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La. présente invention concerne un procédé et un appareil pour le traitement des gaz contenant des particules solides en suspension, et notamment des gaz pollués par des poussières d'une dimension inférieure au micron.
Les gaz de carneau qui se forment au cours des opérations métallurgiques renferment souvent suffisamment de poussières pour provoquer une contamination très forte de l'air si on les laisse s'échapper dans l'atmosphère sans leur avoir fait subir un traitement préalable. Jusqu'à pré- sent, ce sont les équipements de séparation des poussières du type cyclone ou du type à cuve électrostatique de préci- pitation qui ont été considérés comme convenant le mieux au traitement des gaz pollués. Mais, dans certaines opéra- tions industrielles, comme par exemple l'oxydation des impu- retés des métaux fondus par insufflation de ces métaux par
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de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène, les fumées produites renferment des particules d'oxydes métalliques de très petites dimensions, à savoir inférieures au micron.
Ces particules sont tellement petites que les séparateurs cyclones de type connu sont incapables de les retirer des fumées, et que les appareils connus à cuve électrostatique de précipitation ne sont pas entièrement efficaces pour purifier ces fumées. En outre, dans des applications indus- trielles à grande échelle, le matériel du type à cuve élec- trostatique de précipitation est très onéreux.
L'un des principaux buts de la présente invention est donc de surmonter ces difficultés et de fournir, pour le traitement des gaz contenant en suspension des particules solides gênantes, un procédé et un appareil permettant de retirer les particules de toutes dimensions, avec un meil- leur rendement et à meilleur marché.
L'invention concerne également un procédé continu pour réduire les particules d'oxydes métalliques réductibles par le carbone qui se trouvent en suspension dans un gaz de carneau, et pour récupérer les métaux qui en résultent.
L'invention vise encore un procédé pour la sépara- tion par voie essentiellement chimique des particules soli- des finement divisées en suspension dans un gaz, ce procédé permettant d'utiliser ultérieurement le gaz ainsi nettoyé comme combustible gazeux.
Aux dessins annexés : la figure 1 représente un schéma simplifié d'écou- lement conforme au procédé perfectionné selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil de séparation des poussières mettant en appli- cation les principes de la présente invention; la figure 3 représente une variante de la figure 2.
Pour exposer le procédé et décrire l'appareil selon
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l'invention, on utilisera un gaz de carneau renfermant des particules d'oxyde de fer d'une taille inférieure au micron et se trouvant dans ce gaz en suspension ou à l'état dis- persé.
Si l'on se reporte aux dessins, on voit que le procédé selon l'invention comporte, entre autres opérations, le passage du gaz de carneau pollué par l'oxyde de fer à travers une colonne chauffée contenant des particules de coke. Les particules d'oxyde de fer entraînées par le coke sont réduites à l'état de fer dans une partie de la colonne, et le gaz de carneau est débarrassé des solides en suspen- sion au cours de son passage dans l'ensemble de la colonne.
Bien que le mécanisme de la réaction qui a lieu dans la @ colonne ne soit pas parfaitement connu, on pense que cette @ réaction comprend la combinaison d'une réduction chimique et d'une adsorption. En même temps que le gaz de carneau pénètre dans la colonne de coke, on peut introduire de la vapeur et/ou de l'oxygène en quantité suffisantes pour com- mander la température-de réaction à l'intérieur de la partie de la colonne qui agit comme réducteur. Il est évident tou- tefois que l'on peut faire appel à d'autres modes de chauf- fage et de commande de la température dans la mise en appli- cation de l'invention.
Le mélange gazeux, ainsi obtenu peut, selon la composition du gaz de carneau et des gaz que l'on y ajoute, posséder un pouvoir calorifique comparable à celui du gaz à l'eau, et il est pratiquement exempt de particules solides. Les caractéristiques physiques du fer obtenu par réduction peuvent être réglées en faisant varier le rapport vapeur/oxygène des gaz introduits dans la colonne de coke; une valeur élevée de ce rapport permet de récupérer le fer métallique à l'état solide plutôt qu'à l'état liquide.
Sur la figure 1 les références 1, 2,3 désignent respectivement l'arrivée de vapeur, l'arrivée d'oxygène et/ou d'air et du gaz de carneau renfermant des .particules d'oxyde -
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à réduire ; la référence 4 désigne l'appareil où. s'effectue la réduction des oxydes métalliques; les références 5 et 6 désignent respectivement la sortie du mé-cal obtenu par réduc- tion des oxydes et la sortie du gaz combustible nettoyé.
Sur les figures 2 et 3 un. appareil 10 pour la séparation des poussières et la production de combustible conformément à la présente invention, comporte une colonne, ou cuve verticale 12. en acier munie d'un revêtement en matière réfractaireou chemise isolante 14 ainsi que d'une ou plusieurs goulottes 16 classiques de chargement placées à son sommet et servant à introduire un matériau carboné, comme par exemple du coke.
Afin, de dermettre l'obtention d'une réduction chimi- que efficace des particules fines d'oxyde en suspension, le coke utilisé doit être d'une dimension convenable, de pré- férence d'un diamètre compris entre 1,25 cm et 10 cm., la dimension des particules étant fonction du diamètre et de la hauteur de la colonne; les particules de coke de cette dimension constituent en outre un lit perméable aux gaz et qui peut s'écouler sous l'effet de la pesanteur au bas de la cuve 12 en étant traversé par un courant ascendant de gaz de carneau.
Conformément à la pratique reconnue du passage d'un gaz à travers une colonne chargée, les particules de coke doivent avoir une taille qui laisse dans la colonne un espa- ce libre allant de 35 à 65 %
Le gaz de carneau poussiéreux que l'on désire trai- ter est introduit dans la zone réductrice 18 du séparateur
10 par un conduit d'admission 2u et passe par une ouverture appropriée étanche aux gaz, si niée au voisinage de l'extré- mité inférieure de la paroi de la cuve 12 et du revêtement 14. Le gaz traverse le lit de coke 22 et monte au sommet de la colonne, d'où il s'échappe par un tuyau 24 d'évacua,-
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tion sous l'action d'un aspirateur 26.
Dans la mise en application du procédé selon l'in- vention, on peut introduire de la vapeur et de l'air ou de . l'air enrichi en oxygène dans la zone réductrice 18 du lit de coke afin de les faire réagir avec les particules de coke. La vapeur et l'air peuvent pénétrer dans la zone 18 par une ouverture d'admission séparée (non représentée) où ils peuvent être mélangés au gaz de carneau à traiter et introduits par le conduit 20. Le mélange combustible résul- tant possède un pouvoir calorifique élevé, et dans son mouvement ascendant à travers le lit de coke il donne un gaz combustible pratiquement exempt de particules solides en suspension.
Les caractéristiques physiques du fer produit dans la zone réductrice 18 sont réglées par la température de la dite zone. Ainsi, pour récupérer le fer à l'état solide, on peut faire passer dans le lit de coke un courant de vapeur possédant une vitesse suffisante pour entretenir dans ce lit une température permettant de réduire les oxydes métalliques indésirables, mais qui soit cependant notable- ment inférieure à la gamme de températures de fusion du fer à haute teneur en carbone. On peut récupérer le fer à l'état liquide en diminuant le 'rapport vapeur/gaz de carneau à l'entrée du lit de coke, afin d'obtenir dans la zone de réac- tion des températures notablement supérieures à celles de la fusion du fer à haute teneur en carbone.
La figure 2 représente un appareil convenant à la séparation des poussières d'oxyde de fer du gaz de carneau et qui réduit les particules d'oxyde de fer finement divisées ainsi obtenues tout en maintenant des températures inférieu- res à la température de fusion du fer de ces particules.
Sous 1'extrémité inférieure de la colonne 12 est placée un bac 50 muni d'une admission 32 d'eau de refroidis- sement et d'un trop-plein 34 et qui constitue un joint
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draulique 36 pour la colonne. Ce joint hydraulique refroi- dit les produits déversés par la colonne, qui consistent en' particules de coke à l'état de cendres et en fer à l'état métallique, et, par des moyens connus, il les rejette par dessus le trop-plein 34 Ensuite, les cendres et le fer peuvent être séparés par application de procédés de sépara- tion physiques connus, à supposer que l'on cherche à récu- pérer le fer.
Dans la variante représentée sur la figure 3, l'ex- trémité inférieure de la colonne 12 se termine par une paroi 38 revêtue d'un produit réfractaire qui reçoit les produits fondus déversés par la colonne. En ménageant des trous de coulée 40 42 à différentes hauteurs dans la paroi de la cuve 12 et au voisinage de la paroi inférieure 38, le fer fondu, les scories et les cendres peuvent être respectivement retirées de l'appareil séparateur, soit de 'façon périodique, soit de façon continue. Un tel agencement présente l'avan- tage de permettre l'emploi d'un coke de basse qualité dans la colonne ; enoutre,- le métal obtenu par réduction peut être recueilli à l'état liquide.
L'exemple suivant fera comprendre quels résultats avantageux peuvent être obtenus grâce au procédé selon l'in- vention. On insuffle dans une coulée de 45 kgs de fonte bru- te de l'oxygène pur, en vue de la fabrication, d'acier. L'o- pération donne naissance à des fumées épaisses de couleur brun-roux caractéristiques, qui consistent principalement en particules d'oxyde de fer d'une taille inférieure au micron.
On fait passer cette fumée dans un four tubulaire en graphite de 1,80 m de long sur 7,5 cm de diamètre, rempli de particules de coke d'une taille uniforme de 2,5 cm. On entretient une température réductrice d'environ 1000 0 dans la colonne (ou tube) de réaction rempli de coke. On ne cons- tate alors la présence d'aucune particule solide dans les
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gaz de sortie si on les soumet à l'analyse des produits solides par une méthode connue.
La présente invention fournit un procédé et un appareil pour le nettoyage des gaz chargés,de poussières et contenant des particules d'oxydes métalliques réductibles par le carbone, comprenant des particules d'une taille infé- rieure au micron, gaz dans lesquels les particules en sus- pension sont réduites par voie chimique et séparées du gaz en faisant passer ce dernier dans une colonne remplie de particules d'un produit carboné.
Il est évident que, bien que la description de l'invention porte sur la séparation des particules d'oxyde de fer d'un gaz de carneau, d'autres métaux importants, tels que le manganèse, sont simultanément récupérés.
Il va de soi que la présente invention a été décri- te ci-dessus à titre explicatif et nullement limitatif et qu'on pourra y apporter toutes modifications de détail sans sortir de son cadre ; en particulier, l'invention s'applique aussi aux domaines connexes dans lesquels on a affaire à d'autres particules d'oxyae réductibles par le carbone, en particulier à desparticules ayant une dimension inférieure au micron. En outre, on peut réaliser les températures de réduction par d'autres procédés que la combustion directe du coke, par exemple par chauffage électrique ou au gaz.