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BREVET D'INVENTION " pPROCEDE DE FABRICATION DE CIMENT.
La présente invention concerne, d'une manière générale, l'application spéciale d'une séparation électrostatique perfectionnée (procédé par voie sèche) à la séparation, la concentration et la recombinaison de minéraux, qu'on trouve dans les roches, les schistes, les marnes, etc. et divers sous-produits, qui conviennent pour des mélanges à ciment bruts utilisés dans la production de ciments et préparés pour satisfaire à des spécifications types et spéciales et elle a trait, en particulier, au traitement des roches de carrières à ciment situées dans les régions de la vallée du Chester et de la vallée du Lehigh, dans l'Etat de Pensylvanie.
Le problème de la sélection, de la séparation et de la recombinaison de minéraux, pour la fabrication de
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ciment commence réellement pour tout fabricant de ciment au moment où il choisit la source de matières brutes et situe l'installation, de préférence avec accès facile et bas prix de transport à des sources extérieures de fournitures de combustible, de pierre à chaux, de fer et d'autres minéraux.
L'art de choisir, séparer et recombiner les minéraux dont on fait usage dans la fabrication de ciment, en particulier du ciment de Portland, est bien connu dans toute l'industrie. On produit du ciment marchand avec des roches de carrières, schistes, marnes, etc., de basse qualité aussi bien qu'avec des matières de rebut, telles que scorie de hauts-fourneaux, cendre de chaudières et stériles, ou déchets, d'usines de concentration, qui ont été préalablement séparés par des moyens mécaniques des minerais de cuivre, de zinc, de fer, d'or, d'argent, et peut-être d'autres minéraux, par des procédés bien connus de séparation et de concentration, tels que séparateurs à air, tables à eau et flottage, employant les procédés de concentration tant par voie humide que par voie sèche.
La séparation de minéraux durs, tels que le quartz, d'avec les minéraux plus tendres par les procédés usuels de broyage et de flottage dans l'air est bien connue des fabricants de ciment de Portland. La silice, sous la forme de silicates, se combine facilement avec les minéraux de CaCO3 dans des opérations de grillage ou de frittage, tandis que la silice libre (quartz dur) ne se combine pas aussi facilement.
Dans bien des pays étrangers et dans bien des régions des Etats-Unis, particulièrement en Pensylvanie, dans l'Etat de New-Jersey et l'Etat de New-York, les fabricants de ciment ont, depuis des années, acheté de la pierre à chaux, du fer et d'autres minéraux additionnels et les ont recombinés pour des mélanges à ciment bruts. Bien des exploitations
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d'installations ont été abandonnées parce que le prix d'achat de ces minéraux et les frais de transport de ceux-ci ont fait que ces exploitations ne rapportaient rien. Dans les régions de la vallée du Lehigh et de la vallée du Chester, dans l'Etat de Pensylvanie, le coût moyen de chaux additionnelle, à l'heure actuelle, est approximativement de 2,40francs par baril de 89 kg de ciment produit.
Dans certains cas, où du fer additionnel est également nécessaire, le prix combiné se trouve porté à 5,15 francs ou 6,50 francs par baril de ciment produit. Par conséquent, le fabricant de ciment a un intérêt vital à établir soigneusement le projet de ses exploitations minières et est guidé principalement par une analyse de ce que donnent les sondages et il est, naturellement, obligé à choisir sa matière brute de la meilleure qualité, sans égard à la meilleure production minière, afin de contrôler son prix de revient et à maintenir des conditions d'exploitation profitables.
Les fabricants de ciment et les ingénieurs directeurs d'exploitations se sont continuellement efforcés de mettre sur pied quelque procédé de concentration mécanique directe, et de préférence un procédé par voie sèche à cause de son prix moindre, qui séparerait d'une manière satisfaisante, et économiquement, les minéraux présents dans les matières à ciment brutes, en simplifiant et réduisant par cela même la dépense minière aussi bien qu'en assurant un bien meilleur contrôle des mélanges bruts.
En 1933, les installations à ciment aux Etats-Unis se divisaient, selon les façons de procéder employées, de la façon suivante :
EMI3.1
<tb>
<tb> Usines <SEP> à <SEP> procédés <SEP> par <SEP> voie <SEP> humide <SEP> : <SEP> 47,6%
<tb> Usines <SEP> à <SEP> procédés <SEP> par <SEP> voie <SEP> sèche <SEP> : <SEP> 52,4 <SEP> % <SEP>
<tb>
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EMI4.1
<tb>
<tb> Production <SEP> de <SEP> ciment <SEP> par <SEP> voie <SEP> humide <SEP> : <SEP> 46,4 <SEP> % <SEP> du <SEP> total
<tb> Production <SEP> de <SEP> ciment <SEP> par <SEP> voie <SEP> sèche <SEP> : <SEP> 53,6 <SEP> % <SEP> du <SEP> total.
<tb>
Bien des exploitants d'installations à ciment employant un procédé par voie sèche n'ont pas les moyens de convertir leurs exploitations pour l'emploi d'un procédé par voie humide. Dans bien des cas, cela impliquerait pratiquement une refonte complète de leurs usines et de leurs installations de puissance. Peu d'entre eux disposent de la puissance ou chaleur additionnelle nécessaire pour sécher les produits séparés qui sont produits par les procédés de concentration par voie humide. Il est doûteux que le procédé par voie humide puisse être appliqué avec succès à des installations faisant usage de procédés par voie sèche avec une réduction quelconque des dépenses d'exploitation.
Par conséquent, les exploitants d'installations travaillant par voie sèche dépendent pratiquement du développement d'un procédé par voie sèche peu coûteux pour la séparation des minéraux qui se trouvent dans leurs sources d'approvisionnement en matière brute.
Dans la vallée du Lehigh et la vallée du Chester, en particulier, une compagnie produisant deux millions de barils de ciment fini par an achète, de sources extérieures, de la pierre calcaire évaluée approximativement à 4.320.000 francs. Si une telle compagnie installait le procédé de concentration par voie humide de sa roche de carrière, en contrôlant par cela même la teneur en alumine et en augmentant la teneur en chaux aux spécifications désirées par élimination de la silice en excès et d'autres minéraux, l'économie réalisée dans des achats de pierre à chaux serait largement compensée par le coût supplémentaire du séchage des produits séparés par voie humide, préalablement aux opérations de
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frittage.
Par exemple, en faisant usage d'un four de trente mètres avec un mélange sec contenant une moyenne de 2,5 % d'eau, la consommation de calories par baril de ciment est de 5316. Un mélange humide, contenant une moyenne de 60 % d'eau, exige 280687 calories par baril de ciment. Bien des installations travaillant par voie sèche n'ont pas les moyens d'augmenter la dimension de leurs fours actuels dans la mesure nécessaire pour évaporer l'eau dans le procédé par voie humide.
Pour le procédé par voie humide, le coût du séchage se monte en moyenne à 9 kg de houille par baril de ciment fini; c'est- à-dire que pour l'installation particulière mentionnée cidessus il faudrait, par an, 18000 tonnes de houille représentant une dépense d'approximativement 4.320.000 francs. Par conséquent, le seul gain réalisé par le fabricant de ciment dans l'usage du procédé par voie humide est un meilleur contrôle de ses mélanges bruts et son indépendance de sources d'approvisionnement extérieures. Il y a, naturellement,'la possibilité de satisfaire à des spécifications pour ciments d'un prix marchand plus élevé.
L'objet de l'invention, exposé d'une manière générale, est d'offrir, pour fabriquer du ciment, un procédé nouveau qui est simple et efficace dans son action et qui peut être employé facilement et économiquement.
L'invention a pour objet principal d'offrir un procédé par voie sèche pour satisfaire aux besoins d'installations de fabrication de ciment par voie sèche. Après de longues et minutieuses recherches, il a été décidé que le principe de séparation électrostatique est le principe fondamental qu'il convient d'appliquer pour obtenir le coût d'exploitation le plus bas. L'usage de ce procédé de séparation par voie sèche élimine la dépense inhérente à l'achat de pierre à chaux
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ainsi que la dépense supplémentaire de séchage, nécessaire quand on fait usage du procédé par voie humide.
Le fabricant de ciment, avec une production annuelle de 2.000.000 de barils, en faisant usage du procédé par voie sèche décrit ici, retirera par conséquent un profit annuel d'approximativement 4.20.000 francs ou fera l'économie de cette somme dont il n'est nécessaire de déduire que le coût de l'équipement séparateur réel et les frais d'exploitation.
Bien des échantillons et types différents de matieres à ciment brutes, en particulier celles de la vallée du Lehigh, ont été considérés et un travail expérimental, comprenant des examens microscopiques et des analyses chimiques, a révélé une particularité, concernant les minéraux trouvés, qui n'avait jamais été connue ni appréciée auparavant et qui, pense la demanderesse, constitue une découverte nouvelle et précieuse étant donné qu'elle assure un contrôle de séparation très positif des minéraux mélangés, contrôle qui n'a pas, jusqu'à présent, été considéré comme possible.
Au commencement des recherches sur les matières à ciment brutes et les matières de rebut dont on fait usage dans la fabrication de ciments, les essais furent très décourageants jusqu'à ce qu'on découvrit comment contrôler la séparation des minéraux mélangés au moyen de leurs caractéristiques de conductivité électrique, inconnues jusqu'alors.
La plupart des publications techniques et des manuels donnent tant les minéraux CaC03 que les minéraux SiO3 comme mauvais conducteur et, dans certaines descriptions, comme non conducteurs de l'électricité. En dépit de ce fait, il est possible de montrer une différence marquée dans la conductivité de minéraux CaCO3 et SiO2 et à'employer cette différence en renversant le champ électrostatique appliqué
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entre deux électrodes tournantes dont l'une est utilisée pour transporter de la roche à ciment finement divisée dans le champ électrostatique séparateur.
L'invention a pour autre objet d'employer cette nouvelle découverte pour assurer un haut degré de souplesse dans la séparation des divers groupes minéraux trouvés dans les matières à ciment brutes, principalement le groupe CaCO3 et le groupe SiO2 de façon à pouvoir satisfaire facilement à des spécifications de ciment différentes sans avoir besoin d'un long délai à partir du moment où l'on désire modifier la séparation obtenue.
D'autres objets de l'invention seront, en partie, évidents et apparaitront, en partie, ci-après.
L'invention, en conséquence, est exposée dans ses réalisations représentées sur les dessins ci-joints et elle comprend les diverses opérations, ou phases opératoires, et caractéristiques de construction qui seront décrites ci-après.
Pour comprendre complètement la nature et le champ de l'invention, on peut se référer à la description détaillée suivante, prise en connexité avec les dessins ci-joints sur lesquels :
Figs. 1, 2, 3 et 4 représentent, schématiquement, les diverses séparations qu'on peut obtenir avec le champ électrostatique agissant dans des directions opposées;
Figs. 5, 6, 7 et 8 représentent, schématiquement, 'les caractéristiques séparatrices qu'on peut obtenir lorsqu'on emploie plusieurs champs électrostatiques soit en opposition dans des séparateurs différents ou en opposition dans le même séparateur et
Figs. 9, 10, 11, 12 et 13 représentent différents schémas de la marche des opérations, que l'on peut employer dans la mise en pratique de l'invention.
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En ce qui concerne maintenant la Fig. 1 de ces dessins, on voit qu'il est prévu une paire d'électrodes, X et Y, qui sont disposées pour être mises en rotation dans les sens indiqués par les flèches 18 et 19. Les électrodes X et Y peuvent faire partie d'une machine séparatrice électrostatique. Elles sont, d'une manière générale, de forme cylindrique et sont de préférence relativement longues, par exemple : d'une longueur de 1,80 m à 2,40 m. Ces électrodes X et Y peuvent être maintenues à une haute différence de voltage unidirectionnel par une source convenable de courant continu telle que le redresseur mécanique représenté, d'une manière générale, en 20.
Le redresseur mécanique 20 peut être connecté, pour l'excitation, à l'enroulement à haute tension 21 d'un transformateur, représenté d'une manière générale en 22, possédant un enroulement primaire 23 qui peut être connecté, pour l'excitation, à une source de courant alternatif convenable 24, telle qu'une source à soixante périodes. Un commutateur R est prévu pour inverser les connexions entre l'enroulement primaire 23 et la source de courant alternatif 24. Dans cette réalisation de l'invention, le commutateur R est amené à une position telle que l'électrode X est maintenue à un potentiel positif par rapport à l'électrode Y. L'électrode X peut alors être considérée comme l'électrode positive et l'électrode Y peut être considérée comme l'électrode négative.
Dans ces conditions le courant de charge, ou électrostatique, passe comme c'est indiqué par la flèche 25.
Les minéraux à ciment à séparer peuvent être placés dans une trémie convenable, représentée d'une manière générale en 26, qui est disposée pour les amener sur l'électrode Y, comme représenté. Puisque cette électrode transporte, ou
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' conduit, les matières à ciment dans le champ électrostatique existant entre les deux électrodes, on peut également l'appe- ler l'électrode porte-matières. Lorsqu'un voltage de 8000 à
20000 volts est appliqué en travers des électrodes X et Y, avec les polarités indiquées, les matières à ciment sont sé- parées en deux groupes généraux qu'on peut appeler le groupe
CaCO3, représenté par le caractère de référence C, et le groupe SiO2, représenté par le caractère de référence S.
Le groupe CaCO sera attiré à l'électrode négative Y tandis que le groupe SiO2 en sera repoussé dans une mesure telle que les deux groupes peuvent être séparés par le diviseur 27.
Sur la Fig. 2, l'équipement représenté sur la Fig. 1 est prévu; mais, dans cette réalisation de l'invention, le com- mutateur R est dans la position opposée, de sorte que les polarités des électr.odes X et Y sont inversées. Dans ce cas, l'électrode porte-matières, Y, est positive et l'autre, X, est négative. Le courant de charge, ou électrostatique, passe alors dans le sens indiqué par la flèche 28. Alors, quand on emploie cette disposition de polarités, la séparation du groupe CaCO3 et du groupe SiO2 est inversée.
Le groupe SiO2, représenté par le caractère de référence S, est attiré à l'électrode positive Y tandis que le groupe CaCO3, représenté par le caractère de référence C, en est repoussé, On tire parti de cette séparation pour collecter les deux groupes individuel- lement par le diviseur gz et un appareil convenablement asso- cié avec celui-ci.
Bien que le groupe CaCO3 et le groupe SiO2 de minéraux soient importants et constituent une majeure partie des minéraux à ciment, ils ne constituent pas tous les mi- néraux qui sont présents. Des minéraux additionnels peuvent
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comprendre un groupe A1203, du charbon graphitique, des silicates d'aluminium, etc. On a trouvé que ce dernier groupe général de minéraux n'est pas affecté par l'inversion des polarités des électrodes X et Y.
Sur la Fig. 3, la séparation du groupe CaC03 et du groupe SiO2 est la même que celle représentée sur la Fig. 2.
Le groupe Al2O3 et les minéraux associés peuvent être représentés par le caractère de référence A et ce groupe est repoussé plus loin de l'électrode porte-matières Y que ne l'est le groupe CaCo3. Les trois groupes peuvent alors être collectés, au moyen de diviseurs 29, 30 et 31, en les groupes indiqués.
Maintenant, lorsque les polarités des électrodes X et Y sont inversées, comme c'est représenté sur la Fig. 4, la séparation du groupe Si02 et du groupe CaC03 est comme c'est représenté sur la Fig. 1. C'est-à-dire que le groupe CaCO3 reste tout près de l'électrode négative Y tandis que le groupe SiO2 est repoussé à une distance telle que les deux groupes peuvent être collectés individuellement. Toutefois, il n'y a pas de changement dans la position du groupe Al2O3 et des minéraux associés, de sorte qu'il peut être collecté individuellement comme c'est représenté sur la Fig. 3.
En employant ces principes de séparation en combinaisons convenables, il est possible d'assurer un contrôle très souple de la fabrication de ciment et, en même temps, d'assurer des combinaisons convenables de matières que l'on peut combiner comme on le désire pour satisfaire sensiblement à toute spécification de ciment qui peut être proposée. Une fois les diverses séparations obtenues il est facilement possible, pour le chimiste en ciments, de combiner les divers groupes séparés comme il le désire pour satisfaire à des spécifications particulières qui lui sont soumises.
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Bien que le redresseur mécanique 20 ait été représenté comme offrant une source de haute tension pour exciter les électrodes X et Y à des polarités opposées, il va sans dire qu'on pourrait employer toute autre source convenable telle que la combinaison d'une source de courant alternatif et d'un redresseur formé par des soupapes électriques convenablement connectées, comme c'est bien connu des personnes de la partie.
Comme cela a été indiqué, quand on inverse les polarités des électrodes X et Y, il y a peu de différence dans l'effet sur le groupe minéral A. Il y a , toutefois, une grande différence dans l'effet sur les minéraux des groupes S et C. On a trouvé que, quand on emploie les polarités représentées sur la Fig. 4, il faut une tension relativement plus basse pour donner le même degré de séparation que celui qu'on obtient lorsqu'on emploie les polarités représentées sur la Fig. 3. C'est-à-dire que, pour effectuer le même degré de séparation avec les polarités de Fig. 3, il est nécessaire de faire usage de 3000 à 5000 volts de plus qu'il n'en faut pour les polarités représentées sur la Fig. 4.
Cependant, pour satisfaire à certaines spécifications il peut être désirable de faire usage de la polarité inverse de celle représentée sur la Fig. 4.
On a trouvé que, quand on emploie les polarités représentées sur la Fig. 4, on obtient une très bonne séparation entre la silice libre (quartz) et la silice sous forme de silicates. Cela peut avoir bien des avantages, puisque la silice libre (quartz) ne se combine pas aussi facilement que les silicates avec la chaux dans des opérations de frittage. La SiO2 libre (quartz dur) peut être rejetée ou rebroyée
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séparément à tout degré de finesse désiré avant d'être recombinée avec des mélanges bruts allant aux trémies accumulatrices des fours.
Il va sans dire qu'il sera ordinairement nécessaire d'employer plus d'une unique paire d'électrodes X et Y afin d'effectuer le degré désiré de séparation. C'est-à-dire que le pourcentage de la SiO2 totale qui est séparée des minéraux à ciment originels en les faisant passer entre une seule paire d'électrodes X et Y sera relativement petit. En faisant passer les matières à ciment successivement entre plusieurs paires d'électrodes, il est possible d'augmenter le degré de séparation et, par exemple, la quantité de SiO2 ou de CaC03 qui est séparée des minéraux à ciment bruts.
A cet effet, on peut employer la disposition représentée schématiquement sur la Fig. 5. Comme c'est représenté sur cette Fig., il est prévu plusieurs paires d'électrodes X et Y connectées de façon que les électrodes X sont négatives et que les électrodes Y, ou électrodes porte-matières, sont positives. Dans cette réalisation de l'invention, le CaC03 est repoussé des électrodes positives Y et est séparé du restant par des diviseurs convenables, comme représenté.
Le reste de la matière est ensuite amené sur l'électrode positive suivante et la séparation est répétée, en enlevant de plus ea plus du CaC03 à mesure que le restant de la matière passe entre chacune des paires successives d'électrodes. Des transporteurs de produits, représentés d'une manière générale en 21 et 32, peuvent être prévus sous les paires d'électrodes X et Y pour collecter et emmener individuellement les parties séparées.
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Sur la Fig. 6, on a représenté schématiquement une disposition qui est similaire à celle représentée sur la Fig.
5, sauf que les polarités des électrodes X et Y sont inversées.
Dans cette réalisation de l'invention, les électrodes X sont positives et les électrodes Y sont négatives. Il en résulte une séparation inverse, de sorte que la SiO2 y est repoussée des électrodes négatives Y et est collectée, comme représenté, dans le transporteur 32. Le CaCO3 est collecté, et emmené, individuellement par le transporteur 31.
Pour la plupart des roches à ciment et autres matières qui ont été essayées, dont on peut faire usage pour la fabrication de ciment de Portland, il est préférable d'employer les polarités représentées sur la Fig. '6. Cela est particulièrement vrai dans les cas où il est essentiel d'effectuer une forte concentration de l'Al2O3. De plus, cette disposition simplifie la séparation en n'exigeant qu'un nombre moindre de paires d'électrodes, ce qui réduit par suite la dépense d'équipement pour manutentionner un tonnage donné de minéraux à ciment.
Pour satisfaire à certaines spécifications, il peut être désirable de traiter les minéraux à ciment au moyen d'un séparateur qui est muni de deux ou plus de deux groupes de paires d'électrodes, le champ électrostatique entre les électrodes d'une paire, dans l'uh des groupes, étant maintenu dans une direction et les électrodes de l'autre groupe étant excitées de telle façon que le champ électrostatique entre elles est dans la direction opposée.
Un exemple d'une telle construction est représenté sur la Fig. 7. Ici les quatre premières paires d'électrodes
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sont excitées de telle manière que les électrodes X sont négatives, tandis que les électrodes Y, ou électrodes portematières, sont positives. Une partie considérable de la SiO2 sera séparée des minéraux à ciment et peut être transportée à la décharge ou autrement par le transporteur de matière 33.
Le reste des minéraux passe ensuite successivement à travers quatre paires d'électrodes qui sont excitées en sens opposé des quatre premières paires. Comme c'est représenté, les électrodes X sont positives tandis que les électrodes Y sont négatives. Un produit moyen est alors repoussé tandis que les concentrés, ou produit à haute teneur en chaux, sont collectés dans le transporteur de produit 31. Les produits moyens sont collectés dansée transporteur de produit 32 et peuvent être ramenés pour être traités de nouveau.
En vue d'illustrer les avantages de la présente invention, on va exposer certaines données comparatives montrant comment une roche brute ayant une teneur relativement faible en chaux peut être utilisée sans addition de pierre à chaux pour faire un ciment hautement désirable. Le tableau suivant donne, à titre d'exemple, une analyse de roche brute dont on peut faire usage :
EMI14.1
<tb>
<tb> (1) <SEP> pour <SEP> cent
<tb> SiO2 <SEP> 13,92
<tb> A1203 <SEP> 4,96
<tb> Fe203 <SEP> 1,54
<tb> CaC03 <SEP> 72,44
<tb>
En faisant usage de roche à ciment brute de cette analyse et en calculant que la perte par ignition sera de 34,20 pour cent, cette matière, une fois frittée, aura l'analyse suivante :
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EMI15.1
<tb>
<tb> (2) <SEP> pour <SEP> cent
<tb> SiO2 <SEP> 21,70
<tb> Al2O3 <SEP> 7,54
<tb> Fe2O3 <SEP> 2,34
<tb> CaO <SEP> 61,70
<tb>
En supposant qu'on fasse usage de 45 kg'de houille par baril (89 kg) pour fritter cette matière et que cette houille produise 10 pour cent de cendre de la composition suivante
EMI15.2
<tb>
<tb> (3) <SEP> pour <SEP> cent
<tb> SiO2 <SEP> 33,0
<tb> Al2O3 <SEP> 22,0
<tb> Fe2O3 <SEP> 19,0
<tb> CaO <SEP> 13,0
<tb>
avec un rapport d'approximativement une partie de cendre de houille de cette analyse pour trente-sept parties de ciment de l'analyse de fritte du tableau 2, l'analyse après cuisson sera la suivante :
EMI15.3
<tb>
<tb> (4) <SEP> pour <SEP> cent
<tb> SiO2 <SEP> 21,99
<tb> A1203 <SEP> 7,91
<tb> Fe2O3 <SEP> 2,77
<tb> CaO <SEP> 60,39
<tb>
Si l'on ajoute du gypse, la teneur en chaux indiquée dans le tableau 4 sera réduite d'approximativement 2 pour cent et ce ciment aurait une composition calculée en trisilicate de calcium de 14 pour cent. Il est évident qu'il serait impossible de fabriquer, avec de la roche brute ayant l'analyse donnée dans le tableau 1, un ciment satisfaisant capable de satisfaire aux spécifications types, à moins d'y ajouter de la pierre à chaux d'excellente qualité.
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Toutefois, lorsqu'on traite de la roche brute ayant l'analyse donnée dans le tableau 1 par un appareil tel que celui représenté schématiquement sur la Fig. 7 et qu'on la recombine, il est possible de faire une matière à ciment satisfaisante. Le tableau suivant donne l'analyse chimique des matières en cours de traitement en divers points :
EMI16.1
<tb>
<tb> (5) <SEP> Pour <SEP> cent
<tb> SiO2 <SEP> A1203 <SEP> Fe203 <SEP> CaC03
<tb> Analyse <SEP> de <SEP> roche <SEP> brute <SEP> 13,92 <SEP> 4,96 <SEP> 1,54 <SEP> 72,44
<tb> Concentrés <SEP> 10,98 <SEP> 4,10 <SEP> 1,38 <SEP> 79,38
<tb> Produits <SEP> moyens <SEP> 20,80 <SEP> 4,66 <SEP> 2,38 <SEP> 60,32
<tb> Rebuts <SEP> 38,78 <SEP> 8,12 <SEP> 1,78 <SEP> 53,27.
<tb>
On remarquera que la roche brute en cours de traitement a la même analyse que la roche brute dans le tableau 1.
Les concentrés qui sont collectés dans le transporteur de produit 31 peuvent être combinés avec de la poussière de roche brute pour donner un mélange contenant 76 pour cent de CaC03.
Pour obtenir ce mélange, on peutfaire la recombinaison avec 56 pour cent de poussière de roche et 44 pour cent de concentrés, comme c'est représenté dans le tableau suivant.
EMI16.2
<tb>
<tb>
(6) <SEP> Pour <SEP> cent
<tb> Poussière <SEP> de <SEP> Concentrés <SEP> Mélange <SEP> de
<tb> roche <SEP> originelle <SEP> matières
<tb> (56 <SEP> parties) <SEP> 44 <SEP> parties <SEP> brutes
<tb> (100 <SEP> parties)
<tb> SiO2 <SEP> 13,56 <SEP> 10,98 <SEP> 12,43
<tb> A1203 <SEP> 5,12 <SEP> 4,10 <SEP> 4,67
<tb> Fe203 <SEP> 1,98 <SEP> 1,38 <SEP> 1,72
<tb> CaO <SEP> 41,00 <SEP> 44,42 <SEP> 42,56
<tb> CaC03 <SEP> (73,35) <SEP> (79,38) <SEP> (76,00)
<tb> Perte <SEP> 35,50
<tb>
Lorsqu'on le fritte, ce mélange donne un fritté de la composition suivante :
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EMI17.1
<tb>
<tb> (7) <SEP> pour <SEP> cent
<tb> SiO2 <SEP> 19,27
<tb> A1203 <SEP> 7,24
<tb> Fe203 <SEP> 2,67
<tb> CaO <SEP> 65,97
<tb>
En tenant compte d'un mélange de cendre de houille, au cours de la cuisson, dans la proportion de 37 parties de fritté pour une partie de cendre de houille, l'analyse finale du fritté serait
EMI17.2
<tb>
<tb> (8) <SEP> pour <SEP> cent
<tb> SiO2 <SEP> 19,63
<tb> A1203 <SEP> 7,62
<tb> Fe2O3 <SEP> 3,09
<tb> CaO <SEP> 64,59
<tb>
L'addition de gypse et l'absorption d'humidité réduiront la teneur en chaux à environ 63 pour cent. Un ciment de cette composition aurait une teneur calculée en trisilicate de calcium de 52 pour cent.
On notera que du ciment de cette composition aura d'excellentes caractéristiques de résistance qui sont considérablement au-dessus de spécifications types, bien que le ciment ait été produit avec une matière brute que l'on considérait précédemment comme peu convenable pour la fabrication de ciment sans être enrichie en CaC03 par l'addi- tion de pierre à chaux d'excellente qualité.
Sur la Fig. 8, on a représenté une autre réalisation de l'invention dans laquelle deux jeux d'électrodes excitées en sens opposé sont employés. Les quatre premières paires d'électrodes sont excitées de telle manière que les électrodes X sont positives et que les électrodes Y, ou électrodes porte-matières sont négatives. On obtient alors un
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produit à ciment dans le transporteur de produit 33 et le reste de la matière est ensuite soumis successivement au jeu suivant d'électrodes qui sont excitées de telle façon que les électrodes X sont négatives et les électrodes Y, positives.
Ce reste des minéraux à ciment est séparé en rebuts et produits moyens. Les premiers sont reçus et emmenés par le transporteur 31 tandis que les seconds sont reçus et emmenés par le transporteur 32 et sont de préférence ramenés pour être traités de nouveau.
En faisant usage de la roche brute ayant l'analyse donnée dans le tableau 1 dans l'équipement séparateur disposé comme c'est représenté sur la Fig. 8, le tableau suivant indique l'analyse des minéraux en les divers points :
EMI18.1
<tb>
<tb> (9) <SEP> Pour <SEP> cent
<tb> SiO2 <SEP> A1203 <SEP> Fe203 <SEP> CaC03
<tb> Analyse <SEP> de <SEP> roche <SEP> brute <SEP> 13,92 <SEP> 4,96 <SEP> 1,54 <SEP> 72,44
<tb> Concentrés <SEP> 7,94 <SEP> 2,55 <SEP> 1,19 <SEP> 83,44
<tb> Produits <SEP> moyens <SEP> 15,92 <SEP> 6,24 <SEP> 1,58 <SEP> 67,53
<tb> Rebuts <SEP> 26,80 <SEP> 6,92 <SEP> 2,19 <SEP> 59,76
<tb>
Les concentrés obtenus par cette séparation ont une teneur relativement élevée en CaCo3.
Les concentrés ayant cette analyse peuvent être combinés avec de la poussière de roche enlevée dans les opérations de broyage pour donner un mélange contenant 76 pour cent de CaCO'. Pour obtenir ce mélange, il suffit de combiner dans la proportion de 74 pour cent de poussière et de 26 pour cent de concentrés, comme c'est montré par le tableau suivant :
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EMI19.1
<tb>
<tb> (10) <SEP> Pour <SEP> cent
<tb> Poussière <SEP> de <SEP> Concentrés <SEP> Mélange <SEP> de
<tb> roche <SEP> originel- <SEP> matières <SEP> brule <SEP> (74 <SEP> partie) <SEP> (26 <SEP> par- <SEP> tes
<tb> ties) <SEP> (100 <SEP> parties)
<tb> SiO2 <SEP> 13,56 <SEP> 7,94 <SEP> 12,08
<tb> Al2O3 <SEP> 5,12 <SEP> 2,55 <SEP> 4,44
<tb> Fe203 <SEP> 1,98 <SEP> 1,19 <SEP> 1,77
<tb> CaO <SEP> 41,00. <SEP> 46,73 <SEP> 42,56
<tb> CaC03 <SEP> 73,35 <SEP> 83,44 <SEP> 76,00
<tb> Perte <SEP> 35,50
<tb>
Lorsqu'on fritte ce mélange, cela donne un fritté ayant la composition (ou analyse) suivante :
EMI19.2
<tb>
<tb> (11) <SEP> Pour <SEP> cent
<tb> SiO2 <SEP> 18,72
<tb> A1203 <SEP> 6,88
<tb> Fe2O3 <SEP> 2,74
<tb> CaO <SEP> 65,97
<tb>
En tenant compte d'un mélange de cendre de houille dans la proportion de 37 parties de fritté pour une partie de cendre de houille, l'analyse finale du fritté serait
EMI19.3
<tb>
<tb> (12) <SEP> Pour <SEP> cent
<tb> sio2 <SEP> 19,09
<tb> A1203 <SEP> 7,27
<tb> Fe2O3 <SEP> 3,16
<tb> CaO <SEP> 64,59
<tb>
L'addition de gypse et l'absorption d'humidité réduiront à environ 63 pour cent la teneur en chaux de cette analyse. Un ciment de cette composition aurait un trisilicate de calcium calculé de 64 pour cent. On notera qu'un ciment de cette composition approche de la gàmme des ciments de grande résistance première, à haute teneur en chaux.
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Si l'on désire faire un ciment ayant une teneur relativement élevée en A1203, on peut employer le dispositif séparateur représenté sur la Fig. 7 et, comme c'est montré dans le tableau 5, pour l'analyse de roche brute donnée, l'A1203 dans les concentrés est 4,10 pour cent. Pour la même matière, lorsqu'on emploie le dispositif séparateur représenté sur la Fig. 8, on obtient une plus faible teneur des concentrés en A1203. Comme c'est montré dans le tableau 9, la teneur des concentrés en A1203 est 2,55 pour cent.
Il va sans dire que ces données ont été fournies simplement à titre d'illustration et pour montrer les différents résultats qu'on peut obtenir et le haut degré de souplesse.
Il va sans dire que l'on peut employer deux ou plus de deux jeux de paires d'électrodes et qu'on peut en employer, dans chaque jeu, un plus ou moins grand nombre. De même, chaque jeu peut être individuellement excité par une source convenable de tension unidirectionnelle avec commutateurs convenables pour inverser comme on le désire les polarités des électrodes.
Avec une telle disposition, il est facilement possible de régler sélectivement la séparation qui est obtenue, non seulement en faisant varier la polarité, mais aussi en faisant varier le voltage dont il est fait usage. Pour toute application particulière et toutes spécifications de ciment particulières, on peut facilement effectuer les combinaisons de polarités et de voltages nécessaires pour répondre aux conditions spéciales imposées. Il est d'ailleurs indiqué qu'il est avantageux d'avoir les jeux de paires d'électrodes situés l'un au-dessus de l'autre de façon qu'un passage continu des minéraux en cours de traitement puisse être obtenu en même temps qu'un contrôle très étroit de la séparation.
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Il est,bien entendu, possible de connecter les deux jeux de paires d'électrodes de façon que les champs électros- tatiques soient tous dans la même direction. Par exemple, sur la Fig. 7, les polarités des électrodes du jeu supérieur pourraient être inversées de façon que toutes les électrodes X soient positives.
Le tableau suivant illustre la séparation qu'on obtient lorsqu'on emploie une roche brute ayant l'ana- lyse donnée dans le tableau 1:
EMI21.1
<tb>
<tb> (13) <SEP> Pour <SEP> cent
<tb> SiO2 <SEP> Al2O3 <SEP> Fe2O3 <SEP> CaC03
<tb> Analyse <SEP> de <SEP> roche <SEP> brute <SEP> 13,92 <SEP> 4,96 <SEP> 1,54 <SEP> 72,44
<tb> Concentrés <SEP> 7,94 <SEP> 2,55 <SEP> 1,19 <SEP> 83,44
<tb> Rebuts <SEP> 23,72 <SEP> 6,90 <SEP> 1,78 <SEP> 61,70
<tb>
Pour cette séparation, les SiO2, A1203 et Fe203 se trouvent principalement dans les rebuts et seront collectés dans le transporteur de produit 32. Le CaCO3 se trouve principalement dans les concentrés et sera collecté dans le transporteur de produit 31. Pour cette séparation, on enlèvera le transporteur de produit 33 et le diviseur y associé.
Maintenant lorsque les champs électrostatiques sont complètement inversés, par exemple : inversion des électro- des X du jeu supérieur représenté sur la Fig. 8, et qu'on fait usage d'une roche brute ayant cette même analyse, on obtient une séparation indiquée dans le tableau suivant :
EMI21.2
<tb>
<tb> (14) <SEP> Pour <SEP> cent
<tb> SiO2 <SEP> A1203 <SEP> Fe2O3 <SEP> CaC03
<tb> Analyse <SEP> de <SEP> roche <SEP> brute <SEP> 13,92 <SEP> 4,96 <SEP> 1,54 <SEP> 72,44
<tb> Concentrés <SEP> 10,90 <SEP> 4,68 <SEP> 1,28 <SEP> 78,32
<tb> Rebuts <SEP> 38,78 <SEP> 4,66 <SEP> 1,78 <SEP> 53,27.
<tb>
Pour cette séparation, les concentrés contenant principalement du CaC03 seront collectés dans le transporteur
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de produit 32, tandis que les rebuts, contenant principalement SiO2 et Fe203 seront collectés dans le transporteur de produit 31. On remarquera qu'il n'y a pratiquement pas de concentration de Al2O3 ni dans l'une ni dans l'autre des parties séparées.
Une comparaison de la séparation qui est obtenue lorsque toutes les électrodes X sont négatives avec celle obtenue lorsqu'elles sont toutes positives montre l'effet séparateur inversé. Le tableau 13 montre qu'un concentré ayant une haute teneur en CaC03 sera collecté dans le transporteur 31 tandis que, quand on emploie la polarité inverse, un concentré ayant un haut pourcentage de CaC03 est collecté dans le transporteur 32. En combinant ces effets comme on le désire, il est possible de contrôler étroitement le traitement des minéraux à ciment.
Le principe de séparation électrostatique peut être introduit dans le schéma de la marche des opérations d'une usine à ciment comme on peut le désirer. A titre d'illustration on a représenté, sur les Figs. 9 à 13 inclusivement plusieurs schémas de la marche des opérations.
Comme c'est représenté sur la Fig. 9, la séparation électrostatique est disposée de manière à traiter toute la matière brute après qu'elle a été convenablement réduite, comme grosseur, par broyage et écrasement. Par ce moyen, la matière brute finement divisée est séparée en rebuts, produits moyens et concentrés. Les produits moyens sont ramenés pour être rebroyés et traités de nouveau. Les rebuts peuvent ,:être rejetés si on le désire. Les concentrés sont traités ultérieurement selon la pratique courante des usines à ciment.
On remarquera, sur la Fig. 10, que la poussière est enlevée des minéraux à ciment avant qu'ils soient soumis à la séparation électrostatique. Comme précédemment, le sépara-
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teur électrostatique sépare le reste des minéraux à ciment en rebuts, produits moyens et concentrés. Les rebuts peuvent être rejetés tandis que les produits moyens sont ramenés pour être rebroyés et traités de nouveau. Comme cela a été indiqué précédemment, la poussière et les concentrés peuvent être combinés en proportions convenables pour satisfaire à différentes spécifications de ciment.
Il est désirable de mélanger intimement la poussière et les concentrés. A cet effet, une opération de broyage et de mélange finals est introduite avant l'envoi du produit aux trémies des fours. Cette opération additionnelle ne fait pas que réduire le produit à ciment à la grosseur finale mais, en raison du broyage, assure un mélange intime. Cette opération est, croit-on, nouvelle dans la pratique d'usines à ciment.
Sur la Fig. 11, on remarquera que tant la matière brute finement divisée que la poussière sont électrostatiquement séparées. Les concentrés provenant de chaque séparation électrostatique sont convenablement combinés pour satisfaire à différentes spécifications de ciment. Si on le désire un broyage final à l'eau peut être incorporé, comme représenté, pour mélanger intimement les produits constituant la matière aussi bien que pour les réduire à la grosseur désirée. Après le broyage final à l'eau, la matière passe dans l'épaississeur puis aux divers réservoirs mélangeurs. comme on le désire.
Pour satisfaire à diverses spécifications, on peut retirer de la matière des divers réservoirs sur le transporteur d'alimentation des fours et la transporter aux trémies des fours selon la pratique courante dans les usines à ciment.
Comme c'est représenté sur la Fig. 12, les concentrés provenant de la séparation électrostatique et la poussière
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sont convenablement combinés pour former un produit que l'on peut combiner avec d'autres produits pour satisfaire à différentes spécifications de ciment. Dans ce schéma de la marche des opérations, les rebuts sont traités à nouveau, par broyage et grillage, puis soumis à une séparation magnétique pour enlever les concentrés Fe3O4 et les concentrés Al2O3. Le reste des rejets, ou produits moyens, sont transportés à des accumulateurs convenables.
Ces trois produits, c'est-à-dire les concentrés et les produits moyens provenant des rebuts et les concentrés et la poussière combinés, peuvent être convenablement combinés et transportés, par le transporteur d'alimentation des fours, à un point où le broyage et le mélange finals peuvent être terminés. Comme c'est indiqué, cette opération de broyage et de mélange finals réduit les minéraux à la grosseur voulue et, en même temps, les mélange intimement.
Le schéma de la marche des opérations que représente la Fig. 13 est similaire à celui représenté sur la Fig. 12.
Toutefois, dans ce schéma, le broyage spécial des rebuts avant grillage est omis. Après grillage, les rebuts sont séparés magnétiquement en un rebut final contenant principalement Fe304 et A1203 et en un produit moyen composé principalement de CaCO3 et de quartz. Les produits moyens sont spécialement broyés et la poussière en est enlevée par tous moyens convenables tels que des séparateurs à air. On peut ensuite combiner les divers produits dans les proportions désirées pour satisfaire à diverses spécifications de ciment. Après avoir été déposés sur le transporteur d'alimentation des fours, les minéraux sont finement broyés et mélangés, comme cela a été décrit précédemment, puis envoyés aux trémies des fours.
Puisqu'il est évident que bien des changements pourraient être apportés dans la réparation des minéraux à ciment
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sans déroger à l'esprit de l'invention, tout ce qui est contenu dans la description qui précède, ou est représenté sur les dessins ci-joints, doit être considéré comme donné à titre d'exemple illustratif et non dans un sens limitatif.