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Procédé de briquetage de matières finement divisées.
Cette invention concerne le moulage sous pression de certaines matières finement divisées, sans liants, mais dans des conditions particulières de manière que les produits moulés obte- nus aient une résistance mécanique supérieure à celle de moulages ordinaires de matières finement divisées moulées sans liants.
L'invention présente un intérêt particulier en ce qui concerne des briquettes de dimensions industrielles, mais n'est pas limitée à ce cas.
Le but principal de la présente invention est de créer un procédé grâce auquel certaines matières finement divisées peu-
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vent être moulées sous pression, pour former des moulages ayant une résistance mécanique supérieure à celle des moulages ordi- naires de la matière finement divisée. Un autre but de l'invention est de créer un procédé grâce auquel des mélanges de certaines matières finement divisées peuvent être moulés sous pression pour former des moulages ayant une résistance mécanique supérieure à celle de moulages ordinaires des mélanges.
Un but particulier de l'invention consiste à créer un procédé grâce auquel de la chaux et des mélanges de chaux avec d'autres matières peuvent être comprimés en briquettes ayant une résistance mécanique supérieure à celle de briquettes ordinaires de chaux ou de chaux mélangée à une autre matière.
Des briquettes de la plupart des matières pulvérulentes ont une résistance au choc relativement faible et/ou une faible résistance à l'abrasion, à moins qu'on n'utilise des pressions de briquetage excessive impraticables ou à moins d'ajouter des liants aux matières avant leur briquetage. A l'aide de liants de différents types, il est possible de préparer des briquettes d'une grande variété de matières à des pressions de briquetage raison- nables. Cependant, l'emploi de liant est parfois prohibé par la nécessité de ne pas contaminer la matière dont sont faites les briquettes. En outre, prix additionnel du liant est parfois prohibitif et représente toujours un inconvénient.
On a trouvé que des briquettes de nombreuses matières inorganiques pulvérulentes non-métalliques, ayant des propriétés mécaniques supérieures, peuvent être préparées en effectuant l'opération de compression des matières à des températures éle- vées. Cet avantage ne peut pas être obtenu avec toutes les matières dans une égale mesure.
Le fait qu'un grand nombre de matières pulvérulentes meubles inorganiques non-métalliques à point de fusion très élevé puissent être moulées à des températures notablement inférieures
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à leurs points de fusion normaux n'a en apparence pas été reconnu de façon générale. On a trouvé que de telles matières, sous forme finement divisée ou en poudre, chauffées aux températures auxquelles elles présentent des propriétés de moulage, peuvent être comprimées en briquettes ayant une résistance mécanique de beaucoup supérieure à celle de briquettes des mêmes matières préparées à la tempéra- ture ordinaire normale, à laquelle les matières ne présentent pas la propriété de pouvoir être moulées.
Il a également été trouvé que lorsque de telles matières sont mélangées, sous forme finement divisée,à d'autres matières, également sous forme finement divisée, des mélanges peuvent être moulés et comprimés, à une température élevée, pour donner des moulages possédant une résistance mécani- que beaucoup plus élevée que des moulages faits des mêmes mé- langes comprimés à des températures ordinaires normales.
Le briquetage de charbon à températures élevées est bien connu, le but des températures élevées pendant l'opération de com- pression étant de développer la plasticité du charbon et/ou de dégager des substances goudronneuses devant agir comme liants.
Le charbon n'est pas une des substances pulvérulentes auxquelles se rapporte cette invention, car là matière liante est inhérente au charbon chauffé.
Dans la métallurgie des poudres, il est devenu de pratique courante de chauffer et de comprimer simultanément des poudres de métaux, pour produire la soudure ou fusion des particules. La fusion des particules se produit sans faire usage de pressions excessivement élevées, du fait que, cornue c'est bien connu, les métaux subissent une déformation plastique sous l'action d'efforts à des températures élevées.
Pour autant qu'on le sache, des matières autres que celles susdites ont toujours été briquetées à la température à laquelle elles se trouvaient, dépendant de leur ambiance précédente au cours de leur traitement, stockage ou transportasse exception pourrai
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être le cas où un liant qui nécessite des températures élevées pour fondre ou se ramollir, était utilisé comme addition dans une opération de briquetage.
La présente invention consiste en un procédé de bri- quetage de matières inorganiques, non-métalliques, pulvérulentes, finement divisées, ayant la propriété d'être moulablesà des tempé- ratures élevées, le procédé étant caractérisé en ce que la ma- tière est chauffée à une température élevée et que la compression est effectuée pendant que la matière à briqueter est à tempéra- ture élevée. L'invention comprend le procédé tel que décrit ci- dessus, dans son application à des mélanges des matières précitées et à des mélanges des matières précitées avec d'autres matières qui, par elles-mêmes, ne se prêtent pas au procédé de cette in- vention.
Plus particulièrement, l'invention consiste en un procédé pour la production de briquettes ayant des propriétés mécaniques perfectionnées, obtenues par briquetage de matières inorganiques non-métalliques pulvérulentes à des températures notablement in- férieures au point de ramollissement ou de fusion des matières, mais supérieures d'environ 100-500 C aux températures normales de briquetage.
En particulier, l'invention comprend le briquetage, à des températures compriseséntre environ 300 C et environ 500 C et à des pressions comprises entre environ 350 kgrs/cm2 et environ 2110 kgrs/cra2 (5000 et 30.000 livres/pouce carré), de matières inorganiques non-métalliques pulvérulentes et de mé- langes ayant la propriété d'être moulables à la température de briquetage, comprenant entre autres, les suivantes :
Calcaire séché et pulvérisé
Carbonate de calcium C. P. (précipité).
Chaux (CaC03 C. P. calciné)
Chaux (calcaire calciné)
Chaux (Ca(OH)2 C. P. calciné)
Chaux hydratée (résidu de générateur sec d'acétylène)
Chaux (hydrate de chaux calciné) (résidu de générateur sec d'acétylène).
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Magnésie
Dolomite et ferrosilicium calcinés (utilisés dans le procédé PIDGEON de production de magnésium)
Chaux et poudre d'aluminium (poids égaux, tels qu'em- ployés pour la production de calcium)
Oxyde de zinc
Oxyde de zinc et Coke (5 : 1 en poids, tel qu'utilisé à la production de zinc)
Oxyde de zinc et hydroxyde ferrique (catalyseur de pré- paration d'acétone)
Poussière de carbure de calcium
Coke pulvérisé et chaux (calcinée à partir de chaux hydratée)
Les exemples qui suivent illustrent l'invention, sans la limit er.
EXEMPLE 1.-
De la poussière de chaux (passant au tamis à mailles de 0,147 mm, 100 mesh) de calcaire industriel calciné est briquetée à la température ordinaire et à une pression de 1055 kgrs/cm2 (15.000 livres/pouce carré) dans un moule cylindrique d'un dia- mètre de 25 mm (1 pouce) donnant une briquette d'une hauteur de 25 mm (lpouce). Des briquettes semblables sont préparées de la même manière et avec la même chaux,excepté que la chaux et le moule sont maintenus à environ 500 C.
Des groupes de chaque type de briquettes sont soumis à des essais de la façon décrite plus loin et donnent les résultats suivants :
Résistance aux Résistance à chocs l'abrasion Compression à température ordinaire 3,2 67 Compression à 500 C 15,6 82
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On voit aisément que le briquetage de ces matières à température élevée, a pour résultat de porter environ au quintuple la résistance au choc, par rapport à la résistance au choc de la même matière briquetée à la température ordinaire. Il y a également une diminution de plus de 45% de la quantité de poussières formée dans l'essai d'abrasion de briquettes de cette matière, pour les briquettes comprimées à température élevée.
Ces perfectionnements remarquables des propriétés mécaniques de briquettes sont tout-à- fait inattendus, et ne pouvaient pas être prévus d'après les pro- priétés ordinaires ou le comportement normal de la matière dont les briquettes sont faites. Par exemple, dans le brevet américain 2. 017.558 il est dit que des pressions excessivement élevées ou l'emploi d'un agent liant est nécessaire à l'obtention de corps moulés en chaux ordinaire telle qu'on l'obtient au moyen de cal- caire calciné.
EXEMPLE 2.-
Le procédé de l'exemple 1 est répété sur de la poussière fine (passant au tamis à mailles de 0,208 mms (65 mesh) provenant de carbure de calcium industriel, et donne les résultats suivants :
EMI6.1
<tb> Résistance <SEP> au <SEP> Résistance <SEP> à
<tb> choc <SEP> l'abrasion
<tb>
<tb> Compression <SEP> à <SEP> la <SEP> température <SEP> ordinaire <SEP> 5 <SEP> 29
<tb>
<tb> Compression <SEP> à <SEP> 3500C <SEP> 20 <SEP> 97
<tb>
Les résultats montrent que, pour des briquettes de car- bures de calcium, une augmentation au quadruple de la résistance au choc et une réduction de 95% de la quantité de poussières produite à l'essai d'abrasion peuvent être obtenues en effectuant le brique- tage de la matière à température élevée au lieu de le faire à la température ordinaire.
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EXEMPLES
De la chaux en poudre, préparée par calcination de résidu de chaux hydratée d'un générateur sec d'acétylène à 650 C dans un moufle électrique est briquetée à la température or- dinaure et à une pression de 2110 Kgrs/cm2 (30. 000 livres/pouce carré) dans un moule cylindrique de 21 mms. (0,84 pouce) de dia- mètre pour donner une briquette de 25 mms. de hauteur (un pouce).
Des briquettes analogues sont préparées au moyen de la même chaux, mais en maintenant celle-ci et le moule à environ 400 C. Des groupes de chaque type de briquettes sont soumis à des essais comme il est indiqué ci-après , en donnant les résultats suivants :
EMI7.1
<tb> Résistance <SEP> Résistance
<tb>
<tb> au <SEP> choc <SEP> à <SEP> l'abrasion
<tb>
<tb>
<tb> @
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Compression <SEP> à <SEP> la <SEP> température <SEP> ordinaire <SEP> 5 <SEP> 87
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Compression <SEP> à <SEP> 400 C <SEP> 19 <SEP> 98
<tb>
Les résultats montrent que le briquetage de cette matière à 400 C au lieu de la tempéraure ordinaire a pour résultat une augmentation au quadruple de la résistance des briquettes au choc et une diminution de 85% de la quantité
de poussières produites à l'essai d'abrasion.
EXEMPLE . 4-
Le procédé de l'exemple 3 est répété sur.de l'hydrate de chaux sec en poudre provenant de résidus de générateur sec d'acétylène. Les résultats des essais sur les briquettes sont les suivants.
EMI7.2
<tb>
Résistance <SEP> Résistance <SEP> à
<tb> au <SEP> choc <SEP> l'abrasion
<tb>
EMI7.3
.¯¯.¯¯¯,¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI7.4
<tb> Compression <SEP> à <SEP> la <SEP> température <SEP> ordinaire <SEP> 12 <SEP> 97
<tb>
<tb> Compression <SEP> à <SEP> 400 C <SEP> 33 <SEP> 98
<tb>
Les résultats montrent qu'une augmentation de près du triple de la résistance au choc des briquettes d'hydrate de chaux
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peut être obtenue en effectuant le briquetage à 400 C au lieu de la température ordinaire, tandis que la résistance à l'abrasion, déjà suffisamment élevée, n'est pas influencée de façon nuisible.
Les matières et mélanges cités plus haut forment tous des briquettes ayant des propriétés mécaniques supérieures par com- pression à hautes températures. Dans le cas de calcaire pulvérisé (mailles de 0,147 mms, 100 mesh) on trouve que la résistance au choc des briquettes comprimées à 500 C est plus du double de celle de briquettes comprimées à 20 C, tandis qu'on trouve une augmentation au décuple de la résistance au choc de briquettes de carbonate de calcium C. P. précipité par compression de la matière à 500 C au lieu de la température ordinaire. Dans le cas du mé- lange calciné de dolomite-ferrosilicium, et du mélange oxyde de zinc-coke, l'augmentation de la résistance au choc de briquettes comprimées à 350 C par rapport aux briquettes comprimées à 20 C dépasse le quadruple.
Dans le cas de mélange chaux-coke, la ré- sistance au choc d'une briquette comprimée à 3500C par rapport à celle comprimée à 20 C est doublée et celle d'une briquette com- primée à 500 C est triplée.
Les températures de briquetage utilisées dans ces opé- rations de compression sont bien inférieures aux températures de fusion ou de ramollissement des dites matières pulvérulentes.
Aucune explication ne peut être donnée au perfectionnement remar- quable des propriétés mécaniques; évidemment, toute matière en poudre forme une briquette résistante si on la comprime à une tem- pérature voisine de son point de fusion, puisque le frottement mé- canique entre les particules provoque une certaine fusion, mais les matières pulvérulentes précitées ne peuvent être briquetées à des températures aussi élevées parce que les machines de briquetage dont on dispose ne peuvent pas fonctionner à des températures su- périeures à environ 600 C.
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puiveruients
De nombreuses autres matières et mélanges/ peuvent être briquetés avec succès par le procédé ici décrit, tandis que des briquettes de certaines matières ou mélanges ne bénéficient qua peu ou pas du tout.
Par exemple, un mélange de minerai d'ilménite, coke de pétrole et calcaire, tel qu'ittilisé pour la fusion de l'ilménite, forme des briquettes très peu résistantes à la tempé- rature ordinaire, mais forme des briquettes de bonnes qualités à 350 C, leur résistance au choc étant d'environ quatre fois celle de briquettes comprimées à la température ordinaire.
L'héma- tite et des mélanges d'hématite avec du coke et de la chaux, tels qu'utilisés pour la fusion, forment des briquettes de faible résistance quand on les comprime à la température ordinaire, et forment des briquettes ayant une résistance au choc jusque 300% plus élevée lorsqu'on les comprime à 350 C. Du phosphate en roche et des mélanges de phosphates en roches avec des déchets d'asbeste minérale, peuvent être comprimés à 350 C en briquettes ayant une résistance au choc de 25-50% supérieure à celle de bri- quettes semblables comprimés à 20 C.
On voit que la présente invention comprend le briquetage, par compression à températures élevées, d'une matière inorganique non-métallique ou de matières qui ne se ramollissent pas de façon appréciable ou ne fondent pas à la température de compression.
De préférence, des températures supérieures à 100 C, avantageuse- ment supérieures à 200 C, et le mieux au-dessus de 300 C sont appliquées. La pression employée à la compression dépasse de pré- férence 70 Kgrs/cm2 (1000 livres/pouce carré), est de préférence supérieure à 350 Kgrs/cm2 (5000 livres/pouce carré) et le mieux supérieure à 700 Kgrs/c (10. 000 livres/pouce carré). La présente invention permet de produire des briquettes résistantes, en partant par exemple, d'oxydes ou carbures de métaux, seuls ou en mélange avec des métaux ou du carbone, sans devoir faire usage de liants ajoutés.
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Les méthodes d'essais utilisées pour déterminer les résistances mécaniques de briquettes telles que renseignées dans cet exposé, sont les suivantes :
Résistance au choc : L'échantillon d'essai est placé sur une enclume fixe et un poids léger d'environ 50 grs. est placé sur lui. Au-dessus est disposé un second poids de 140 grs. placé de manière à pouvoir glisser librement sur un guide ver- tical. Le second poids est soulevé à une faible hauteur, et on le laisse tomber,pour donner un choc sur l'échantillon par l'in- termédiaire du premier poids. L'essai est répété à des hauteurs de chutes progressivement croissantes jusqu'à ce que l'échantillon se casse. La dernière distance (en pouces) est enregistrée comme "résistance au choc".
Cet essai est une mesure de l'aptitude des briquettes à résister aux chocs accidentels de chute sur ou à partir de cour- roies de convoyeurs ou de couloirs ou dans des trémies de stockage, sans se briser.
Essai d'abrasion :
Deux tamis standards de 20 cms (8 pouces) à ouvertures respectives de 13,1 mms. et 1,6 mms. (0,525 et 0,065 pouces) avec couvercle et cuvette de fond, sont introduits sur un crible giratoire de Comb. Quatre à six briquettes sont placées sur le tamis supérieur et le crible fonctionne pendant 30 minutes. Le poids de matière restant sur le tamis supérieur, exprimé en pour- cents du poids original des briquettes, est désigné comme "résistance à l'abrasion". Le second tamis effectue la distinc- tion entre pulvérisation en fine poudre et rupture en morceaux; cette dernière ne se produit pas avec des briquettes suivant l'invention.
Cet essai est une mesure de l'aptitude des briquettes à résister à une abrasion accidentelle lors de leur mouvement sur les
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courroies de convoyeurs ou dans les couloirs et dans les trémies de stockage, sans produire de poussières.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de briquetage de matière inorganique non- métallique pulvérulente finement divisée, caractérisé en ce qu'on chauffe la matière à une température élevée en-dessous du point de fusion de la matière, et on briquette la matière pendant qu'elle est à la température élevée.