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PROCEDE ET INSTALLATION POUR REACTIONS ENTRE FINES POUSSIERES ET GAZ, PARTICULIEREMENT EN VUE DU GRILLAGE DE MINERAIS FINS SULFUREUX. Lettre rectificative jointe pour valoir comme de droit à la date du 8.6.1954
Remplacer le chiffre de désignation 8 par 20 aux.cinq endroits suivants :
Il s'agit du chiffre de désignation d'une tuyère.
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Il y a lieu également à la page 5 lignes 29 et 30, de supprimer "de la tuyère 8" et remplacer par :"de la conduite 8 et de la tuyère 20".
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Il est connu, pour effectuer les différentes réactions entre les gaz et des poussières à frain fin, qui se trouvent à l'état de fine division, en particulier pour le grillage de minerais sulfureux tel que la blende, d'utiliser le procédé à grillage de poussière. Pour cela la blen- de à grain fin est éventuellement encore une fois broyée pour obtenir une plus grande division et mieux satisfaire,aux conditions de réaction et in- sufflée dans les fours de grillage de poussière comme dans le procédé de chauffage au charbon pulvérisé.
La suspension de blende en frain fin brûle dans l'air comme une flamme de charbon pulvérulant et le sulfure de zinc est grillé. Suivant un autre procédé connu,la blende à griller est grillée dans un four, dans lequel est insufflé un courant d'air ascendant vertical, la blende descend alors en sens inverse du courant d'air ce qui facilite le grillage, Dans ce procédé les agrégats doivent avoir une forte granulométrie de manière à assurer un temps d'arrêt et de grillage dans le four, suffisant pour la réaction. Outre les frais d'installation élevés, ces deux procédés pré- sentent l'inconvénient suivant : il faut beaucoup de temps pour le grillage, du fait de l'introduction lente des participants gazeux de la réaction et de la faible vitesse relative entre l'air et les particules arrivant au grillage.
Du fait de la faible concentration des matières solides l'indice de transmission de chaleur est relativement faible. C'est pourquoi le procé- dé est lent également et il nécessite des agrégats relativement gros pour augmenter le temps d'arrêt dans le four de la matière grenue de réaction.
Ces inconvénients du procédé de grillage des poussières n'exis- tent pas dans le procédé connu à lit coulant utilisé en particulier, pour le grillage des pyrites, procédé que l'on peut appeler à couches tourbillonnates. En ce cas, la matière grenue repose sur une grille au travers de laquelle l'air est insufflé par en-dessous. De ce fait, la matière réagissante, par exemple la pyrite est mise en tourbillon de façon intensive et elle est léchée continuellement par l'air. En raison du fort courant d' air qui trouble continuellement la couche limite se formant sur les particules de matière solide, le produit de la réaction, le S02, est enlevé continuellement du lit, de la zone de réaction. La grande concentration en matière solide de la suspension pyrite/air fait que l'indice de transmission de chaleur augmente de façon sensible.
Dans ces conditions, l'allure de la réaction est extraordinairement accélérée.
Le lit du four de grillage à couche tourbillonnante est, dans ce procédé rempli de matière déjà presque complètement grillée par exemple de résidu de grillage de pyrite avec une teneur en soufre d'environ 1% S.
Pour entretenir l'opération de combustion, on amène continuellement dans le lit qui tourbillonne constamment de la pyrite brute en quantité relativement faible par rapport au fond de résidu de grillage du four et qui suffit à entretenir la combustion. La pyrite introduite dans le lit est immédiatement répartie largement dans celui-ci du fait de son fort tourbillonnement. Du fait de la bonne aptitude à la transmission de chaleur de la suspension tourbillonnante dans le lit, la réaction de grillage s'effectue im- médiatement avec une rapidité analogue à celle d'une explosion. La quantité traitée très faible par rapport aux produits dans le four peut même, dans le cas d'un mauvais grillage, ne pas influencer sensiblement la teneur totale en soufre du lit de sorte que l'on obtient un grillage absolument stable et uniforme.
L'utilisation de ce mode de travail supérieur au procédé de grillage des poussières suppose cependant dans la matière de réaction des grains qui, pour une vitesse donnée de l'air et une densité déterminée, ne doivent pas dépasser sensiblement une certaine grosseur. Sinon la réaction ne s'effectuerait pas dans un lit tourbillonnnant car celui-ci ne se formerait pas. Avec une grosseur de grain réduite la résistance à 1' air des particules augmente fortement d'après la loi de Stokes.
L'existence d'un lit tourbillonnant à partir d'une suspension de matière solide dans un courant de gaz, qui est caractérisée par la formation d'une couche limite entre la suspension, qui se trouve fortement en mouvement analogue à un li-
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quide qui bout, et la zone gazeuse se trouvant au-dessus n'est possible que lorsque le diamètre de la majeure partie des éléments solides de la suspension n'est pas trop faible car les particules en suspension seraient entraînées avec le courant de gaz. Suivant la composition des poussières, la partie restant dans le lit est plus ou moins grande. Si les poussières surtout ne contiennent pas de gros éléments, la formation d'un lit tourbil- lonnant n'est pas possible. Ceci est, par exemple, le cas la plupart du temps, avec de la pyrite ou de la blende de flottation.
Conformément à l'invention, il est possible de réaliser le pro- cédé de transformation de matières même à grain fin avec des gaz, par exem- ple le traitement de minerais sulfureux à grains fin obtenus par flottation, par exemple de la blende et des pyrites de flottation ainsi que de fines poussières, telles que la poussière de cyclones, des hauts fourneaux, de filtres électriques etc.. dans des conditions de réaction particulièrement favorables sans qu'il soit nécessaire d'avoir une grille pour porter le lit, car il n'y a pas de lit.
Le temps de séjour de la matière dans le four est sensiblement augmenté par reflux de la matière grillée et utilisation de champ d'écoule- ment tourbillonnant approprié. Par suite, le temps de réaction et donc, le rendement du four sont sensiblement augmentés. Comme une certaine quantité de la matière à traiter circule dans le four, et comme un fond de produit de grillage se maintient dans le four, en se déplaçant en circuit, le mode de travail du four est stabilisé. En même temps, le degré de grillage est sensiblement amélioré grâce au ralentissement du courant de matière solide ascendant vertical, dans le champ d'écoulement. Des fluctuations du degré de grillage sont compensées. Le reflux de la matière provoque en outre, un effet de refroidissement, quand même il serait faible. De ce fait, la ca- pacité du four est augmentée.
Du fait de l'augmentation de la concentra- tion en matière solide de la suspension, la transmission de chaleur est améliorée. Du fait de l'augmentation de la vitesse relative entre la matière solide et l'air, l'entraînement du produit de la réaction (SO2) est obtenu par la destruction des couches limites entourant les particules solides.
Pour obtenir ces résultats, le temps de séjour de la matière dans le four est augmenté du fait que sa coupe longitudinale a une forme particulière et en outre, qu'à l'intérieur du four se trouvent un ou plu- sieurs dispositifs qui donnent au gaz, par exemple à l'air, soufflé, un' fort mouvement tourbillonnant autour de l'axe de symétrie verticale du four.
De ce fait, circule continuellement dans le four une réserve fortement gril- lée. On n'introduit qu'une quantité correspondant sensiblement à la capa- cité de grillage supplémentaire. Des modifications dans les conditions de grillage se trouvent ainsi compensées. La réserve sert comme soupape de sécurité pour stabiliser la matière grillée. La transmission de cha- leur est sensiblement améliorée par augmentation de la concentration en matière solide par rapport au procédé de grillage de poussière.
Dans ce procédé, le tourbillon de gaz présente un axe de rota- tion vertical. Le gaz mis en tourbillonnement balaie les particules solides avec une grande vitesse,il détruit les couches limites et il assure l'éva- cuation continue du produit gazeux du grillage (SOZ), car, outre le fort mouvement produit déjà dans le gaz par le tourbillonnement, les forces cen- trifuges s'exerçant sur les particules donnent à celles-ci une impulsion perpendiculaire à l'axe de rotation du tourbillon. En outre, les parti- cules de matière solide sont soumises à l'action de l'accélération de Co- riolis.
Le tourbillon peut être produit à l'intérieur du four, par exem- ple à l'aide d'une ou de plusieurs tuyères qui mettent fortement en rotation les courants d'air autour de l'axe du four. Du fait de ce tourbillonnement horizontal, la matière à grain fin est soumise à l'action de fortes forces centrifuges qui appliquent sur les grains de matière une composante de vites- se horizontale dirigée vers la paroi du four. Le grain de matière se déplace
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en même temps sous l'action de la poussée vers le haut verticalement dans le four et sous l'action des forces centrifuges en direction horizontale vers les parois du four et par conséquente il se déplace obliquement vers le haut en direction de la résultante.
De ce fait, le temps de séjour des particules de matière dans le four est, en moyenne, sensiblement augmenté.
On peut obtenir une autre augmentation du temps de séjour du fait de la forme particulière de l'élargissement de la section du four avec rétrécissement y faisant suite, dans lequel le courant chargé de matière à grain fin revient au voisinage du noyau du tourbillon. Du fait du remous du tourbillon, une partie de la matière solide est de nouveau aspirée et ramenée dans la zone inférieure du four. Sous l'action des forces cen- trifuges élevées, une partie de la matière revient avec accélération vers les parois et elle y perd son impulsion de déplacement. Gomme il s'agit en ce cas, de très grandes quantités agglomérées, les quantités de matière compacte, déposées sur les parois descendent le long de celles-ci sous l'action de la pesanteur, jusqu'à ce qu'elles soient reprises par le courant et remises en tourbillonnement.
Egalement en ce cas, il se produit un reflux constant de la matière sous l'action de la force centrifuge, en antagonisme au courant de gaz qui monte. Il se produit donc deux déplacements dirigés vers le bas coopérant avec le mouvement d'avance en spirale des particules dans le champ d'écoulement, qui favorise en outre le degré de grillage.
On peut également retirer continuellement du four de la matière préalablement grillée et la ramener dans la chambre inférieure du four.
Ceci est possible de façon simple en ménageant dans l'enveloppe du four une ou plusieurs ouvertures en des points appropriés. Sous l'action des forces centrifuges et de la pression qui règne dans le four, dans la partie supérieure de celui-ci, une partie de la matière préalablement grillée est projetée hors du four. La matière revient par des conduites et est réintroduite avec l'air dans la partie inférieure du four. Du fait de l'effet d'injection du jet d'air, il se produit dans le tuyau une dépression de sorte qu'une partie du fond de matière est continuellement recyclée dans le four. Le reflux en circulation de la matière sortant du cyclone améliore également le degré de grillage par augmentation de la réserve du four, en particulier également du fait de la meilleure transmission de chaleur ainsi obtenue.
On peut obtenir le même effet d'une façon meilleure au point de vue de la technique de la chaleur mais plus compliquée lorsque l'on donne à la partie supérieure du four la forme d'un cyclone. La sortie du cyclone va jusqu'à la tuyère qui produit le tourbillonnement du gaz. Son remous est utilisé en même temps pour aspirer la matière hors du cyclone. Egalement en ce cas, une partie du produit partiellement grillée est recyclée dans le four. La quantité tournant continuellement dans le four est réglable par rapport au débit total du four.
On peut encore améliorer sensiblement l'effet en produisant une dissymétrie permanente dans le champ d'écoulement. Le champ d'écoulement contient alors des parties alternées qui sont plus ou moins alimentées en air; la matière se déplace dans les zones plus faiblement alimentées en air avec un mouvement ascendant ralenti en conséquence dû à l'action de la pesanteur qui la fait redescendre. Ce champ d'écoulement irrégulier- peut être produit par exemple par une tuyère tournante qui, par exemple, par effet de réaction est mise en rotation rapide dont la fréquence est réglable.
Cette tuyère peut être constituée par un nombre quelconque de canaux d'air tournant, par exemple 4, 6 ou 8, qui produisent dans le four, un tourbillon comportant des espaces dans lesquels le courant d'air montant est relativement faible de sorte que les particules solides redescendent sous l'action de la pesanteur.
On obtient le même effet donnant une dissymétrie au système d' écoulement avec une tuyère fixe comportant un nombre quelconque de canaux à
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air, par exemple 4, 6 ou 8 dont un, deux ou plusieurs sont débranchés con- stamment. De ce fait, la sortie d'air des différentes tuyères est interrompue suivant un rythme déterminé de sorte que dans le tourbillon tournant il se forme des espaces qui se trouvent dans une sorte d'ombre d'écoulement.
On produit ici un champ d'écoulement dans lequel à nouveau, sousl'action de la pesanteur, les particules fines montantes descendent par moment.
Cet effet peut encore être augmenté par superposition d'une oscillation longitudinale de l'air qui est obtenue au moyen d'air plus ou moins comprimé avec une fréquence différente. Du fait des ondes de pression qui se forment dans le four et quï en même temps se réfléchissent sur les parois, on obtient également dans certaines parties de l'espace, une plus faible montée et par création de zones de pression et de dépression, la réaction est favorisée.
Une grande partie de l'air portant la matière à griller et nécessaire pour la réaction peut être amenée de cette façon. En ne faisant arriver l'air que de cette façon, on doit alors renoncer à la mise en rotation de cet air.
En utilisant ces formes de réalisation du procédé, on obtient de bonnes conditions de réaction avec des suspensions de fines poussières de corps solides dans des gaz, qui ne sont pas sensiblement inférieures à celles du procédé à lit en mouvement.
On a représenté sur le dessin, à titre d'exemple la forme de réalisation d'un four de grillage ou de grillage de concrétion servant à la mise en oeuvre du procédé.
La figure 1 est une coupe schématique longitudinale du four;
La figure 2 est une coupe longitudinale partielle du four comportant un cyclone;
La figure 3 représente une tuyère avec dispositif de sortie.
Le four de grillage est par exemple en 2 parties à savoir : la chambre de grillage 1 et la chambre de concrétion 2 qui sont réunies l'une à l'autre par un tuyau 3. Si le four ne sert que pour le grillage la cham- bre de concrétion 2 sert pour un grillage supplémentaire. Sur la chambre cylindrique 4 du four de la chambre 1 se raccorde une partie rétrécie en forme d'entonnoir. Par le rétrécissement 6, le gaz passe de la chambre dans une chambre 7 allant en s'élargissant en forme d'entonnoir qui se rétrécit à nouveau vers le haut. Par l'ouverture 8 se trouvant dans le fond de la partie 5, de l'air est insufflé par la tuyère 8 dans la chambre 1 de premier grillage. Le four est fermé dans le bas par un sas de sortie 9 servant à évacuer la matière qui tombe.
Par le sas à gaz 10 se trouvant dans le bas de la zone 2 de concrétion on peut retirer du four la matière concrétionnée produite ou la matière grillée dans le cas d'un grillage final. Pour la concrétion, on envoie par les tuyères 19 de l'air ou du gaz de reflux pour empêcher que de la matière à grain fin sorte avec la matière concrétionnée. Au moyen d'une ou de plusieurs tuyères d'entrée 11 et 12, la matière réagissante, c'est-à-dire par exemple, la blende brute est introduite dans la chambre de grillage qui est alimentée en air. Les mêmes entrées Il et 12 peuvent également servir pour ramener dans le four les fines poussières séparées dans le cyclone.
Par le tuyau 13 on peut encore introduire de la blende brute dans le courant de gaz de la chambre de concrétion 2 pour produire la température de concrétion. Du gaz arrive au cyclone par le tuyau 14.
Dans les opérations fortement exothermiques, une partie de la chaleur de réaction doit être évacuée par refroidissement, de préférence au moyen d'eau. Dans le grillage de la blende, le refroidissement par 1' eau n'est pas absolument nécessaire. On peut, cependant en le réalisant obtenir un meilleur rendement du four. En général, il suffit de commander les conditions de température en introduisant en plus de l'air porteur de
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l'air froid ou de l'air chauffé à environ 1500 au moyen de tuyères 15 dis- posées latéralement dans le four.
Lors de la mise en marche, on envoie dans la tuyère 8 de l'air chauffé à 150 . Lorsque le four est bien chauffé, on peut,pour obtenir un meilleur rendement envoyer progressivement, de l'air froid, sans réduire sensiblement de ce fait, la vitesse d'allumage. De la partie cylindrique'4 du four sort une partie du produit grillé par une ou plusieurs ouvertures
16 du fait des forces centrifuges s'exerçant sur les particules de matière solide et de la dépression produite par l'introduction d'air en 18 et cette matière est réintroduite dans le four par une ouverture 17 au moyen de la tuyère 18.
La tuyère d'entrée d'air 8 par laquelle l'air arrive dans le four est faite de préférence en une matière fortement réfractaire et elle peut également être munie d'un refroidissement par eau. Par exemple, elle peut être faite à la façon de la roue à aube d'une turbine. Les aubes doivent avoir une assez forte inclinaison afin que dans le four de la ma- tière tombant de haut en bas puisse sortir par la tuyère. Dans le jet d' air montant en tournant dans le four arrive la matière de réaction finement pulvérisée et elle est mise immédiatement en tourbillonnement par ce jet d'air. La matière de réaction peut également être mêlée à l'air en formant une suspension et être introduite dans le four par la tuyère.
La tuyère 8 représentée sur la figure 3 peut être différente.
Le jet d'air tournant peut être divisé en deux, trois, quatre, six jets individuels ou davantage, qui sortent de la tuyère presque horizontalement faiblement inclinés vers le haut. Il faut faire attention à ce que entre les différentes aubes directrices il reste un espace libre suffisant pour ne pas offrir de résistance lors de chutes même aux plus gros blocs concré- tionnés. En ce cas, le nombre des jets d'air individuels pose une limite supérieure. Plus le four est grand et plus est grand le diamètre de la tuyère 8, plus on peut diviser le jet d'air insufflé en jets d'air indi- viduels. Si les jets d'air individuels montent avec une faible inclinaison parallèlement à la paroi en forme d'entonnoir de la chambre inférieure 5, l'air est maintenu continuellement en rotation dans le four.
De ce fait, il se forme un tourbillon à axe de rotation verticale dans lequel tourne également la matière réagissante constituée par une poussière fine, par exemple de la blende de flottation. Ce tourbillonnement assure les meilleures conditions de réaction. Plus le tourbillonnement est intense, plus est favorisée la vitesse de réaction.
Entre un four de grillage à couche tourbillonnante avec grille et le four selon l'invention, on a la différence que le four de grillage à couche tourbillonnante comporte un tourbillon à axe de rotation horizontale.
La tuyère 8 représentée sur la figure 3 tourne autour de son axe sous une influence réactive avec une fréquence imposée par le système.
Par freinage, on peut obtenir la vitesse de rotation la plus favorable.
La vitesse de rotation de la tuyère mise également en rotation par comman- de électrique peut encore être constamment modifiée. De ce fait, on obtient dans le four un champ d'écoulement irrégulier. La possibilité de l'évacuation des particules concrétionnées tombantes peut encore être obtenue d'une autre façon par exemple en augmentant le nombre des sorties des tuyères.
On doit cependant, maintenir alors autour de la tuyère un bord libre de façon que la matière pouvant éventuellement se concrétionner dans la chambre 1 puisse sortir car autrement cela nuirait à l'allure de l'écoulement.
On peut obtenir une suppression périodique de la sortie de 1' air par les différents canaux en fermant momentanément ces canaux ce qui se fait avantageusement de l'extérieur du four eu égard aux températures élevées. L'écoulement longitudinal de l'air s'obtient par exemple avec une soupape mise en vibration qui fait arriver l'air dans le four par intervalle. L'introduction de l'air porteur peut également se faire de cette
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façon ou bien les impulsions de pression peuvent être obtenues en supplément par une conduite spéciale de La tuyère.
Si le four doit être utilisé, uniquement pour le grillage intégral ou pour le grillage, préliminaire de blende il suffit de faire sortir la matière grillée par le sas de sortie 10 et par le cyclone. Si, en même -temps on fait une concrétion dans la chambre 2, la matière concrétionnée est reçue dans le sas de sortie 10 et la poussière fine dans le cyclone.
En renvoyant continuellement cette poussière dans le four et en passant fréquemment dans la zone de concrétion, les particules s'agglomèrent du fait de la concrétion et ces augmentations de grosseur entretiennent la concrétion. La partie prise dans le cyclone est continuellement renvoyée jusqu'à ce que finalement il se produise un état stationnaire.
Du fait de l'érosion produite par le courant de gaz chargé de matière grillée contenant beaucoup de poussière et passant avec une vitesse sensible sur la paroi du four, cette paroi est toujours maintenue propre et on évite les dépots.
L'effet envisagé ne s'obtient que dans un four de grillage à grand diamètre comme cela est le cas pour la chambre 4 servant pour le grillage préliminaire.
Au lieu d'un four en deux parties, on peut utiliser également un four ne comportant qu'une chambre, la chambre de grillage préliminaire 1 et la chambre 2 de grillage secondaire ou de compression étant disposées l'une au-dessus de l'autre.
REVENDICATIONS.
1 - Procédé servant à effectuer des réactions entre des poussières à grain fin et des gaz en particulier pour le grillage de minerais sulfureux à grain fin, par exemple de la blende, caractérisé par les points suivants pris isolément ou en combinaison :
1 ) L'argentite, la blende, la pyrite ou des poussières industrielles en particulier de la blende des Indes sont mises en mouvement dans un four de réaction sans grille au moyen d'un courant d'air insufflé de telle sorte qu'il se forme dans le four une réserve qui reste continuellement dans ce four.
2 ) Les minerais sont traités dans un four de réaction présen- tant un élargissement à section transversale puis un rétrécissement de sa chambre de grillage préliminaire.
3 ) A l'aide d'une ou de plusieurs tuyères on produit à l'intérieur du four un tourbillon à sens de rotation à droite ou à gauche et le jet d'air montant dans le four est divisé en deux, trois, courants individuels ou plus, et la matière concrétionnée à gros grain tombant dans le four peut sortir par les tuyères produisant le tourbillon horizontal tandis que la matière entrante se déplace horizontalement dans le courant de gaz, tout en se déplaçant verticalement par rapport au four.
4 ) Le retour de la matière pulvérulente de la partie supérieure de la chambre de grillage du four dans la partie inférieure du four se fait à l'aide d'un cyclone disposé dans la chambre supérieure de grillage ultérieur.
5 ) Le retour de la matière pulvérulente de la partie supérieure à la partie inférieure du four se fait par des tuyères et des tuyaux disposés à l'extérieur du four.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.