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PROCEDE POUR LE TRAITEMENT DE MATIERES SOLIDES OU LIQUIDES AVEC DES
GAZ.
On sait depuis longtemps que les transformations ou conversions chimiques ou physiques entre phases condensées et gaz ont lieu d'une manière particulièrement favorable' si les matières solides ou liquides se présentent sous une forme aussi finement divisée que possible, et si le gaz lèche les particules de tous les côtés avec une vitesse relative aussi élevée que pos- sible. Les phénomènes de transmission sont alors particulièrement efficaces entre la grande surface spécifique et le gaz. De même, les phénomènes de . transmission'à l'intérieur de chaque particule, par exemple l'introduction de la chaleur ou l'évacuation par diffusion d'un constituant gazeux dégagé, se déroulent rapidement grâce aux faibles parcours à l'intérieur de la par- ticule.
Si la division est suffisamment fine et si la température est suf- fisamment élevée, il est alors possible d'obtenir des réactions entre des corps solides divers sans qu'il soit nécessaire de procéder par fusion.
On a déjà proposé et utilisé un grand nombre de procédés et d'ap- pareils convenant à la mise en oeuvre des principes précités. Pour le traite- ment de corps solides, les plus connus de ces appareils sont par exemple les fours de brassage à claies, les fours à tube rotatif, les générateurs, les fours à poussier, les fours de réaction à lit mobile et les appareils de frittage.
Dans les fours de brassage à claies, se présentant par exemple sous la forme de fours de grillage à étages, la matière solide divisée est agitée par des palettes en couche aussi mince que possible sur un support.
Le gaz passe sur cette couche et son contact efficace n'a lieu qu'avec la surface de la couche. Les conditions sont similaires dans un four à tube ro- tatif,mais l'agencement de palettes de'retournement permet d'améliorer la circulation du gaz autour des grains de la matière solide. Dans les généra- teurs, le gaz passe dans les interstices du lit de la matière qui se dépla-
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ce dans le sens opposé. Les grains ne se déplacent que faiblement dans le lit tassé, et certaines parties de ces grains sont toujours masquées par les grains adjacents et protégées contre l'action du gaz. Or dans les ré- actions dégageant une forte chaleur, cette chaleur ne se présente que dans une couche relativement faible, ce qui aboutit à des surchauffages et des encrassages par le mâchefer dans les appareils à grand débit.
Dans les fours à réaction ou "réacteurs" à poussier, la matière solide très finement pulvérisée est amenée en contact avec le gaz sous la forme d'une suspension diluée de gaz et de matière solide. On obtient bien des temps de conversion très courts, mais un volume déterminé du gaz por- teur ne contient qu'une proportion relativement faible de matière solide, de sorte que le traitement de grandes masses de matière solide exige des ap- pareils ayant de très grandes dimensions. En revanche le risque d'encras- sage à la suite de surchauffages est très réduit grâce aux grands interval- les entre les particules de la matière solide.
Le traitement de matières solides divisées avec des gaz devient encore plus efficace s'il a lieu en lit mobile, c'est-à-dire en suspension dense de gaz et de matière solide. Dans ce cas la vitesse relative entre le gaz et la matière solide est plus grande que dans le procédé au poussier dans lequel la matière solide n'est entraînée qu'avec un faible retard par le courant gazeux. On peut facilement obtenir des durées de séjour de plu- sieurs heures, et la concentration en matière solide est notablement supé- rieure. Si la réaction donne lieu à un dégagement de chaleur, celle-ci peut être évacuée par des organes de refroidissement de façon qu'il n'en résul- te aucun surchauffage.
On peut également traiter des grains bien plus gros que dans le procédé au poussier, ce qui permet fréquemment d'éviter les dé- penses de broyage. Mais il n'est pas possible d'opérer aux températures élevées que permet le procédé au poussier, parce que la suspension dense de gaz et de matière solide perd sa mobilité et se scorifie au fur et à mesure que les grains se ramolissent. Ceci restreint considérablement le rendement pour de nombreuses opérations, notamment pour les opérations mé- tallurgiques. Les blendes de zinc, par exemple, doivent être grillées à des températures si basses qu'on est obligé d'accepter une sulfatation im- portante.
Pour le traitement de la blende de zinc, par exemple, on a trouvé que le dernier des appareils précités, c'est-à-dire la grille de frittage, convient le mieux parce que la température de traitement est poussée à un degré suffisant pour qu'il en résulte un frittage. Toutefois, on recueille la teneur précieuse en soufre des minerais sous la forme d'un gaz de gril- lage très dilué, dont le traitement exige à son tour des appareils complé- mentaires particulièrement encombrants.
Sous ses formes les plus diverses, l'appareil de frittage convient également à la mise en oeuvre de réactions entre les matières solides et les gaz, mais la dépense mécanique est très importante et le rapport entre les dimensions des appareils et le rendement n'est pas sensiblement plus favorable que pour le four à tube rotatif, par exemple, parce que la plupart des procédés exigent l'entraînement d'une gran- 'de masse de matière résiduelle dans le circuit fermé, et parce que la gros- seur des grains à traiter est très limitée et relativement importante, ce qui fait que les dégazages, par exemple, ne peuvent avoir lieu que lente- ment.
Il résulte de toutes ces conditions que le rendement des appa- reils précités est limité à environ 1 tonne de matière solide par mètre cube de volume de l'appareil et par jour, soit à cause d'un brassage in- suffisant, soit à cause de la sensibilité au surchauffage. Seuls les réac- teurs à lit mobile particulièrement poussés peuvent assurer des rendements notablement supérieurs pour certains procédés, par exemple pour le grillage des pyrites.
Pour le chauffage de chaudières à vapeur, on a proposé d'intro- duire et de brûler du charbon en grains dans un courant d'air ascendant pas- sant dans une chambre de combustion dont la section augmente de bas en haut.
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Dans ce cas les cendres ne sont pas en majeure partie entraînées par les gaz de combustion comme dans les foyers à poussier proprement dits, mais elles sont au contraire fortement retardées par rapport aux gaz. Si la charge im- posée à la chaudière est suffisamment importante, on obtient dans la cham- bre de combustion des températures tellement élevées que les particules des cendres s'agglomèrent jusqu'à devenir assez lourdes pour ne plus être maintenues en suspension par le courant gazeux, et pourdescendre au fond d'où elles peuvent être évacuées.
On a trouvé que ce processus ne permet pas seulement de récupé- rer la chaleur, mais que certaines modifications permettent également de mettre en oeuvre des transformations ou conversions chimiques et physiques très générales entre corps solides ou (et) corps liquides et entre ces corps et des gaz, ou entre certaines matières seules et des gaz, les divers pro- ,duits solides,- .liquides ¯on..gazeux ¯étant .alors obtenus avec une haute qualité.
On a également trouvé que la mise en oeuvre de ces procédés abou- tit à des débits supérieurs de plusieurs fois à celui des réacteurs à lit .mobile extrêmement poussés.
On peut transformer le procédé de chauffage précédemment décrit pour la mise en oeuvre de réactions chimiques et de conversions physiques, tout en récupérant les matières ayant cessé de réagir et en utilisant simul- tanément la chaleur éventuellement dégagée, en procédant de la manière sui- vante:
On introduit les constituants solides é l'état finement divisé ou en grains dans un courant gazeux ascendant. On doit alors prévoir des agencements tels que la partie inférieure du courant gazeux exerce sur les particules en suspension un frottement empêchant la chute de toutes les particules ou d'une partie quelconque de ces particules dont la grosseur est inférieure à une certaine limite.
Il se forme alors au-dessus de cette li- mite une suspension de gaz et de particules flottant librement, et il est même avantageux que le frottement exercé sur les différentes particules di- minue de bas en haut. Cette précaution supplémentaire permet d'obtenir un mouvement intense de tourbillonnement des particules. La limite inférieure de la suspension oscille et se forme dans le courant gazeux au niveau où l'é- quilibre précité s'établit entre les forces d'entraînement résultant du frot- tement et la pesanteur. Pour améliorer la stabilité, il est avantageux d'aug- menter en un point plus bas la faculté du courant gazeux à exercer des frot- tements. Il suffit que cette faculté s'étende sur une distance relativement faible.
Vers le haut, et en partant de la limite inférieure de la suspen- sion, on peut pousser la diminution des frottements de fagon qu'ils devien- nent finalement trops faibles pour maintenir même les grains les plus petits, de sorte qu'il en résulte également une limite supérieure pour la suspen- sion. Cependant, il est parfaitement possible de maintenir les frottements constants après un certain intervalle de diminution, de façon que les parti- cules d'une grosseur inférieure à une limite déterminée soient entraînées par le courant, ce qui permet alors d'obtenir pour la suspension une limite supérieure convenable. Toutefois, il peut être avantageux d'augmenter la fa- culté du courant gazeux d'exercer des frottements sur les particules en sus- pension après un intervalle de diminution tel que décrit.
On peut: ainsi for- mer la limite inférieure d'un deuxième lit flottant de suspension, qu'on peut encore constituer et stabiliser par une nouvelle diminution des forces ascensionnelles. On peut répéter ce procédé aussi souvent qu'on le désire, et maintenir un nombre relativement important de suspensions à l'aide du même courant gazeux porteur. Par introduction d'un nouveau gaz, éventuelle- ment après évacuation du gaz précédent, on peut même modifier les propriétés du gaz à l'intérieur du circuit.
Pour traiter des matières quelconques sous la forme d'une suspen- sion flottante de ce genre, on introduit des matières de préférence d'une manière continue dans le courant gazeux. Ceci peut avoir lieu-en plusieurs points du lit. On peut prévoir le point d'admission au-dessus d'une limite supérieure ou au-dessous d'une limite inférieure. On peut même introduire
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les matières simultanément en plusieurs points différents. On peut alors introduire en ces points différents des matières différentes ou des mélan- ges différents de matières, les grosseurs des particules des différentes admissions pouvant être elles mêmes différentes. Il est également possible d'introduire une même matière en particules de grosseurs différentes en plusieurs points.
A cet effet, on peut par exemple introduire les particu- les relativement fines au-dessous du lit et les particules relativement grosses au-dessus du lit, ce qui aboutit à un brassage particulièrement efficace.
L'évacuation peut avoir lieu par des conduits partant à leur tour de points différents de la suspension. Par exemple, il peut être avanta- geux de prévoir une sorte de seuil de trop-plein pour l'évacuation. Toutefois, il peut être indiqué de réduire périodiquement les frottements exercés par le courant gazeux sur les particules pour entraîner la chute totale ou par- tielle de ces particules de la suspension qui sont ensuite recueillies par des dispositifs appropriés permettant de les retirer du courant gazeux.
Dans ce mode de mise en oeuvre, la suspension flottante est con- stituée en majeure partie de particules déjà transformées, et on dose cette réserve ainsi que la quantité admise de matière fraîche et l'évacuation de fa- çon qu'il soit possible d'obtenir la durée de séjour désirée ou nécessaire.
Un avantage particulier du procédé suivant l'invention consiste en ce qu'il n'est nullement nécessaire de maintenir la température de la sus- pension flottante au-dessous de la température de frittage des matières soli- des. Si on opère à une température voisine de la température de fusion ou du point de ramollissement des constituants solides de la suspension flottante, on trouve que les différentes particules s'agglomèrent lentement. Dès que 'les agglomérés atteignent une certaine grosseur, le gaz porteur ne peut plus les entraîner d'une manière continue, même à l'extrémité inférieure du cou- rant où celui-ci exerce les frottements les plus importants, de sorte qu'ils tombent davantage pour être recueillis par un dispositif d'évacuation appro- prié.
Il est possible de former ces agglomérés sans atteindre le point de fusion des particules, parce que la majeure partie des matières deviennent déjà molles et collantes au-dessous du point de fusion. Mais il est également possible de chauffer jusqu'au point de fusion ou au-delà, et de doser les frottements de façon que les gouttelettes formées ne soient plus maintenues en 'suspension. D'autre part, il est possible de ne faire fondre ou de ne ra- mollir qu'un seul ou plusieurs constituants lorsqu'il s'agit de mélanges.
De plus, l'introduction de constituants liquides permet égale- ment d'agglomérer les particules de la suspension. Suivant la faculté d'ab- sorption des particules mouillées, on peut laisser la phase liquide dans l'aggloméré ou l'éliminer entièrement ou partiellement par chauffage, par exemple dans le cas de liquides volatils.
Ce qui précède laisse déjà entrevoir que le procédé suivant l'in- vention convient également au traitement, non seulement de matières solides, mais également de liquides, et permet même la mise en oeuvre de réactions chimiques entre la phase liquide et le constituant solide, ou entre la pha- se liquide et la phase gazeuse, ou encore entre les trois.
Si on considère comme produits finals les particules agglomérées, frittées ou fondues ayant cessé de réagir, la suspension avec ce mode de travail est composée de produits intermédiaires contenant une proportion relativement faible de constituant ou constituants initiaux, et une faible quantité de produit final qui est en dehors du lit, par exemple à l'état fritté final.
Les matières solides et éventuellement liquides introduites dans le lit flottant ne restent que pendant une certaine durée dans la suspen- sion flottante. Cette durée est déterminée par l'étendue du lit et par la tendance à l'agglomération en particules plus grosses. La vitesse d'agglomé- ration peut être modifiée par exemple par la hauteur de la température et par la quantité des additions assurant le collage. Mais il est également possi-
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ble d'introduire des agents de durcissement sous la forme d'additions éle- vant le point de fusion. De cette manière on peut largement faire varier la durée de séjour et mettre en oeuvre des réactions d'une durée relative- ment longue.
Le mode de mise en oeuvre avec une agglomération dans le lit flottant est particulièrement avantageux pour le traitement de matières à grains relativement fins, parce que le dégagement de poussière est très fai- ble, étant donné que la matière est brassée en quelque sorte à l'état humide.
D'une manière générale il importe d'assurer l'apport ou l'évacua- tion de la chaleur au cours de conversions ou transformations chimiques et physiques. Ceci est facilement possible grâce à la forte transmission de la chaleur entre le lit flottant et les parois ou, inversement, entre les parois et le lit flottant. On peut donc refroidir ou chauffer indirectement les pa- rois contenant la suspension flottante. On peut également monter au sein de la suspension des éléments de refroidissement ou de chauffage dans lesquels circule un fluide.de refroidissement ou de chauffage.
Les chemises de refroidissement ou même les éléments de refroidis- sement montés au sein de la suspension peuvent par exemple se présenter sous la forme d'une chaudière permettant d'utiliser la chaleur dégagée par la ré- action. Le chauffage des parois de l'enveloppe peut être réalisé par le fait que la chambre de réaction à parois conductrices de la chaleur est placée dans un foyer. Il est également possible de faire passer à travers la sus- pension des tubes de chauffage dans lesquels circulent des gaz de combustion chauds, ou .des.éléments de..chauffage -similaires.
On peut utiliser un chauffage électrique de l'enveloppe, ou des éléments de chauffage traversant la suspension, de même qu'il peut être avan- tageux de produire la chaleur nécessaire directement au sein de la suspen- sion A cet effet, on peut par exemple déclencher une réaction dégageant de la chaleur et qui a lieu parallèlement avec la réaction donnant le produit proprement dit. C'est ainsi qu'il est possible d'introduire dans le gaz por- teur des combustibles solides, liquides ou gazeux, et de prélever l'oxygène nécessaire à la combustion sur le gaz porteur proprement dit, ou de l'intro- duire séparément. D'autre part, il est possible de mélanger la matière so- lide avec des combustibles solides.
Il peut être avantageux de mélanger la matière à traiter avec des combustibles liquides et d'introduire le mélange dans la chambre de réaction sous la forme d'une boue. De plus, on peut ap- porter la chaleur nécessaire par la teneur calorifique du gaz porteur, qui se refroidit dans la proportion nécessaire par le contact avec la suspen- sion. Il peut être avantageux de chauffer la suspension à l'aide d'un arc électrique. La décharge électrique à arc peut avoir lieu directement au sein de la suspension, mais on peut également la prévoir au-dessous de la limite inférieure de la suspension au sein du gaz porteur, le courant de ce gaz porteur transmettant alors la chaleur dégagée aux particules tourbil- lonnant dans la suspension.
Mais le refroidissement peut avoir lieu par l'intermédiaire du gaz porteur. Dans ce cas il peut être avantageux de réintroduire le gaz porteur séparé de la suspension, éventuellement après un refroidissement intermédiaire. Il peut être indiqué d'ajouter au gaz porteur des consti- tuants à haute capacité calorifique. Pour de nombreuses applications, on peut évacuer la chaleur de réaction en introduisant dans la suspension des liquides se prêtant à l'évaporation.et absorbant ainsi entièrement ou partiellement la chaleur de réaction..
Pour la mise en oeuvre du procédé, la faculté du gaz porteur d'exercer sur les particules introduites des,frottements périodiquement va- riables peut être réglée de manières diverses. Le plus simple est de main- tenir une différence de vitesse dans le courant du gaz porteur. Au point où doit se former la limite inférieure du premier lit de suspension, on établit une grande vitesse du courant gazeux qu'on diminue progressivement de bas en haut. Si on augmente ensuite de nouveau la vitesse du courant, le point où cette vitesse atteint une valeur élevée'et prédéterminée peut constituer
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la limite inférieure du deuxième lit de suspension.
Pour l'obtention de ces différences de vitesses au sein du courant gazeux, le mode le plus simple consiste à modifier proportionnellement la section de la chambre de réaction.
Il est avantageux de faire passer le gaz porteur de bas en haut par un man- chon à travers un étranglement dans lequel la vitesse du courant gazeux est portée à la valeur nécessaire. Cet étranglement se raccorde ensuite à un puits dont la section augmente progressivement de bas en haut dans un rapport déterminé, et dans une partie duquel se forme la suspension flottant libre- ment. Suivant l'importance de l'élargissement du puits, c'est-à-dire suivant la réduction de la vitesse du courant gazeux, on peut évacuer des particules du lit ou les laisser dans celui-ci. Si on désire établir plusieurs lits de suspension superposés, on raccorde à la partie conique évasée un nouvel étranglement et une nouvelle partie conique. On peut répéter cet agencement aussi souvent qu'on le désire.
Mais on peut également faire varier les frottements exercés par le courant porteur en modifiant la ténacité du gaz. On peut obtenir cette modification notamment par un réglage approprié de la température, et il peut être également avantageux de faire varier la composition d'un bout à l'autre du parcours de façon que les modifications de la ténacité envisagées suivant l'invention soient réalisées. Dans de nombreux cas du traitement de grosses particules, les frottements sont également fonction de la densité du gaz, qui est à son tour commandée notamment par le réglage de la composi- tion du gaz.
La suspension de gaz et de matières solides à maintenir par le procédé décrit se distingue essentiellement du lit dit mobile ou tourbil- lonnant. Celui-ci ressemble à un liquide en ébullition et s'accumule sous la forme d'une suspension riche en matières solides comme un liquide au fond de la chambre et forme (à condition que le barbotage du gaz ne soit pas trop intense) une surface nettement horizontale exactement comme un liquide.
Si on fait barboter un gaz dans un liquide, l'ensemble se dilate dans la proportion du volume occupé par les bulles gazeuses, mais conserve cependant les propriétés d'un liquide cohérent. Il doit donc s'accumuler au fond, par exemple d'un récipient, et la surface reste encore à peu près unie, ce qui n'est toutefois possible que dans certaines limites. Si la pro- portion du gaz devient trop élevée, le liquide perd sa cohésion et il se forme une suspension de particules liquides dans le gaz. L'ensemble perd alors quelques propriétés essentielles d'une masse liquide cohérente. Cet ensemble se prête à une détente illimitée et il est incapable de former une surface unie comme un liquide. En revanche, une suspension simili-gazeuse de ce genre peut flotter librement comme un nuage.
Les suspensions de phases condensées dans un gaz, utilisées sui- vant l'invention pour la mise en oeuvre de transformations et.de conversions chimiques et physiques, sont similaires à la suspension de liquide dans un gaz qui vient d'être décrite, et présentent d'autres propriétés que les lits mobiles ou tourbillonnants. Dans un lit mobile (dilaté) bien brassé compor- tant des particules non poreuses, 30 à 50 % environ du volume sont par exem- ple occupés par des particules solides. Dans les suspensions suivant l'in- vention, par contre, une proportion très inférieure du volume peut être oc- cupée par les particules.
Les appareils convenant à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention se distinguent également des appareils à lit mobile en ce sens qu'ils ne comportent aucune plaque de fond avec des tuyères, ni plaque de filtrage, ni grilles sur lesquelles repose la suspension à lit mobile en état partiel de flottage. En revanche, le courant gazeux porteur vient frap- per sans division la surface limite inférieure librement formée de la sus- pension.
On connaît bien depuis de nombreuses décades des "réacteurs" à lit mobile, par exemple pour le grillage de minerais sulfurés, qu'on a ré- cemment également utilisés pour la mise en oeuvre de réactions catalytiques, et dans lesquels le gaz introduit par un conduit inférieur pénètre dans une
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chambre à fond conique sans traverser une grille. Mais l'inclinaison du fond est choisie telle que les parties inférieures, peu ou à peine dépla- cées de la matière ébouleuse, puissent tout juste glisser en direction du point d'entrée du gaz. Une chambre de ce genre permet bien de faire flot- ter partiellement des particules et d'obtenir une masse ressemblant à un liquide en ébullition.
Cependant, si on tente d'injecter le gaz avec une intensité plus forte pour réduire la densité de l'ensemble de la suspension, on ne soulève que les parties centrales et on obtient ainsi un effet simi- laire à celui d'un jet d'eau,
Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention dans un puits conique, on doit choisir l'angle d'ouverture des parties coniques de façon qu'il en résulte un effet de diffuseur, tout au moins sur une'grande hauteur de la partie inférieure, c'est-à-dire que les mouvements.du gaz s'é- tendent jusqu'au bord de la chambre conique. On peut choisir des angles d'ouverture supérieurs à ceux des diffuseurs exclusivement destinés au pas- sage de gaz, mais cet angle doit être inférieur à environ 45 . Il est avan- tageux de choisir 1.'angle d'ouverture le plus grand possible, et de le faire éventuellement varier le long de la hauteur.
Il est également possible et avantageux de favoriser l'uniformité de la circulation par une injection complémentaire de gaz ou de vapeurs le long des parois de la partie coni- que. Ceci peutêtre particulièrement avantageux pour les réactions à haute température, si on désire éviter l'adhérence aux parois du four. En utili- sant du gaz froid, on peut obtenir un refroidissement de la matière au con- tact de la paroi et de cette paroi proprement dite.
Pour mieux faire comprendre l'invention, on la décrira ci-après en regard du dessin représentant schématiquement et à titre d'exemple des appareils convenant à la mise en oeuvre du procédé, ainsi que leur fonction- nement.
La fig. 1 représente par exemple un appareil convenant notamment au grillage de minerais sulfurés. Il comporte une partie conique 1 confor- mée en diffuseur contenant suivant l'invention la suspension flottante de matières solides dans le gaz. La partie supérieure de cette partie est rac- cordée à un évasement 2 faisant office de zone de freinage suivie d'un puits maçonné 3 qui peut être le lieu d'un grillage complémentaire efficace de particules éventuellement entraînées hors de la suspension flottante. Au- dessous de la partie conique est prévue une boîte d'entrée en forme de tuyè- re 4 munie d'un sas 5. Les gaz oxygénés nécessaires au grillage, qui consti- tuent également le fluide porteur, sont introduits en 6 et sortent du réac- teur en 7.
Le minerai sulfuré à griller est chargé dans la trémie 8 et ar- rive par un plateau distributeur et un conduit 9 dans le lit flottant. En 10 est prévu un conduit d'évacuation débouchant dans un sas 11. La partie conique, qui est le lieu principal de la réaction, est entourée d'une che- mise de refroidissement 12. L'eau de refroidissement entre dans cette che- mise en 13 et la quitte en 14. Cet appareil permet de griller d'une manière universelle des minerais sulfurés. Ces minerais peuvent être grillés à des températures inférieures au point de frittage et, dans ce cas, le minerai est introduit en 9 et peut sortir en 10 et en 4 à l'état calciné.
Suivant l'intensité de la distribution des particules dans le lit de calcination ou dans le minerai introduit, une partie des matières calcinées est entra±- née par les gaz d'évacuation sous la forme de poussières volantes. Des pro- cédés connnus en soi, utilisant par exemple des cyclones, des chambres de précipitation ou des électro-filtres à chaud, permettent ensuite de sépa- rer ces poussières du gaz. Si le conduit d'évacuation 10 fonctionnant en seuil de trop-plein nelaisse passer que des particules relativement fines, et si le lit s'enrichit en particules relativement-grosses, il se produit automatiquement une pluie de particules relativement grosses en direction de la boite d'évacuation, ou cette pluie peut être provoquée d'une manière simple par une réduction de courte durée du courant de gaz porteur.
Ceci constitue un avantage appréciable de l'appareil suivant l'invention par rapport aux fours de grillage usuels à lit mobile ou à courant tourbillon- nant équipés, de grilles, car si le lit présente des particules trop gros ses par.suite d'une évacuation irrégulière, ces fours doivent être arrêtés
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et vidés. Les intervalles plus grands entre les particules au sein du lit flottant permettent des températures de grillage plus élevées, et ce lit flottant n'agit pas en broyeur comme le lit mobile, mais plutôt dans le sens de l'agglomération, de sorte que la proportion entraînée par le gaz contient des particules;plus grosses qui peuvent être presque intégralement séparées du gaz à l'aide de dépoussiéreurs mécaniques.
S'il s'agit de griller sans agglomération des minerais à grains très fins destinés à la flottation, il peut être avantageux d'ajouter des particules relativement grosses au lit flottant. Celles-ci peuvent être con- stituées par des résidus de calcination agglomérés à l'extérieur, ou même par des matières inertes. Grâce à la présence des particules relativement grosses, on réalise le plus souvent une meilleure stabilité du lit flottant.
Pour griller la blende de zinc, par exemple, on opère avantageu- sement à des températures suffisamment élevées pour qu'il en résulte une ag- glomération appréciable. Dans ce cas il n'est généralement pas nécessaire de prévoir le conduit d'évacuation en 10, et le résidu tombe dans la boite 4 sous la forme de grains agglomérés dont la grosseur peut être modifiée par la vitesse du gaz porteur. Ce résidu peut être ensuite évacué en 5, éventuel- lement par un sas commandé mécaniquement. On peut alors traiter sans diffi- culté des minerais destinés à la flottation et des minerais bruts broyés.
Etant donné que le four n'est pas particulièrement sensible à la températu- re, il se laisse adapter sans mise au point aux différents minerais. En géné- ral le gaz porteur peut être l'air, mais il peut être également avantageux d'utiliser de l'air enrichi d'oxygène. Si on désire obtenir de l'anhydride sulfureux à forte concentration ou à 100 %, on peut opérer en reprenant une partie du gaz de grillage, et en le réintroduisant dans le four mélangé à l'oxygène. D'une façon générale on peut récupérer la chaleur des gaz de grillage, par exemple sous la forme de vapeurs, et il est alors favorable que les gaz de grillage se présentent avec une température particulièrement élevée. La chaleur retirée directement du lit flottant de calcination peut également servir à la production de vapeurs.
A cet effet, la chaudière peut être constituée par la chemise 14, mais on peut également faire passer le li- quide de refroidissement sous pression dans des serpentins appliqués contre la paroi du cône 1. Enfin il est possible d'agencer des éléments de refroi- dissement complémentaires au sein du lit flottant, par exemple sous la forme de serpentins tubulaires, de tubes verticaux ou de réfrigérateurs à ailet- tes.
Cet appareil permet également à titre d'exemple de griller des mi- nerais d'antimoine de façon que l'oxyde d'antimoine formé 'soit volatilisé et récupéré par refroidissement dans le gaz de grillage. Il n'est alors pas né- cessaire d'opérer au-dessous de la température relativement basse à laquelle fondent les mélanges d'oxyde et de sulfure d'antimoine, parce qu'une tempé- rature plus élevée a pour effet un grillage et une volatilisation de l'an- timoine plus rapides que l'évacuation des agglomérés formés.
S'il s'agit de griller des minerais de zinc contenant du plomb de façon que le plomb soit largement éliminé du produit grillé, on peut utili- ser un appareil tel que le montre la fig. 2. Il comporte une partie évasée 15 dans laquelle le sulfure de zinc contenant du plomb est introduit par le conduit 17 et maintenu en suspension. A cette partie évasée se raccorde en haut un puits cylindrique 16 dans lequel peut avoir lieu la réaction complé- mentaire des particules éventuellement entraînées par le gaz porteur. Ce gaz porteur est constitué par le gaz de grillage chaud et pratiquement riche en oxygène provenant de la partie inférieure de l'appareil. Dans ce courant ga- zeux chaud et riche en oxygène, le plomb est volatilisé sous la forme de sul- fure.
Le sulfure de zinc débarrassé du plomb est introduit dans la partie conique inférieure 21 en passant par le seuil 18, le sas 19 éventuellement à commande automatique, et le conduit 20 . Dans cette partie 21 a lieu le grillage en oxyde de zinc effectué de la manière précédemment décrite à l'ai- de du gaz porteur oxygéné. Elle est raccordée en haut à un autre puits cy- lindrique 22 dans lequel peut avoir lieu le grillage complémentaire des par- ticules de sulfure entraînées par le courant. L'évacuation peut avoir lieu
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par le trop-plein 25, ou sous la forme de grains par la boite en forme de tuyère 23 et le sas 24 Le gaz porteur est introduit en 26 et sort de l'ap- pareil en 27.
Il passe ensuite dans une chaudière et dans le dispositif de refroidissement d'un dépoussiéreur électrique qui assure la séparation du sulfure de plomb. Mais il est également possible de brûler le sulfure de plomb dans une chambre de combustion complémentaire à l'aide d'un nouvel ap- port d'oxygène, et de recueillir ainsi un oxyde en poudre. L'appareil à deux étages suivant l'invention offre de grands avantages par rapport aux réac- teurs à lit mobile et à deux étages connus. En effet:
1. - Dans le four de grillage inférieur, il est possible d'obtenir des températures assez élevées pour que la charge collante ait à peine ten- dance à dégager de la poussière.
2. - La poussière éventuellement-dégagée dans la partie inférieure ne peut entraîner aucune obstruction dans la partie supérieure comme dans le cas d'un four à lit mobile équipé de grilles et de fonds à tuyères.
Pour cette raison, il est également possible d'agencer la partie inférieure sous la forme d'un four normal à lit mobile ou à courant tourbil- lonnant, et de n'utiliser que la partie supérieure sous la forme de réacteur à lit flottant. D'une manière générale, la chute de pression n'est pas aussi importante dans le lit flottant que dans les lits mobiles. Il n'est donc pas nécessaire d'agiter en permanence une masse aussi importante, étant donné que le mouvement intense des particules donne une vitesse de réaction plus élevée, ce qui permet d'utiliser des durées de séjour plus réduites.
Un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux du procédé suivant l'invention est la combinaison du réacteur à lit flottant suivant l'invention avec un tube rotatif, telle que le montre la fig. 3. Cet appareil comporte un tube rotatif 28 un peu plus court que les tubes rotatifs usuels et avantageusement garni de palettes de retournement. La matière est intro- duite dans le tube rotatif en 29, chemine à l'intérieur de celui-ci et des- cend dans le sas 30 dont l'ouverture et la fermeture sont éventuellement com- mandées automatiquement.
La matière passe ensuite par le conduit de descente 31 dans la partie conique 32 d'un réacteur à lit flottant encore équipé d'un puits de réaction complémentaire 33, d'un seuil d'évacuation 34 et d'un sas d'évacuation des grains 35, 36 Le gaz porteur est introduit dans le réac- teur à lit flottant en 37 et sort de l'ensemble en 38..L'avantage de cette combinaison du réacteur à lit flottant et du tube rotatif réside surtout dans le fait que la teneur calorifique des gaz sortant du réacteur peut être lar- gement utilisée pour la réaction mise en oeuvre dans le tube rotatif. On dé- crira le fonctionnement pour la mise en oeuvre d'un procédé destiné à l'éli- mination de l'étain dans des concentrés pyritéux. Les concentrés pyriteux contenant de l'étain sont introduits en 29 dans le tube rotatif 28.
Ils en- trent en contact intime avec les gaz de grillage chauds provenant du réac- teur à lit flottant. il en résulte une extraction par distillation d'un mé- lange de soufre et de sulfure d'étain. Le'produit sortant du tube rotatif, résultant pratiquement de la pyrrhotite, arrive par le conduit de descente 31'dans le réacteur à lit flottant dans lequel il est grillé en Fe2O3 par des gaz oxygénés. Il est possible de porter la température de grillage à une va- leur extrêmement élevée. Le mélange de vapeur de soufre et de sulfure d'é- tain sortant en 38 peut être ensuite traité par des procédés connus, éventuel- lement après une combustion complémentaire, le sulfure d'étain étant obtenu directement ou éventuellement sous la forme d'oxyde.
On peut avantageusemert régler l'économie de l'appareil en introduisant en 37 dans le réacteur à lit flottant une partie des gaz débarrassés de l'étain, faisant absorber par ces gaz l'excès de chaleur de réaction généralement évacué par refroidissement, et en apportant cette chaleur à la charge du tube rotatif. Dans cet appareil, il est également possible de griller des pyrites avec une récupération par- tiellement directe du soufre. D'une façon générale il peut être avantageux d'incorporer un réacteur à lit flottant de ce genre à des installations déjà existantes à tube rotatif, ce qui permet alors d'augmenter considérablement la puissance de ce tube.
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Une autre application avantageuse du procédé suivant l'invention est-possible dans un appareil tel que le montre par exemple schématiquement la fig. 4. Ce réacteur à lit flottant comporte la partie conique 39 dans la- quelle se forme le lit flottant, le puits de réaction complémentaire 40, et une boîte d'entrée 41. En 42 est prévu un sas d'évacuation du produit en grains. Le gaz porteur est introduit en 43 et sort de l'ensemble en 44. Des fluides divers, solides ou même liquides, peuvent être introduits en 45 et 46. En 47 peut être éventuellement prévu un conduit d'évacuation directe par- tant du lit flottant. Cet appareil est particulièrement avantageux pour les réactions absorbant la chaleur apportée par un combustible tel que le char- bon.
Le produit final peut être évacué sous la forme d'une matière frittée ou non par le conduit 47, ou de la manière déjà décrite par d'autres con- duits partant du lit flottant. Par exemple, il est ainsi possible de chauf- fer ou de calciner du ciment, de la chaux, de la dolomite, des sulfates, des silicates, des phosphates, de la bauxite, etc... On introduit la matière de préférence en 45, tandis que le combustible, tel que le charbon, est in- troduit par exemple en 46 à l'aide d'un sas. Le gaz porteur peut être l'air, mais on peut avantageusement utiliser de l'oxygène pur ou de l'air enrichi d'oxygène. La grosseur des grains, la durée de séjour et la température de la suspension sont proportionnées de façon que la réaction se déroule de la manière désirée.
Un réacteur de ce genre permet par exemple d'opérer très avantageusement la réduction du plâtre tout en assurant l'obtention de gaz contenant de l'anhydride sulfureux et d'un clinker similaire au ciment. Le plâte est généralement introduit en 45 avec les additions silicateuses né- cessaires,tandis que le combustible est introduit en 46. Ainsi qu'il a déjà été répété, on peut encore utiliser la chaleur des gaz d'éavacuation. Pen- dant l'évacuation du produit granulé, les grains tombant cèdent sur leur par- cours en direction de la boîte 41 la majeure partie de leur chaleur aux gaz porteurs.
Un réacteur tel que le montre la fig. 4 permet par exemple égale- ment la récupération directe du soufre dans les pyrites. On introduit alors les pyrites avec du charbon, et on traite avec des gaz oxygénés. Grâce à un dispositif de refroidissement monté sur la partie conique 39, on réussit à maintenir une température éventuellement assez basse pour que le produit évacué ne soit pas encore réduit en fer métallique. Les gaz d'évacuation contiennent le soufre des pyrites sous la forme de vapeur accompagnée d'un mélange d'oxyde de carbone. L'anhydride sulfureux et d'autres combinaisons du soufre éventuellement formées peuvent être transformées en soufre dans un four de contact consécutif à oxyde d'aluminium.
A l'aide du charbon, ou même d'autres agents réducteurs, il est également possible de réduire en métal des minerais ou encore, par exemple, des déchets contenant des oxydes métal- liques, ce métal pouvant alors se présenter sous la forme de vapeur, sous une forme liquide ou même sous une forme solide.
Enfin il convient de décrire l'application du principe de l'inven- tion par exemple pour la granulation de matières très finement pulvérisées.
Dans un appareil tel que le montre la fig. 5, on introduit à l'aide d'un dispositif de chargement 48 par exemple un mélange encore grumeleux de kie- selguhr et de verre soluble dans le puits conique 49. Dans ce puits se forme un lit flottant à l'aide du courant de gaz porteur porté à 350 C environ et introduit en 50. Dans ce lit flottant on injecte à l'aide de la tuyère 51 par exemple de l'acide sulfurique finement pulvérisé. Cet acide provoque une gra- nulation des grumeaux qui descendent sous la forme de billes très régulières et déjà sèches pour être évacuées en 52. Au-dessus du lit flottant est prévu un élargissement 53 qui est le lieu de séparation des particules entraînées.
Pour le dépoussiérage intégral, on prévoit en amont de la tubulure de sor- tie 55 un dépoussiéreur 54. Les billes formées'sont un peu poreuses et peu- vent par exemple servir de supports pour des matières catalytiques.
On peut également mettre en oeuvre le procédé de granulation en injectant et en pulvérisant la matière solide à granuler sous la forme d'une solution. La tuyère de pulvérisation 51 est alors montée de préférence en un point un'peu plus élevé du puits 53. Avant la mise en marche, on remplit le diffuseur 49 avec des granulés venant de l'extérieur et ayant une grosseur
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de grains un peu inférieure à celle que doit donnerl'appareil, et ces granu- lés sont maintenus en suspension et en état de tourbillonnement par un gaz porteur chaud. On injecte ensuite la solution. Si 1-'apport de chaleur est bien réglé, le solvant s'évapore et la matière solide se dépose en partie sur les grains du lit flottant.
Ces grains tombent dès qu'ils atteignent la grosseur désirée déterminée par la vitesse du gaz dans la partie inférieure du diffu- seur. Il en résulte également une formation suffisante de nouveaux "germes", de sorte que le processus peut se prolonger indéfiniment. On peut régler la grosseur des grains dans des limites très espacées, par exemple de 0,05 à 10 mm. pour la soude.
Dans les modes de mise en oeuvre du procédé décrits jusqu'ici, le lit flottant dans la chambre de réaction contient exclusivement ou partielle- ment des matières solides sous la forme de poussière ou de grains. Cependant il est également possible de maintenir sous la forme d'un lit flottant et tourbillonnant des matières exclusivement liquides divisées en gouttelettes.
De cette manière il est par exemple possible de "souffler" des scories con- tenant du zinc. La fig. 6 représente un appareil convenant à cet effet. Les scories liquides à souffler sont introduites dans une cuve annulaire 56 entou- rant le col 57 du réacteur se présentant sous la forme d'un tube de Venturi.
Des orifices 58 pratiqués dans le col permettent aux scories de pénétrer à l'intérieur où elles sont divisées en gouttelettes par le gaz porteur conte- nant de l'oxyde de carbone et passant à grande vitesse dans le col. Ces gout- telettes sont projetées dans le puits maçonné 59 en forme de diffuseur. Au cours du ralentissement du courant gazeux, une partie des gouttelettes rela- tivement grosses perd son impulsion et retombe pour être reprise, projetée et pulvérisée de nouveau dans le col, ou même un peu plus tôt dans la partie conique 59. Dans ce lit tourbillonnant, les scories séjournent assez long- temps pour que l'oxyde de zinc puisse être réduit.
Les vapeurs de zinc arri- vent avec le gaz porteur et les gouttelettes de scories débarrassées du zinc par une tubulure tangentielle 60 dans un tambour 61, dans lequel les scories se déposent et peuvent être évacuées en 62. Les gaz et vapeurs quittent l'ap- pareil en 63 et peuvent être traités complémentairement par des procédés con- nus. On introduit dans l'appareil un gaz oxygéné en 64, un combustible (par exemple une huile ou du poussier de charbon) en 65. Ce combustible est in- complètement brûlé dans la chambre de combustion 66. A travers la tuyère 67, les produits de combustion arrivent ensuite dans la chambre de réaction.
La fig. 7 représente schématiquement et à titre d'exemple un ap- pareil permettant suivant l'invention la fabrication d'un engrais phosphaté par décomposition de minéraux phosphatés naturels tels que les apatites'.
Le four de décomposition est constitué par un puits conique maçonné 68 au- quel se raccorde un deuxième puits 69 dont l'angle d'ouverture est un peu plus grand.Au-dessus de ce dernier puits est ménagée une chambre 70 dans la- quelle est logée une chaudière à chaleur perdue 71. Par un conduit 72 les gaz d'évacuation refroidis passent à travers un cyclone 73 dans la cheminée.
En 74 a lieu l'introduction d'un mélange d'oxygène et d'azote contenant 75 % en volume d'oxygène. Ce mélange passe par uneboîte élargie 75 et la tu- bulure 76 dans le puits du four. En 77 a lieu l'introduction d'un charbon pauvre en cendres, tandis que l'addition du mélange de phosphates est ef- fectuée en 78. Le lit flottant se forme donc à l'intérieur de la chambre 68 .
Les tuyères 79 sont destinées à l'injection de vapeur d'eau provenant de la chaudière 71. Pour le refroidissement complet du produit décomposé se présentant avec une grosseur de grains de 0,5 à 1 cm, des tuyères injectent en 80 de l'eau qui s'évapore. Dans l'ensemble, la quantité de vapeur d'eau injectée est réglée de façon que l'atmosphère résultant à l'intérieur du four contienne 50 % en volume de vapeur d'eau ..Le produit refroidi peut être évacué en 81.
Pour ménager la maçonnerie dans là partie la plus chaude du puit 68, et pour empêcher les adhérences, on donne à cette maçonnerie une épaisseur plus réduite et on l'entoure d'une chemise à circulation d'eau 82 dans laquelle l'eau de refroidissement entre en 83 pour sortir en 84. Pour chauffer le four en vue de la mise en marche, on prévoit un brûleur à gaz spécial en 85. La maçonnerie est constituée par des briques très réfractai- res en oxyde d'aluminium. Le four, dont le diamètre à l'extrémité supérieure
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du puits 69 atteint 2,25 m, assure une production de 140 à 200 t. de mélange phosphate en 24 heures, pour une consommation de 15 t. -en'combustible., la teneur en phosphate pouvant être portée à 95 % sous la forme d'engrais.
On a ainsi traité par exemple des mélanges composés de 6 parties de phosphate marocain et de 4 parties de silice, des mélanges de phosphate, silice et soude pauvres en soude, mais également des phosphates sans additions. La grosseur des grains des matières de départ était généralement d'environ 0,5 mm.
On a trouvé qu'il convient d'utiliser des maçonneries basiques très réfractaires. En dehors des briques en oxyde d'aluminium, on peut éga- lement utiliser des briques en magnésie, ou encore des matériaux basiques destinés à être pilonnés et très réfractaires. Même les briques en zircone se sont révélées très appropriées.
REVENDICATIONS.
Ce procédé pour le traitement de matières solides ou liquides avec des gaz et pour la mise en oeuvre de transformations ou conversions chimi- ques et physiques de matières solides et (ou) liquides avec des gaz, ou de matières homogènes avec des gaz, notamment pour le grillage de minerais sul- furés, la calcination de matières solides et la granulation de substances fines, consiste à transformer ou à convertir les phases.condensées sous une forme dispersée, dans un courant ascendant de gaz ou de vapeurs tels que les matières ayant cessé de réagir se présentent sous une forme améliorée, les courants gazeux exerçant sur les particules en suspension des frotte- ments d'abord importants ensuite plus faibles, éventuellement avec une ré- pétition de cette diminution de frottement,
de façon que les particules soient brassées avec intensité et s'accumulent dans une ou plusieurs sus- pensions superposées flottant librement et présentant une surface-limite in- férieure nettement définie, la vitesse des gaz admis étant choisie tout jus- te suffisante pour que les matières transformées et converties tombent de leur part à l'opposé de la direction du courant gazeux entrant et soient écartées par le diffuseur de la couche tourbillonnée.
Ce procédé est caractérisé en outre par les points suivants con- sidérés ensemble ou séparément:
1 - Au-dessus de la limite inférieure correspondant à la forma- tion de suspension, on réduit les frottements de façon qu'ils soient finale- ment trop faibles pour maintenir même les particules les plus fines, et pour qu'il en résulte également unelimite supérieure pour la formation de suspen- sion.
2 - Après une certaine réduction, on maintient les frottements constants de façon que la limite supérieure de la ou des suspensions soit rendue indéterminée à volonté.
3 - Les phases condensées arrivent d'une manière continue dans la suspension flottante et en sortent également d'une manière continue.
4 - L'introduction a lieu au-dessus d'une limite supérieure ou au-dessous d'une limite inférieure.
5 - On introduit la matière à traiter simultanément en plusieurs points.
6 - On introduit des matières ou des mélanges différents simul- tanément en plusieurs points.
7 - On introduit les différentes additions avec des grosseurs de particules différentes.
8 - On introduit une même substance avec des particules de gros- seurs différentes en plusieurs points de la ou des suspensions.
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PROCESS FOR TREATING SOLID OR LIQUID MATERIALS WITH
GAS.
It has long been known that chemical or physical transformations or conversions between condensed phases and gases take place particularly favorably if the solids or liquids are in as finely divided a form as possible, and if the gas licks the particles. from all sides with as high a relative speed as possible. The transmission phenomena are then particularly effective between the large specific surface area and the gas. Likewise, the phenomena of. The transmission within each particle, for example the introduction of heat or the evacuation by diffusion of an evolved gaseous component, takes place rapidly thanks to the short paths inside the particle.
If the division is sufficiently fine and if the temperature is high enough, then it is possible to obtain reactions between various solid bodies without the need for fusion.
A large number of methods and apparatus suitable for carrying out the aforementioned principles have already been proposed and used. For the treatment of solids, the best known of these devices are, for example, rack mashing furnaces, rotary tube furnaces, generators, dust furnaces, moving bed reaction furnaces and pressure devices. sintering.
In rack brewing ovens, for example in the form of stepped roasting ovens, the divided solid material is stirred by paddles in as thin a layer as possible on a support.
The gas passes over this layer and its effective contact takes place only with the surface of the layer. Conditions are similar in a rotary tube furnace, but the arrangement of turn vanes improves the flow of gas around the grains of the solid. In the generators, the gas passes through the interstices of the bed of the moving material.
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this in the opposite direction. The grains move only slightly in the packed bed, and parts of these grains are always masked by adjacent grains and protected against the action of the gas. However, in the reactions giving off high heat, this heat is only present in a relatively weak layer, which results in overheating and clogging by clinker in high flow devices.
In reaction furnaces or dust "reactors", the very finely pulverized solid material is brought into contact with the gas in the form of a dilute suspension of gas and solid material. Very short conversion times are indeed obtained, but a given volume of carrier gas contains only a relatively small proportion of solid matter, so that the treatment of large masses of solid matter requires apparatus with very high volumes. large dimensions. On the other hand, the risk of clogging as a result of overheating is very low thanks to the large intervals between the particles of the solid matter.
The treatment of divided solids with gases becomes even more efficient if it takes place in a moving bed, that is to say in a dense suspension of gas and solid matter. In this case the relative velocity between the gas and the solid material is greater than in the dust process in which the solid material is only entrained with a small delay by the gas stream. Residence times of several hours can easily be obtained, and the solid concentration is considerably higher. If the reaction gives rise to the development of heat, this can be removed by cooling elements so that no overheating occurs.
Much larger grains can also be processed than in the dust process, which frequently avoids the expense of grinding. But it is not possible to operate at the high temperatures that the dust process allows, because the dense suspension of gas and solid matter loses its mobility and slags as the grains soften. This considerably restricts the yield for many operations, especially for metallurgical operations. Zinc blends, for example, must be roasted at such low temperatures that heavy sulphation must be accepted.
For the treatment of zinc blende, for example, it has been found that the last of the aforementioned devices, i.e. the sinter grid, is most suitable because the treatment temperature is raised to a sufficient degree to that results in sintering. However, the valuable sulfur content of the ores is collected in the form of a very dilute roasting gas, the processing of which in turn requires additional particularly cumbersome apparatus.
In its most diverse forms, the sintering apparatus is also suitable for carrying out reactions between solids and gases, but the mechanical expense is very great and the relationship between the dimensions of the apparatus and the efficiency is not not appreciably more favorable than for the rotary tube furnace, for example, because most of the processes require the entrainment of a large mass of residual material in the closed circuit, and because the grain size to be treated is very limited and relatively large, so that degassing, for example, can only take place slowly.
It follows from all these conditions that the yield of the aforementioned apparatus is limited to approximately 1 ton of solid matter per cubic meter of volume of the apparatus and per day, either because of insufficient stirring or because of sensitivity to overheating. Only particularly thorough moving bed reactors can ensure significantly higher yields for certain processes, for example for the roasting of pyrites.
For the heating of steam boilers, it has been proposed to introduce and burn grain coal in an ascending air current passing through a combustion chamber the cross section of which increases from bottom to top.
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In this case, the ashes are not for the most part entrained by the combustion gases as in the actual dust hearths, but on the contrary they are greatly retarded with respect to the gases. If the load imposed on the boiler is high enough, temperatures are obtained in the combustion chamber so high that the ash particles agglomerate until they become heavy enough to no longer be kept in suspension by the current. gas, and to descend to the bottom where they can be evacuated.
It has been found that this process not only allows heat to be recovered, but that certain modifications also allow very general chemical and physical transformations or conversions to be carried out between solid bodies or (and) liquid bodies and between these bodies and gases, or between certain materials alone and gases, the various solid products, - .liquids ¯on..gaseous ¯ being. then obtained with a high quality.
It has also been found that the performance of these processes results in flow rates several times higher than that of extremely high moving bed reactors.
The heating process described above can be converted to carry out chemical reactions and physical conversions, while recovering the materials which have ceased to react and simultaneously using the heat which may be given off, by proceeding as follows. :
The solid constituents are introduced in the finely divided state or in grains in an ascending gas stream. Arrangements must then be provided such that the lower part of the gas stream exerts on the particles in suspension a friction preventing the fall of all the particles or of any part of these particles whose size is less than a certain limit.
A free-floating suspension of gas and particles then forms above this limit, and it is even advantageous for the friction exerted on the various particles to decrease from bottom to top. This additional precaution makes it possible to obtain an intense swirling movement of the particles. The lower limit of the suspension oscillates and forms in the gas stream at the point where the above equilibrium is established between the driving forces resulting from friction and gravity. In order to improve the stability, it is advantageous to increase the ability of the gas stream to exert friction at a lower point. It suffices for this faculty to extend over a relatively short distance.
Upwards, and starting from the lower limit of the suspension, the decrease in friction can be pushed so that it ultimately becomes too weak to maintain even the smallest grains, so that also results in an upper limit for the suspension. However, it is perfectly possible to keep the friction constant after a certain interval of decrease, so that the particles of a size less than a certain limit are carried away by the current, which then makes it possible to obtain for the suspension a suitable upper limit. However, it may be advantageous to increase the ease of the gas stream to exert friction on the suspended particles after a decrease interval as described.
It is thus possible: thus to form the lower limit of a second floating suspension bed, which can still be formed and stabilized by a further reduction in the upward forces. This process can be repeated as often as desired, and a relatively large number of suspensions can be maintained using the same carrier gas stream. By introducing a new gas, possibly after the previous gas has been evacuated, it is even possible to modify the properties of the gas inside the circuit.
To treat any materials in the form of such a floating slurry, materials are preferably introduced in a continuous fashion into the gas stream. This can take place at several points in the bed. The point of admission can be expected to be above an upper limit or below a lower limit. We can even introduce
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materials simultaneously at several different points. It is then possible to introduce at these different points different materials or different mixtures of materials, the sizes of the particles of the different inlets possibly themselves being different. It is also possible to introduce the same material in particles of different sizes at several points.
For this purpose, for example, relatively fine particles can be introduced below the bed and relatively large particles above the bed, which results in particularly efficient mixing.
The evacuation can take place by conduits leaving in turn from different points of the suspension. For example, it may be advantageous to provide some sort of overflow threshold for the evacuation. However, it may be advisable to periodically reduce the friction exerted by the gas stream on the particles in order to cause the total or partial fall of these particles from the suspension which are then collected by suitable devices enabling them to be removed from the gas stream.
In this mode of implementation, the floating suspension consists mainly of already transformed particles, and this reserve is metered as well as the admitted quantity of fresh material and the discharge so that it is possible to '' obtain the desired or necessary length of stay.
A particular advantage of the process according to the invention is that it is not at all necessary to keep the temperature of the floating suspension below the sintering temperature of the solids. If the operation is carried out at a temperature close to the melting point or to the softening point of the solid constituents of the floating suspension, it is found that the various particles agglomerate slowly. As soon as the agglomerates reach a certain size, the carrier gas can no longer carry them along continuously, even at the lower end of the current where the latter exerts the greatest friction, so that they fall more to be collected by a suitable evacuation device.
It is possible to form these agglomerates without reaching the melting point of the particles, because most of the materials already become soft and sticky below the melting point. But it is also possible to heat up to the melting point or beyond, and to dose the friction so that the droplets formed are no longer kept in suspension. On the other hand, it is possible to melt or soften only one or more constituents in the case of mixtures.
In addition, the introduction of liquid constituents also allows the particles of the suspension to agglomerate. Depending on the absorbency of the wetted particles, the liquid phase can be left in the agglomerate or it can be completely or partially removed by heating, for example in the case of volatile liquids.
The above already suggests that the process according to the invention is also suitable for the treatment, not only of solids, but also of liquids, and even allows the implementation of chemical reactions between the liquid phase and the solid component, or between the liquid phase and the gas phase, or between the three.
If we consider as end products the agglomerated, sintered or molten particles which have ceased to react, the suspension with this working method is composed of intermediate products containing a relatively small proportion of constituent or initial constituents, and a small quantity of final product which is outside the bed, for example in the final sintered state.
The solids and possibly liquids introduced into the floating bed remain only for a certain period of time in the floating suspension. This time is determined by the extent of the bed and the tendency to agglomerate into larger particles. The rate of agglomeration can be modified, for example, by the height of the temperature and by the amount of additions ensuring the bonding. But it is also possible
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ble to introduce curing agents in the form of additions with a high melting point. In this way, the residence time can be varied widely and reactions of a relatively long duration can be carried out.
The mode of operation with agglomeration in the floating bed is particularly advantageous for the treatment of relatively fine-grained materials, because the generation of dust is very low, since the material is stirred in a sort of way. wet state.
In general, it is important to ensure the supply or evacuation of heat during chemical and physical conversions or transformations. This is easily possible thanks to the strong transmission of heat between the floating bed and the walls or, conversely, between the walls and the floating bed. The walls containing the floating suspension can therefore be cooled or heated indirectly. Cooling or heating elements in which a cooling or heating fluid circulates can also be mounted within the suspension.
The cooling jackets or even the cooling elements mounted within the suspension may, for example, be in the form of a boiler making it possible to use the heat given off by the reaction. The heating of the walls of the casing can be achieved by placing the reaction chamber with heat-conducting walls in a hearth. It is also possible to pass through the suspension heating tubes in which hot combustion gases circulate, or similar heating elements.
Electric heating of the casing or of the heating elements passing through the suspension can be used, just as it may be advantageous to produce the necessary heat directly within the suspension. example triggering a reaction releasing heat and which takes place in parallel with the reaction giving the product itself. This is how it is possible to introduce solid, liquid or gaseous fuels into the carrier gas, and to take the oxygen necessary for combustion from the carrier gas proper, or to introduce it. separately. On the other hand, it is possible to mix the solid material with solid fuels.
It may be advantageous to mix the material to be treated with liquid fuels and to introduce the mixture into the reaction chamber in the form of a slurry. In addition, the necessary heat can be supplied by the calorific content of the carrier gas, which cools in the necessary proportion on contact with the suspension. It may be advantageous to heat the suspension using an electric arc. The electric arc discharge can take place directly within the suspension, but it can also be provided below the lower limit of the suspension within the carrier gas, the current of this carrier gas then transmitting the heat released to the particles. swirling in the suspension.
But the cooling can take place through the carrier gas. In this case it may be advantageous to reintroduce the carrier gas separated from the suspension, possibly after intermediate cooling. It may be advisable to add components with a high calorific capacity to the carrier gas. For many applications, the heat of reaction can be removed by introducing liquids into the suspension which are suitable for evaporation, thereby absorbing all or part of the heat of reaction.
For carrying out the process, the ability of the carrier gas to exert on the particles introduced periodically varying frictions can be regulated in various ways. The simplest is to maintain a speed difference in the flow of carrier gas. At the point where the lower limit of the first slurry bed is to be formed, a high velocity of the gas stream is established, which is gradually reduced from bottom to top. If the speed of the current is then increased again, the point at which this speed reaches a high and predetermined value may constitute
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the lower limit of the second suspension bed.
To obtain these speed differences within the gas stream, the simplest method consists in proportionally modifying the section of the reaction chamber.
It is advantageous to pass the carrier gas from the bottom up through a sleeve through a throttle in which the speed of the gas stream is increased to the required value. This constriction is then connected to a well, the section of which increases progressively from bottom to top in a determined ratio, and in a part of which the freely floating suspension is formed. Depending on the extent of the enlargement of the well, that is to say according to the reduction in the speed of the gas flow, particles can be removed from the bed or left in the latter. If it is desired to establish several superimposed suspension beds, a new constriction and a new conical part are connected to the flared conical part. This arrangement can be repeated as often as desired.
But it is also possible to vary the friction exerted by the carrier current by modifying the tenacity of the gas. This modification can be obtained in particular by an appropriate adjustment of the temperature, and it can also be advantageous to vary the composition from one end of the course to the other so that the modifications of the toughness envisaged according to the invention are carried out. . In many cases of the treatment of large particles, the friction is also a function of the density of the gas, which in turn is controlled in particular by the adjustment of the composition of the gas.
The suspension of gas and solids to be maintained by the process described is essentially distinguished from the so-called moving or swirling bed. This looks like a boiling liquid and accumulates as a suspension rich in solids like liquid at the bottom of the chamber and forms (provided the gas bubbling is not too intense) a surface distinctly horizontal just like a liquid.
If a gas is bubbled through a liquid, the whole expands in proportion to the volume occupied by the gas bubbles, but nevertheless retains the properties of a coherent liquid. It must therefore accumulate at the bottom, for example of a container, and the surface still remains roughly even, which is however only possible within certain limits. If the proportion of the gas becomes too high, the liquid loses its cohesion and a suspension of liquid particles forms in the gas. The whole then loses some essential properties of a coherent liquid mass. This set lends itself to unlimited expansion and is incapable of forming a smooth surface like a liquid. In contrast, a similar gas-like suspension can float freely like a cloud.
The suspensions of phases condensed in a gas, used according to the invention for carrying out chemical and physical transformations and conversions, are similar to the suspension of liquid in a gas which has just been described, and exhibit other properties than moving or swirling beds. In a well-stirred moving (expanded) bed with non-porous particles, about 30 to 50% of the volume is, for example, occupied by solid particles. In the suspensions according to the invention, on the other hand, a much lower proportion of the volume can be occupied by the particles.
The devices suitable for carrying out the process according to the invention also differ from devices with a moving bed in that they have no bottom plate with nozzles, no filter plate, or grids on which the suspension rests. with movable bed in partial floating state. On the other hand, the carrier gas stream strikes without division the freely formed lower boundary surface of the suspension.
Moving bed "reactors" have been well known for many decades, for example for the roasting of sulphide ores, which have recently also been used for carrying out catalytic reactions, and in which the gas introduced by a lower duct enters a
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conical bottom chamber without passing through a grid. But the inclination of the bottom is chosen such that the lower parts, hardly or hardly displaced from the scumble material, can just slide in the direction of the gas entry point. Such a chamber allows particles to partially float and to obtain a mass resembling a boiling liquid.
However, if we try to inject the gas with a stronger intensity to reduce the density of the whole suspension, only the central parts are lifted and thus an effect similar to that of a jet of gas is obtained. 'water,
For the implementation of the process according to the invention in a conical well, the opening angle of the conical parts must be chosen so that there results a diffuser effect, at least over a large height of the lower part, that is, the movements of the gas extend to the edge of the conical chamber. Larger opening angles can be chosen than diffusers intended exclusively for gas passage, but this angle must be less than approx. 45. It is advantageous to choose the opening angle as large as possible, and possibly to vary it along the height.
It is also possible and advantageous to promote uniformity of the circulation by an additional injection of gas or vapors along the walls of the conical part. This can be particularly advantageous for reactions at high temperature, if it is desired to avoid adhesion to the walls of the furnace. By using cold gas, cooling of the material in contact with the wall and the wall itself can be achieved.
In order to better understand the invention, it will be described below with reference to the drawing showing schematically and by way of example apparatus suitable for implementing the method, as well as their operation.
Fig. 1 shows, for example, an apparatus suitable in particular for roasting sulphide ores. It comprises a conical part 1 in the form of a diffuser containing, according to the invention, the floating suspension of solids in the gas. The upper part of this part is connected to a flare 2 acting as a braking zone followed by a masonry well 3 which can be the site of an effective complementary screen of particles possibly entrained out of the floating suspension. Below the conical part is provided an inlet box in the form of a nozzle 4 provided with an airlock 5. The oxygenated gases necessary for the roasting, which also constitute the carrier fluid, are introduced at 6 and exit. of the reactor in 7.
The sulphide ore to be roasted is loaded into the hopper 8 and arrives through a distributor plate and a pipe 9 in the floating bed. At 10 is provided an evacuation duct opening into a lock 11. The conical part, which is the main site of the reaction, is surrounded by a cooling jacket 12. The cooling water enters this jacket. put in 13 and leave it in 14. This device allows to grill in a universal way sulphurous ores. These ores can be roasted at temperatures below the sintering point and in this case the ore is introduced in 9 and can come out in 10 and 4 in the calcined state.
Depending on the intensity of the distribution of particles in the calcination bed or in the introduced ore, a part of the calcined materials is entrained by the exhaust gases in the form of flying dust. Processes known per se, using, for example, cyclones, precipitation chambers or hot electrofilters, then make it possible to separate this dust from the gas. If the exhaust duct 10 operating at the overflow threshold only allows relatively fine particles to pass through, and if the bed becomes enriched with relatively large particles, there will automatically be a shower of relatively large particles in the direction of the box. evacuation, or this rain can be caused in a simple manner by a short-term reduction in the flow of carrier gas.
This constitutes an appreciable advantage of the apparatus according to the invention over conventional roasting furnaces with a moving bed or with a vortex current equipped with screens, since if the bed has particles which are too large, it results in a irregular evacuation, these ovens must be stopped
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and emptied. The larger intervals between particles within the floating bed allow for higher roasting temperatures, and this floating bed does not act as a grinder like the moving bed, but rather in the direction of agglomeration, so that the proportion entrained by the gas contains particles; larger particles that can be almost completely separated from the gas using mechanical dust collectors.
In the case of roasting without agglomeration of very fine grained ores intended for flotation, it may be advantageous to add relatively large particles to the floating bed. These can be formed by calcination residues agglomerated on the outside, or even by inert materials. Thanks to the presence of relatively large particles, more often than not better stability of the floating bed is achieved.
In roasting zinc blende, for example, it is advantageous to operate at temperatures high enough that appreciable agglomeration results. In this case, it is generally not necessary to provide the discharge duct at 10, and the residue falls into the box 4 in the form of agglomerated grains, the size of which can be modified by the speed of the carrier gas. This residue can then be discharged at 5, optionally by a mechanically controlled airlock. Minerals intended for flotation and crushed crude ores can then be processed without difficulty.
Since the furnace is not particularly sensitive to temperature, it can be adapted without adjustment to different minerals. In general, the carrier gas can be air, but it can also be advantageous to use oxygen enriched air. If it is desired to obtain sulfur dioxide at high concentration or at 100%, it is possible to operate by taking up part of the roasting gas, and by reintroducing it into the oven mixed with oxygen. In general, the heat can be recovered from the roasting gases, for example in the form of vapors, and it is then favorable for the roasting gases to be present with a particularly high temperature. The heat withdrawn directly from the floating calcination bed can also be used to produce vapors.
For this purpose, the boiler can be formed by the jacket 14, but it is also possible to pass the cooling liquid under pressure in coils applied against the wall of the cone 1. Finally, it is possible to arrange cooling elements. - additional deformation within the floating bed, for example in the form of tubular coils, vertical tubes or finned refrigerators.
This apparatus also makes it possible, by way of example, to roast antimony minerals so that the antimony oxide formed is volatilized and recovered by cooling in the roasting gas. It is then not necessary to operate below the relatively low temperature at which the mixtures of oxide and antimony sulphide melt, because a higher temperature results in scorching and volatilization of the antimony faster than the evacuation of the agglomerates formed.
If it is a question of roasting zinc ores containing lead so that the lead is largely removed from the roasted product, an apparatus as shown in fig. 2. It comprises a flared part 15 in which the zinc sulphide containing lead is introduced through the pipe 17 and kept in suspension. A cylindrical well 16 is connected at the top to this flared part, in which the additional reaction of the particles possibly entrained by the carrier gas can take place. This carrier gas is formed by the hot and practically oxygen-rich roasting gas coming from the lower part of the apparatus. In this hot, oxygen-rich gas stream, lead is volatilized in the form of sulfur.
The zinc sulphide freed from lead is introduced into the lower conical part 21 passing through the threshold 18, the airlock 19 possibly automatically controlled, and the conduit 20. In this part 21 takes place the roasting in zinc oxide carried out in the manner previously described with the aid of oxygenated carrier gas. It is connected at the top to another cylindrical well 22 in which the additional roasting of the sulfur particles carried by the current can take place. Evacuation can take place
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through the overflow 25, or in the form of grains through the nozzle-shaped box 23 and the airlock 24 The carrier gas is introduced at 26 and leaves the apparatus at 27.
It then passes through a boiler and into the cooling device of an electric dust collector which separates the lead sulphide. But it is also possible to burn the lead sulphide in a complementary combustion chamber with the aid of a new supply of oxygen, and thus collect a powdered oxide. The two-stage apparatus according to the invention offers great advantages over known moving-bed and two-stage reactors. Indeed:
1. - In the lower broiling oven it is possible to achieve high enough temperatures that the sticky filler hardly tends to give off dust.
2. - Any dust that may be released in the lower part cannot cause any obstruction in the upper part as in the case of a moving bed furnace equipped with grids and nozzle bottoms.
For this reason, it is also possible to arrange the lower part in the form of a normal moving bed or swirling current furnace, and to use only the upper part in the form of a floating bed reactor. Generally speaking, the pressure drop is not as great in the floating bed as in the moving beds. It is therefore not necessary to constantly stir such a large mass, since the intense movement of the particles gives a higher reaction rate, which makes it possible to use shorter residence times.
A particularly advantageous embodiment of the process according to the invention is the combination of the floating bed reactor according to the invention with a rotating tube, as shown in FIG. 3. This apparatus comprises a rotating tube 28 which is a little shorter than the conventional rotating tubes and advantageously fitted with turning pallets. The material is introduced into the rotating tube at 29, travels inside the latter and descends into the airlock 30, the opening and closing of which are optionally controlled automatically.
The material then passes through the downcomer 31 into the conical part 32 of a floating bed reactor still equipped with an additional reaction well 33, an evacuation threshold 34 and an evacuation chamber. grains 35, 36 The carrier gas is introduced into the floating bed reactor at 37 and exits the assembly at 38. The advantage of this combination of the floating bed reactor and the rotating tube lies above all in the fact that the calorific content of the gases leaving the reactor can be widely used for the reaction carried out in the rotating tube. The operation for carrying out a process intended for the removal of tin in pyritic concentrates will be described. The pyritic concentrates containing tin are introduced at 29 into the rotating tube 28.
They come into intimate contact with the hot roast gases from the floating bed reactor. this results in an extraction by distillation of a mixture of sulfur and tin sulphide. The product leaving the rotating tube, resulting practically from the pyrrhotite, arrives through the downcomer 31 'in the floating bed reactor in which it is roasted in Fe2O3 by oxygenated gases. It is possible to bring the toasting temperature to an extremely high value. The mixture of sulfur vapor and tin sulphide exiting at 38 can then be treated by known methods, optionally after additional combustion, the tin sulphide being obtained directly or optionally in the form of oxide. .
The economy of the apparatus can advantageously be regulated by introducing into the floating bed reactor at 37 a part of the gases freed from tin, causing these gases to absorb the excess heat of reaction generally removed by cooling, and by bringing this heat to the load of the rotating tube. In this apparatus, it is also possible to roast pyrites with a partially direct recovery of the sulfur. In general, it may be advantageous to incorporate a floating bed reactor of this type into already existing installations with a rotary tube, which then makes it possible to considerably increase the power of this tube.
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Another advantageous application of the method according to the invention is possible in an apparatus as shown for example schematically in FIG. 4. This floating bed reactor comprises the conical part 39 in which the floating bed is formed, the complementary reaction well 40, and an inlet box 41. At 42 there is provided an evacuation lock for the granular product. . The carrier gas is introduced at 43 and leaves the assembly at 44. Various fluids, solid or even liquid, can be introduced at 45 and 46. At 47 can optionally be provided a direct discharge duct from the bed. floating. This apparatus is particularly advantageous for reactions absorbing the heat supplied by a fuel such as coal.
The final product can be discharged as a sintered material or not through line 47, or in the manner already described by other lines from the floating bed. For example, it is thus possible to heat or calcine cement, lime, dolomite, sulphates, silicates, phosphates, bauxite, etc. The material is preferably introduced at 45 , while the fuel, such as coal, is introduced for example at 46 by means of an airlock. The carrier gas can be air, but it is advantageously possible to use pure oxygen or air enriched with oxygen. The grain size, residence time and temperature of the suspension are proportioned so that the reaction proceeds as desired.
A reactor of this type makes it possible, for example, to operate very advantageously the reduction of plaster while ensuring the production of gas containing sulfur dioxide and of a clinker similar to cement. The plaster is generally introduced at 45 with the necessary silicate additions, while the fuel is introduced at 46. As already stated, the heat of the exhaust gases can still be used. During the evacuation of the granulated product, the falling grains give up on their way towards the box 41 the major part of their heat to the carrier gases.
A reactor as shown in FIG. 4 also allows, for example, the direct recovery of sulfur in pyrites. The pyrites are then introduced with charcoal, and the treatment is treated with oxygenated gases. Thanks to a cooling device mounted on the conical part 39, it is possible to maintain a temperature which is possibly low enough so that the discharged product is not yet reduced to metallic iron. The flue gases contain the sulfur from the pyrites in the form of vapor accompanied by a mixture of carbon monoxide. Sulfur dioxide and other combinations of sulfur that may be formed can be converted to sulfur in an aluminum oxide back contact furnace.
Using coal, or even other reducing agents, it is also possible to reduce ores or, for example, waste containing metal oxides to metal, this metal then being able to be in the form of vapor, in liquid form or even in solid form.
Finally, it is appropriate to describe the application of the principle of the invention, for example for the granulation of very finely pulverized materials.
In an apparatus such as shown in FIG. 5, a still lumpy mixture of kie-selguhr and water glass is introduced with the aid of a loading device 48, for example, into the conical well 49. In this well, a floating bed is formed by means of the current of carrier gas brought to approximately 350 ° C. and introduced at 50. Finely pulverized sulfuric acid is injected into this floating bed using the nozzle 51, for example. This acid causes granulation of the lumps which descend in the form of very regular and already dry balls to be discharged at 52. Above the floating bed is provided an enlargement 53 which is the place of separation of the entrained particles.
For complete dedusting, a dust collector 54 is provided upstream of the outlet pipe 55. The beads formed are somewhat porous and can, for example, serve as supports for catalytic materials.
The granulation process can also be carried out by injecting and spraying the solid material to be granulated in the form of a solution. The spray nozzle 51 is then preferably mounted at a somewhat higher point of the well 53. Before switching on, the diffuser 49 is filled with granules coming from the outside and having a size.
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grains a little less than that which the apparatus should give, and these granules are kept in suspension and in a state of vortexing by a hot carrier gas. The solution is then injected. If the heat input is properly regulated, the solvent evaporates and the solid material is partially deposited on the grains of the floating bed.
These grains fall as soon as they reach the desired size determined by the speed of the gas in the lower part of the diffuser. This also results in sufficient formation of new "seeds", so that the process can be prolonged indefinitely. The grain size can be adjusted within widely spaced limits, for example 0.05 to 10 mm. for soda.
In the embodiments of the process described heretofore, the floating bed in the reaction chamber contains exclusively or partially solids in the form of dust or grains. However, it is also possible to maintain in the form of a floating and swirling bed exclusively liquid matter divided into droplets.
In this way it is, for example, possible to "blow off" slag containing zinc. Fig. 6 shows an apparatus suitable for this purpose. The liquid slag to be blown is introduced into an annular vessel 56 surrounding the neck 57 of the reactor in the form of a Venturi tube.
Ports 58 in the neck allow the slag to enter the interior where it is broken up into droplets by the carrier gas containing carbon monoxide passing at high speed through the neck. These droplets are projected into the masonry well 59 in the form of a diffuser. As the gas flow slows down, some of the relatively large droplets lose their momentum and fall back to be picked up, thrown and sprayed back into the neck, or even a little earlier into the conical part 59. In this swirling bed , the slag remains long enough for the zinc oxide to be reduced.
The zinc vapors arrive with the carrier gas and the slag droplets freed of zinc by a tangential pipe 60 in a drum 61, in which the slag is deposited and can be discharged at 62. The gases and vapors leave the ap - the same at 63 and can be further treated by known processes. An oxygenated gas is introduced into the apparatus at 64, a fuel (for example an oil or coal dust) at 65. This fuel is not completely burned in the combustion chamber 66. Through the nozzle 67, the products combustion then enter the reaction chamber.
Fig. 7 shows schematically and by way of example an apparatus allowing, according to the invention, the manufacture of a phosphate fertilizer by decomposition of natural phosphate minerals such as apatites.
The decomposition furnace consists of a conical masonry well 68 to which is connected a second well 69, the opening angle of which is a little greater. Above this last well is formed a chamber 70 in which is housed a waste heat boiler 71. Through a duct 72 the cooled exhaust gases pass through a cyclone 73 in the chimney.
In 74 takes place the introduction of a mixture of oxygen and nitrogen containing 75% by volume of oxygen. This mixture passes through an enlarged box 75 and tubing 76 into the furnace well. In 77 takes place the introduction of a low ash carbon, while the addition of the mixture of phosphates is carried out in 78. The floating bed is therefore formed inside the chamber 68.
The nozzles 79 are intended for the injection of water vapor coming from the boiler 71. For complete cooling of the decomposed product having a grain size of 0.5 to 1 cm, nozzles inject 80 of the water that evaporates. Overall, the amount of steam injected is controlled so that the resulting atmosphere inside the furnace contains 50% by volume of steam. The cooled product can be vented at 81.
To spare the masonry in the hottest part of the well 68, and to prevent adhesions, this masonry is given a smaller thickness and it is surrounded by a water-circulating jacket 82 in which the water from cooling enters at 83 to exit at 84. To heat the furnace for starting up, a special gas burner at 85 is provided. The masonry consists of very refractory bricks made of aluminum oxide. The furnace, whose diameter at the upper end
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of well 69 reaches 2.25 m, ensures a production of 140 to 200 t. of phosphate mixture in 24 hours, for a consumption of 15 t. -in'combustible., the phosphate content can be increased to 95% in the form of fertilizer.
Mixtures composed of 6 parts of Moroccan phosphate and 4 parts of silica, mixtures of phosphate, silica and sodium hydroxide poor in sodium hydroxide, but also phosphates without additions, were thus treated, for example. The grain size of the starting materials was generally about 0.5 mm.
It has been found that it is appropriate to use very refractory basic masonry. Apart from aluminum oxide bricks, it is also possible to use magnesia bricks, or even basic materials intended to be pounded and very refractory. Even zirconia bricks have proven to be very suitable.
CLAIMS.
This process for the treatment of solid or liquid materials with gases and for the implementation of chemical and physical transformations or conversions of solid and (or) liquid materials with gases, or of homogeneous materials with gases, in particular for the roasting of sulphurous ores, the calcination of solids and the granulation of fine substances, consists in transforming or converting the condensed phases in a dispersed form, in an ascending current of gases or vapors such as the substances having ceased to react are in an improved form, the gas currents exerting on the particles in suspension firstly significant then weaker friction, possibly with a repetition of this reduction in friction,
so that the particles are stirred with intensity and accumulate in one or more freely floating superimposed suspensions and having a clearly defined lower limit surface, the speed of the admitted gases being chosen just enough so that the Transformed and converted materials fall on their part in the opposite direction of the incoming gas flow and are pushed aside by the diffuser of the swirled layer.
This process is further characterized by the following points considered together or separately:
1 - Above the lower limit corresponding to the formation of suspension, the friction is reduced so that it is ultimately too low to hold even the finest particles, and so that it also results an upper limit for the formation of suspension.
2 - After a certain reduction, the friction is kept constant so that the upper limit of the suspension (s) is made indeterminate at will.
3 - The condensed phases arrive continuously in the floating suspension and also leave it continuously.
4 - The entry takes place above an upper limit or below a lower limit.
5 - The material to be treated is introduced simultaneously at several points.
6 - Different materials or mixtures are introduced simultaneously at several points.
7 - We introduce the different additions with different particle sizes.
8 - The same substance is introduced with particles of different sizes at several points of the suspension (s).
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