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INSTALLATION POUR LE GRILLAGE DE MATIETE CONTENANT DE LA PYRITEo
La présente invention est relative à un procédé et à une instal- lation pour le traitement de matière contenant de la pyrite pour produire de l'anhydride sulfureux et une matière contenant de l'oxyde de fer.
Actuellement, il existe une grande pénurie de soufre, et on utilise de la pyrite en proportion augmentant encore davantage, comme ma- tière première pour la production d'acide sulfurique et de liqueur de bisul- fite pour l'industrie de la celluloseo Toutefois, il existe également une grande pénurie de pyrite. De nombreux gisements de pyrite ne peuvent être traités économiquement. La production d'anhydride sulfureux par grillage et par d'autres traitements de pyrite est coûteuse comparativement à la produc- tion d'anhydride sulfureux par combustion de soufre élémentaire de sorte que le soufre sous sa forme élémentaire est plus recherché et doit également être vendu à un prix considérablement plus élevé. Par suite de ces faits, de nombreuses propositions ont été faites pour rendre l'opération de gril- lage de pyrite aussi économique que possible.
Un moyen d'atteindre ce but consiste à améliorer la qualité des résidus de pyrite de manière à les ren- dre utilisables comme matière première pour la production du fer. Un autre moyen consiste à récupérer et utiliser la chaleur dégagée' dans l'opération de grillage. On a pu atteindre ce but dans une certaine mesure par l'intro- duction de fours de grillage en suspension et récemment également par des appareils de grillage à fluidification. En utilisant la chaleur des gaz dé- gagés de ces fours, des quantités considérables de vapeur d'eau peuvent ê- tre produites.
Récemment, on a proposé un procédé de traitement de pyrites dans le but d'obtenir du soufre sous sa forme élémentaire et de l'anhydri- de sulfureux par grillage de la pyrite sur une grille mobile, en faisant passer de l'air à travers la pyrite. La pyrite de flottation, genre de py- rite qui a été utilisée dans ce cas, est préparée avant la phase de grillage
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de façon qu'elle se présente sous forme de granules. L'opération est un- genre de grillage par agglomération, produisant du soufre élémentaire, de l'anhydride sulfureux et de l'oxyde de fer Fe304 contenant du soufre: On peut alors vendre le soufre aux fabricants d'acide sulfurique, aux usines à sulfite et autres consommateurs de soufre.
Pour rendre le procédé écono- mique, on doit produire de l'acide sulfurique au moyen de l'anhydride sul- fureux résultant de l'opération. Dans le cas où cet acide sulfurique ne peut être consommé à l'endroit où on le produit, de grands frais résultent de son transport aux consommateurs. A cause de ce fait, le procédé n'est d'ordinaire pas économique à effectuer en pratique parce que la plupart des gisements de pyrites sont situés très loin des consommateurs d'acide sul- furique. En outre, il n'est pas possible de récupérer et d'utiliser la o- talité de la chaleur de combustion de la pyrite parce ,que la température des gaz qui se dégagent du grillage par agglomération est trop faible du fait qu'on veut obtenir du soufre élémentaire.
D'autre part, la pyrite est plus facile à transporter et à manipuler que le soufre et elle exige un espace d'emmagasinage qui est d'environ 15% inférieur à l'espace requis à l'emmagasinage de soufre. En outre, les problèmes d'emmagasinage sont plus compliqués en ce qui concerne le soufre que la pyrite par suite des risques d'auto-allumage. On peut emmagasiner la pyrite à l'air libre, ce qui est pratiquement impossible quand il s'agit de soufre. En ce qui concerne la chaleur de combustion provenant du fer, la pyrite fournit environ deux fois autant de chaleur par unité de soufre que ne le donne le soufre élé- mentaire (Brimstone). Dans le cas où on prépare le soufre à la mine comme on le décrit plus haut, la quantité totale d'oxygène de l'aggloméré de mi- nerai de fer doit être transportée à côté du soufre et du fer de la pyrite.
Le but primaire de la présente invention est de produire de façon simple à partir de pyrite,un gaz riche en anhydride sulfureux par une opération de grillage peu coûteuse, pouvant s'effectuer dans la fabri- que effective d'acide sulfurique ou l'usine à sulfite.
Un autre but consiste à produire un aggloméré de minerai de fer de haute qualité ayant une faible teneur en soufre, une grande résistan- ce mécanique, une teneur élevée en fer et un degré d'oxydation élevé.
Un autre but est de récupérer sous forme de vapeur une grande quantité de la chaleur dégagée.
Une utilisation convenable des avantages de la pyrite mention- nés plus haut conformément à la présente invention, donne lieu à une telle réduction des frais de production d'anhydride sulfureux que de nombreux gi- sements de pyrite ou de minerais de cuivre, zinc,' plomb, nickel et cobalt contenant de la pyrite, qui étaient auparavant inéconomiques à traiter, peu- vent maintenant être utilisés.
Une réalisation du procédé de l'invention va être décrite dans ce qui suit uniquement sous forme d'exempleSuivant le procédé, on préfère effectuer un grillage et une distillation de soufre à prtir de petits bou- lets de pyrite de flottation sur une grille fixe ou mobile. On peut égale- ment utiliser de la pyrite en morceaux, mais une pyrite de ce genre est d'or- dinaire insuffisamment pure pour être utilisée comme matière première pour la fabrication de fer. On peut facilement préparer les boulets dans un tam- bour de granulation quand on utilise des fines de pyrite humides.
Pour aug- menter la résistance mécanique des granules résultants, on peut utiliser un liant, tel que le chlorure de calcium, le chlorure de magnésium, le sulfate de fer et d'autres agents aptes à absorber l'eau de cristallisation ou de l'argile, bentonite ou de la liqueur résiduaire sulfitique. Toutefois, un tel mélange de liant n'est d'ordinaire pas nécessaire. Les granules sont disposés sur une grille, en forme de couche-, qui est ensuite allumée, par exemple à partir de la face supérieure, et on fait passer ou on insuffle un courant d'air à travers la grille et la couche. L'atome de soufre de la.py- rite le plus facile à séparer distille alors sans brûler.
En relation direc- te avec la charge, de préférence en-dessous et au-dessus de la grille, on dispose une chambre de combustion, dans laquelle on brûle le soufre sublimé
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et on le refroidit par la partie de la charge qui se déplace lentement'par rapport à la direction du courant de gaz et qui est encore humide. Si c'est nécessaire, on peut ajouter de l'air de combustion supplémentaire à la cham- bre de combustion. Dans l'opération, on obtient une température des gaz d'en- viron 1000 C. On fait passer le gaz qui quitte la chambre de combustion à travers une chaudière des gaz dégagés, On produit de très petites quantités de poussières.
La matière grillée est entièrement agglomérée, mais en général elle renferme trop de soufre pour pouvoir être utilisée comme agglomérat de fer de sorte qu'elle doit être soumise à un traitement supplémentaire sous forme de grillage, à l'aide duquel on récupère substantiellement la totali- té du soufre résiduaire. Dans le cas où il reste 6-20 % de soufre dans le produit résultant de la première phase de grillage, on obtient un gâteau d'aggloméré fondu très fragile et facile à broyer. On le broie à une dimen- -sion moyenne de particules ayant un diamètre qui ne dépasse pas par exemple
4 mm., on l'humidifie et on l'agglomère de fagon connue dans un autre appa- reil de grillage ou d'agglomération, dans lequel on obtient un aggloméré substantiellement exempt de soufre, très résistant et facile à réduire.
On fait circuler les gaz dégagés dans ce second appareil à travers le premier appareil, et il constitue ainsi la totalité ou une partie de l'air de com- bustion nécessaire,'et/ou on l'utilise comme air de combustion pour brûler le soufre élémentaire dans la chambre de combustion associée au premier ap- pareil de grillage. De cette manière on utilise de façon effective, à la fois la chaleur et le soufre des gaz qui se dégagent à la phase additionnel- le ou seconde phase de grillage.
Il est d'ailleurs également possible d'utiliser dans la pre- mière aussi bien que dans la seconde phase, des additions de matière de re- tour provenant d'une autre phase de grillage. Comme d'ordinaire dans cer- tains procédés connus, il est également possible de faire circuler du gaz contenant de l'anhydride sulfureux provenant d'une quelconque des chaudiè- res vers la première phase de grillage, mais ceci n'est pas toujours néces- saire conformément au procédé de la présente invention, qui a pour but de produire la quantité maximum non pas de soufre élémentaire mais de gaz an- hydride sulfureux.
Dans certains cas, il est désirable d'obtenir comme produit final de l'opération, une matière grillée convenant à l'emploi comme ma- tière première quand on l'agglomère dans une installation d'agglomération sise à un autre endroit, par exemple dans une usine sidérurgique. Dans ce cas, on peut effectuer le grillage de la seconde phase du procédé de la manière ordinaire. Le produit grillé obtenu alors à la seconde phase ou phase additionnelle de grillage est, toutefois, mieux utilisable pour être transporté et aggloméré que des produits pouvant être obtenus par des opé- rations de grillage ordinaires.
Ainsi, quand on obtient un produit agglomé- ré dans la première phase, on peut donner à la matière avant la seconde phase une dimension de particules désirée quelconque de manière qu'on puisse obtenir dans la seconde phase une matière à grosses particules plus compac- tes. En outre, on choisit le pourcentage de soufre de la matière grillée de la première phase de manière à rendre autogène le grillage de la seconde phase.
De petites quantités de Cu, Zn, Ni, Co, Au, Ag et de substan- ces similaires qui n'ont pas été séparées lors de la concentration de la pyrite peuvent être volatilisées sous forme de chlorures si on ajoute à la charge dans l'une ou l'autre des phases d'agglomération ou de grillage, des chlorures appropriés tels que CaC12, MgCl, NaCl, FeCl3 ou analogues. On peut également utiliser du chlore pur et, au cours d'essais, on a trouvé qu'il convient de traiter la pyrite par du chlore gazeux déjà avant la pre- mière phase de grillage. Le chlore gazeux réagit avec les sulfures de ces métaux déjà à la température ordinaire, en formant des chlorures qui sont volatilisés dans la phase ultérieure de grillage. On peut récupérer les chlorures formés en utilisant des filtres électriques tels qu'un appareil
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Cottrell.
Comme le chlore libre ou l'acide chlorhydrique ne sont pas désira- bles dans les gaz sulfureux pour la fabrication d'acide sulfurique ou pour la production de liqueurs de cuisson dans les usines à sulfite, on peut sé- parer ces substances des gaz par lavage, par exemple par de l'eau ou de la chaux ou de la pierre de chaux contenant de l'eau. On peut effectuer le la- vage dans un scrubber-venturi, une liqueur de lavage convenable consistant en une suspension de chaux. On peut alors ajouter le chlorure obtenu, tel que le chlorure de calcium, comme agent de chloruration à une charge frai- che.
Des essais ont montré qu'un nouveau grillage de la matière pro- venant de la première phase de grillage peut être effectué directement sur le même appareil, en allumant de nouveau le gâteau de matière grillée à par- tir de la surface par un brûleur à huile ou à gaz ou analogue. On obtient de cette manière une teneur en soufre suffisamment faible pour le traite- ment au haut-fourneau. Toutefois, le procédé suivant lequel on broie et hu- midifie le produit obtenu dans la première phase de grillage, fournit un aggloméré de résistance plus élevée et de teneur en soufre plus basse.
Egalement dans le cas où on effectue la seconde phase de gril- lage après avoir broyé et humidifié le gâteau de matière grillée, il est possible de réaliser l'opération complète sur un seul appareil d'aggloméra- tion. Dans ce but, on peut disposer la charge humidifiée au-dessus de la charge de pyrite allumée dans la première phase de grillage immédiatement après la fin de l'allumage. On effetue ainsi l'opération d'agglomération en deux couches séparées sur le même appareil. Toutefois, dans ce cas, il est nécessaire de maintenir l'agglomérat complètement grillé séparé de la matière à griller contenant du soufre.
On y arrive aisément en disposant en- tre ces deux couches, une couche consistant par exemple en aggloméré broyé exempt de soufre ayant une dimension moyenne de particules par exemple d'en- viron 20-400 mm. de diamètre.
Quand on effectue le grillage en introduisant de l'air ou des gaz contenant SO2- 02 par le dessous, on peut effectuer l'opération de grillage d'une manière analogue à la combustion du charbon sur une grille de chaudière à vapeur fixe ou mobile ou analogue, le soufre étant brûlé au- dessus de la surface supérieure de la couche. Quand on allume la charge, il est possible, comme c'est le cas quand on brûle du charbon sur une grille mobile, d'utiliser la chaleur radiante du four d'allumage.
Les avantages du nouveau procédé sur le grillage au four à so- les multiples résultent clairement de la description de l'opération donnée plus haut et n'ont pas besoin d'être développés particulièrement. Par rap- port au grillage ordinaire en suspension, on peut constater entre autres les avantages suivants :
1.- Une plus grande insensibilité aux arrêts de l'opération.
2.- Il n'est pas nécessaire de sécher et de broyer les concen- trés.
3.- Il ne se produit pas de poussières (la production de pous- sières dans le grillage en suspension est d'environ 30 %).
4..- On obtient une matière agglomérée.
5.- Les frais de construction sont moindres.
De même, par rapport à une conduite ordinaire du procédé dénom- mé fluide-solide, substantiellement les mêmes avantages sont à portée de la main. Toutefois, de même que dans le procédé fluide-solide, le séchage et le broyage ne sont pas toujours nécessaires.
Comme on le dit plus haut, l'invention a pour but également de créer une installation ou un appareil convenant à l'application pratique du nouveau procédé. On décrit dans ce qui suit un exemple d'installation de ce genre, en se référant aux dessins en annexe, sur lesqels
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La figure 1 est une vue schématique d'une installation réali- sant l'invention ;
La figure 2 est une coupe à travers l'appareil de grillage de la première phase représentant en particulier la manière dont la grille est associée à la chambre de combustion, et
La figure 3 est une coupe partielle longitudinale d'une construc- tion de barreaux de grille montrant la façon dont le barreau peut être con- struit et assujetti aux châssis latéraux de la grille.
Sur l'installation décrite, 10 est une trémie de chargement de la matière contenant de la pyrite. En-dessous de la trémie se trouve un ap- pareil d'alimentation 11 pour alimenter la matière à un tambour 12 de gra- nulation, qui peut être de construction ordinaire et est disposé de manière à pouvoir tourner de façon appropriée (non représentée). A la suite du tam- bour de granulation, est disposée une trémie 13 qui débouche au-dessus d'une grille désignée de façon générale par 14. La grille 14 est commandée de'fa- gon appropriée (non représentée). Au-dessus de la grille se trouve un four d'allumage 15 et une hotte 16.
La grille représentée est en principe du gen- re ordinaire, c'est-à-dire d'un appareil Dwight-Lloyd. La boite à vent 17 de la grille est construite comme chambre de combustion pour le soufre et a une sortie 18, qui communique avec une chaudière 19 à vapeur. Les tubes 20 de la chaudière à vapeur sont disposés de la manière habituelle dans la chaudière et communiquent avec un dôme de vapeur 21. Dans le cas où les barreaux de grille 22 sont creux comme on le décrit plus loin, on peut y faire passer de l'eau d'alimentation par la conduite 23. L'eau venant des barreaux de grille creux 22 est amenée par la conduite 24 dans la chambre de combustion 17 dans laquelle la conduite peut prendre la forme d'un ser- pentin 25 de tubes de vapeur.
De ce serpentin, l'eau chauffée dans la cham- bre de combustion est introduite dans le dôme 21 par la conduite 26.
Les gaz qui se dégagent de la chaudière à vapeur la quittent par la conduite 27 qui communique avec un cyclone 28 dont la sortie repré- sentée est raccordée par une conduite 29 à un ventilateur 30 commandé de façon convenable (non représentée). Le ventilateur 30 est raccordé par la conduite 31 à un appareil de précipitation d'un type convenable tel qu'un appareil Cottrell 32. Une sortie 33 est disposée de manière appropriée sur le filtre 32.
Après la grille 14, dans le sens de l'alimentation de la matiè- re se trouve un goulot de déchargement 34 qui aboutit à un broyeur 35 de type approprié. Ce broyeur est raccordé à un malaxeur 36 qui mélange la ma- tière broyée à de l'eau introduite par la conduite 37. On peut alors intro- duire la matière mélangée dans une trémie 38 d'emmagasinage. En-dessous de cette poche est disposé un appareil 39 d'alimentation, dont la seconde ex- trémité est disposée au-dessus d'une trémie 40, d'où les matières peuvent être introduites dans un second appareil de grillage 41 qu'on représente sur la figure sous forme d'un appareil d'agglomération Dwight-Lloyd. La grille est commandée de façon appropriée non représentée. Du côté de la sor- tie de la grille 41 est disposée une trémie 42 en-dessous de laquelle se trouve un broyeur 43.
La matière broyée venant du broyeur 43 est déchargée sur le tamis 44, d'où la matière qui ne traverse pas le tamis peut être re- tirée de façon convenable, par exemple dans des wagonnets. La matière tra- versant le tamis peut être retournée à la trémie 34 au moyen d'un élévateur 45. La grille 41 possède une boite à vent 46 par laquelle une conduite 47 communique par un ventilateur 48 et une conduite 49 avec la hotte 16 de la première grille 14. Une vanne de réglage 50 est disposée sur cette conduite 49. De la conduite 49, une nouvelle conduite 51 portant une vanne 52 abou- tit à la chambre,de combustion 17.
Le fonctionnement de l'installation ressort de la description précédente. La matière à traiter, telle que de la pyrite de flottation, est alimentée à la trémie 10. De là, la matière est délivrée par l'appareil d'a- limentation 11 au tambour de granulation 12. Dans le cas où la matière n'est
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pas suffisamment humide, on peut introduire de l'eau. Dans le tambour 12, on prépare des granules en faisant tourner le tambour 12 de façon connue.
On délivre les granules à la trémie 13 et de là à la grille 14 sur laquelle la matière forme une couche 53. Cette couche est allumée par le four d'al- lumage 15 et passe en-dessous de la hotte 16 dans laquelle on introduit des gaz chauds qui se dégagent du second appareil de grillage 41, par les-con- duites 47 et 49. Pendant que les gaz chauds traversent la couche, la plus grande partie du premier atome de soufre de la pyrite distille et le soufre est entraîné par les gaz dans la chambre de combustion 17 où il est brûlé.' Les gaz contenant de l'anhydride sulfureux quittent la chambre par l'ouver- ture 18 et pénètrent dans la chaudière 19 à vapeur.de manière à en chauffer les tubes. De la chaudière, ils passent par la conduite 27 dans le cyclone 28 où ils sont débarrassés des poussières.
On insuffle alors les gaz par la conduite 29, le ventilateur 30, la conduite 31 dans le filtre 32 où des com- posés métalliques éventuels, tels que des chlorures, peuvent être précipi- tés. Les gaz quittent alors le filtre par la conduite 33 et sont conduits, si on le désire,à une tour de lavage puis à l'endroit où ils doivent être utilisés. Si on le désire, on peut introduire dans la chambre de combustion 17 des gaz de combustion provenant du second appareil 41 de grillage par les conduites 47 et 51. Le passage de gaz de dégagement du second appareil 41 de grillage est réglé par les vannes 50 et 52.
La matière traitée dans le premier appareil d'agglomération, 14 et qui a été débarrassée de la plus grande partie du premier atome de soufre élémentaire, est broyée dans le broyeur 35, si on le désire après avoir été mélangée à de la matière de retour du second appareil 40 de gril- lage par l'élévateur 45. On fait passer la matière broyée à travers un ma- laxeur 36 et si c'est nécessaire, on y ajoute de l'eau provenant de la con- duite 37 pour régler l'humidité de la matière. On introduit alors celle-ci dans la trémie d'emmagasinage 38. De cette trémie, la matière est alimentée par l'appareil d'alimentation 39 et la trémie 40 à la grille 41 sur laquelle elle forme une couche 54.
Quand on la grille ou l'agglomère sur la grille 41, la matière est débarrassée substantiellement de la totalité du soufre résiduaire, et un aggloméré de propriétés désirées est produit. La matière agglomérée est déchargée de la grille à travers le broyeur 43 puis est trans- portée à l'endroit où elle doit être utilisée, dans le cas où elle ne tra- verse pas le tamis 44. La fraction de la matière agglomérée et broyée qui traverse le tamis peut retourner au broyeur 35 comme il est dit plus haut pour être mélangée à la matière provenant du premier appareil de grillage mentionné.
Il résulte de la description donnée plus haut du procédé qu'il peut être essentiel que les gaz qui se dégagent de la seconde phase de gril- lage soient introduits dans le premier appareil 14 de grillage sans qu'il ne se produise de fuite substantielle. On peut y aboutir par un joint con- venable de la hotte 16 en relation avec la grille 14, et également entre cette dernière et la chambre de combustion.
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Sur la figure 2, 55 désigne les parois d'une chambre de combus- tion(17 sur la figure 1). Sur ces parois, les éléments latéraux 56 de la grille (14 sur la figure 1) sont supportés de façon mobile et joints de fa- con étanche. Dans ces éléments latéraux sont assujettis de façon convena- ble les barreaux 57 de la grille. Les éléments latéraux et les barreaux sont creux de manière . permettre une circulation d'eau comme le montrent les ., flèches.
La figure 3 représente un détail de la façon dont les barreaux de grille peuvent être assujettis aux éléments latéraux de la grillé. 58 est une paroi latérale de cet élément, dans laquelle une tige 59 intérieure creuse de section transversale appropriée quelconque est assujettie. Cette tige 59 est entourée d'une matière 60 convenable réfractaire et isolante, , de la chaleur. Cette matière isolante de- la. chaleur est recouverte d'un man- chon extérieur dont la longueur est inférieure à la distance entre les pa- rois intérieures des deux éléments latéraux pour permettre la libre dilata-
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tion du manchon. Les éléments 59, 60 et 61 forment ensemble le barreau de grille.
Un autre moyen de construire les barreaux de grille consiste à leur. donner une épaisseur de paroi suffisante qui corresponde aux conditions de chaleur effectives.
Il est bien entendu que les appareils décrits ci-dessus ne sont pas nécessaires à l'application de l'invention, mais qu'on peut uti- liser de nombreux appareils différents rentrant dans le domaine des reven- dications. Toutefois, on peut dire que dans la phase de distillation du sou- fre,il faut utiliser un appareil dans lequel les barreaux de grille peu- vent être refroidis à l'eau ou par un autre milieu. Ainsi, il est possible d'utiliser un appareil muni d'une grille fixe, par exemple du genre Green- awalt ou Holmberg, ou d'une grille mobile, par exemple du genre Rolfsen ou
Schlippenbach. Pour la phase de grillage additionnelle, un appareil quel- conque d'agglomération ou de grillage peut être employé.
Le procédé décrit dans le présent mémoire fait l'objet de re- vendications spéciales dans une autre demande déposée ce jour.
REVENDICATIONS.
1/ Installation pour le grillage de matière contenant de'la pyrite, comprenant un appareil de grillage possédant une grille fixe ou mo- bile et des moyens pour insuffler, aspirer ou faire passer par un autre moyen des gaz contenant de l'oxygène tels que de l'air à travers une charge de la matière disposée sur la grille, caractérisée en ce qu'on dispose, en relation directe avec la grille du côté où les gaz d'échappement quit- tent la grille, une chambre de combustion pour brûler le soufre élémentai- re entraîné par les gaz qui se dégagent de la grille.