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Mikael VOGEL - JORGENSEN ------------------------ /
Perfectionnements apportés au traitement des matières ----------------------------------------------------premières convenables à la fabrication du ciment et d'autres ------------------------------------------------------------
La présente invention est relative au traitement des matières premières convenables à la fabrication du ciment, de la chaux et d'autres produits analogues. L'invention est particulièrement applicable aux matières premières contenant un composant mou, à grains fins ou facile à broyer, et qui, par conséquent, peut facilement être divisé en petites particules, et un composant sensiblement plus dur et plus difficile à diviser en petites particules.
Des exemples de matières premières de ce genre sont en premier lieu le calcaire mou dans lequel se trouve logé du sable, en second lieu la craie et la marne contenant du silex ou des coquilles, et en troisième lieu l'argile ou le kaolin contenant du sable ou du gravier.
En broyant ces matières jusqu'au degré voulu, il est plus difficile de diviser les composants plus durs, et si en effet ils sont désirables, il est avantageux de les broyer
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séparément, afin d'éviter la nécessité de soumettre la masse entière des matières premières à un broyage prolongé ou in- tensif qui, en réalité, n'est exigé que pour les composants plus durs. De plus, dans quelques cas, on ne désire pas, à une grande étendue, ces composants plus durs, et afin de rê- duire-' le coût de broyage, il est donc avantageux d'enlever les minéraux inutiles avant qu'un broyage étendu ait eu lieu.
On peut souvent effectuer une séparation raisonnablement adé- quate des composants qui,sont plus difficiles à broyer, en soumettant les matières primitives à une désintégration pré- liminaire et en divisant ensuite, dans un centrifugeur, les matières en une fraction fine et une fraction grossière, et dans ce cas les composants durs s'accumulent ordinairement dans la fraction grossière, vu qu'ils sont moins influencés par la désintégration préliminaire. Un tel procédé a été décrit et revendiquâ par le brevet français n 743627 (brevet anglais n 384736), où la désintégration préliminaire se fait par .broyage.
Conformément à la présente invention le procédé décrit ci-dessus est réalisé de telle façon que la pâte qui est introduite dans le centrifugeur a une teneur en eau si basse que la fraction fine du centrifugeur est séparée sous forme d'une pâte visqueuse d'une basse teneur en eau et que la frac- tion grossière est obtenue en forme d'un tourteau ou d'une pâte fortement visqueuse qui est diluée avec de l'eau pour le traitement ultérieur.
De cette façon, la fraction fine est obtenue dans une forme où on peut facilement la manipuler et la transporter d'une manière économique par conduites à l'aide de pompes, où l'on peut facilement la mélanger par air comprimé ou par agitation mécanique, et où elle s'adapte bien à la fabrication de la pâte brute de ciment ou de chaux à cuire dans un four rotatif ou autre four sans nécessiter au- cun épaississement ou aucune déshydratation avant le four.
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La désintégration préliminaire peut être effectuée par broyage ou par délayage dans des délayeurs qui sont ordinairement construits en forme de bassins, mais ils peuvent aussi être du type de tambour, et dans lesquels les particules sont séparées plutôt que broyées. Quel que soit le procédé de désintégration, la teneur en eau de la pâte qui passe au centrifugeur est ajustée, de sorte que la pâte n'a que la basse teneur en eau fixée plus haut.
Les conditions sont de préférence telles qu'on obtient la fraction fine sous forme d'une pâte aussi concentrée que possible, pour en assurer une viscosité permettant de pomper d'une manière économique la pâte par des conduites et la mélanger facilement. La teneur exacte en eau qui donne ce résultat dépend de la nature des minéraux et particulièrement des propriétés physiques des particules fines présentes.
En quelques cas, une pâte contenant une partie d'eau par poids à deux parties de matières solides par poids sera satisfaisante, tandis qu'en d'autres cas, par exemple en cas de matières très plastiques, la proportion satisfaisante peut être une partie d'eau à une partie de matières solides.
En général, la teneur en eau de la pâte qui passe au centrifugeur peut être déterminée par un essai préliminaire auquel le facteur critique est la viscosité ou consistance de la fraction fine. Pour déterminer la viscosité On se sert d'un viscosimètre comprenant un cylindre de laiton de 5 cm de hauteur et de 6 cm de diamètre, et ouvert aux deux extrémités, qui est placé sur une plaque de verre sur laquelle sont tracés un nombre de cercles concentriques. Le cercle le plus à l'intérieur est de 6 cm de diamètre et est numéroté de 0 et les autres cercles sont espacés chacun de 1 mm du cercle suivant à l'intérieur et sont numérotés de 1, 2, 3, etc. Le cylindre en laiton est placé concentriquement aux cercles, de façon à couvrir le cercle le plus à l'intérieur
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et est.rempli jusqu'au bord de pâte.
Le cylindre est alors vite élevé en sens vertical, de façon que la pâte se répande latéralement. Le premier numéro des cercles visibles en dehors de: la pâte constitue ce que l'inventeur appelle la consistance de la pâte, et une basse consistance veut dire que la viscosité est élevée. La viscosité maximum avec laquelle on peut travailler dans la pratique correspond à la consistance n 2. Toutefois, il n'est'guère possible de travailler à cette limite, et selon l'invention on considère donc toute pâte comme une pâte visqueuse.si le pourcentage d'eau en est tel que;la consistance est de. 2 ou pas plus de 10 au-dessus de ce chiffre. Par exemple, si une pâte contient 33% d'eau en donnant la consistance n 2, elle est toutefois une pâte visqueuse pour l'objet de cette invention si elle ne contient pas plus de 43% d'eau.
Vu la basse teneur en eau de la pâte soumise à la centrifugation, la séparation dans le centrifugeur ne sera pas si nette qu'on L'obtiendrait si l'on employait une pâte diluée, c'est à dire une certaine proportion de particules grossières se trouvera dans la fraction fine, et plus particulièrement une certaine proportion de particules fines se trouvera dans la fraction grossière. Cependant, en comparaison des procédés antérieurs, cet inconvénient est grandement compensé par l'économie qu'on réalise dans le combustible nécessaire au séchage de la pâte, étant donné que la fraction fine est bien plus concentrée que cela/n'est ordinairement le cas dans la séparation d'une fraction fine au moyen de centrifugeurs ou de'séparateurs hydrauliques.
De plus, on peut surmonter l'inconvénient par divers traitements de la fraction grossière comme décrit ci-après.
La fraction grossière de la séparation centrifuge suivant l'invention contient d'ordinaire non seulement les particules grossières du composant dur des matières premières,.
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mais aussi quelques particules fines qui en plusieurs cas se sont agglomérées. Usuellement cette fraction grossière con- tient des ingrédients utiles, et un point important de l'in- vention consiste à la diluer avec de l'eau et à la traiter davantage. Une partie ou l'ensemble de cette fraction gros- sière peut être amené à un crible de séparation, un classifi- cateur hydraulique ou un autre dispositif où les particules fines sont séparées et retournées à l'installation de désin- tégration où la matière primitive est traitée, le résidu grossier étant rejeté ou soumis à un broyage ultérieur.
On peut utiliser ce procédé si les particules grossières sont d'une composition non désirée et que la fraction grossière contient un composant utile seulement comme des particules fines et pas, à un degré appréciable, comme des agglomérats.
En outre, la fraction grossière peut être partiellement ou entièrement soumise à un broyage ou délayage ultérieur dans un ou plusieurs appareils secondaires et peut ensuite être divisée en une ou plusieurs fractions par criblage, centri- fugation ou d'autres procédés, et une ou plusieurs fractions fines de cette division est ou sont retournées à la ligne du mode opératoire, c'est à dire ligne d'opération comprenant l'installation de désintégration préliminaire et qui est ter- minée une fois la pâte finie. Si un tel appareil secondaire est un broyeur il peut avantageusement être du type où se que fait un broyage sélectif, c'est à dire/les composants mous sont réduits sans aucune réduction essentielle des composants durs.
Si la suspension d'un tel appareil secondaire d,e broyage ou de délayage est traitée dans un centrifugeur, la fraction fine de ce centrifugeur peut passer à l'installation de désintégration préliminaire, et la fraction grossière sera rejetée, à moins qu'elle contienne assez de constituants utiles pour justifier un traitement ultérieur. Si la sus- pension est soumise au'criblage, on peut avoir trois fractions
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dont la fraction la plus fine se rejoint à la fraction fine du centrifugeur, la fraction moyenne retourne à l'installation de désintégration, et la fraction la plus grossière est perdue.
Les procédés décrits ci-dessus se prêtent particulièrement à la préparation de matières premières à ciment contenant de l'argile délayable et de la craie délayable contenant du si- lex. En traitant des marnes molles contenant quelques coquil- lés dures qu'on désire récupérer, particulièrement si la mar- ne est pauvre en chaux, on peut employer un autre procédé.
Dans celui-ci la fraction grossière du centrifugeur est di- luée et amenée à un tube-broyeur, et le produit en résultant peut être mélangé avec la âte passant au centrifugeur, ou avec la fraction fine du centrifugeur.
,Il faut souvent ajouter une quantité d'eau considérable pour effectuer le broyage ou le délayage dans l'appareil se- condaire ou les appareils secondaires, et la suspension qui 'en résulte peut être très diluée. L'ensemble du procédé sera , donc exécuté de telle façon que pratiquement le contenu to- tal nécessaire en eau est introduit dans la dilution de la fraction grossière.
Dans quelques cas, il peut être désira- .ble d'ajouter plus d'eau à la fraction grossière dans un appa- reil secondaire qu'il n'est nécessaire pour préparer la pâte visqueuse désirée dans l'installation de désintégration prin- cipale. Dans ce cas-là, on peut utiliser un dispositif de dé- 'shydratation, comme par exemple un épaississeur, pour concen- "'trer la pâte diluée avant qu'elle soit retournée à l'instal- lation de désintégration.
La séparation centrifuge conformément à l'invention peut se faire dans un seul centrifugeur ou dans deux ou plusieurs .centrifugeurs disposés en parallèle ou en série. Dans le der- nier cas, il eut être question de nettoyer la fraction fine ou la fraction grossière ou toutes les deux du premier centri- fugeur., et dans ce cas, il est souvent avantageux d'exécuter
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le nettoyage à une grosseur de particules différente. Ainsi, en traitant la fraction fine on peut effectuer la séparation au stade subséquent ou aux stades subséquents à une grosseur de particules plus petite.
La fraction grossière d'un centrifugeur secondaire peut être soumise à une désintégration ultérieure dans un appareil secondaire de broyage ou de délayage, et le produit en peut être divisé en fractions par criblage, centrifugation ou d'autres procédés, et une ou plusieurs des fractions fines ainsi obtenues peut ou peuvent être retournées à l'installation de désintégration, ou l'ensemble du produit peut être mélangé avec la fraction fine du centrifugeur primaire, soit avant soit après le centrifugeur secondaire.
Dans la préparation de la pâte crue à ciment il faut éventuellement ajouter des correctifs pour ajuster la composition. Il convient particulièrement de les ajouter dans l'appareil secondaire ou les appareils secondaires.
De plus, dans la préparation de la pâte crue à ciment, la centrifugation peut être telle que la fraction fine finale qu'on obtient est de la finesse exigée pour un mélange de ciment à cuire, sans qu'aucune désintégration ultérieure soit nécessaire. Dans un tel cas, les particules doivent usuellement être inférieures à 0,2 mm de grosseur. Cependant, dans certains cas, il peut être désirable de soumettre la fraction fine de la séparation centrifuge à un broyage complémentaire dans un broyeur de pulvérisation. On peut ajouter des matières correctives pendant ce broyage. Si la composition chimique de la pâte n'est pas tout à fait satisfaisante, une partie de celle-ci peut être soumise à la flottation.
Il peut être désirable de prévoir avant le centrifugeur primaire un dispositif de séparation, tel qu'un crible, ou un autre centrifugeur, pour enlever les particules les plus
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grossières. Ces particules les plus grossières peuvent être traitées de la même manière que la fraction grossière du cen- trifugeur primaire, et si on. le désire, combinées avec cette fraction et traitées conjointement avec elle.
Les séparateurs centrifuges qu'on peut utiliser avec avantage à la réalisation de l'invention sont ceux décrits ' dans le brevet français n 824217 (brevets anglais n 479872 et 479891). Il importe pour l'opération voulue du centrifugeur suivant l'invention que sa vitesse et la quantité ainsi que la viscosité de la pâte passant par le centrifugeur soient dament ajustées. La corrélation entre ces facteurs est décrite en détails dans le brevet anglais n 27029/39.
Quatre diagrammes de procédés conformément à l'invention sont représentés, à titre d'exemple, dans les figures 1-4 des dessins ci-annexés.
Dans le diagramme de la fig. 1, les matières premières 1 sont alimentées à un appareil 2 où le composant mou est désin- tégré par broyage ou délayage, tandis que le composant dur n'est que faiblement réduit en grosseur. La pâte visqueuse est alimentée à un centrifugeur 3 qui la sépare en deux frac- ' tiens dont l'une est la pâte finie 4 de consistance normale et l'autre est la fraction grossière 5 qui peut être en forme de tourteau ou de consistance de pâte. S'il s'agit de prêpa- rer la pâte crue à ciment, la pâte fine du centrifugeur ne doit contenir aucune proportion appréciable de particules supérieures à environ 0,2 mm de grosseur.
S'il s'agit de préparer la pâte à chaux pour la cuisson de chaux, la finesse de la pâte est-en soi peu importante, le point essentiel étant que laséparation se fait à une telle grosseur de par- ticules que la partie non désirée, c'est à dire les minéraux autres que la calcite, est enlevée. La fraction grossière du centrifugeur qui contient encore des particules fines, est
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diluée avec de l'eau 6 et est amenée à un crible 7 d'où la fraction grossière 8 est rejetée (si elle consiste en consti- tuants non désirés) ou passe au broyage ultérieur dans un broyeur séparé. La fraction fine 9 contenant un excédant d'eau est retournée au broyeur. Le crible 7 peut être rempla- cé par un centrifugeur ou un autre classificateur hydraulique.
Le diagramme de la fig. 2 convient particulièrement au traitement de matières premières à ciment comprenant de l'ar- gile délayable et de la craie délayable contenant du silex.
On a exécuté un essai pratique sur une grande échelle avec de telles matières et le diagramme sera décrit ci-après confor- mément à cet essai. La craie 1 et l'argile 2 furent alimen- tées à un appareil de délayage 4 contenant assez d'eau 3 pour préparer une pâte visqueuse, amenées ensuite à un réservoir de mélange et de réglage 5 dans lequel la viscosité de la pâte fut contrôlée par l'addition d'eau, et alimentées ensuite à un centrifugeur 6. La fraction fine 7 du centrifugeur 6 fut dirigée par un second réservoir de mélange et de réglage 8 à un centrifugeur 9 qui produit la pâte finie 10. En certains cas la pâte exigera une correction en composition chimique et on pourra donc l'amener à des réservoirs de mélange et de cor- rection.
Les fractions grossières des centrifugeurs 6 et 9 peuvent être combinées et traitées conjointement, mais selon la fig. 2, elles ont été traitées séparément. Comme indiqué, la fraction grossière 11 du centrifugeur 6 (se chiffrant à environ 10% par poids des matières premières primitives) fut traitée avec de l'eau 12 dans un tambour délayeur 13 et amenée à un centrifugeur 14, où la pâte diluée fut séparée en une fraction grossière 15 et une fraction fine 16. La fraction grossière 15 se chiffra à 2% par poids des matières premières primitives et fut rejetée, tandis que la fraction fine 16 fut retournée à l'appareil de délayage 4.
La fraction -
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grossière 17 du centrifugeur 9 (se chiffrant à 15% des ma- tières premières) fut traitêe d'une manière semblable par l'addition d'eau et fut amenée à un tambour délayeur 18 et à un centrifugeur 19 où les matières ont été séparées en une fraction fine 20 se chiffrant à 9% qui fut retournée à l'appareil de délayage, et une fraction grossière 2I se chiffrant à 6% qui contenait 60% de carbonaté de calcium. Cette fraction peut être rejetée ou peut passer à une installation de flottation 22, comme indiqué dans la fig. 2.
Un essai en petit a montré, qu'on pouvait récupérer comme concentré 23 une fraction ayant 'une teneur en carbonate de calcium de 85% et se chiffrant à 3,5% des matières premières. 2,5% contenant 20% de carbonate de calcium serait alors .rejetas an 24. La craie rêcupé- rêe 23 contenant un excédant d'eau peut avantageusement être retournée à l'appareil de délayage ou à un des tambours dé- layeurs.
Le diagramme ,de la fig. 3 a été trouvé utile pour des matières premières du même genre général que celui décrit en regard de la fig. 2, et particulièrement avantageux si la craie est d'une nature plus dure et exige plus de broyagè, ou si l'on désire avoir une partie du silex siliceux - dans le mélange cru. Selon la fig. 3, l'argile est délayée dans un appareil de'délayage séparé 2, la pâte d'argile étant pompée à un appareil de délayage 4 où la craie 3 est délayée. La pâte combinée passe par un réservoir mélangeur 5 à un centri- fugeur,6 et la fraction grossière 7 de celui-ci, après l'addition d'eau 8, est soumise à un broyage sélectif dans un tube-broyeur 9 qui peut être chargé de galets silex.
Ces galets silex exercent l'action broyante de préférence sur la craie et seulement à un moindre degré sur le silex. Les matières 10 sortant du broyeur, qui constituent une pâte relativement visqueuse, sont amenées à un crible 11 où elles sont
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criblées sans addition d'eau. La fraction fine 12 est amenée à un centrifugeur 18 et la fraction grossière à un crible 13 qui est muni de dispositifs d'arrosage 14, pour obtenir une séparation nette. Le silex grossier 15 qui ne passe pas le crible est rejeté et la matière diluée 16 ayant passé le crible est retournée aux appareils de délayage 2 et 4 à argile et à craie, où à l'un de ceux-ci.
Au centrifugeur 18 est amenée la pâte visqueuse consistant partie en la fraction fine du centrifugeur 6 et partie en la matière ayant passé le crible 11, et les fractions sont mélangées dans un réservoir 17.
La fraction grossière du centrifugeur l8 après l'addition d'eau 19 est broyée dans un tube-broyeur 20 chargé d'engins broyants en acier ou d'autres engins broyants capables de broyer le silex. Le produit broyé 21 dans ce broyeur peut être retourné à la matière alimentée au centrifugeur 18 ou peut être mélangé avec la pâte finie 22 du centrifugeur 18.
Le diagramme de la fig. 4 convient particulièrement au traitement de marnes molles contenant une petite quantité de coquilles dures qu'on désire récupérer, surtout si la marne est pauvre en chaux. La marne 1 est d'abord traitée avec de l'eau 2. dans un appareil de délayage 4, éventuellement avec de l'argile 3, et passe ensuite par un réservoir 5 de mélange et de réglage de la viscosité à un centrifugeur 6. La fraction grossière 7 qui contient notamment les coquilles dures est amenée à un tube-broyeur 9 conjointement avec l'eau.
Des correctifs, tels que sable siliceux ou minerai de fer, peuvent aussi être ajoutés au broyeur 9. La fraction fine du centrifugeur 6 qui contient encore quelques particules de coquilles qui sont trop grossières pour la fabrication de ciment, passe à un second centrifugeur 12 d'où la fraction grossière 13 passe également au tube-broyeur 9. La matière broyée combinée 10 sortant du tube-broyeur peut être retournée au centrifugeur 6, mais de préférence au centrifugeur 12,
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comme' indique dans la fig. 4. Si le tube-broyeur broie en un seul passage toute la matière à une finesse suffisamment grande, la matière broyée peut être ajoutée à la fraction, fine 14 du centrifugeur la.
Un crible vibrant peut être établi avant le centrifugeur 6, et Les particules grossières de celui-ci sont al,ors amenées au tube-broyeur 9. On peut éliminer tout à fait le centrifugeur 6.