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"PROCEDE DE TRAITEMENT DES MATIERES BRUTES ENTRANT DANS LA.
FABRICATION DU CIMENT" @
La présente invention est relative au traitement des calcaires, des marnes, des craies et des autres minerais des- tinés à être utilisés dans la fabrication du ciment.
Les minerais de ce genre contiennent fréquemment un ou plusieurs de leurs constituants en quantité indési- rable. C'est ainsi que le minerai peut contenir une propor- tion trop élevée de chaux, d'alumine, de minéraux contenant du fer ou, comme c'est généralement le cas, de minéraux si- liceux, tels que divers types de minéraux à base d'argile, de mica ou de quartz.On peut rendre les minerais de ce genre
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propres à être utilisés dans la fabrication du ciment en diminuant la proportion du ou des minéraux en question.
Le broyage du minerai s'effectue généralement en deux stades dont le premier consiste à rompre les liants entre les minéraux pour obtenir des grains ou cristaux libres qui, par eux-mêmes, n'ont pas été broyés ; dont le second réside dans le broyage des grains ou cristaux du minéral initial en vue de leur réduction en cristaux plus petits. En général, le premier stade du broyage exige beaucoup moins de force motrice que le second. Dans le broyage de certains minerais, on constate que certains minéraux sont présents en plus grandes proportions dans la fraction la plus fine que dans la fraction la plus grosse.
Ceci peut être do soit au fait que les grains de ces minéraux qui sont présents dans le minerai initial et qui ont été mis en liberté dans le pre- mier stade du broyage sont petits, c'est-à-dire que ces mi- néraux sont à grain fin, soit au fait que ces grains sont composés d'un minéral tendre et sont faciles à broyer dans le second stade, soit encore à une combinaison de ces deux raisons. De même, la fraction grosse peut contenir certains minéraux en plus grande proportion que la fraction f ine. On se rend compte que si les grains du minéral initial sont petits et faciles à libérer dans le premier stade du broyage, on pourra en trouver une quantité considérable dans la frac- tion fine, même si ces grains sont durs et s'il est difficile de les réduire par un nouveau broyage.
De même, si un minéral tendre est présent sous forme de gros grains dans le minerai on peut en trouver une proportion plus élevée dans la frac-
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tion grosse que dans la fraction fine, parce que les gros grains exigent un degré élevé de broyage pour être convertis en grains très fins.
Suivant l'invention, un minerai qui, par broyage, donne un produit dont les plus fines particules contiennent un ou plusieurs minéraux donnés en proportion différente de celle contenue dans les plus grosses particules est broyé à un degré tel qu'on obtient des boues, c'est-à-dire que le produit contient une proportion importante de particules très petites. On effectue alors le réglage de la composition du minerai pour rendre celui-ci plus apte à être utilisé dans la fabrication du ciment en divisant le minerai broyé en deux fractions, dont l'une contient les particules les plus fines et possède une grosseur de particule effective maximum inférieure à celle qui serait présente dans la fraction qu'il serait pratiquement possible de séparer par une hydrosépara- tion à gravité, c'est-à-dire de l'ordre de 15 à 20 microns.
On peut effectuer la division à l'aide d'un séparateur centri- fuge. Par "grosseur de particule effective maximum", on entend la grosseur de particàle maximum qui serait présente dans la fraction si 10% de cette fraction contenant les par- ticules les plus grosses présentes étaient éliminés. Dans la pratique, il est virtuellement impossible d'effectuer une séparation parfaite sous une grosseur de particule donnée, et l'on trouve dans la fraction la plus fine une certaine quantité de particules de grosseur exagérée. Par suite, la grosseur des plus grosses particules présentes n'est pas une mesure adéquate du point de séparation. Cette difficulté est supprimée si l'on néglige une quantité appropriée des
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particules les plus grosses.
Une telle quantité peut être définie de façons diverses et, dans la présente invention, on a fixé cette quantité à 10% en poids de la fraction fine, ce qui représente dans la pratique un pourcentage convenable.
Dans de nombreux cas, il est possible d'effectuer la séparation sous une grosseur de particule telle que la fraction fine soit composée presque entièrement d'un des constituants du minerai, ou qu'elle soit presque entièrement liore d'un des constituants. Si cela est pratiquement réali- sable, on peut broyer le minerai à un degré tel que l'excès entier du ou des minéraux en question à éliminer du minerai soit contenu dans une des fractions. On peut d'ailleurs ap- pliquer des procédés supplémentaires d'élimination des mi- néraux en excès, par exemple le flottage.
Plus la grosseur de particule au point de séparation est petite, et plus est efficace, dans la plupart des cas, la séparation entre les minéraux, mais ceci n'est pas nécessairement le cas, étant donné que la distribution de tout minéral donné dans la matière broyée peut ne pas être telle que sa concentra- tion varie uniformément à mesure que la grosseur de particule diminue. Ainsi, il peut très bien arriver qu'on obtienne une concentration plus élevée d'un minéral donné, dans une'des fractions, lorsque la séparation est effectuée à 7 microns, par exemple, que lorsqu'elle est effectuée soit au-dessus, soit au-dessous de cette grosseur de particule.
Lorsque la séparation est effectuée par un séparateur centrifuge à une faible grosseur de particule, il s'effectue une séparation très efficace en ce qui concerne la grosseur des particules,
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c'est-à-dire qu'on ne trouve qu'un faible pourcentage de gros grains dans la fraction fine, et vice-versa, probable- ment en raison du fait que les grains les plus petits se com- portent comme des particules fluides et qu'on évite en grande partie la floculation des particules fines.
Au lieu de traiter tout le minerai de la façon dé- crite, on peut séparer ce minerai en deux portions, habituelle- ment après le broyage, et diviser l'une d'elles en fractions, comme il a été décrit plus haut. On élimine le ou les mi- néraux en excès dans une des fractions et on peut alors cons- tituer le produit final, contenant les minéraux dans le rapport réglé désiré, en combinant la portion non traitée avec l'autre fraction. Si nécessaire, on peut broyer séparé- ment la portion non traitée avant de la combiner avec l'autre fraction.
En général, c'est le rapport chaux-silice qu'on modifie et, dans ce cas, une des fractions contient une proportion plus grande des minéraux siliceux que le minerai initial, de sorte que l'autre contient une plus grande pro- portion de chaux. S'il est difficile de broyer les minéraux à base de carbonate de calcium, (en raison de leur dureté ou de la grosseur de leurs particules), la fraction fine con- tiendra la plus forte proportion des minéraux siliceux, et vice-versa. Selon la nature du minerai, il peut être néces- saire de régler le rapport chaux-silice dans un sens ou dans l'autre, c'est-à-dire de diminuer soit la teneur en chaux, soit la teneur en silice.
Il n'est pas pratique de séparer par une hydrosé- paration à gravité les très petites particules des particules
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un peu plus grosses, mais on peut séparer une suspension du minerai, ou une portion d'une telle suspension, en les deux fractions désirées à l'aide d'un séparateur centrifuge, come indiqué plus haut, et l'application d'un tel sépara- teur constitue une caractéristique importante de l'invention.
On a trouvé que, en utilisant un tel séparateur et réglant convenablement le nombre de tours et la dilution de la suspension, on peut effectuer une séparation très nette, c'est-à-dire que la matière fine séparée ne contient qu'un petit pourcentage de grosses particules et que la fraction grosse ne contient qu'un petit pourcentage de fines particu-
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ÍM1J !f.U 6'4D les. Les séparateurs centrifuges décrits dans le brevetc) /IV ;i'^^^^'/ ,-néi,>àa N? JI'7)..g. <j)j#13 ;,oût 19 36 et io J7vt /fjJ 1- , oné' > < 1' "ioe F,çii mi> fl à A conviennent éminen- ment pour le présent procédé.
Dans la pratique, les particules les plus petites qui sont susceptibles d'être retenues dans la fraction la plus grosse (à l'exception de petites quantités résiduelles de fines), dans l'hydroséparation à gravité de suspensions de calcaires et de minerais analogues, ont environ 15 à 20 microns, et il est même nécessaire, pour obtenir ce ré- sultat, d'appliquer une dilution élevée de la suspension et, par conséquent, d'utiliser des bassins à pâte de grandes surfaces de décantation. Dans de nombreux cas, il n'est pas possible d'obtenir une bonne séparation par gravité sous une grosseur de particule inférieure à 50 microns, en raison de la floculation des particules fines.
Les aggrégats flo- culés peuvent emprisonner de grosses particules et empêcher ainsi ces dernières de se déposer, d'où il résulte que des
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particules trop grosses apparaissent dans la fraction fine.
Dans le présent procédé, la séparation s'effectue à une limite plus basse, et l'on a trouvé que, avec l'aide d'un séparateur centrifuge, on peut effectuer une séparation très efficace à une grosseur de particule inférieure à'.environ 15 microns, et,en particulier de quelques microns seulement, avec une suspension contenant une quantité de matière solide de l'ordre de quelques unités à 45%. De plus, l'appa- reil possède de faibles dimensions et la fraction grosse est déchargée avec une teneur en eau modérée et, en raison de l'absence de très petites particules, dans un milieu rela- tivement peu visqueux.
Si le ou les minéraux qui doivent être séparés du minerai sont faciles à libérer sous forme de petites par- ticules, en raison du fait qu'ils sont relativement ten- dres ou composés initialement de petits grains ou cristaux, ils s'accumuleront dans les particules les plus fines du minerai broyé et y seront présents sous une concentration plus élevée que dans les particules plus grosses. Dans ce cas, le ou les minéraux en excès seront séparés du minerai dans la fraction la plus fine, et la fraction grosse sera incorporée dans le produit final ou constituera ce produit.
Toutefois, s'il est difficile de réduire en petites parti- cules par broyage le ou les minéraux à séparer, ceux-ci s'ac- cumuleront et seront séparés dans la fraction grosse, au- quel cas la fraction fine contiendra ou constituera le produit final.
On donnera ci-après deux exemples en se référant au dessin annexé et deux autres exemples. Sur le dessin,
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les figures 1 et 2 représentent graphiquement les résultats qu'on obtient en traitant deux minerais selon le présent procédé et montrent le poids de matière en % dont la grosseur est plus petite qu'une grosseur de particule donnée dans la matière initiale et dans les deux fractions séparées dans le séparateur centrifuge, ce poids en % étant représenté par une courbe tracée en fonction de la grosseur de parti- cule logarithmique en microns. Ainsi, dans la courbe 1 de la figure 1, A % de la matière, correspondant au point C de la courbe, possède une grosseur de particule plus petite que celle correspondant au point B.
La courbe 1 de la figure 1 représente la suspension avant le Traitement dans le sépa- rateur, la courbe II représente la fraction grosse séparée et la courbe III la fraction fine. On voit que la séparation est très efficace. Les courbes I', II' et III' de la figure 2 sont des courbes semblables se rapportant à une autre matière.
Exemple 1.
La figure 1 est relative au traitement d'une marne tendre composée principalement d'un schiste argileux tendre et d'une pierre à chaux dure. Par broyage, on peut réduire l'argile en grains sans réduire au même degré les particules du calcaire. En fait, il est préférable de réduire les particules de l'argile à une grosseur inférieure à 2 microns.
On peut par conséquent préparer à l'aide du minerai broyé une suspension contenant des particules d'argile très fines et des particules de calcaire un peu plus grosses, la teneur en chaux étant beaucoup trop faible pour que le minerai convienne pour la fabrication du ciment sans autre traitement.
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Dans un essai, on a séparé une suspension du minerai broyé contenant 80 à 85% d'eau en une suspension d'une fraction fine et en une suspension d'une fraction grosse, dans un sé- parateur centrifuge tournant à 2000 tours environ par minute.
La fraction fine était celle qui possédait la teneur la plus faible en carbonate de calcium. Les résultats sont donnés dans le tableau ci-dessous :
EMI9.1
<tb> Matière <SEP> ini- <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> eau <SEP> CO3Ca, <SEP> Grosseur
<tb>
<tb> tiale, <SEP> % <SEP> de <SEP> la <SEP> suspen- <SEP> % <SEP> du
<tb>
<tb> sion,
<SEP> % <SEP> grain
<tb>
<tb>
<tb> Matière <SEP> initiale <SEP> 100 <SEP> 80-85 <SEP> 50 <SEP> 67% <SEP> au-
<tb>
<tb> dessousde
<tb>
<tb> 2 <SEP> microns
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fraction <SEP> fine <SEP> 69 <SEP> environ <SEP> 90 <SEP> 33 <SEP> 93% <SEP> au-
<tb>
<tb> dessous <SEP> de <SEP>
<tb>
<tb> 2 <SEP> microns
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fraction <SEP> grosse <SEP> 31 <SEP> 35 <SEP> 71 <SEP> 9% <SEP> au-des-
<tb>
<tb> sous <SEP> de
<tb>
<tb> 2 <SEP> microns
<tb>
Il ressort des courbes que la fraction fine ne con- tient que 1% environ de particules plus grosses que 5 microns et que presque toutes les particules sont plus petites que 8 microns.
La fraction fine peut être rejetée ou utilisée pour d'autres buts, ou bien on peut l'ajouter à des matières ayant une très forte teneur en carbonate de calcium, afin de diminuer cette teneur. La fraction grosse peut être uti- lisée dans la fabrication du ciment et, si la teneur en chaux est trop faible, on peut l'enrichir davantage en chaux, par exemple par un flottage à la mousse.
Exemple 2.
La figure 2 est relative au traitement d'une matière composée principalement de calcaires tendres et de
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quartz dur, la plupart des cristaux de calcaire étant très petits, alors que la plupart des cristaux ou grains de quartz étaient plus gros. Comme matière brute pour la fabrication au ciment, la matière contenait un excès de silice, ce qui la rendait impropre sans correction. Dans ce cas, la sus- pension contenait des grains fins de carbonate de calcium et ae gros grains de quartz, et la fraction fine contenait une teneur plus grande en carbonate de calcium.
Les résul- tats obtenus dans ce cas sont donnés dans le tableau ci- dessous :
EMI10.1
<tb> Matière <SEP> ini- <SEP> CO3Ca, <SEP> SIO2, <SEP> % <SEP> Grosseur <SEP> du <SEP> grain
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> tiale, <SEP> % <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Matière <SEP> ini-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> tiale <SEP> 100 <SEP> 82 <SEP> 16 <SEP> 33% <SEP> au-dessous <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> microns
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fraction <SEP> fine <SEP> 30 <SEP> 90,5 <SEP> 7,5 <SEP> 94% <SEP> au-dessousde
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> microns
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fraction <SEP> grosse <SEP> 70 <SEP> 77 <SEP> 21,
5 <SEP> 13% <SEP> au-dessous <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> microns
<tb>
La fraction fine était suffisamment pauvre en silice pour convenir à titre de matière brute dans la fabri- cation du ciment après son mélange avec un correcteur appro- prié. La fraction grosse, contenant une très forte quantité de silice, pouvait tre soit rejetée, soit débarrassée' de l'excès de silice flottage.
) Les valeurs afférentes au pourcentage d'eau que contiennent les suspensions dans le second exemple sont approximativement les mêmes que celles du premier exemple.
Dans chaque cas, le présent procédé donne une suspension grosse dont la teneur en eau est plus petite que celle de la suspension initiale.
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Exemple 3.
On a traité une matière du même type général que celle de l'exemple 2 ci-dessus. Les résultats sont donnés dans le tableau suivant :
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<tb> Matière <SEP> ini- <SEP> CO3Ca,% <SEP> Si02,% <SEP> Grosseur <SEP> du <SEP> grain
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> tiale, <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Matière <SEP> i-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> nitiale <SEP> 100 <SEP> 81 <SEP> , <SEP> 17 <SEP> 59% <SEP> au-dessous <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> microns
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fraction <SEP> fine <SEP> 64 <SEP> 89 <SEP> 8 <SEP> 91% <SEP> au-dessous <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> microns
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fractiongros-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> se <SEP> 36 <SEP> 67 <SEP> 31,5 <SEP> 7% <SEP> au-dessous <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> microns
<tb>
Exemple 4.
On a traité de la façon décrite dans l'exemple 1 une matière du même type que celle décrite dans cet exemple, mais contenant 54% de CO3ca. La fraction fine contenait 35% de CO3Ca et la fraction grosse en contenait 76%. Les autres résultats ont été pratiquement les mêmes que dans l'exemple 1.
La figure 3 du dessin annexé est un schéma de cir- culation d'un mode de réalisation du présent procédé. Selon ce mode de réalisation, une matière initiale Al contenant un excès de matière siliceuse est divisée en deux portions Bl et C1; une fraction fine (représentée par des hachures) est séparée de la fraction Bl par une séparation centrifuge, ce qui laisse une portion Dl. Cette portion Dl est alors combinée avec la portion C1 pour donner un produit final El.
La grosseur de particule de la portion El est choisie telle que, dans la séparation centrifuge, la quantité de minéraux
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séparée est celle qu'on désire retirer de la matière initiale Al.