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Procédé de fabrication simultanée du fer et de l'alumine et éventuellement du ciment hydraulique et d'autres produits de valeur.
La présente invention a pour objet un procédé permettant, à partir de matières ferrugineuses additionnées s'il y a lieu de matières convenables, d'obtenir du fer à l'état de fonte ou de métal, de l'alumine et, éventuellement, du ciment hydraulique et même d'autres produits de valeur tels que l'anydride sulfureux, ou des composés oxygénés du phosphore.
Le procédé de l'invention consiste essentiellement dans la combinaison d'opérations qui suit :
1 - On cuit aveo du combustible un mélange de matières calcaires et de matières ferrugineuses et s'il y a lieu
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de matières silico-alumineuses ou alumineuses, de façon à obtenir en milieu rédutteur la formation du métal et d'un clinker dans lequel les différents éléments sont combinés à la chaux dans des proportions telles que A1203 se trouve en grande partie combiné à l'état d'alu- minate de chaux soluble dans l'eau ou les solutions salines aqueuses.
2 - Le métal est recueilli et utilisé comme il est connu .
3 - Le clinker est pulvérisé et soumis à un lavage par l'eau ou une solution aqueuse de façon à faire passer en solution une partie importante de l'aluminate de chaux.
Le résidu insoluble est séparé et recueilli.
4 - La solution qqueuse d'aluminate de chaux est traitée par un procédé connu pour en extraire l'alumine
5 - Le résidu provenant du lavage peut être simplement rejeté, ou employé à tous usages auxquels il pourra se prêter. Mais il peut aussi être utilisécomme matière première pour la fabrication d'un ciment hydraulique .
Dans ce cas, il est additionné des matières de corrections nécessaires ou utiles pour obtenir par recuisson un produit doué des propriétés hydrauliques désirées, puis le mélange est recuit à la température convenable suivant les tèchni- ques connues de la cimenterie.
Dans le mélange initial qui forme la matière de départ de la première opération, on utilisera de préfétence le dosage en CaO le plus favorable à l'obtention d'aluminates de chaux solubles dans l'eau. Ces dosages sont facilement déterminés par voie expérimentale en tenant compte des règles suivantes. On part de matières à base de silico-
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aluminate dans lesquelles la silice est un composant essentiel et souvent dominant : on citera à titre d'exem/ple, les matières argileuses, la plupart des déchets de combustion au charbon, de nombreux résidus et matières analogues.
Le dosage en CaO doit être fait de préférence suivant une proportion correspondant à :
1,30 à 2 CaO Pour 1 A1203
2 CaO pour 1 SiO2 1 à 2 CaO pour 1 TiO2 avec éventuellement un excès de CaO.
On tiendra compte, bien entendu de la nature du minerai de fer utilisé et de celle des cendres du combustible employé, ainsue des impuretés du calacaire. Le combustible utilisé, ou encore le minerai de fer, pourront contenir euxmêmes les matières silioo-alumineuses nécessaires.
La préparation des matières premières s'effectuera par mélange des matériaux pulvérisés par voie sèche ou humide suivant les techniques connues. La finesse de pulvérisation nécessaire, dépendra,comme il est connu, de la durée et de la température de cuisson.
L'outillage devra satisfaire à des conditions techniques qui sont également bien connues. En particulier on pourra utiliser pour la cuisson tous les fours appropriés.
Toutefois étant donné que le produit cuit que l'on doit obtenir est un clinker, on utilisera de préférence le four rotatif de cimenterie modifié comme il est connu, pour la séparation du métal liquide avant la sortie dudit clinker. Les charges en combustible se calculeront également suivant les règles connues et en tenant compte de l'appareillage utilisé.
L'atmosphère du four et l'atmosphère de la charge en cours de cuisson seront réglées, comme connu,'
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par l'action du combustible mélangé à la charge,par Inaction du combustible injecté dans le cas du four à injection, et par les injections d'air que l'on peut obtenir dans les différentes zones du four utilisé.
A titre d'exemple, on prendra le cas des matières premières suivantes : cendres de pyrites comme minerai de fer, schiste houiller contenant une partie du combustible présentant les compositions ci-après : Cendres de pyrites :
EMI4.1
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 2,9
<tb> A1203 <SEP> 1,9
<tb> Fe203 <SEP> 83,4
<tb> Ca0 <SEP> 6,4
<tb> MgO <SEP> 3,5
<tb> divers <SEP> 1,9
<tb> 100.
<tb>
Schiste houiller :
EMI4.2
<tb>
<tb> siO2 <SEP> 33,6
<tb> A1203 <SEP> 20,4
<tb> Fe203 <SEP> 4,7
<tb> CaO <SEP> 1,7
<tb> MgO <SEP> 1,3
<tb> Alcalis <SEP> 3,7
<tb> Combustible <SEP> 34,6
<tb> 100.
<tb>
En mélangeant par exemple 1 tonne de cendres pyriteuses et 1 tonne de schiste on aura une composition globale :
EMI4.3
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 36,5
<tb> A1203 <SEP> 22,3
<tb> Fe203 <SEP> 88
<tb> CaO <SEP> 8,1
<tb>
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EMI5.1
<tb>
<tb> MgO <SEP> 4,8
<tb> Alcalis <SEP> 3,7
<tb> Combustibles <SEP> 34,6
<tb> Divers <SEP> 1,9
<tb> 200.
<tb>
On ajoutera 80 à 85 parties de CaO (ou l'équivalent de calcaire). Pour une addition de 80 parties de CaO on obtiendra par cuisson réductrice:/
1 ) 580 Kgs de métal
2 ) 1. 600 Kgs de clinker ayant la composition suivante:
Composition brute : composition centésimale
EMI5.2
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 365 <SEP> 22,9
<tb> Al2O3 <SEP> 283 <SEP> 17,6
<tb> CaO <SEP> 881 <SEP> 55
<tb> MgO <SEP> 48 <SEP> 3
<tb> Divers <SEP> 23 <SEP> 1,5
<tb> 1.600 <SEP> 100.
<tb>
Ce olinker pulvérisé sera lavé, comme il est connu, pour dissoudre l'alumine, en admettant pour cette extraction un rendement en alumine de 70% par exemple, on aura fait pas- ser en solution 198 Kgs d'alumine,et en même temps 125 kgs de a ro imativement chaux environ, le résidu insoluble aura/la composition suivante
Composition brute : composition centésimale
EMI5.3
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 365 <SEP> 28,6
<tb> A1203 <SEP> 85 <SEP> 6,7
<tb> CaO <SEP> 756 <SEP> 59, <SEP> 3
<tb> MgO <SEP> 48 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Divers <SEP> 20 <SEP> 1,6
<tb> 1.274 <SEP> 100.
<tb>
Cette composition est assez proche de celle d'un ciment 'Portland et il suffira d'ajouter par exemple assez
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de chauavec un peu d'alumine et de fer pour obtenir un produit hydraulique de valeur en recuisant ce mélange dans les conditions habituelles de la cimenterie .
Par exemple, une addition à 100 parties du résidu ci-dessus de 32 parties de CaO, de 5 parties d'A1203, de 3 parties de Fe203 donnera un ciment de bonne qualité; la correction variant d'ailleurs suivant les règles bien connues que l'on suit en cimenterie.
EMI6.1
e Finalement, on a obtenu dans l'exmple cièdeasus:
580 Kgs de métal
198 Kgs d'alumine 1.785 Kgs de ciment de Portland
On peut encore, suivant l'invention, utiliser comme source de chaux, au lieu de calcaire, des sels de chaux donnant par décomposition thermique de la chaux qui se combine et un composé volatil qui est évacué avec les gaz et éventuellement récupéré. Par exemple, on poutra utiliser le sulfate de chaux qui, comme connu, se décompose à
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la cuisson en donnant CaO et 802 .
L'anride sulfureux dans ce cas est récupérable pour la fabrication de l'acide sulfurique . De la même façon, on peut utiliser un phosphate de chaux pour obtenir et récupérér des composés oxygénés du phosphore. On obtient donc ainsi de nouveaux produite de
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nu/ valeur qui s'ajoutera ceux mentionnés précédemment.
Dans le cas d'une cuisson au four rotatif, d'un mélange contenant du sulfate de chaux en vue d'obtenir SO2 du métal et un clinker, il y a interêt à admettre dans le four une charge contenant, en mélange avec la matière de départ, une quantité de combustible suffisante pour donner à l'intérieur de la charge une atmosphère réductrice ; en même temps, de l'air et du charbon seront admis dans le four
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de façon à pousser la flamme assez loin à l'intérieur du four et à avoir une zone oxydante en tête du four après la zone de séparation du métal. Du côté de l'alimentation, on admettra de l'air en excès pour avoir une zone oxydante et brûler tout l'oxyde de carbone. Dans ces conditions, la charge aura .tout d'abord une atmosphère réductrice; puis quand son charbon aura brûlé, elle n'auta plus d'atmosphère propre .
Les gaz auront par contre une atmosphère oxydante vers la sortie des gaz brûlés, puis une atmosphère réduc- trice dans toute la zone opératoire, et enfin une oxydante du côté de la sortie du clinker, de façon à éviter la pré- sence de quantités excessives de sulfures dans le produit cuit.
Dans certains cas, pour éviter la dilution des gaz on aura intérêt à utiliser une matière de départ dans la- quelle le métal est déjà réduit, au besoin par une opération séparée ou préalàble.
En connaissait déjà des procédés pour la fabrication simultanée du fer ou de la fonte et du ciment ;.
Portland au four rotatif, mais ces procédés dans lesquels on cherchait à obtenir en une seule opération le métal et un produit hydraulique n'ont donné que des résultats médiocres, parce qu'il est très difficile de réaliser un réglage des opérations qui convienne à la fois pour l'obtention du métal et la fabrication d'un ciment de qualité convenable.
Il suffit d'une faible proportion d'oxyde de fer restant dans le clinker pour abaisser le module hydraulique du ciment au-dessous de la limite à laquelle il devient impropre aux usages commerciaux . Or, si le ciment obtenu est mauvais ou médiocre et sela, même de temps à autre seulement, l'opération est désastreuse, car une vente régulière de ciment
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ne peut s'organiser avec un produit de qualité variable et il n'est pratiquement pas possible de reconnaître et de séparer à la fabrication les ciments de différentes qualités qui sortent du four.
Le procédé de l'invention se distingue essentiel- lement des procédés précédents ; par le fait que les matières premières ne sont pas les mêmes et sont généralement moins coûteuses, mais surtout par le fait que l'opération métallurgique peut toujours être conduite avec le seul souci d'obtenir le métal dans les conditions les plus favorables, tandis qu'il n'est nullement nécessaire que le clinker obtenu possède les qualités bien définies qui caractérise un ciment commercial. Ce clinker en effet, n'est jamais livré directement à la vente, c'est-une matière de départ pour des opérations ultérieures au cours desquelles on peut procéder, et cela de façon très simple, à toutes les corrections nécessaires au moyen de matières d'addition pour tenir compte des incidents qui auront pu survenir dans les opérations antérieures.
La seule condition à satisfaire à son égard au cours de l'opération métallurgique est qu'il contienne l'alumine à l'état d'aluminate de chaux soluble sans que la solubilité plus ou moins grande de cet aluminate joue un rôle économique capital . Da.ns ces conditions, la, production accidentelle d'un clinker médiocre ou mauvais n'entraine aucune conséquence gênante.
D'autre part, la succession d'opérations qui constitue le procédé de l'invention assure, par rapport aux procédés connus, un supplément de produits de valeur : alumine, éventuellement acide sulfureux ou composés oxygénés du phosphore qui améliorent considérablement le bilan économique.