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Agglomères de matières charbonneuses et leurs procédés de fabrication.
Pour la fabrication d'agglomérés de matières char- bonneuses, on -emploie généralement, comme liants, des gou- drons, brais, bitume, asphaltes, ou produits -analogues; ces substances doivent être employées en quantités importantes - qui vont jusque 25 et 35% lorsqu'il s'agit de charbon de bois - pour que les .agglomérés obtenus aient une résistance mécanique suffisante lors de leur manutention industrielle; ces liants, en dehors de leur utilisation en proportions @
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élevées, ont l'inconvénient de détruire la structure poreuse des matières charbonneuses, en particulier du charbon de bois, et donnent lieu, lors de la combustion, à la distillation de produits goudronneux fort gênants, ainsi qu'on le sait, dans la quasi-totalité des applications.
Pour remédier à ces inconvénients, on a déjà proposé d'agglomérer de la poudre de charbon de bois au moyen de solutions de mélasse, de dextrine, d'amidon, de lignosulfo- nates, de sucre, etc.. mais les agglomérés ainsi obtenus présentent l'inconvénient de posséder une faible densité, même si l'on fait intervenir une proportion importante de solution du liant; dans ce dernier cas, en outre, ils nécessitent un séchage prolongé en raism même de la grande quantité d'eau à évaporer; enfin, l'évaporation de l'eau donne lieu à la formation de pores qui contribuent eux-mmes à diminuer la, densité de l'aggloméré.
On a également proposé de traiter la poudre de charbon de boispar de l'eau ou par des solutions aqueuses, en ajoutant par exemple des produits mouillants; de mouler la masse obtenue, autant que possible sans pression, et de sécher les produits ainsi formés. Mais la résistance mécanique peu élevée de tels agglomérés ne permet pas leur transport en vrac et rend leur utilisation peu avantageuse.
Aucun des procédés rappelés ci-dessus n'a reçu d'application industrielle, à la connaissance des demandeurs.
Or, il a été trouvé, conformément à la présente invention due à la collaboration de Monsieur Georges PASSELECQ et de Monsieur Alexis SEMENOFF dans les Services de la Compagnie Nationale de Matières Colorantes et Manufactures de Produits Chimiques du Nord Réunies, Etablissements Kuhlmann, que l'on pouvait obtenir des agglomérés ayant une valeur industrielle considérable,en moulant sous pression un mélange
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de poudres de matières charbonneuses, d'eau, d'un agent liant à basse température, d'un agent liant à haute température et d'un agent dispersant-mouillant, de préférence non moussant ou peu moussant.
Par "poudres de matières charbonneuses", on entend ici des matières pulvérisées contenant une proportion très importante de carbone, telles que la poudre de charbon de bois, la poudre de coke, de houille ou de matières végétales, de poussière de coke de gaz ou de coke métallurgique ou a.utrès poudres de matières du même genre, par exemple fines d'anthracite ou de charbons maigres, et graphite pulvéru- lent possédant ou non une structure lamellaire. Les poudres ainsi mises en oeuvres seront, en général, très fines mais elles pourront également titre utilisées sous forme de mélanges de poudres de grosseurs différentes, notamment de poudres grossières et de poudres fines avec, éventuellement, présence de poudres de grosseur moyenne.
Par "agent liant à basse température", on entend un produit susceptible, lorsqu'il est en solution ou en émulsion aqueuse, de coller, à basse température, les particules de matières charbonneuses les unes aux autres. Répondent, par exemple, à de telles conditions : la dextrine, les colles, les gommes, la caséine ou les résines naturelles ou synthétiques.
Par "agent liant à haute température", on entend ici un produit se caramélisant, se cokéfiant à haute température et, par conséquent, capable de réunir entre elles les particules de matières charbonneuses au moyen d'une sorte de réseau de coke; des produits répondant à ces conditions sont, par exemple les mono ses, les polyoses, les sucres, les mélasses, les produits bruts, solubles dans 1.' eau, provenant de l'hydrolyse du bois.
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Par "agent dispersant-mouillant de préférence non moussant ou peu moussant", on entend un produit facilitant la dispersion mutuelle du produit solide et de L'eau mais ne donnant pas lieu, de préférence, à la formation de mousse gênante; de tels produits, sont par exemple, les produits de condensation et de sulfonation des hydrocarbures aromatiques et de leurs dérivés avec les aldéhydes, les alcoyl-et aralcoyl - naphtalènes sulfonates, les lessives résiduelles de cellulose sulfitée, les dérivés sulfonés des corps gras, des esters d'acides gras, les produits de sulfonation des résidus de distillation de la benzaldéhyde,
les produits solubles dans l'eau résultant de l'action de l'oxyde d'éthylène sur les corps insolubles dans l'eau contenant un hydrogène réactif ainsi que les substances d'origine végétale possédant des propriétés dispersantes-mouillantes comme la réglisse, les produits d'hydrolyse des albuminoïdes, les lessives provenant du traitement des matières ligneuses par les sulfites ou bisulfites et même, le cas échéant, des substances d'origine végétale possédant, à côté de propriétés dispersantes, un pouvoir moussent appréciable, par exemple la saponine.
Par le terme "lessives provenant du traitement des matières ligneuses par les sulfites ou bisulfites" il doit être entendu que cette expression englobe, d'une manière générale, tous produits ou résidus des différentes fabrications de la cellulose à condition que ceux-ci contiennent des acides lignosulfoniques et, de préférence, qu'ils possèdent un pH supérieur à 6,8 (ou amené à cette valeur) afin d'éviter une rapide détérioration des machines et appareils servant aux différentes phases de l'agglomération.
Il est fait appel, de préférence, conformément à la présente invention, à des dispersants non moussants, afin d'éviter d'avoir à prendre des dispositions particulières, au -
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moment de 1-'agglomération, pour l'expulsion, hors de l'agglo- méré, des bulles d'air de la mousse.
Pour former des agglomérés, conformément à l'inven- tion, on mélange entre elles la poudre de matière charbonneuse et une solution aqueuse de l'agent liant à basse température, de l'agent liant à haute température et de l'agent dispersant.
Il y a avantage à choisir la proportion de solution dans le mélange, par rapport à la poudre de matière charbonneuse, pour que le mélange se présente initialement sous forme d'une masse humide ou, même, d'une pâte relativement sèche. Les proportions de solutions aqueuses ou, plus spécialement, d'eau, par rapport aux autres constituants du mélange, sont à déterminer dans chaque cas par des essais préalables avec, comme objectif, d'obtenir la densité voulue pour l'aggloméré avec une pression aussi faible que possible et a.yant aussi peu d'eau que possible à évaporer. En général, de bons ré- sultats, et même souvent de très bons résultats, sont obtenus avec une proportion d'eau de 8%,par rapport au poids total du mélange.
.Au lieu de poudre charbonneuse d'une seule nature, on peut faire intervenir dans le mélange des poudres charbon- neuses d'origines.différentes, par exemple de houille, de dé- chets végétaux, de lignite, et on peut également faire inter- venir une petite proportion ,d'agent de conservation, afin de protéger, pendant la fabrication, les matières organiques contre la putréfaction, ou des sels métalliques susceptibles d'agir comme catalyseurs, cela en vue de satisfaire aux diffé- rents cas que l'on peut rencontrer ou en vue d'améliorer les propriétés des agglomérés finis.
Une solution particu- lièrement avantageuse de la fabrication d'agglomérés de ma- tières charbonneuses consiste à agglomérer, conformément à la présente invention, un mélange intime de charbon de bois, par exemple dans la proportion de un tiers (1/3) et du
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charbon maigre ou de l'anthracite dans la proportion de deux tiers (2/3). Dans un tel aggloméré, le charbon de bois facilite énormément l'allumage et la combustion et diminue le pourcentage total de cendres par rapport à celui fourni par le charbon minéral seul.
On moule par pression, ¯ à chaud ou à froid, la masse ainsi obtenue ; plusil est nécessaire que la densité soit élevée, plus élevée sera la pression que l'on mettra en oeuvre.
On sèche ensuite et l'on calcine éventuellement les comprimés afin de caraméliser et de cokéfier le liant. En utilisant une presse chauffée, ou en effectuant, comme on le fait pour la fabrication des briquettes de lignite, une compression avec déplacement de l'aggloméré dans le moule et production 'suffi- sante de calories, il est possible de supprimer le liant à froid, sous la réserve que la température à laquelle l'aggloméré est soumis pendant la compression, soit suffisamment élevée, par exemple de l'ordre de 400 à 450 , pour caraméliser et cokéfier le liant à chaud, ce qui permet, dans ce cas, de supprimer partiellement, ou même totalement, le liant à froid.
Une autre possibilité, conforme à l'invention, est de faire intervenir, au lieu de deux matières différentes constituant l'une, le liant à froid, l'autre, le liant à chaud, un mélange de matières formant à la fois le liant à froid et le liant à chaud; c' est le cas, notamment, des sucres ainsi que du bois hydrolysé, celui-ci contenant à la fois de la dextrine et du glucose.
Les dispersants non moussants ne demandent pas, en général, de précautions particulières lors de l'agglomération et sont, de ce chef, d'une mise en oeuvre plus facile et, dans l'ensemble, moins coûteuse. Les dispersants moussants peuvent nécessiter, par contre, l'usage d'appareils de com-
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pression permettant l'évacuation de l'air hors de l'aggloméré en cours de moulage.
Quelle que soit la manière dont les agglomérés sont obtenus, on peut éventuellement les polir ou les revêtir d'une couche imperméabilisante, au moyen d'un vernis ou d'une solu- tion de paraffine. Le polissage peut d'ailleurs résulter d'une action mécanique exercée pendant la compression sur les surfaces extérieures de l'aggloméré. De tels procédés de polissage sont bien connus en eux-mêmes; il est, par conséquent, inutile de les décrire plus explicitement.
Les agglomérés obtenusconformément à l'invention, jouissent, entre autres, des propriétés suivantes : très haute teneur en matière charbonneuse, excellente résistance mécani- très que, densité élevée, combustion/régulière, sans désagrégation et s'entretenant elle-même à l'air, sans flamme et sans fumée, si la compression n'est pas particulièrement élevée et si l'aggloméré contient une proportion suffisante de charbon à combustion facile, par exemple de poudre de charbon de -bois. Ces propriétés rendent de tels agglomérés particu- lièrement précieux pour leur utilisation en métallurgie, dans les appareils de chauffage industriels et ménagers et dans les gazogènes fixes ou mobiles.
De plus, quand ils sont pré- parés à partir de charbon de bois ils peuvent, à cause de leurs capacités d'adsorption, être utilisés pour toutes les applications du charbon,actif: décoloration, purification, épu- ration, fixation de certains gaz dans un mélange de gaz.
Voici, à titre d'exemples, quelques cas concrets de fabrication d'agglomérés, conformément à l'invention.
Le volume des agglomérés peut être quelconque et correspon- dre, par exemple, aux morceaux de combustibles naturels, trai- tés ou artificiels, actuellement utilisés pour les diverses applications considérées. Dans ces exemples, les parties en @
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volume sont prises de telle façon que, dans le cas de l'eau, une partie en poids égale une partie en volume.
EXEMPLE 1.
On introduit, peu à peu, par malaxage, 1000 parties en poids de poudre de charbon passant au tamis de 80, dans 80 parties en volume d'une solution aqueuse contenant 20 parties en poids de dextrine, 20 parties en poids de mélasse,.
4% du sel de soude d'un produit de condensation sulfoné de la naphtaline avec le formol, par exemple de Diastersol NDS.
Après avoir laissé reposer le mélange pendant quelques heures, on le soumet à un moulage à froid sous une pression de 100 à 250 kgs. par cm2 et on sèche à 120 C. les .agglomérés ainsi obtenus.
EXEMPLE 2.
On mélange 1000 parties en poids de poudre de charbon de bois passant au tamis' de 120, avec 80 parties en volume d'une solution aqueuse contenant :la parties en poids de dextrine, 10 parties en poids de mélasse et 2% en poids de butylnaphtalène sulfonate de. soude. On soumet le mélange à un moulage à froid sous une pression de 500 kgs. par cm2 et on sèche à 120 C. les agglomérés ainsi obtenus.
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On mélange intimement 1000 parties en poids de poudre de charbon de bois passant au tamis de 80, avec 160 parties en volume d'une solution aqueuse contenant 40 parties en poids de dextrine, 40 parties en poids de mélasse, 8 parties
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en poids d'isopropylnaphtalène sulfonate de soude. On -soumet le mélange à un moulage à froid sous une pression de 100 kg. par cm, on sèche à 120 C. les agglomérés ainsi obtenus, puis on les calcine à une température d'environ 450 C.
EXEMPLE 4.
On broie 1000 parties en poids de coke métallurgique,
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en morceaux ou en poussière et on mélange, comme à l'exemple I ci-dessus, la poudre obtenue avec 100 parties en volume d'une solution aqueuse contenant 25 parties en poids de dextrine, 25 parties en poids de mélasse, 5 parties en poids du sel de soude d'un produi de condensation sulfoné de la naphtaline avec le formol, par exemple de Diastersol NDS. On introduit le mélange ainsi obtenu dans une boudineuse susceptible de comprimer à 100 kgs. par cm2 et on obtient ainsi des agglomérés d'une densité de 1,5 gardant leur forme et leur dureté à haute température et susceptible d'être avantageusement utilisés en métallurgie.
EXEMPLE 5.
On broie 500 parties en poids de coke de gaz, d'une part, et 500 parties en poids de charbon de bois, d'autre part; on mélange les deux poudres ainsi obtenues avec 150 parties en volume d'une solution aqueuse contenant 35 parties en poids de dextrine, 35 parties en poids de mélasse, 7 parties en poids du sel. de soude d'un produit de condensation sulfoné de la naphtaline-:avec le formol, par exemple de Diastersol NDS. On soumet le mélange à un moulage à froid sous une pression de 100- kgs. par cm2; on sèche à 120 C. les .agglomérés obtenus et on les calcine à 450 C. On obtient .alors des agglomérés d'une densité de 1,20 qui brûlent com- plètement à l'air libre.
EXEMPLE 6.
On broie 1000 parties en poids de poudre de charbon de bois et on mélange, comme à :L'exemple 1, la poudre obtenue, .avec 150 parties en volume d'une solution aqueuse contenant 35 parties en poids de dextrine, 35 parties en poids de mélasse, 7 parties en poids d'un produit de condensation de l'alcool cétylique avec 18 molécules d'oxyde d'éthylène.
Après mélange intime on soumet le mélange à un moulage à froid
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sous une pression de 100 kgs. par cm2 et on sèche à 1200 les agglomérés obtenus.
EXEMPLE 7.
1000 parties en poids de poudre de charbon de bois passant au tamis de 80 sont introduites peu à peu sous malaxage dans 150 parties en volume d'une solution aqueuse contenant,en poids, 40 parties de dextrine, 40 parties de mélasse et 8 parties de lignosulfonate de soude. On soumet le mélange ainsi obtenu à un moulage à froid sous une pression de 100 kgs. par cm2 et on sèche à 1200 les agglomérés obtenus.
EXEMPLE 8.
On remplace, dans 1:' exemple 6, les 7 parties en poids du produit de condensation de l'alcool cétylique avec 18 molécules d'oxyde d'éthylène par 7 parties en poids de
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buty1.-naphtal.ène-sulfonate de soude; ou par 7 parties, en poids, d'alcool laurique sulfoné, ou par 7 parties, en poids, de ricinate de butyle sulfoné; ou par 7 parties, en poids, du produit de sulfonation du résidu de distillation de la benzaldéhyde; ou par 7 parties, en poids, du produit de l'exemple 1.
EXEMPLE 9.
On broie 1000 parties en poids d'anthracite du Tonkin et on les mélange, progressivement, par malaxage, avec 80 parties en volume d'une solution aqueuse contenant par litre:
250 gr. de dextrine
250 gr. de mélasse
70 gr. d'un produit de condensation de l'alcool cétylique avec 18 molécules d'oxyde d'éthylène.
Aprèsmélange intime on moule le mélange à froid sous une pression de 300 kgs. par cm2. Les agglomérés sont séchés à 120 C. Ils ont une densité voisine de 1,4.
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EXEMPLE 10.
On prépare tout d'abord du graphite à l'état divisé de la manière suivante: On transforme, par l'un quelconque des procédés connus, le graphite naturel en acide graphitique que l'on lave, sèche, puis chauffe à une température de 800 à 1000 C. environ à l'abri de l'air. Le graphite foisonne en prenant un volume environ vingt six fois plus fort qu'avant le chauffage. Une fois le foisonnement opéré, on comprime le graphite en pastilles sous une pression de 50 à 100 kgs. par cm2 et l'on porte ces pastilles à environ 500 C., ce qui donne lieu à un foisonnement beaucoup moins intense.
Les pastilles augmentent de une à troisfois de volume en s'ef- fritant dans une certaine mesure mai en restant cependant agglomérées avec une tendance à reprendre la structure feuil- letée. On rebroie finalement, au moyen d'un effet d'écrasement facile, les pastilles ainsi tr.aitées.
On mélange 100 parties en poids de graphite obtenu comme il vient d'être dit avec 5 parties en volume d'une solution .aqueuse contenant par litre:
150 gr. de dextrine
400 gr. de mélasse
50 gr. du sel de soude d'un produit de condensation sulfoné de la naphtaline avec le formol.
On moule le mélange sous des pressions pouvant varier entre 25 et 1000 kgs. par cm2, suivant la dureté désirée, et l'on porte les agglomérés à une température comprise entre 400 et 5000C. pendant un laps de temps d'environ 20 minutes. Les agglomérés obtenus peuvent être soumisà une recuisson, par exemple dans un bain de brai bouillant à 400-500 C.
@ Des agglomérés de graphite de ce genre apparais-
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sent comme étant propres à la confection d'électrodes, de cornues, de moufles., de creusets et autres objets dans la constitution desquels entre le graphite.
REVENDICATIONS
1.- Procédé pour la fabrication d'agglomérés de matières charbonneuses par moulage sous pression d'une masse de matière charbonneuse pulvérulente et d'un liant, caractérisé par le fait que l'on soumet à une compression une masse composée d'un mélange d'une poudre de matière charbonneuse, d'une quantité réduite d'une solution ou d'une suspension dans l'eau d'un agent liant à basse température - tel par exemple que la dextrine, une colle, une gomme, la caséine, une résine naturelle ou synthétique -, d'un agent liant à haute température - tel par exemple qu'une monose, une polyose, un sucre, une mélasse - et d'une faible proportion d'un agent dispersant-mouillant, de préférence non moussant ou peu moussant.
2.- Procédé tel que revendiqué en 1, caractérisé par le fait que l'on mélange à la matière charbonneuse à agglomérer un liquide aqueux contenant à la fois le liant à basse température et le liant à haute température, par exemple une solution des composés résultant d'une opération d'hydrolyse du bois ou une solution de sucres répondant aux deux caractéristiques des liants.
3.- Procédé tel que revendiqué en 1, dans lequel on remplace tout ou partie de l'agent liant à froid par un agent liant à chaud et l'on opère l'agglomération à une température suffisamment élevée pour caraméliser et, éventuellement cokéfier, le liant à chaud.
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