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" Procédé et dispositif pour le grillage ou la cal- cination de matières pulvérulentes " .
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour le grillage ou la calcination de matières pulvérulentes.
Ce procédé peut être utilisé pour réaliser toutes opérations d'oxydation, de réduction et autres, sur des matières pulvérulentes; il peut être utilisé notamment pour opérer l'oxydation du soufre ou du charbon, la réduction du sulfate de chaux, la réduction avec volatilisation des vapeurs de matières zinciques en vue de l'obtention d'oxyde de zinc, l'oxydation du fer en vue de transformation de Fe2 O3 en Fe3 O4, etc....
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Ce procédé consiste essentiellement à mettre en suspension la matière pulvérulente à traiter au sein du gaz combustible ou comburant lui-même qui est destiné à assurer son grillage ou sa calcination et à imprimer à ce mélange de gaz et de matières pulvérulentes mis en circulation un mouvement giratoire, tout en provoquant un courant de dépression de bas en haut dans l'axe de la trajectoire circulaire suivie par le mélange.
Grâce à cette combinaison du mouvement giratoire imprimé au mélange de gaz et de matières pulvérulentes (mouvement giratoire qui permet au mélange de parcourir un long espace sur une faible hauteur), avec un courant de dépression ascendant, il se produit, d'une part, un brassage rationnel des gaz et des matières, d'autre part un freinage de la chute par gravité de ces dernières, qui assurent un temps de présence des gaz et des matières au contact les uns des autres assez long pour que le grillage ou la calcination de ces dernières s'effectue aussi complètement que possible.
Il se produit en même temps un effet de séparation ou de classement horizontal des matières qui, en accentuant la dispersion de ces dernières au sein du courant gazeux, facilite leur contact avec les gaz de la combustion et rend encore le grillage ou la calcination plus complète.
La dépression ascendante réalisée dans l'axe du mouvement tourbillonnant de gaz et de matières, dépression qui peut être produite par 18aspiration d'un ventilateur, réalise, comme on vient de le voir, une séparation ou un classement
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horizontal des matières, ce qui peut permettre aux matières plus lourdes ou plus grosses de suivre le mouvement tourbil- lonnant et de tomber par la gravité, tandis que les matières plus légères ou plus fines sont entraînées par le courant de dépression ascendant, avec les gaz de la combustion. Ceci peut être intéressant dans certains traitements, et notamment dans le traitement des minerais de fer en vue de la séparation de la silice qu'ils peuvent contenir.
Enfin on peut prévoir des additions d'air ou de gaz combustible ou comburant, soit au sein même du mélange de gaz et de matières, au cours de son mouvement giratoire, soit dans l'axe de la trajectoire suivie par ce mélange, dans le but de participer à la combustion et d'accentuer le freinage des matières.
S'il s'agit par exemple de traiter des matières zinciques en vue de l'obtention d'oxydes de zinc, ces matières, à l'état pulvérulent, pourront être mises en suspension dans le courant de gaz chargé d'en effectuer tout d'abord la combustion réductrice avec formation de zinc métallique au cours de son mouvement tourbillonnant, puis un courant d'air ascendant entraîné par la dépression oxydera ces vapeurs de zinc métallique pour les transformer en ZnO;
S'il s'agit par exemple d'oxyder du soufre, ce dernier sera mis à l'état pulvérulent, dans un courant d'air chargé de sa calcination et animé d'un mouvement giratoire ; del'air pourra également être envoyé en dépression au centre de ce @
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mouvement giratoire pour parachever la calcination des particules de soufre.
S'il s'agit d'oxyder des minerais de fer par exemple, ceux-ci, à l'état pulvérulent, seront mis en suspension dans un courant de gaz oxydants chargés de leur grillage oxydant et le courant d'air, envoyé au centre du mouvement giratoire imprimé au mélange, servira à compter cette oxydation.
L'allumage du mélange s'effectuera à son entrée dans l'appareil utilisé, par tous moyens appropriés.
Pour la réalisation de ce procédé on peut utiliser par exemple un dispositif constitué par deux cônes opposés réunis, par exemple, par une partie cylindrique,, et injecter tangentiellement et à l'intérieur de cette partie cylindrique ou à la jonction des deux cônes, le gaz combustible ou comburant tenant en suspension la matière à traiter, convenablement broyée au préalable. Le gaz se trouve dès lors, animé, à l'intérieur du dispositif, d'un mouvement de giration spiraliforme.
Un ventilateur relié au sommet du cône supérieur orée une dépression dans l'axe de l'appareil et peut provoquer en même temps des rentrées d'air :soit à la base du dispositif, soit en toute autre partie de ce dernier.
Dans la partie cylindrique de l'appareil qui peut avoir une hauteur variable, on pourra disposer, au-dessus et audessous de l'admission tangentielle du mélange de matières et de gaz, des admissions de gaz ou d'air (tangentielles de préférence afin d'augmenter la rotation du mélange); on pourra utiliser à cet effet des brûleurs reliés, par exemple, à une rampe munie de moyens de réglage, on peut ainsi augmenter la @
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zone de combustion de l'appareil, surtout lorsque l'on utilisera des gaz combustibles.
Au lieu de plusieurs brûleurs, on peut en prévoir un seul débouchant, tangentiellement de préférence, dans la partie cylindrique de l'appareil au-dessous du niveau d'arrivée des matières, et alimenté au gaz, au mazout ou huile lourde, ou encore avec du combustible pulvérisé.
On peut prévoir, de plus, une introduction d'air de combustion sous pression par des orifices ménagés dans la partie cylindrique de l'appareil.
L'avantage de cette dernière disposition est de permettre de réduire sensiblement la dépression qui s'exerce à la partie supérieure de l'appareil, et d'éviter ainsi entre autres tout entraînement intempestif de matière, tout en assurant une calcination ou un grillage beaucoup plus régulier et complet.
Au dessin ci-joint est représenté schématiquement et à titre d'exemple non limitatif, un dispositif conforme à l'invention, supposé appliqué au traitement de minerais ou composés zinciques.
A (fig. 1) est l'appareil de combustion et de réduction, ou brûleur, constitué par deux cônes 1 et 2, opposés par leurs bases et réunis par une partie cylindrique 3 sur laquelle sont branchés tangentiellement un ou plusieurs tuyaux 4 par lesquels pénètre, dans le brûleur, le gaz tenant en suspension la matière à traiter, préalablement broyée assez finement pour offrir une surface maximum à l'action de la réduction; cette dernière demandera donc le minimum de calories.
Pour injecter ce gaz tenant en suspension la
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matière broyée, on peut utiliser un aspirateur-ventilateur 5 qui aspire en 6 de l'air ou du gaz combustible (gaz pauvre, acétylène, gaz de ville ou autre) mélangé avec de l'air de combustion arrivant en 7; une trémie 8 laisse constamment s'écouler le minerai ou composé zincique finement broyé dans le courant gazeux, ainsi aspiré puis refoulé en 4. On pourrait également introduire les matières à traiter par une busette entre le ventilateur et le brûleur.
Au lieu de gaz combustible, on pourrait aussi aspirer du charbon pulvérisé dans lequel serait mise en suspension la matière à traiter.
De l'air de combustion pénètre également dans l'appareil par le sommet du cône inférieur 2. Enfin,, le tuyau d'aspiration dtun ventilateur 9 est branché sur le sommet du cône supérieur 1.
A l'intérieur du brûleur A, le courant de gaz tenant en suspension la matière à traiter est allumé, et prend un mouvement giratoire en spirale de haut en bas. Au cours de cette giration en spirale, les particules ont tout le temps de brûler, de se réduire ou de s'oxyder au contact des gaz en combustion, et les gaz produits ainsi que les particules les plus légères, si on le désire, sont aspirées par le ventilateur 9 qui peut aspirer en même temps par 10 une certaine quantité d'air, suffisante pour brûler par exemple en 11, des particules et oxyder des vapeurs zinciques avant leur introduction dans le ventilateur;
ce dernier refoulera les gaz, les matières lé-
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gères ou condensées, ZnO par exemple, dans une chambre de condensation 12 où elles se déposent et où on les recueille.
On peut autour de la chambre de condensation 11, disposer une double enveloppe 13 dans laquelle circule et se réchauffe l'air de combustion avant son introduction dans le cycle.
Dans le cas de la volatilisation du zinc et de l'oxydation des vapeurs, le ventilateur 9 peut au lieu d'aspirer les vapeurs de ZnO formées, aspirer de l'air par une de ses ouïes et les vapeurs et particules zinciques par,son autre ouïe, si l'on a eu soin de l'aménager convenablement à cet effet en séparant en deux parties par une cloison mobile ou non la turbine à ailettes de ce ventilateur; le mélange d'air et de vapeurs et particules métalliques se produira alors seulement dans le tube de refoulement du ventilateur, ce qui évitera que les ailettes de ce dernier ne subissent l'influence nuisible de la réaction exothermique en résultant.
Cette disposition aura de plus l'avantage de permettre à l'air, pénétrant ainsi dans une des moitiés des ailettes du ventilateur de refroidir ces dernières que les gaz à température élevée provenant du brûleur A tendent à échauffer.
Tous moyens connus peuvent être utilisés pour faciliterla condensation des matières tel que l'oxyde de zinc.
Il y a lieu de noter que l'aspiration de bas en haut produite par le ventilateur 9 dans le brûleur A a pour effet de freiner la chute par la gravité des grains de matière traitée dans ce brûleur et de donner ainsi à ces derniers tout le temps nécessaire pour être réduits avant d'atteindre le bas du brûleur. Ce freinage est accentué encore par l'aspiration d'air de combustion
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qui se produit, cônes on l'a vu ci-dessus, par l'orifice inférieur 15 du brûleur A, cette disposition assurant en effet en permanence un courant de dépression de bas en haut dans le brûleur, courant qui permettra également de remonter éventuellement les particules légères si l'on veut effectuer une séparation.
Les matières demeurées solides après réduction, tombent dans un récipient 15 où on les recueille; ce récipient 14 pourra être mis en communication, par exemple, par un tuyau 16, avec la double enveloppe 13 de réchauffage, de manière à aspirer en 15 de l'air déjà réchauffé.
On peut enfin perforer le cône inférieur 2 de l'appareil ou y aménager des fentes verticales de direction tangentielle et éventuellement la partie cylindrique 3 de manière à obtenir des rentrées d'air supplémentaires dans l'appareil sous l'effet de la dépression qui se produit de bas en haut dans ce dernier, comme on l'a vu précédemment. Ces rentrées d'air auront pour effet de détacher les particules légères qui auraient pu être entraînées avec des particules plus lourdes, et de les repousser vers l'axe du brûleur d'où elles seront prises dans le courant de dépression ascendant.
Il en résulte un classement horizontal des matières, les gros éléments (non volatils) étant particulièrement soumis au mouvement de la centrifugation et les éléments volatils à la dépression produite, par le ventilateur 9; ce classement assure une séparation plus précise des éléments lourds (entraînés par gravité) et des éléments légers (entraînés dans le courant de dépression ascendant)
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A la fig. 2, on voit comment l'on peut disposer une ou deux rampes à gaz 16, qui alimentent chacune une série de brûleurs 17 répartis tout autour de la partie cylindrique 3, au-dessous du niveau du tuyau 4.
Pendant tout son parcours dans la partie cylin- drique 3, les matières sont ainsi en ,contact avec du gaz combus- tible ou comburant qui assure un grillage ou calcination plus parfaite ..
Aux fig. 3 et 4 on a représenté, en coupes axiale et transversale, une variante comportant un seul brûleur 18 à gaz, huile lourde, combustible pulvérisé ou autre, dont la flamme pénètre tangentiellement dans la partie cylindrique 3, et remonte pendant le fonctionnement de l'appareil, sous l'effet de la dépression interne, de manière à entrer en contact avec le courant giratoire des matières à traiter.
L 'air de combustion nécessaire est envoyé sous pression dans une chambre annulaire 19 d'où il pénètre dans l'ap- pareil par des orifices libres 20.
Bien entendu, suivant les matières à traiter et le genre d'opération que l'on a en vue, on emploiera simul- tanément le brûleur et l'air de combustion sous pression, ou seulement ce dernier.
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