangé avec un liant qui se carbonise lorsqu'il est chauffé, puis à agglomérer, mouler, filer à la presse ou comprimer le mélange de toute autre façon, à le soumettre à une température propre à le carboniser, de préférence après l'avoir broyé, puis à l'activer, de préférence au moyen d'un gaz ayant une action oxydante douce, de la vapeur d'eau par exemple et fina- lement à soumettre de préférence le produit ainsi activé à l'action d'un acide dilué ou en général à celle d'un solvant, pour éliminer les éléments indésirables.
On peut définir en outre le carbone actif destiné aux applications en question comme étant le produit de la carbonisation, mais non nécessairement avec une activation subséquente, en particulier d'une matière végétale et d'une matière animale, et il peut comprendre les carbones provenant de la combustion incomplète (flamme fuligineuse) de gaz dont le carbone se dépose à des températures relativement basses, tels que le noir animal et le noir de fumée.
Dans une variante de l'invention, il peut aussi être utile de prendre une substance ayant des caractéristiques végétales ou animales pour servir directement de source de
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carbone actif, par exemple les matières végétales et les matières animales citées plus haut (telles que du bois ou des os,eux-mêmes, finement divisés) au lieu du charbon obtenu par leur carbonisation, pour constituer la source de carbone actif, bien qu'il soit nettement entendu que si l'on se base sur les caractéristiques du produit final, y compris à la fois la structure et l'activité, ces matières ne sont pas les équiva- lentes des charbons ou carbones,
Le carbone inactif peut être défini par exemple comme étant celui qui résulte de la cokéification de substances carboniques ou hydrocarboniques minérales solides ou liquides telles que celles qui sont citées plus haut, par exemple le pétrole et la houille, y compris l'anthracite, la houille bitumineuse et les goudrons qui en proviennent, ainsi que les houilles elles-mêmes, et en général les résidus carboniques provenant de la distillation destructive de goudrons, en par- ticulier de goudrons d'origine minérale, mais pouvant compren- dre des goudrons provenant d'autres sources. À cause de sa nature nettement végétale, le carbone obtenu à partir de tourbe peut être considéré comme étant un charbon végétal et un charbon actif, bien qu'il ne soit pas l'équivalent d'une matière véritablement végétale.
Le charbon provenant de la distillation destructive du lignite peut être considéré comme étant un charbon minéral et pour les applications rentrant dans la présente classification il peut être inactif, notam- ment par rapport aux types plus actifs cités, tels que le charbon de bois dur. Le charbon provenant de la distillation destructive du lignite peut toutefois être actif par rapport à la catégorie des charbons inactifs, par exemple des objets de pétrole et de houille et des différentes houilles elles- mêmes, et comme un charbon activé plus désirable au point de vue structural ou méranique peut'-résulter de leurs mélanges,
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cette caractéristique est considérée comme étant ouverte par l'invention, bien qu'il ne s'agisse pas d'un mélange préféré.
Il y a lieu de remarquer que les diverses combinaisons des trois éléments constitutifs principaux choisis dans les divers groupes indiqués plus haut ne sont pas équivalentes et que le choix des éléments constitutifs individuels dépendra de la qualité que l'on désire donner au produit, non seulement par rapport à l'adsorption.ou l'effet décolorant, mais aussi par rapport à la résistance structurale.
Le mélange de charbons et de liant est comprimé, moulé, aggloméré ou filé à la presse, le produit moulé ou comprimé étant de préférence broyé, puis chauffé pour carboni- ser le liant et ensuite activé, généralement par chauffage en présence de vapeur d'eau ou d'un autre gaz ayant une action oxydante douce. Le produit,final peut ensuite %tre traité par un acide dilué tel que de l'acide chlorhydrique, dilué par exemple dans la proportion de 1 à 3 % environ, pour éliminer les cendres indésirables qu'il contient, après quoi il peut être finalement lavé avec de l'eau.
Le produit fibal se présente sous une forme granit-' laire de nature structurale, et on peut le broyer pour lui donner la grosseur voulue à volonté.
Quelques-unes des théories existantes concernant le charbon actif et le charbon Inactif indiquent qu'un charbon actif est essentiellement pur d'hydrocarbures stabilisés adsorbés, normalement combinés avec lui et réduisant son pouvoir de combinaison avec d'autres substances, et qu'il est également pur de charbon inactif formé par la décomposition d'hydrocarbures à sa surface à des températures relativement hautes, par exemple au-dessus de 540 C environ.
En ce qui concerne la présente invention, les types de chargbons qui sont appelés ici charbons actifs et qui
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rentrent dans la catégorie des charbons actifs ont une nature telle que si on y ajoute par exemple des liants tels que des goudrons de houille ou des brais de pétrole et des bitumes, ainsi que des hydrocarbures quelconques pouvant être combinés avec eux avant l'incorporation du liant, lorsqu'on les chauffe et lorsqu'on les décompose aux températures existantes employ- ées pourr.la carbonisation, par exemple 650 0 jusqu'à 820 C, ceci n'entraîne pas le dépôt de charbon inactif ne pouvant être activé par les procédés décrits ici, par exemple par activation au moyen de vapeur d'eau ou par d'autres procédés usuels,
et ces types de charbons comprennent en général les charbons d'origine végétale et d'origine animale. Il est donc clair que par charbon actif on n'entend pas ici un charbon qui a nécessairement été activé, mais qu'on vise plutôt l'ori- gine et le type, par exemple en général des charbons d'origine non minérale, c'est-à-dire d'origine animale ou végétale.
Toutefois, on peut utiliser aussi des charbons activés dans les mélanges pour certaines sortes de produits. D'autre part, lorsque les charbons appelés ici inactifs, et ce sont en général des charbons d'origine minérale, tels que les cokes de pétrole, de houille (et en ce qui concerne les applications en question, les houilles elles-mêmes), etc., ou ceux qui sont produits par la distillation destructive de goudrons en provenant, sont mélangés avec un liant tel que du bitume de pétrole ou du brai de goudron de houille et chauffés par exemple au-dessus de 650 C, ils ne permettent pas d'obtenir un produit actif satisfaisant pour des applications pratiques.
L'un des aspects de la présente invention s'explique- ra facilement à l'aide des exemples suivants.
Un mélange de coke ou d'anthracite, ou un mélange de l'un d'eux ou des deux avec de la houille bitumineuse et avec du brai de goudron de houille employé à raison de 2 à 4
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parties en poids de coke, charbon, etc .,peur une partie de brai de goudron de houille a présenté, après avoir été prépa- ré et traité conformément au procédé décrit et faisant l'objet de la présente invention, un effet décolorant d'environ 35 % sur une solution normale de sucre brut.
En mélangeant envi- ron 12,5 à 20 % de chatbon de boic dur finement divisé aveo le coke ou le charbon, également finement divisé, et en utili- sant du brai de goudron de houille de même nature et dans la même proportion, et en procédant identiquement de la môme façon que dans le premier exemple, on a obtenu un produit qui, traité de la même façon que le précédent, a un effet décolo- rant d'environ 80 à 90 %. La résistance structurale et méca-
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nique de ce pradùit a été très améliorée et elle était 8" très supérieure à celle du produit fait avec le charbon as lui-même, ou même avec le charbon minéral seul avec un liant.
On a obtenu une comparaison semblable en prenant comme liant, dans les deux cas, un résidu de pétrole ou bitume, par exemple des résidus de la pyrolyse du pétrole.
Les liants utilisés dans le cas présent sont généra- lement ceux qui se carbonisent lorsqu'on les chauffe, de préférence des liants de la nature d'hydrocarbures tels que les brais et les goudrons, de préférence des brais, ce,% der- Mers étant en général les résidus produits par des substances organiques telles que des huiles, goudrons, etc. lorsqu'on les soumet à la distillation destructive en l'absence complète ou partielle d'air et jusqu'à un degré tel qu'il ne se produi- se pas de résidu carbonique complet, ces liants pouvant être un liquide épais ou visqueux, un semi-solide ou un solide, ces derniers se ramollissant ou se liquéfiant généralement lorsqu'ils sont chauffés.
Quelques-unes des sortes de brais usuelles sont les suivants; a) les brais de goudron, qui comprennent ceux qui
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proviennent des goudrons de bois, d'os, de houille, de gousses, de lignite, de tourbe, de paille, de matières gégé- tales et les goudrons de bitumes, de gaz à l'eau et de gasoline ; b) les brais d'huile, y compris les résidus de la distillation et de la pyrolyse d'huiles animales ou végétales et d'huiles de pétrole, de bitume, de paraffine, de naphténe et d'autres bases ;
c) les brais provenant de la distillation destructive de matières animales ou végétales, y compris ceux de la stéarine, de l'huile de palme, de la graisse d'os, de corps gras d'entrepôts, de boyaux, d'eaux d'égouts, de graisses, etc., d) les brais résultant de la distillation, destructive de bitumes naturels, d'asphaltes, d'asphaltites, etc. On peut.'utiliser différentes huiles (provenant dans bien des cas des goudrons mentionnés plus haut) en combinaison avec les brais ci-dessus pour les liants, par exemple les huiles de goudron de houille, les huiles de goudron de bois, les huiles de pétrole, en particulier les résidus de la pyro- lyse du pétrole, etc.
On donnera ordinairement la préférence aux brais de goudrons de houille ou de bois ou aux goudrons correspondants, et aux résidus poisseux ou sous forme de liquides épais provenant du traitement du pétrole, aussi bien de la distillation directe que de la pyrolyse, les brais de goudron de houille étant les plus avantageux, notamment en ce qui concerne la structure et la dureté du produit obtenu, mais les brais de goudron de bois donnent une activité un peu plus grande. Suivant les résultats que l'on désire obtenir, les liants employés peuvent %tre solides, par exemple des brais, ou semi-solides ou liquides, ou des combinaisons des précédents, entre eux ou avec des goudrons ou huiles, mais les solides sont préférables.
Relativement au choix des liants, on se guide sur l'efficacité et la résistance structurale que l'on désire
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donner au produit. Ceci s'applique aux sources de liants aussi bien qu'à leur forme physique, c'est-à-dire au choix d'un résidu liquide d'hydrocarbure lourd, d'un goudron, d'un brai ou d'un asphalte, etc.
Il peut y avoir en présence, avec le coke tel qu'. il est produit, par exemple à partir de pétrole ou de gou- drons,une quantité de brai suffisante pour permettre de mouler ou de comprimer le coke directement sans autre addi- tion de liant, et la présente invention vise l'utilisation de matières carboniques de cette nature. Ces types peuvent être réduits à un état de division fine, après quoi l'en ajoute la quantité nécessaire de charbon de bois ou d'un autre charbon végétal ou charbon actif, puis on moule ou comprime le mélange et on continue l'opération de la façon décrite, c'est-à-dire en carbonisant et en activant.
S'il y a un excès de brai en présence, on peut ajouter une quantité supplémentaire de charbon de la nature du coke, en réglant en conséquence la quantité de charbon de bois ou d'autre charbon actif dans le mélange. S'il n'y a pas assez de brai en présente, on peut ajouter une quantité supplémentaire de liant, par exemple du brai de goudron de houille. Lorsqu'il y a suffisamment de brai en présence,dans le coke, il peut être nécessaire de n'ajouter au mélange qu'une quantité et suffisante d'huile ou de goudron pour comprimer/mouler ce mélange.
Le coke provenant de la pyrolyse du pétrole et de ses dérivés, en particulier le coke obtenu dans la pyrolyse d'une huile à base d'asphalte ou de naphtène (bien que la même chose puisse s'appliquer au coke obtenu dans la pyrohyse d'autres sortes d'huiles), coke qui contient environ 15 % de matie volatile, ou davantage, et qui a des propriétés cokéffiantes, peut être de cette nature générale.
Par exemple, avec un coke provenant d'une huile à base mixte ayant les
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caractéristiques d'une huile du centre du continent ou du Texas Occidental et contenant environ 18 % de matière volatile, la proportion entre le charbon total et le brai ajouté et formant liant (dans ce cas particulier, du brai de goudron de houille) a été augmentée et portée d'environ 2 à 1 (pour le coke contenant moins d'environ 8 % de matière volatile) à environ 5 à 1, ou uh peu plus ou un peu moins, suivant la nature du coke, par exemple de 3 à 6 parties de charbon pour 1 partie de liant.
Le procédé utilisé pour le mélange du brai dans cet exemple particulier a consisté à l'utiliser sous forme d'émulsion, comme on l'a déjà décrit précédemment, ou à incorporer du brai finement divisé au mélange de charbon (contenant par exemple 88 % du coke mentionné plus haut et 12 % de charbon de bois), à utiliser une proportion d'environ 4 parties du mélange de charbon pour 1 partie du liant consti- tué par du brai dur, et à ajouter l'huile directement ou sous forme d'émulsion au mélange.
La proportion d'huile nécessaire pour l'utilisation dans ce mélange peut varier légèrement suivant la sorte d'huile et le procédé de mélange (par exemple suivant que le liant est incorporé sous forme d'émulsion ou directement) entre environ 25 et 60 % en poids du brai dur. Lorsque le brai finement divisé est incorporé directement au mélange de charbon sans être dispersé dans un milieu aqueux, on peut d'abord ajouter l'huile sous forme d'émulsion ou directement, et dans certains cas on peut procéder de façon inverse, en ajoutant l'huile par exemple sous forme dtémulsion au mélange de charbon,puis en incorporant le liant constitué par du brai dur finement divisé.
Il est important de remarquer que les particules résultant du broyage du mélange comprimé contenant du coke, du charbon actif et uh liant, peuvent ne subir que peu ou pas
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de fusion ou de collage pendant la carbonisation, même si le coke contenu dans le mélange présente lui-même cette ten- dance. Ceci a pour résultat une grande économie, les pertes de fines étant moins grandes que lorsque la matière est broyée à la grosseur voulue après la carbonisation, car les fines peuvent être recomprimées avant la carbonisation.
Ces exemples typiques ne sont donnés qu'à titre indicatif pour montrer que lorsque la quantité de liant en présence dans le coke employé est augmentée, la quantité de liant à ajouter au mélange de charbon actif et de charbon inactif peut être considérablement réduite (et même supprimée dans certains cas) et que le produit final peut être entière- ment satisfaisant relativement à ses propriétés adsorbantes ou décolorantes, aussi bien qu'à sa résistance structurale.
Il y a lieu de remarquer particulièrement que les généralisations ci-dessus peuvent s'appliquer au coke de dis- tillàtion de pyrolyse et au coke de distillation de cokéifi- cation aussi bien qu'au coke de divers goudrons tels que les goudrons de houille, de lignite et dans certains cas le goudron de bois; etc.
On peut bien reconnaître que le degré de cokéification et le produit obtenu peuvent être réglés quant à la matière volatile et qu'on peut obtenir du coke contenant différentes proportions de brai en partant des dif- férentes matières premières citées ou de matières premières analogues, la quantité de liant supplémentaire comprenant par exemple le brai et/ou le goudron ou l'huile, à ajouter dépendant, comme on l'a dit, de lq quantité de liant contenue dans le coke et variant suivant le procédé et les conditions de fabrication du coke lui-même.
Des conditions semblables à celles qui viennent d'être décrites relativement à ce que l'on exige du liant peuvent se présenter relativement au charbon, en particulier
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aux houilles bitumineuses, pour lesquelles la quantité de liant nécessaire pour les mélanges de houille et de charbon actif sera bien inférieure à celle qui est exigée pour l'an- thracite ou le coke contenant peu de matière volatile. Bien que leur utilisation soit envisagée dans le cadre de l'inven- tion, les houilles ne sont pas nécessairement équivalntes aux cokes.
En général les houilles sont classées en houilles sous-bitumineuses, bitumineuses, semi-bitumineuses, semi- anthracites et anthracites, avec des degrés intermédiaires tels que les qualités inférieure, moyenne et supérieure dans chaque catégorie. Le lignite et la tourbe sont encore, sous ce rapport, au-dessous de la houille sous-bitumineuse dans l'ordre indiqué. L'humidité décroit dans l'ordre indiqué, de même que les autres matières volatiles en présence. Les houilles contenant de très grandes pDoportions de matières volatiles combustibles, tels que les houilles sous-bitumineu- ses et les houilles bitumtneuses de rang inférieur présentent un gonflement marqué lorsqu'ils sont chauffés, mais ils ne forment pas un coke solide et compact.
D'autre part, les houilles de rang supérieur, semi-bitumineuses, semi-anthra- citiques ou anthracitiques ne gonflent ou ne se cokéifient que relativement peu ou pas, cette propriété allant en dé- croissant dans l'ordre indiqué. Les houilles bitumineuses de rang moyen et de rang supérieur et les houilles semi-bitumi- neuses de rang inférieur et de rang moyen présentent une propriété de collage ou de cokéification nettement prononcée pendant la carbonisation et ils forment des cokes fins, c'est- $-dire qu'ils subissent un changement de forme pendant la carbonisation, le produit obtenu ayant gonflé ou s'étant rétréfi pendant l'expulsion de la matière volatile, mais le coke produit est ferme et dur et il convient bien pour servir
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de combustible solide.
Dans l'application de la présente invention on utilise la propriété cokéifiante ou collante du groupe, cité en dernier lieu,de houilles bitumineuses, en mélangeant ces houilles d'une part avec des houilles contenant peu de ma- tières volatiles, tels que l'anthracite, le semi-anthracite ou la houille semi-bitumineuse de rang supérieur, ou avec du coke produit à partir de ces houilles, ou provenant de la cokéification ou de la pyrolyse de pétrole, de goudrons et de brais, et d'autre part avec un charbon actif obtenu en général à partir de matières végétales ou animales, par exemple de bois ou du noir animal ou du charbon d'os.
On mélange toutes ces matières finement divisées et on ajoute un liant de la nature des liants décrits plus haut, tels que des brais, goudrons, etc., et en général on peut aussi incorporer à l'ensemble un liant qui se carbonise lorsqu'il est chauffé, (on peut aussi utiliser en même temps d'autres liants tel que des liants de la nature de carbo- hydrates par exemple des amidons et des sucres), puis le mélange est comprimé et carbonisé de préférence après broyage, après quoi il est activé de la façon qui sera décrite plus loin.
L'incorporation d'autres sortes de charbon, telles que celles que l'on obtient à partir de lignite et de tourbe,pour constituer une partie du mélange, rentre aussi dans le cadre de l'invention,
La houille bitumineuse du groupe mentionné, charbon qu'il s'agit de mélanger avec le coke ou l'anthracite, etc. et avec le charbon végétal ou animal, sert non seulement de liant supplémentaire, il détermine aussi dans une grande mesure les caractéristiques structurales du produit final, bien qu'il ne faille pas oublier que chaque élément constitu- tif a un but bien déterminé et utile.
En général, par cons...
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quent dans cette forme de l'invention le mélange contient une houille collante ou se cokéifiant, tel que de la houille bitumineuse ayant les caractéristiques voulues, une matière carbonique non collante comprenant un coke ou une houille contenant peu de matières volatiles tel que l'anthracite, et un charbon provenant d'une source animale ou végétale.
Comme il est évident que la houille bitumineuse a une proprié- té bien déterminée qui le rend propre à servir de liant, il peut, dans certains cas, être conforme à l'invention de n'uti- liser que peu ou pas de liant supplémentaire, ou de n'utiliser qu'une petite quantité de liant de la nature de carbohydrates ou en général d'un type soluble dans l'eau, bien que cela ne soit pas le mode préféré d'utilisation de l'invention ni un mode équivalent à ceux qui sont décrits plus haut.
Dans la description des procédés suivants on dési- gnera sous le nom générique de "charbons" les charbons rela- tivement inactifs, tels que les houilles et les cokes, ou les ne mélanges de houilles contenant que peu de matières volatiles, de coke et de houilles bitumineuses, ainsi que les charbons Actifs, tels que le charbon animal et le charbon végétal.
Bien qu'il soit préférable d'utiliser le procédé de mélange des charbons avec une émulsion d'un liant, dont la préparation est décrite dans le brevet américain n 1.440.357 du 26 décembre 1922 du même inventeur, ou avec des émulsions de liants appropriés préparés de toute autre façon, on peut utiliser d'autres modes d'incorporation du liant aux charbons, par exemple ceux qui sont décrits dans les brevets délivrés du même inventeur et/ou plus loin, Quelques-uns des modes de préparation du mélange sont les suivants: a) les carbones peuvent âtre mélangés directement avec le liant émulsionné, tels quels, ou bien les charbons peuvent être mis en suspension dans un milieu aqueux ou
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mouillés par ce milieu et mélangés avec le liant émulsionné.
Dans bien des cas l'eau contenue dans l'émulsion sera séparée du mélange par filtrage ou par évaporation, ou de préférence par évaporation seule, mais dans certains cas le mélange contenant l'émulsion peut être comprimé ou aggloméré directe- ment avant le broyage et/ou le chauffage destiné à carboniser le liant. b) Les charbons peuvent être mélangés. avec une solution d'un liant se carbonisant lorsqu'il est chauffé, le solvant étant séparé par distillation: et/ou évaporation, avant ou après la compression du mélange, selon qu'on le jugera nécessaire eu utile.
Le solvant peut être un liquide hydrocarbure à point d'ébullition relativement bas contenant du brai ou du goudron en solution, ou on peut ittiliser des solvants à point d'ébullition plus haut. c) Les charbons peuvent être mélangés avec un liant liquide qui se carbonise lorsqu'il est chauffé, par exemple un goudron produit directement ou un produit analogue au goudron, tel qu'une huile ajoutée à un brai. d) Les charbons peuvent être mélangés avec un brai tendre en soi ou avec un brai rendu fluide par chauffage.
Dans certains cas le mélange peut être facilité par la cha- leur, c'est-à-dire qu'on chauffe le tout pendant le mélange. e) Les charbons peuvent être mélangés avec un brai hon fluide (solide) ou un autre liant non fluide qui se car- bonise lorsqu'il est chauffé, et ils peuvent aussi être mélan- gés ensuite avec, ou mouillés ou humectés par un liquide tel que de l'huile, du goudron de même nature que ceux qui ont été décrite plus haut relativement à la présente invention, ou avec un autre liquide organique formant avec le liant une solution, une dispersion ou une masse fluide.
Il convient de mélanger le mélange de chatbons et de liant à base de
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brai non fluide avec une huile ou un goudron avant la com- pression, mais lorsqu'on n'emploie pas de liquide, on chauffe le mélange avant et/ou pendant la compression. Il est bien entendu, toutefois, qu'il peut être chauffé même lorsqu'on utilise le liquide de mouillage. Le liquide humectant ou de mouillage ajouté au mélange de charbons et de liant peut aussi se trouver à l'état d'émulsion, ce qui est particulièrement utile dans bien des cas. Sous ce rapport on préférera des huiles et des goudrons, y compris des résidus d'hydrocarbures fluides pyrolyses. L'émulsion d'huile peut être préparée de la façon précédemment décrite.
Dans certains cas les charbons peuvent être mouillés avec de l'huile telle quelle ou émul- sionnée et le brai dur finement divisé peut ensuite être Incorporé, ou bien on peut-,-,utiliser diverses combinaisons des procédés décrits.
On a trouvé, lorsqu'on mélange des charbons firec- tement avec un liant finement divisé, par exemple un brai non liquide ou solide finement divisé, et ensuite avec une émul- sion d'huile qui forme une masse coulante ou fluide avec le brai, que l'on peut réaliser une économie marquée en suppri- mant le filtrage et le séchage du mélange résultant avant l'agglomération. L'émulsion sera de préférence une émulsion du genre de celle de l'huile dans l'eau.
La façon de procéder est la suivante: On prend un mélange de charbons, par exemple de coke et/ou de charbon de terre ou de bois, et on le mélan- ge avec du brai de goudron de houille finement divisé ou,du brai de bois dur dans la proportion d'environ 3,5 parties de charbon pour une partie de liant à base de brai finement -divisé , Après avoir mélangé intimement les matières finement divisées, :on ajoute et on incorpore intimement au mélange de charbons et de liant finement divisé une émulsion d'huile dans de l'eau, émulsion stabilisée par un agent émulsionnant
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tel que celui qui a été décrit dans les brevets délivrés à l'inventeur et dans les demandes de brevets parallèles, par exemple de l'huile de créosote dans de l'eau, émulsion sta- bilisée par une solution alcaline de caséine.
L'huile de l'émulsion se trouve dans la phase interne, c'est-à-dire que l'émulsion est du type d'une émulsion d'huile dans de l'eau, et l'huile qu'elle contient forme une masse fluide avec le liant à base de brai contenu dana le mélange, ce qui produit une masse dans laquelle le liant est intimement réparti et qui peut %tre comprimée directement, ou qui n'exige qu'un chauffage doux pour permettre la compression.
Le mélange de charbons seuls ou contenant le liant finement divisé peut aussi %tre mouillé avec de l'eau pure ou avec de l'eau conte- nant un colloïde de protection ou agent émulsionnant, avant d'être mélangé avec l'agent émulsionnant. f) Les charbons peuvent être mélangés avec un liant non fluide soluble dans l'eau ou pouvant former une dispersion dans l'eau et se carbonisant lorsqu'il est chauffé, tel que du glucose, de l'amidon, du brai de déchets de liqueur de sulfite, etc., puis humectés avec de l'eau, ou bien on peut utiliser une solution d'un liant solide soluble dans l'eau*
En général les modes préférés de mélange des charbons actifs et des charbons Inactifs avec le liant sont les modes a) et e).
Dans le cas a),la quantité d'eau est de préférence réduite au minimum pour permettre .1' évaporation directe et/ou la compression. Dans certains cas la matière comprimée ou moulée est légèrement séchée avant la carbonisa- tion, Dans le cas e) on ajoute l'huile ou le goudron soit directement au mélange de liant et de charbon, soit de préfé- rence sous forme d'émulsion.
Toutefois, tous les procédés ci-dessus sont effica- ces, bien que l'on conçoive facilement qu'ils ne sont pas
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équivalents.
Dans tous les cas ci-dessus le mélange est comprimé, moulé, agglopéré ou filé à la presse, soumis à un traitement thermique pour carboniser le liant, de préférence après avoir été broyé et réduit à la grosseur voulue, puis activé dans la plupart des cas par un traitement à la vapeur d'eau et/ou par un autre traitement, par exemple par un acide dilué. Dans certains cas le produit moulé peut %tre carbonisé en partie ou entièrement, puis broyé et réduit à la grosseur voulue, bien qu'il ait généralement été reconnu préférable d'effectuer le broyage avant la carbonisation.
Dans certains cas il peut-être utile d'ajouter au mélange de charbons et de liant une substance destinée à être éliminée par la suite par solution au moyen d'un solvant, par exemple du carbonate de calcium, de l'oxyde de calcium, de la dolomie, des métaux finement divisés, des oxydes métalliques, des sels, etc. Ces substances peuvent être éliminées du pro- duit, de préférence après l'activation, par un traitement au moyen d'un solvant, de l'eau par exemple, lorsque la matière est soluble dans l'eau, et par un acide dilué, par exempb de l'ancide chlorhydrique, lorsque la matière est soluble dans un acide.
De même, lorsqu'il s'agit de mélanges avec du charbon contenant des'cendres par nature, par exemple du charbon de bois, le produit final peut 8tre soumis à un traitement par de l'eau chaude et/ou un acide, tel que de l'acide chlorhydri- que, puis finalement lavé avec de l'eau et séché pour éliminer les cendres indésirables. Dans la plupart des cas de la pré- sente invention un traitement du produit par un acide est utile. Il peut aussi être utile d'ajouter à la matière des substances qui se volatilisent et/ou réagissent sur la matière carbonique pendant le traitement, telles que du chlorure de zinc, de l'acide phosphorique et des matières analogues.
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Il est bien entendu que les procédés et leurs différentes variantes qui ont été décrits ci-dessus, ou en général dans ce qui précède, ne doivent pas être considérés comme équivalents en ce qni concerne la qualité du produit ou les résultats obtenus, le procédé particulier ou les com- binaisons particulières que l'on choisit dépendant des matiè- res premières utilisées et des résultats que l'on désire obtenir.
Le mot "charbon" tel qu'il est employé ici désigne du carbone pur aussi bien qu'un mélange d'origine naturelle ou artificielle contenant une forte proportion de carbone.
Ceci comprend les divers charbons de carbonisation et les charbons d'origine animale, végétale ou minérale.
On donnera ci';dessous un exemple plys typique de la préparation d'un charbon décolorant et/ou adsorbant par le procédé qui fait l'objet de l'invention.
Les matières premières utilisées dans ce cas parti- culier sont le coke de pétrole, c'est-à-dire du coke prove- nant de la pyrolyse ou de la distillation du pétrole ou de ses fractions, et le charbon de carbonisation, de préférence du charbon de bois dur tel que l'érable, le chêne, le noyer d'Amérique, le bouleau, le hêtre, etc., d'une grosseur d'en- viron 20 mailles par cm et au-dessus, 80 mailles environ par cm étant préférables, Pour faire la suspension du liant on utilise du brai de goudron de houille (qui est préféré pour le type structural de charbon de bols)ayant un point de fusion d'environ 90 à 1250 C ou une dureté suffisante pour pouvoir %tre broyé.
On broie ce brai jusqu'à une gresseur d'environ 20 mailles par cm et au-dessus, de préférence en le concassant dtabord: puis en le broyant ensuite, en utilisant un colloïde de protection tel que la céséine, que l'on fait dissoudre dans une solution alcaline, de préférence une
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solution de carbonate de sodium ou de l'ammoniaque diluée.
On prend de l'huile de créosote provenant de la distillation de goudron de houille ou d'un autre hydrocarbure liquide à une hante température, de préférence un produit de la distil- lation du goudron de houille,,et on l'émulsionne dans la solution obtenue en faisant dissoudre de la caséine dans un alcali tel que le carbonate. de sodium. On ajoute l'émsulsion d'huile à la suspension de brai, ou inversement, pour préparer le liant émulsionné, comme cela est décrit dans le brevet américain n 1.440.356 du 26 décembre 1922 du même inventeur.
On peut utiliser d'autres procédés pour préparer le liant émulsionné. A titre d'exemple de préparation de la solution de caséine, on dira que l'on peut faire dissoudre dans de l'eau environ 1 % en poids de carbonate de sodium, chauffer la solution jusqu'à environ 65 C, puis introduire dans la solution alcaline chauffée, en agitant, environ 2 % en poids de caséine. On laisse la solution refroidir, de préférence, avant de s'en servir.
On peut diluer la solution avant de préparer la suspension de brai, suspension que l'on peut préparer en ajoutant, en parties égales, en poids, la solution diluée et le brai finement divisé, en agitant, et/ou en broyant. On ajoute ensuite une émulsion d'huile, de préférence de goudron de houille, par exemple de créosote ou d'huile d'anthracène, émulsion que l'on prépare en émulsionnant l'huile dans une partie égale de la solution de caséine mentionnée plus haut.
Pour préparer cette émulsion, on peut ajouter l'huile lente- ment à la solution de caséine et agiter vigoureusement pendant ou entre les additions, jusqu'à ce que la quantité d'huile nécessaire ait été ajoutée. On mélange ensuite l'émulsion d'huile avec la suspension de brai; l'ensemble résultant de ce mélange contenant une émulsion stable de
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brai tendre dans la proportion par exemple., de 20 à 60 par- ties d'huile de créosote pour 100 parties de brai dur. Il est utile d'ajouter à lt émulsion de brai tendre préparée de la façon décrite une petite quantité d'une solution de tannate d'ammonium (une solution d'acide tannique contenant une petite quantité d'ammoniaque) pour la stabiliser.
On mélange ensuite avec 1' émulsion un mélange de coke de pétrole et de charbon de bois dur, en utilisant de 10 à 25 % de charbon de bois dur dans l'exemple particulier dont il s'agit, de préférence environ 15 %, sous une forme finement divisée, par exemple d'une grosseur d'environ 20 à 80 mailles au cm. Dans certains cas on peut humecter le mélange de char- bons avec un peu de la solution diluée de caséine. A titre d'exemple, le mélange final d'huile de, créosote, de brai et de charbon de bois peut contenir environ 30 parties d'huile, 100 parties de brai et 200 parties de mélange de charbons (85 % de coke contenant peu de matières volatiles et 15 % de charbon de bois) en poids, et en outre il y aura en présence de très petites quantités de sel de soude ou carbonate de sodium et de caséine.
Dans un autre exemple, où le coke con- tient une plus forte proportion de matières volatiles, on peut prendre 30 parties d'huile, 100 parties de brai et 425 parties de mélange de charbons (85 % de coke et 15 %-de charbon de bois). Ces proportions peuvent varier considérablement, l'exem- ple ci-dessus étant donné relativement à un charbon de bois structural de qualité supérieure.
Les proportions de charbon peuvent varier généralement d'environ 160 à 600 parties par rapport au brai, suivant la quantité de matière volatile et/ou de brai en présence au début dans le coke, et suivant d'autres facteurs; par exemple, pour du coke complètement débarrassé des matières volatiles, on peut utiliser 1,9 parties de charbon pour 1 partie de brai, et pour du coke contenant 20 % de
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matière volatile, par exemple du coke provenant d'une opéra- tion de pyrolyse, on peut utiliser 5 parties de mélange de charbons pour une partie de brai. Ces chiffres ne sont donnés qu'à titre d'exemples, bien qu'ils représentent des propor- tions désirables en pratique.
En règle générale il n'y a en présence, dans l'émul- sion, que la quantité d'eau suffisante pour permettre un mélan- ge intime avec le charbon, et l'eau peut être ensuite élimi- née ou séparée par évaporation ou autrement. Dans certains cas le charbon est mouillé avec le milieu aqueux, puis mélangé avec le liant émulsionné, En pareil cas l'eau peut être un peu en excès d'une quantité égale par rapport aux matières en suspension et un filtrage peut alors être utile pour séparer une partie de l'eau, le mélange étant ensuite séché par évapo- ration ou autrement. Il est préférable toutefois qu'il nty ait en présence qu'une quantité d'eau suffisante pour que les matières puissent être bien mélangées, puis séchées direc- tement par évaporation.
Dans certains cas le mélange peut être comprimé auparavant et sans ééchage, et ceci est le mode de réalisation préféré, qui est très économique. Ceci est le cas lorsque l'on utilise le procédé décrit sous e). Il n'est pas nécessaire que le mélange soit complètement séché, la présence de petites quantités d'eau facilitant le moulage ou l'agglomé- ration.
Le mélange est moulé ou aggloméré, de préférence pen- dant qu'il est chaud ou chauffé, de préférence aussi sous des pressions allant par exemple de 140 kg/cm2 à 1400 kg/cm2; l'inventeur a trouvé par exemple que des pressions de 350 kg/cm sont des pressions de travail qui donnent des résultats tout-à-fait satisfaisants, bien que toute pression appropriée donnant les résultats désirés soit suffisante. La matière comprimée est alors carbonisée.
Le produit comprimé ou moulé,
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qui constitue les briquettes, est d'abord concassé et/ou broyé et réduit à la grosseur voulue avant la carbonisation* Dans certains cas les briquettes peuvent %tre broyées jusqu'à une grosseur correspondant par exemple à 3 mailles par cm et au-dessus, puis elles sont carbonisées et soumises ensuite à un traitement ultérieur, ou bien elles peuvent être réduites à une grosseur plus petite si on le désire, en vue d'un trai- tement ultérieur. S'il est utilisé pour filtrer des liquider, le produit peut être réduit, avant la carbonisation, à une grosseur plus petite, à volonté, par exemple de 4 à 8 mailles par cm et même une grosseur plus petite.
La principale ques- tion, dans ce cas, consiste à éviter les pertes au passage à travers les différentes opérations de broyage. Les fines qui s'accumulent avant la carbonisation peuvent %tre recom- primées. Dans certains cas la matière moulée est carbonisée directement,puis réduite ou concassée et/ou broyée à la grosseur voulue. Il est préférable toutefois que le produit moulé soit concassé avant la carbonisation.
Bien que l'on ait décrit en détail la préparation d'un mélange par l'un des procédés utilisés conformément à la présente invention, pour,préparer le mélange de charbons et de liant, il est bien entendu que des procédés autres que ceux qui viennent d'être décrits peuvent aussi être utilisés;
par exemple, les charbons (par exemple le coke et le charbon de bois) peuvent %tre mélangés directement avec un brai tendre servant le liant (de préférence à chaud) ou une solution de ce liant, ou avec un liant constitué par du brai dur finement divisé seul ou de préférence additionné ensuite d'une petite quantité d'huile ou de goudron ou d'un autre solvant pour le liant, et en diverses combinaisons, et en général avec un liant qui se carbonise lorsqu'il est chauffé, puis ils peu- vent être comprimés et soumis à la carbonisation et/ou aux
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autres traitements décrits et conformes au procédé.
Par exemple, on a préparé un charbon structural très satisfaisant, d'un grand effet décolorant et d'un grand pouvoir de raffinage, en utilisant 1,9 parties d'un mélange de charbons (contenant 87 1/2 % de coke de pétrole débarrassé des matières volatiles et 12 1/2 % de charbon de bois dur), (ou d'autres proportions, ainsi qu'on l'a montré plus haut), 1 partie de brai de goudron de houille ayant un point de fusion d'environ 93 C de l'huile sous une forme finement divisée et bien mélangée, et 0,25 partie d'huile de créosote ajoutée et mélangée ultérieurement avec le mélange, soit telle quelle, soit émulsionnée. Le pro- duit fut ensuite moulé, concassé, carbonisé, activé et traité par un acide de la façon décrite.
Avec du coke contenant 20 % de matière volatile (ce coke collait ou coulait aux hautes températures), on a employé les proportions suivantes: 5 par- ties du mélange de charbons (coke et charbon de bois), pour 1 partie de brai servant de liant et 0,4 parties d'huile.
Ces proportions, ainsi que les procédés de mélange ne sont donnés qu'à titre d'exemple et d'indications seulement.
Dans l'opération de carbonisation on a obtenu de bons résultats avec des durées de chauffage allant de trente minutes à une heure et trente minutes à des températures variant de 650 C à 820 C. Généralement parlant il est préfé- rable d'effectuer la carbonisation en couches minces. L'utili- sation d'un type rotatif continu de cornue a: donné de bons résultats. Dans le cas présent le but principal consiste à chauffer la matière uniformément et à empêcher la formation de charbon inactif secondaire.
Après le traitement de carbo- nisation le produit est soumis à un deuxième traitement ther- mique en présence de vapeur d'eau à des températures compri- ses entre environ 820 C et 985 C pendant un laps de temps compris entre environ trente minutes et deux heures ou
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davantage. Dans certains cas on a constaté qu'il est utile d'introduire de la vapeur d'eau dans la charge pendant la carbonisation.
Bien que l'on ait décrit la préparation d'un char- bon structural activé, à l'aide de certains mélanges et dans certaines conditions, il est bien entendu que ces exemples ne sont donnés qu'à titre d'indications, de nombreuses combinai- sons étant possibles entre les différentes sortes de charbons et de liants se carbonisant lorsqu'ils sont chauffés, tels que ceux qui sont indiqués, ou leurs mélanges.
En général les charbons peuvent se distinguer des liants en ce qu'ils ne se liquéfient pas et qu'ils ne se ramollissent pas sous l'action d'un traitement thermique à une température relativement basse, et généralement la quantité de matière volatile est inférieure à celle de matière non volati- le, tandis que les liants se ramollissent ou se liquéfient généralement sous l'action du traitement thermique et contien- nent généralement plus de matière volatile. Toutefois, les charbons peuvent contenir une quantité considérable de matière volatile et/ou de liant d'une part, et ils peuvent- coller jusqu'à un certain point lorsqu'ils sont chauffés à de hautes températures, et les liants peuvent contenir d'autre part une quantité considérable de charbon libre.
Les liants peuvent être des matières ayant une caractéristique poisseuse, asphal- tique, résineuse ou semblable et pouvant être à l'état non fluide ou solide, ou pouvant avoir, relativement à leur point de fusion, des caractéristiques telles que ces matières s'adap- tent à la forme du récipient qui les contient. Les brais, en particulier ceux qui sont obtenus à partir de goudrons de houille et de goudrons analogues, sont préférés pour servir de liants, bien que l'on puisse utiliser aussi ceux qui provien- nent d'autres goudrons et de pétrole.
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Il es Il est généralement préférable que le charbon de base soit broyé jusqu'à une grosseur de 80 mailles par cm et davantage, bien qu'une grosseur de 20 mailles par cm et au- dessus puisse donner de bons résultats.
Il semble que la carbonisation du liant pendant qu'il est en contact avec le charbon actif en présence dans le mélange provoque la formation d'un charbon actif ou d'un charbon pouvant être facilement rendu actif.
On a utilisé divers mélanges de charbon de base, tels que du coke provenant de diverses huiles, de divers gou- drons ou brais, de préférence de pétrole, de houille, etc. et de bois, de préférence de charbon de bois dur, dans des pro- portions variant entre 10 % du moins de charbon de bois et 90 % ou davantage de coke et inversement. La Structure méca- nique s'améliore entre certaines limites lorsque la proportion de charbon actif est moindre; toutefois, il faut tenir compte de l'activité du produit final en déterminant la proportion minima de charbon actif à utiliser.
La proportion de charbon de base par rapport au brai (en se basant sur du brai dur) peut varier entre 1,5 à 6 parties de charbon pour 1 partie de brai, la proportion préférée étant de 2 à 1 lorsque le coke contenu dans le mélange de charbons ne contient qu'une petite quantité de matière volatile, et elle est d'environ 4,5 à 1 lorsque le coke contient beaucoup de matière volatile, par exemple plus de 16 %, et qu'il a une tendance à coller aux hautes températures.
En général, lorsque la quantité de matière volatile contenue dans le brai change, la proportion relative de brai change entre certaines limites,
Les proportions de différentes matières sont données à titre d'exemples et elles peuvent varier beaucoup suivant les résultats désirés, c'est-à-dire qu'on peut utiliser dans certains cas une proportion plus grande de charbons par
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rapport au liant.
L'inventeur a trouvé que certains mélanges donnent de meilleurs résultats quant à la résistance structurale ou à la résistance à la rupture, au frottement abrasif ou non, etc. du produit granulé, c'est-à-dire que, lorsqu'on utilise des cokes pour les charbons de base, par exemple du coke de pétrole et un charbon végétal, par exemple du charbon de bois dur, non seulement les propriétés décolorantes du produit sont améliorées, la résistance structurale du produit est aussi largement améliorée. A titre d'exemple typique d'un mélange de ce genre on peut citer le suivant; coke de pétrole, de 80 à 90 parties en poids ; de bois dur, de 10 à 20 parties.
La proportion de liant peut être inférieure à 2 : 1 pour du coke contenant peu de matière volatile, comme dans le cas précédent, et elle peut être supérieure à 4 : 1 pour du coke contenant beaucoup de matière volatile, le lian utili- sé étant de préférence du brai de goudron de houille, qui donne un produit ayant une résistance structurale supérieure.
Dans les cas ci-dessus le liant peut être incorporé au mélange de l'une quelconque des manières décrites., mais il l'est de préférence sous forme d'émulsion ou de brai dur finement divisé et mélangé ensuite avec une huile ou un goudron, ou inversement, de la façon décrite plus haut.
Le produit donné par ce procédé a une adsorption supérieure ou un effet décolorant qui est très supérieur à celui du produit provenant de charbon minéral inactif seul, avec une meilleure résistance structurale et mécanique, cette dernière étant en particulier de beaucoup plus grande que lorsqu'on utilise du charbon actif seul.
A titre d'exemples typiques de résultats obtenue on donnera les suivants:
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Au point de vue de la résistance structurale et mécanique des produits obtenus, le liant préféré est le brai de goudron de houille.
Les produits donnés par le procédé ont été régéné- rés de nombreuses fois avec une très petite diminution de structure et d'activité.
En opérant par le procédé décrit on a obtenu un produit très supérieure et avantageux au point de vue du prix de revient, qui a été relativement bas, ce produit ayant une
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structure mécanique et un effet décolorant bien supérieurs à ceux du noir animal de haute qualité, en utilisant par exemple un mélange contenant 12,5 de charbon de bois dur, 87,5 % de coke de pétrole et un liant constitué par du brai de goudron de houille. La résistance mécanique de ce produit particulier était double de celle da noir animal de haute qualité et son action décolorante effective, ainsi que ses propriétés de régénération étaient bien supérieures à celles de ce dernier.
Dans les cas ci-dessus la proportion de liant dans le mélange, en se basant sur le brai, a été d'environ 1,8 : 1 à 2 : 1 lorsque le coke contenait moins de 8 % de matière volatile, et de 4 : 1 à 5 : 1 lorsque le coke contenait plus de 16 % de matière volatile, les proportions intermédiaires variant suivant les besoins. En vue de la structure des pro- portions de liant de moins de 2,5 : 1 sont préférées lorsque le coke ne contient qu'une petite proportion de matière vola%1. le. La qualité du produit, quant à la structure et à l'usure, a été, lorsque le liant était du brai de goudron de houille, plus grande que lorsque le liant était du brai de goudron de bois. On peut aussi utiliser des liants provenant de pétrole, tels que des brais, asphaltes, etc., provenant d'huiles trai- tées directement et d'huiles pyrolysées.
Lorsque le produit a été très finement divisé, on a obtenu des résultats meilleurs que ceux qui sont indiqués plus haut. Les produits contenant du charbon de bois dur (voir ci- dessus) ont été soumis au traitement acide décrit.
Le coke utilisé dans les cas précédents provenait de la distillation destructive, y compris la pyrolyse, du pétrole ou de ses fractions. D'autres cokes, tels que des cokes prove- nant de la cokéification de goudrons et de brais, ont aussi donné de bons résultats. D'autres charbons végétaux donnent
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aussi de bons résultats lorsqu'ils remplacent le chatbon de bois dur, bien que ce dernier soit préférable.
On peut obtenir des résultats comparables à ceux qui sont indiqués en opérant suivant les autres variantes dé- crites, mais le procédé utilisé dans ces cas typiques est préférable.
Dans l'autre variante du procédé, variante dans la- quelle on utilise de la houille bitumineuse dans le mélange de charbons avec du coke de pétrole ou un autre coke, ou de ]!'anthracite d'une part et du charbon de bois dur ou un autre charbon végétal d'autre part, on peut opérer en mélangeant le liant avec le reste, par le même procédé que celui qui a déjà été décrit, autrement dit on peut, si on le désire, mouiller le mélange contenant les houilles, en utilisant à cet effet de l'eau contenant un colloïde de protection. On peut préparer l'émulsion de brai de la façon décrite en met- tant d'abord en suspension un brai dur finement divisé, puis én y ajoutant une émulsion d'huile, par exemple dJanthracène ou d'huile de créosote.
Dans ce cas particulier l'eau peut être éliminée de préférence par évaporation et la matière peut être comprimée, ou bien, dans certains cas, elle est comprimée directement. La matière comprimée ou moulée peut ensuite être concassée ou broyée, après quoi elle est soumise à un traitement thermique pàur la carboniser, et le produit carbonisé est ensuite soumis à l'activation par un traitement au moyen de vapeur d'eau ou d'autres gaz oxydants, et finale- ment soumis à un traitement au moyen d'un acide dilué tel que de l'acide chlorhydrique et/ou de l'eau chaude.
Les conditions de compression, de température et de durée de la carbonisation, ainsi que de température et de durée de l'activait on, de même que pour le traitement acide peuvent tre les marnes que celles qui ont été décrites dans
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les exemples précédents.
Dans un cas typique on a préparé le produit en utilisant a) du coke de pétrole, un charbon bi- tumineux ayant une propriété cokéifiahte déterminée pour produire un coke raisonnablement ferme, et du charbon de bois., le tout finement divisé, b) de l'anthracite, de la houille bitumineuse et du chatbon de bois, le tout finement divisé, et c) du coke provenant de la cokéification de charbon, une houille bitumineuse et du charbon de bois dur, le tout finement divisé.
Pour faire le mélange par un procédé, on a préparé une émulsion de brai de goudron de houille de la façon décri- te, c'est-à-dire en mettant d'abord en suspension le brai fi- r.ement divisé et en y ajoutant une émulsion d'huile de créoso- te et en utilisant une dispersion de caséine dans une solution étendue de carbonate de sodium dans de l'eau comme agent de suspension et agent émulsionnant. L'émulsion de brai de OU- dron de houille fut ajoutée à chacun des trois mélanges indi- qués ci-dessus.
Le mélange de coke ou d'anthracite, de houille bitu- mineuse et de charbon de bois dur contient de 15 à 30 % de houille bitumineuse et de 10 à 25 % de charbon de bois dur.
On a obtenu de bons résultats en utilisant à peu près 20 % de houille bitumineuse et 20 % de charbon de bois dur, le reste du mélange de charbons étant constitué par du coke ou de l'anthracite.
Suivant un autre procédé de mélange, toutes les matières solides, y compris le brai, étaient finement divisées et avaient une grosseur d'environ 20 à 80 mailles par cm; elles étaient toutes bien mélangées et l'huile a été ajoutée plus tard sous forme d'émulsion.
La quantité de brai de goudron de houille non fluide utilisée, en se basant sur le mélange de charbons cité plus
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haut, est de 3 à 4 parties de mélange de charbons pour une partie de brai et la quantité d'huile utilisée sous forme d'émulsion avec le brai est de 20 à 50 parties d'huile pour 100 parties de brai.
Par exemple, le mélange peut contenir de 20 à 50 parties d'huile, 100 parties de brai de goudron de houille finement divisé et 350 parties de mélange de charbons (60 % de coke ou d'anthracite, 25 % de houille bitumineuse et 15 % de charbon de bois), en poids, et en outre il y a en présence de très petites proportions de sel de soude ou carbonate de sodium et de caséine. Les proportions de mélange de charbons (coke, houille et charbon de bois) peuvent généralement varier entre environ 160 et 600 parties par rapport au brai, suivant la quantité de matière volatile et/ou de liant conte-
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nue dès le début dans le coke ou Iia:,ll u:!:lie1.b:ttû.m1neuse.
La proportion de houille bitumineuse dans le mélange de charbons déterminera aussi la proportion de mélange de charbons par rapport au brai servant de liant, de sorte que les chiffres cités ne sont donnés qu'à titre d'exemples.
En règle générale la quantité d'eau en présence dans l'émulsion est tout juste suffisante pour permettre un mélange intime avec le charbon, et l'eau peut %tre ensuite éliminée ou séparée par évaporation ou autrement. Dans cer- tains cas le charbon peut être mouillé avec le milieu aqueux, puis mélangé avec le liant émulsionné. Il est préférable qu'il n'y ait que tout juste la quantité d'eau suffisante pour que les matières puissent être bien mélangées, puis séchées directement par évaporation, et on opère de préférence par le procédé décrit sous e), le mélange pouvant être comprimé auparavant, ou même sans séchage, de préférence par chauffage plus ou moins prononcé du mélange avant la compression.
Il n'est pas nécessaire que le mélange soit complè- tement séché, la présence de petites quantités d'eau facili-
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tant le moulage ou l'agglomération.
Le mode de mélange et les conditions de compression, de carbonisation et d"activation pour la variante du procédé en question sont pratiquement les mmes que pour le procédé précédemment décrit, avec des variantes, suivant les mélanges utilisés et les résultats désirés. A titre d'exemple, on a préparé un charbon structural de carbonisation d'une qualité très satisfaisante et ayant un grand pouvoir de raffinage, en utilisant 3,5 parties d'un mélange de charbons (contenant 65 % de coke de pétrole débarrassé des matières volatiles, 20 % de houille bitumineuse et 15 % de charbon de bois dur), 1 partie de brai de goudron de houille ayant un point de fusion d'environ 94 C, le tout finement divisé et bien mélange avec 0,35 partie d'huile de créosote émulsionnée l'huile dans l'eau et bien mélangée ensuite avec le mélange.
Le produit fut en- suite moulé, divisé, carbonisé, activé et traité par un acide de la façon décrite.
Le coke de pétrole ou l'anthracite sert essentielle- ment à permettre d'obtenir yn produit ayant une bonne struc- ture. La houille bitumineuse contribue à donner les propriétés voulues de structure et de liant, tandis que le charbon de bois sert de base pour assurer le pouvoir adsorbant et déco- lorant ; il est bien entendu cependant que l'ensemble du mélan- ge coopère dans la production de toutes les propriétés et de toutes les fonctions du produit final.
Le coke de houille ou celui qui provient de la car- bonisation de brais, de goudrons, etc., en général d'origine minérale, ainsi que l'anthracite ou le semi-anthracite, peut aussi %tre utilisé en général pour remplacer l'élément cons- titué par le coke de pétrole, mais il est bien entendu qu'il n'est pas dit par là qu'ils soient complètement équivalents.
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Dans la variante en question, les liants peuvent être les mêmes que ceux qui ont été décrits précédemment. Les liants peuvents être des matières de nature poisseuse, asphal- tique, résineuse ou analogue, non fluides ou solides, ou ayant un point de fusion tel qu'elles s'adaptent à la forme du récipient qui les contient. Les brais, en particulier ceux qui sont obtenus à partir de goudrons de houille et de bois et de goudrons analogues sont préférés pour servir de liants, bien que l'on puisse utiliser aussi des brais d'autres gou- drons et de pétrole. Il est généralement préférable que le charbon de base soit broyé jusqu'à une grosseur de 80 mailles par cm au au-dessus, bien que l'on puisse obtenir aussi des résultats satisfaisants avec environ 20 mailles par cm et au-dessus.
On a utilisé divers mélanges de charbons de base tels que du coke provenant de différentes huiles, de diffé- rents goudrons ou brais, de préférence de pétrole, de houille, etc. et du charbon de bois ou du charbon de carbonisation de provenances végétales ou animales en:.général, par exemple du charbon de bois dur et du noir animal, les proportions va- riant très largement suivant les matièresuutilisées et les résultats désirés. La structure mécanique est améliorée entre certaines limites lorsque la proportion de charbon acti diminue; toutefois il faut tenir compte de l'activité du produit final en déterminant la proportion minima de charbon actif à utiliser.
La proportion de charbon de base par rap- port au brai (en se basant sur du brai dur) peut être de 1,5 à 6 parties de charbon pour 1 partie de brai. En général, lorsque la quantité de matière volatile contenue dans le brai varie, sa proportion varie aussi entre certaines limites.
Les proportions de différentes matières sont don- nées à titre d'exemple seulement et elles peuvent varier
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considérablement suivant les résultats dédirés; par exemple, on peut utiliser dans certains cas une plus grande proportion de charbons par rapport au liant.
L'inventeur a trouvé que certains mélanges donnent, quant à la résistance structurale ou résistance à la rupture, au frottement abrasif ou non, etc. du produit granulé, de meilleurs résultats par exemple lorsqu'on utilise des cokes ou de l'anthracite pour servir de charbons de base de la houille bitumineuse et du charbon végétal, par exemple du charbon de bois dur; non seulement les propriétés décolorantes du produit sont améliorées, la résistance structurale du produit est aussibtrès augmentée. Les proportions suivantes permettent d'opérer dans de bonnes conditions: coke de pétrole ou coke d'anthracite contenant peu de matières volatiles, 40 à 60 parties en poids ; bitumineuse, 20 à 30 parties ; charbon de bois dur, 10 à 20 parties.
La proportion de liant peut être inférieure à 2 : 1 pour du coke contenant peu de matières volatiles, comme dans le cas précédent, et supérieu- re à 4 : 1pour du coke contenant beaucoup de matières volati- les, la proportion préférée étant de 3-4 à 1, le liant étant de préférence du brai de goudron de houille, qui donne un produit ayant une résistance structurale supérieure, bien que l'on puisse utiliser aussi d'autres liants, par exemple des liants provenant du traitement du pétrole.
Le produit obtenu par ce procédé a un pouvoir adso- bant ou décolorant très supérieur à celui du produit obtenu avec du charbon minéral inactif seul, ainsi qu'une meilleure résistance structurale et mécanique, cette dernière étant en particulier de beaucoup plus grande que lorsqu'on utilise du charbon actif seul.
Voici des exemples typiques de résultats obtenus;:
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La proportion d'huile utilisée sous forme d'émulsion dans les mélanges ci-dessus a varié entre 25 et 50 % du brai utilisé. Lorsque le brai de goudron de houille a été remplacé par du brai de goudron de bois, l'activité a été améliorée, mais la structure n'était pas aussi bonne.
Des variations dans les proportions et les quantités des divers éléments ont modifié l'équilibre entre la structu- re et l'activité dans une certaine mesure. L'un des buts principaux de l'introduction de noir animal dans le mélange a été d'obtenir un élément cendres qui joue le rôle de tampon dans le raffinage de solutions de sucre de canne par exemple, et de permettre une adsorption sélective des cendres en présence.
Lorsqu'on utilise du coke, par exemple du coke de pétrole débarrassé des matières volatiles et du coke prove- nant de la cokéification de brai de goudron de houille et de goudrons analogues, au lieu d'anthracite, on obtient des résultats semblables, bien que non équivalents.
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Comme dans les exemples précédents, ces produits ont été régénérés un grand nombre de fois, avec une très petite diminution de structure et d'activité.
La résistance mécanique de quelques-uns des pro- duits a été plus que double de celle de noir animal de haute qualité et l'action décolorante effective, ainsi que les propriétés de régénération ont été -très supérieures à celles de ce dernier.
D'autres charbons de carbonisation de végétaux donnent aussi de bons résultats lorsqu'ils remplacent le charbon de bois dur, bien que ce dernier soit préférable.
A titre de comparaison on dira qu'un noir animal de bonne qualité a donné, sur l'échelle de décoloration utilisée et dans des conditions d'essai comparables, une valeur d'en- viron 65 %, les volumes employés étant égaux, et en se basant sur les poids. Le produit obtenu par le présent procédé peut avoir une efficacité plus que double de celle du noir animal.
Dans la plupart des exemples indiqués dans les tableaux, le brai était émulsionné ou ajouté directement sous forme de brai dur ayant par exemple un point de fusion de 90 à 150 c C. Le procédé de mélange préféré dans tous les cas est celui dans lequel les charbons sont mélangés directement avec le liant finement divisé, par exemple du brai non fluide ou solide finement divisé, et ensuite avec une émulsion d'huile telle que de l'huile de créosote ou d'anthracène qui forme un produit coulant ou fluide avec le brai, une économie notable pouvant être réalisée par la suppression du filtrage et du séchage du mélange obtenu, avant l'aggloméra- tion. L'émulsion est de préférence du type d'une émulsion d'huile dans de l'eau.
La façon typique de mettre ce procédé de mélange en praline est la suivante: prendre un mélange de charbons, par exemple de coke, de houille bitumineuse et
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de charbon de bois, et le mélanger avec du brai de goudron de houille finement divisé eu du brai de bois dur dans la proportion d'environ 3,5 parties de charbon pour une partie de brai finement divisé servant de liant. Après avoir bien mélangé les matières finement divisées, on ajoute et on incor- pore intimement à ce mélange de charbons et de liant finement divisé une émulsion d'huile dans de l'eau, stabilisée par un agent émulsionnant tel que celui qui a été décrit dans les demandes de brevets américains du même inventeur, par exemple uné émulsion d'huile de créosote dans de l'eau, émulsion stabilisée par une solution alcaline de caséine.
L'huile de l'émulsion se trouve dans la phase interne, c'est-à-dire qu'elle est du type d'une émulsion d'huile dans de l'eau, et l'huile qu'elle contient forme une masse fluide avec le brai contenu dans le mélange et servant de liant, ce qui assure la production d'une masse dans laquelle le liant est bien réparti et qui peut être comprimée directement ou qui n'exige qu'un chauffage doux pour permettre la compression. Le mélange de charbons employés tels quels ou contenant le liant et finement divisé peut aussi être moullé avec de l'eau pure ou avec de l'eau contenant un colloïde de protection ou un agent émulsion- nant, avant le mélange avec l'agent émulsionnant. L'huile est utilisée, dans les exemples, dans la proportion d'environ 20 à 50 % en poids du brai employé.
(Si l'on utilise directement du brai tendre, on peut prendre les quantités équivalentes).
On peut naturellement faire varier ces proportions suivant les résultats désirés et les matières utilisées. L'huile de créoso- te ou ltanthracène peuvent être utilisés et le seront de pré- férence, mais on peut utiliser aussi d'autres produits de la distillation du goudron de houille et du goudron de bois ou des produits de distillation analogues, des huiles de goudron et de pétrole, par exemple des résidus liquides de la pyrolyse.
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Le poids indiqué pour le brai est celui d'un brai dur ayant un point de fusion d'environ 90 C à 125 C. Ce chiffre n'est donné que pour caractériser la proportion utilisée dans les exemples ci-dessus, plutôt que pour la limiter, et il con- vient naturellement de rappeler que les résultats obtenus avec des combinaisons différentes pourront ne pas %tre équi- valents.
Par "proportion de liant" on entend ici la quantité de matière carbonique employée par rapport à la quantité de brai utilisée ; par exemple, 3 : 1 signifie 3 parties en poids de matière carbonique pour une partie de brai. Le mot "compression" désigne le traitement du niélange sous une pres- sion obtenue par des moyens quelconques, par exemple le mou- lage, l'agglomération, le filage à la presse, le laminage, etc.
Les autres variantes décrites permettent d'obtenir des résultats comparables à ceux qui sont indiqués, mais le procédé préféré est celui qui est utilisé dans ces cas typi- ques.
Les exemples cités ici ne sont donnés qu'à titre d'indications, et il est facile à concevoir que l'on peut utiliser aussi de nombreuses combinaisons de matières carbo- niques de base et de liants, ainsi que de nombreux mélanges de diverses matières carboniques de base en combinaison avec diverses sortes de liants, employés seuls ou mélangés. Il est également facile de concevoir que les conditions de traite- ment, telles que les températures de carbonisation et d'acti- vation peuvent varier dans de grandes limites.
On conçoit de même qu'en ce qui concerne la qualité du produit final le pouvoir décolorant ou pouvoir de raffinage peut être bien' supérieur à celui qui est indiqué dans les tableaux, suivant les conditions des essais, la quantité et la nature de la
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matière à traiter, ainsi que le produit particulier qui est essayé. En conséquence, les exemples typiques donnés ne doivent pas être considérés comme des exemples limitant le cadre et les applications de l'invention.