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" Grillage des minerais "
La présente invention a pour objet un procédé de grillage des minerais et autres matières concentrées et un appareil de mise en oeuvre de ce procédé, et elle concerne plus particulièrement le grillage des sulfures mi néraux en suspension dans un gaz.
On connaît déjà des procédés et des appareils de grillage des sulfures minéraux en suspension dans un gaz. Ces procédés et appareils sont d'un usage assez répandu . En général, dans ces procédés, on souffle un mélange de sulfures minéraux séchés, à l'état de fine division, ou de particules des matières concentrées,
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dans la partie supérieure d'une chambre de combustion maintenue à température relativement haute par la chaleur de combustion des particules qui y sont réparties, ainsi que le courant d'air soufflé, de façon à en exposer les surfaces à l'action oxydante des gaz de combustion chauds.
La transformation des sulfures en oxyde est effectuée par la combustion de la masse des sulfures contenus dans la charge entretenue par l'air soufflé . La température de grillage et le temps de séjour des particules dans la zone de combustion sont réglés de façon à produire l'oxydation de la charge sans fusion ou sans début de fusion* La ma- tière grillée qui se dépose sur le fond de la chambre de combustion est extraite pour être ultérieurement traitée et les produits gazeux de la combustion sont évacués de ladite chambre avec une forte concentration en anhydride sulfureux.
Lorsqu'on grille les particules de sulfures d'ori- gine minérale en suspension dans un gaz selon les procédés et avec les appareils connus, ces particules sont préalable- ment séchées sur des soles de séchage disposées au- dessus de la chambre de combustion ou séchées dans des sé- choirs distincts extérieurs à la zone de grillage.
L' invention a notamment pour buts importants : - La réalisation d'un appareil perfectionné pour griller les sulfures minéraux en suspension gazeuse dans le- quel la capacité productive du four de grillage est nota- blement augmentée tandis que les dépenses d'installation et de conduits sont sensiblement réduites.
- La réalisation d'un four de grillage perfectionné qui permette de placer l'appareillage annexe de ce four, tels que les réservoirs d'alimentation, les ventilateurs,les conduites et les transporteurs, à un niveau bas, et , de préférence, près du niveau du sol ou du plancher, ce qui
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a pour effet de réduire la quantité d'acier des lourdes charpentes nécessaires pour supporter cet appareillage, et de centraliser près de ce niveau la surveillance et la conduite du procédé .
- Une nouvelle conception du four de grillage qui lui permette d'être facilement modifié pour augmenter sa capacité . Ceci peut être en prolongeant simplement vers le haut la chambre de combustion et les brûleurs et sans être obligé de démonter le four sur une grande ampleur ainsi que l'appareillage annexe et de les réinstaller.
- Une mise en oeuvre d'un procédé et d'un appareil de grillage des sulfures minéraux en suspension dans un gaz, dans lesquels le séchage et le grillage des particu- les de sulfures minéraux peuvent être conduits à vitesse accélérée avec un réglage souple et positif des condi- tions opératoires, pour obtenir l'efficacité maximum.
Les buts et objets ci-dessus de l'invention, se- ront expliqués ainsi que d'autres dans la description ci-après donnée à titre d'exemple seulement, en se réfé- rant aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue en plan schématique d'une forme de réalisation préférée du four et de l'appareil- lage annexé. a figure 2 est une coupe horizontale suivant la ligne 2-2 de la figure 6.
La figure 3 est une coupe horizontale suivant la ligne 3-3 de la figure 6.
La figure 4 est une coupe horizontale suivant la ligne 4-4 de la figure
La figure 5 est une coupe horizontale suivant la ligne 5-5 de la figure 6.
La figure 6 est une coupe verticale d'un four de grillage selon l'invention.
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-a figure 7 est une vue en élévation de côté montrant une disposition préférée pour la distribution aux brûleurs des particules de minerais séchées.
La figure 8 est une vue en élévation de côté montrant une réalisation préférée du four de grillage et de l'appa- reil d'emmagasinage et d'alimentation correspondant.
La figure 9 est une coupe verticale du four de gril- lage montrant une réalisation préférée de conduites entre la chambre de grillage et la sole de séchage, et entre cet- te dernière et l'entrée du ventilateur des brûleurs.
La forme de mise en oeuvre préférée de l'invention représentée sur les figures! à 9 incluses, comprend, d'une manière générale, un four de grillage 20, un broyeur 21, tel qu'un broyeur à boulets, pulvérisant très fine- ment le minerai, un trieur 22 pour classer les particules du minerai pulvérulent provenant du broyeur, un ventila- teur ou souffleur 77 distribuant les particules de mine- rai aux brûleurs, et des ventilateurs correspondants,des transporteurs, des conduites et des coffres collecteurs qui seront décrits en détail dans ce qui suit.
Le four de grillage 20 est de préférence constitué par une enceinte métallique cylindrique allongée, revêtue intérieurement d'une matière calorifuge 30, telle que la brique réfractaire, apte à résister à l'action corrosive et érosive des gaz et des particules à haute température.
La surface externe de l'enceinte est aussi recouverte d'une matière calorifuge 31 telle que l'amiante pour rédui re à un minimum les pertes de chaleur à travers l'en- ceinte . a partie supérieure du four a la forme d'une cham- bre de combustion allongée 32, complètement dégagée, fermée, à sa partie supérieure, par un couvercle d'acier 33 intérieurement revêtu d'un matériau calorifuge et
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réfractaire, et, à sa partie inférieure, par la plus haute sole collectrice 34. La chambre de combustion a une hauteur suffisante pour permettre l'oxydation sensiblement complète des particules qui tombent sur la sole collectri- ce la plus haute 34, et un diamètre suffisant pour y permettre à la totalité des particules de s'y répartir.
Les soles collectrices 34 et 35 et la sole de sé- chage 36 sont placées à la partie inférieure du four au-dessous de la chambre de combustion. La sole collectri- ce, supérieure, est inclinée légèrement vers le haut,depuis l'enceinte du four, vers un arbre 37 disposé centralement, et elle se termine très près de cet arbre en ménageant entre son bord et lui un trou annulaire d'écoulement 38 conduisant à la sole inférieure 35.
La sole inférieure 35 est de construction similaire à celle de la sole supérieure 34. Elle s'étend vers le bas à partir d'un point situé près de l'arbre 37 jusqu'au revêtement interne de l'enceinte du four. Un trou d'écou- lement et de sortie 39 est ménagé dans la sole 35 et tra- verse l'enceinte du four pour permettre l'expulsion hors de ce dernier, des particules grillées rassemblées sur la sole 35. es particules recuellies sur la sole collectrice inférieure 35 sont amenées par des palettes fixées sur des bras portés par l'arbre, vers la périphérie du four et dans la sortie d'évacuation 39 qui se prolonge jusqu'à un coffre collecteur (non représenté).
La chambre qui se trouve entre la sole collectrice supérieure 34 et la sole inférieure 35 est pourvue d'une sortie 82, dans la paroi du four, pour les gaz de combus- tion . La sortie 82 est placée dans un endroit convenable, opposé au conduit d'évacuation 39. Les gaz de combustion s'en vont par la sortie 82 et, de préférence, ils passent
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dans une chaudière de récupération de la chaleur perdue,et dans un cyclone (non représentés).
La sole de séchage 36 est placée au-dessous de la sole collectrice inférieure 35. La chambre de séchage
25 est délimitée par la face inférieure de la sole col- lectrice inférieure 35 et par la face supérieure de la sole de séchage 36, et elle est isolée des soles collectrices sauf en ce qui concerne quelques pertes réduites de gaz qui peuvent se produire à travers le petit espace entre l'arbre et la sole collectrice inférieure . Les gaz de combustion chauds sortent de la chambre de combustion'par le conduit 44 (Figure 9) et vont à la chambre de séchage 25.
L'arbre 37 a la forme d'un manchon creux tournant, revêtu extérieurement d'un matériau calorifuge et réfrac- taire, 11 part d'un point situé au-dessous du four et se termine à une courte distance au-dessus de la sole collec- trice supérieure 34. Les bras à palettes 40, 41, et 42 sont portés radialement par l'arbre et tournent avec lui sur les soles collectrices 34 et 35 et sur la sole de sé- chage 36, respectivement. Les bras à palettes sont creux et refroidis intérieurement par un agent de refroidisse- ment, tel que l'air, envoyé dans l'arbre creux 37 et en sortant . Les bras à palettes sont ainsi maintenus à une température sensiblement inférieure à la température normale de fonctionnement du four.
L'arbre tourne à une vitesse déterminée au moyen d'un mécanisme moteur usuel 83 qui peut comporter un moteur accouplé, par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse, à un pignon qui actionne une couronne dentée montée sur l'arbre au-dessous du four.
Les parties annexes du four de grillage servant à emma. siner le minerai humide, à le sécher, à broyer le minerai sec, à envoyer aux brûleurs les particules de minerai fine- ment broyées et séchées, et à assurer la circulation de
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l'air de combustion et des gaz chauds, de combustion, sont décrits ci-après en même temps que le fonctionnement du four et de son appareillage annexe.
Les particules de sulfures humides sont emmagasinées dans un coffre 50 et sont amenées, de préférence à débit déterminé, par exemple, par un transporteur à vis 51, à la périphérie de la sole de séchage 36.
¯Les particules humides avancent sur la sole 36 sous l'action des palettes fixées aux bras 42 et, pendant leur passage sur la sole, elles sont exposées aux gaz de combus- tion chauds introduits dans la chambre de séchage 25, par le conduit 44, en provenance de la chambre de combus- tion 32. e volume des gaz qui traversent la chambre de séchage 25 est réglé de façon que la totalité de l'humidité soit, en principe, retirée pendant le temps que mettent les particules à traverser la sole 36.
Les particules sont amenées dans le trou de sortie 52 et dans le conduit 53 qui aboutit à un transporteur 54. Ce dernier fait avan- cer les particules séchées jusqu'à un broyeur 21, tel qu'un broyeur à boulets, dans lequel toutes les masses agglomé- rées sont brisées et toutes les particules grossières sont broyées et amenées à un état de grande finesse .
Les particules séchées et fines sortent du broyeur 21 dans un courant d'air produit par un ventilateur ou un souffleur 26, dans une conduite.55, et elles vont, en passant par le trieur 22 , à un séparateur 56, tel qu'un cyclone, dans lequel l'air et les particules sèches et fines se sÉparent . L'air débarrassé de sa charge de particules de minerai est renvoyé par le ventilateur 26 au broyeur 21 par la conduite 57. L'air en excès du cir- cuit de broyage va, de préférence, du ventilateur ou souffleur 26, pari 'évent 58, à l'entrée du ventilateur 70 des brûleurs pour être utilisé pour la combustion des @
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particules de sulfures.
Les particules sèches de minerai vont du séparateur 56, par une conduite 60, à un coffre 62 collecteur d'alimen- tation en produit sec (figure 8) . Une soupape hermétique à l'air 61 est prévue sur, la conduite 60.
Les particules séchées sont amenées à débit détermi- né par un transporteur 63 placé sous le coffre collecteur 62. Ce transporteur les amène à un injecteur à air 64, relié à une source d'air à haute pression, telle qu'un com- presseur (non représenté), par la conduite 65, les particules de minerai sont introduites par le courant d'air dans le circuit du brûleur.
Le circuit du brûleur comprend, de préférence, une conduite 66 reliée à une extrémité, à un ventilateur 67 et, à l'autre extrémité, à un raccord 68 dans lequel le courant d'air et de particules de sulfure minéral séchées est divisé pour être distribué aux brûleurs* Une ouverture est ménagée dans la conduite 66; pour le courant de particules provenant de l'injecteur 64, comme indiqué en 69. L'air en excès provenant du circuit de broyage peut être renvoyé par l'évent 58 à l'entrée 70 du ventilateur des brûleurs.
Les gaz de combustion arrivent par la chambre de combustion 25, passent par la conduite 71 et reviennent par l'entrée 73 du ventilateur des brûleurs, à la chambre de combustion 32 . L'air atmosphérique entretenant l'oxydation ou la combustion des particules de sulfure, entre dans le circuit des brûleurs par l'extrémité ouverte 72 de l'entrée 73 du ventilateur des brûleurs.
Le courant des gaz de combustion et des particules de sulfure minéral séchées, en suspension, est divisé dans le raccord 68 en courants, e n principe égaux, pour l'alimen- tation des brûleurs 74 et 75, chaque brûleur étant alimenté approximativement avec le même volume de gaz et de particules de sulfure.
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Dans une variante préférée de l'invention, deux becs de brûleurs 74 et 75, diamétralement opposés, sont dispo- sés en montant obliquement dans la partie supérieure du four. Les becs de brûleurs 74 et 75 sont reliés, à leurs extrémités d'entrée, aux conduits 76 et 77 respectivement, ces conduits étant eux-mêmes reliés au raccord 68. Pour assurer une combustion convenable des particules, et pour éviter la formation de dépôts sur les parois du four, les becs des brûleurs 74 et 75 sont de préférence inclinés vers le haut . Si on utilise plus de deux brûleurs dans le four, ils sont de préférence également espacés;autour de la chambre de combustion.
Un râcleur 80 porté par un bras fixe 81, consistant, de préférence, en un tuyau refroidi par de l'eau, déta- che les particules qui sont tombées sur le dessus de l'ar- bre tournant 37 et empêche leur accumulation sur cet ar- bre.
Le ventilateur 67 des brûleurs envoie un mélange d'air et de gaz de combustion, par la conduite de circula- tion 06, aux becs des brûleurs 74 et 75. Le gaz de combus- tion est aspiré de la chambre de combustion , par la con- duite 44 et la chambre de séchage 25; de cette dernière chambre, il se rend, par la conduite 71, au conduit 73 d'entrée aux brûleurs pour être mélangé avec l'air atmos- phérique, et il est envoyé à la conduite 66 par le ventila- teur 67. Si on le désire, de l'oxygène peut être introduit dans le gaz fourni aux brûleurs pour enrichir le mélange. D= l'air additionnel peut être fourni au circuit des brûleurs en le prenant dans le circuit de broyage par la conduite 58.
Les gaz de combustion chauds sortent du four peu la sortie 82 ménagée dans la paroi de ce four, en un point voisin de la périphérie de la sole collectrice inférieu- re. Les gaz de combustion chauds sortant du four sont
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envoyés, de préférence, dans l'échangeur de chaleur, tel qu'une chaudière de récupération de la chaleur perdue,pour récupérer les calories qu'ils transportent, puis envoyés dans un séparateur, tel qu'un cyclone, pour en extraire les particules solides entraînées.
La conception du four et la disposition de l'appareil lage annexe permettent de conduire le fonctionnement en vue d'obtenir avec un grand rendement des produits de haute qualité.
En fonctionnement,les particules de sulfure minéral soufflées dans le four sont rapidement dispersées dans la zone de combustion et vite portées à leur température d'inflammation. Les particules grillées se déposent dans la chambre de combustion sur la sole collectrice supé- rieure 34 sur laquelle elles vont vers l'intérieur, vers et dans le trou annulaire d'écoulement 38 pour tomber sur la sole collectrice inférieure 35. Les particules se trouvant sur cette sole inférieure sont poussées extérieure- ment vers et dans le conduit 39 par lequel elles sortent du four.
La vitesse de combustion et la température dans la chambre de combustion peuvent être étroitement réglées en fa faisant varier le débit de l'amenée des particules de sul- fure minéral aux brûleurs et la composition da milieu gazeux de suspension, qui peut être facilement modifiée en augmentant ou en réduisant la vitesse d'écoulement de l'air atmosphérique , ou de l'air enrichi par l'oxy- gène, ou des gaz de combustion provenant de la chambre de séchage, eu en ramenant les gaz de combustion refroidis provenant de la sortie de l'échangeur de chaleur.
L'air, ou l'air enrichi d'oxygène, est introduit, avec les particules de sulfure minéral envoyées aux brûleur- 74 et 75, dans la partie supérieure de la chambre du
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four. Il n'est pas nécessaire d'introduire ailleurs de l'air de combustion ou de l'oxygène dans le four. La forme de mise en oeuvre représentée et décrite peut être modi- fiée sans sortir du cadre de l'invention.
Par exemple, dans certains cas, il peut être utile d'évacuer, en totalité, ou en partie, les gaz de la chambre de séchage dans l'atmosphère ou dans les gaz de combustion chauds envoyés dans l'échangeur de chaleur ou dans les gaz issus de ce dernier, plutôt que de les renvoyer dans la chambre de combustion . e même, les gaz;de la chambre de séchage peuvent être envoyés dans un séparateur, tel qu'un cyclone, pour en extraire les particules solides entraînées, Ces particules contiennent normalement de la matière non grillée et celle-ci est renvoyée à la chanbre de séchage.
Egalement, si la matière humide introduite dans le stade de séchage a une forte teneur en humidité, le nombre de soles de séchage peut être augmenté pour assurer une ex- traction en principe complète de l'humidité, avant que la matière alimentée soit extraite du stade de séchage',)
Le four de grillage perfectionné selon l'invention présente un certain nombre d'avantages importants par rapport aux fours antérieurs.
En plaçant la ou les soles de déchage à la base du four, l'arbre tournant ne s'étend dans ce dernier que sur une courte distance en libérant la chambre de combustion de toute obstruction et en aug- mentant de ce fait sensiblement la capacité du four.Cette conception du four donne lieu à un autre avantage imor- tant en ce qu'elle permet la dispersion uniforme des parti- cules dans la zone la plus chaude du four, ce qui provo- que une combustion totale à grande vitesse, en même temps qu'une concentration relativement forte en anhydride sul- fureux des gaz à la sortie et réduit la formation des ferrates de zinc lorsque le four est utilisé pour griller des xxxxxx sulfures de zinc qui contiennent des composés du @
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fer.
On peut aussi obtenir une augmentation de la capacité du four en le prolongeant facilement en hauteur ainsi que les brûleurs et sans qu'il soit nécessaire de procéder à des travaux importants de démontage et de reconstruc- tion.
La conception du four rend possible la concentra- tion des appareillages annexes au niveau du solou du plancher ou près de ce niveau, avec une réduction corres- pondante sensible des dépenses d'installation, avec des économies importantes dans le service et plus de facili- tés pour le réglage précis du fonctionnement.