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La présente invention est relative à un procédé et à un appareil améliorés pour rendre sphéroïdales des particules solides de formes irrégulières.
Un but de l'invention est de prévoir un procédé amé- lioré pour la conversion de particules solides de forme irrégu- lière en particules sphériques ou sphéroldales ou en particules ayant des bords àrrondis et des coins arrondis; c'est dans ce sens que l'expression "rendre sphéroldale" ou d'autres expres- sions analogues sont utilisées dans la présente description.
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, un autre but de 1''Invention est de prévoir un procédé améliore pour .rendre sphéroldales des particules de forme irré- gulière de métaux ou alliages de métaux et, en particulier, des particules de ferro-silicium.
Un autre but de l'invention est de prévoir un procédé de préparation;de particules lisses rendues sphéroïdales de fer- ro-silicium ou autre matière pouvant être rendue sphéroïdale. telles qu'elles conviennent spécialement pour être mises en sus- pension dans de l'eau ou autre milieu liquide pour la préparation de milieux dits lourds de poids spécifique spécialement élevé et de viscosité relativement basse pour la séparation de miné- raux de leur gangue ou pour la subdivision de minéraux en frac- tions de poids spécifique différent par un procédé de séparation à milieu lourd.
Un autre but encore de l'invention est de prévoir un appareil pour la mise en oeuvre d'un tel procédé.
D'autres buts de l'invention apparaîtront de la des- cription suivante.
Suivant un aspect de l'invention, un procédé pour la conversiln de particules solides de forme irrégulière en particu- les solides rendues sphéroldales lisses comprend les phases de passage des particules à travers une flamme à température éle- vée dans laquelle elles sont fondues au moins à leur surface, et de refroidissement ensuite des particules ainsi traitées.
.L'agglomération des particules et la formation de gâteaux de ces particules sur les parois du récipient de traitement, pour autant qu'un tel récipient soit utilisé, devraient être évi- tées autant que possible durant tout le procédé.
Suivant une forme de réalisation préférée de l'inven- tion, les particules à rendre sphérdales sont soufflées dans une flamme appropriée pour établir les conditions précitées, par introduction de ces particules dans un ajutage utilisé pour la' production de cette flamme:
Par exemple, les particules à
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rendre sphéroïdales peuvent être injectées ou aspirées dans un passage central d'un ajutage produisant une flamme, travers lequel on insuffle, par exemple de l'air ou de l'air enrichi en oxygène ou un mélange de ces gaz avec une relativement petite proportion de gaz combustible pour améliorer les caractéristiques de la flamme, tandis qu'un gaz combustible, par exemple du gaz de four à coke, du gaz pauvre, au gaz naturel ou autre gaz com- bustible convenable, est introduit à travers un passage annulai- . re concentrique. Cette méthode d'opération empêche toute oxyda- tion exagérée de la matière subissant le traitement la rendant sphéroïdale '. Si on le désire, l'extrémité de l'ajutage peut être refroidie à l'eau.
Il est avantageux de diriger la flamme verticalement de haut en bas. Elle devrait, de préférence, être bien définie et est avantageusement en forme de faisceau.
Lorsque c'est nécessaire ou desirable. la matière sub- divisée à rendre spéroïdale et/ou les gaz à employer pour le procédé peuvent être préchauffés.
Suivant un autre aspect de l'invention, on prévoit un appareil pour la mise en oeuvre du procédé ci-avant, compre- nant un four à cuve comportant un agencement d'ajutage tel que défini ci-avant et à travers lequel les particules pénétrent dans le four. La section transversale du four devrait être telle qu'elle permette le refroidissement d'au moins les sur- faces des particules jusqu'à un degré tel qu'elles n'adhèrent pratiquement pas aux parois de le cuve lorsqu'elles arrivent en contact avec ces parois.
Dans une forme (le réalisation pré- férée, les parois du four sont ae plus construites en ou revê- tues ou gainées d'une matière qui empêchera totalement ou de façon importante le collage des particules aux parois, telle que, par exemple, de l'acier inoxydable poli ou de l'acier avec émail vitrifié. Les parois peuvent, cependant, être également
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revêtues de matières réfractaires lorsqu'on prend des précautions. pour empêcher autant que possible les particules d'arriver en contact avec les surfaces des parois.
D'autres moyens sont, de préférence, prévus dens la cuve pour établir des conditions convenables. C'est ainsi, par exemple, qu'une fente annulaire peut être prévue dans le couver- cle du four-, près de sa périphérie, en vue de l'admission d'un courant descendant de gaz inerte ou autre gaz convena ble, des- tiné à former un rideau de gaz froid séparant la zone chaude centrale interne de la cuve, des parois de celle-ci.
On peut prévoir des moyens à divers niveaux dans cette cuve pour l'introduction de gaz additionnels de chauffage, de refroidissement ou pour autre conditionnement, et ce par des moyens prévus à la périphérie de la cuve, par exemple par des fentes, ajutages, etc. Les particules rendues sphéroïdales peuvent, si on le désire, être finalement déchargées dans de l'eau et/ou un autre liquide réfigérant. Afin de récupérer les très fines particules de poussières restant en suspension dans l'effluent. des moyens et dispositifs de séparation convoies dévraient être inclus dans le système. Par exemple, l'expace com- pris enfila surface de l'eau ou autre liquide et la cuve peut être pourvu d'un rideau formé d'une pulvérisation annulaire d'eau ou autre liquide convenable, ou bien on peut pré voir une zone de lavage.
On peut ajouter un agent mouillant convenable à la pul- vérisation ou au liquide séparant la poussière ,lorsqu'on le désire ou lorsque c'est nécessaire .Comme variante, on peut en- visager un refroidissement et une séparation ou récolte du pro- duit à sec. Ce procédé est spécialement avantageux dans des cas ou la matière rendue sphéroïdale est demandée à l'état sec, car le procédé humide ci-avant exigerait alors des frais considéra- bles de séchage. Le procélé humide est également moins avanta- geux que le procédé à sec du point de vue de l'économie de che- leur. durant la production du produit sphéroïdal. L'air utilisé
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pour le refroidissement à sec peut être employé avantageu- sement comme air préchauffé pour la production de la flamme.
Le ferro-silicium convient spécialement comme matière susceptible d'être traitée. Parmi d'autres matières, des ferro- silicium contenant environ 10 à 25%, de préférence 12 à 17%, de silicium conviennent très bien. De petites quantités d'autres constituants d'alliages, tels que, par exemple, du cuivre ou' de l'aluminium, qui peuvent avoir-un effet bénéfique sur la forme sphéroidale ou d'autres qualités du produit, par exemple sa ré- sistance à la corrosion, peuvent être présentes ou incoporées, La matière initiale peut, par exemple, être broyée mécaniquement et ensuite.soumise au traitement la rendant sphéroidale.
On peut traiter des particules ayant une répartition' de dimensions allant jusqu'à 200 mailles, et des particules de dimensions plus grandes, de préférence des matières contenant à la fois des particules d'une dimension inférieure et d'une di- mension supérieure à 200 mailles. On a observé que les plus pe- tites particules sont évidemment souvent fondues entièrement, tandis que les plus grandes particules ne sont souvent fondues qu'en surface.
On a trouvé que les particules de ferro-silicium ou matière similaire rendue sphéroldale suivant l'invention donnent des résultats spécialement avantageux lorsqu'on en prépare des suspensions dans des liquides, en particulier dans de l'eau ou autres milieux aqueux, plus spécialement pour l'utilisation com- me milieux lourds pour des procédés de séparation à milieu lourd, tels qu'appliqués, par exemple, à la séparation de minéraux.
Il est important que des milieux lourds efficaces ayant des poids spécifiques très élevés, puissent être préparés sui- vant la présente invention,par exemple jusqu'à 4, avec du ferro silicium rendu sphéroidal par l'invention.
On a, de plus, observé que des suspensions préparées suivant la présente invention ont souvent des propriétés physi-
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ques les rendent supérieures, en ce qui concerne leur utilisation comme milieux de séparation, aux meilleurs produits obtenus par pulvérisation, disponibles dans le commerce jusqu'à présent.
C'est ainsi que si ces produits sont comparés, on trou ve que lorsque des suspensions ayant les mêmes poids spécifiques sont prépares avec les produits à comparer, les suspensions sui- vant la présente invention ont souvent une viscosité plus basse queues suspensions de poids spécifiques correspondant, prérarese en partant des meilleures matières produites par pulvérisation disponibles dans le commerce actuellement.
Ceci est montré par les expériences suivantes dans lesquelles un ferro-silicium pulvérisé du commerce, ayant la ré- partition de dimensions de particules suivante, constatée par l'analyse au tamis humide, (ouvertures de tamis Tyler standard)
EMI6.1
<tb> + <SEP> 65 <SEP> mailles <SEP> 0 <SEP> il, <SEP>
<tb>
<tb> + <SEP> 100 <SEP> " <SEP> 5,8%
<tb>
<tb> + <SEP> 150 <SEP> " <SEP> 8,6%
<tb>
<tb> + <SEP> 200 <SEP> " <SEP> 16%
<tb>
<tb> + <SEP> 325 <SEP> " <SEP> 24 <SEP> %
<tb>
<tb> -325 <SEP> " <SEP> 44,7%
<tb>
<tb>
<tb> Total <SEP> 100 <SEP> '
<tb>
était comparé.avec un ferro-silicium rendu sphéroïdal suivant la 'présente intention et réglé à la même répartition de dimensions de particules dans le but de créer des conditions comparables.
Des suspensions des deux types de ferro-silicium à comparer, qui sont identifiées par les nombres suivants, étaient préparées en divers poids spécifiques comparables, comme suit :
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EMI7.1
<tb> Poids <SEP> Parties <SEP> en <SEP> poids <SEP> Ferro-silicium <SEP> Ferro-silicium
<tb> spécifique <SEP> Ferro- <SEP> Eau <SEP> pulvérisé <SEP> du <SEP> rendu <SEP> sphéroïdal
<tb> silicium <SEP> commerce <SEP> suivant <SEP> l'inven-
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> tion
<tb>
<tb> 3,4 <SEP> 82,63 <SEP> 17,37 <SEP> N <SEP> 1 <SEP> N <SEP> 2
<tb>
<tb> 3,8 <SEP> 86,26 <SEP> 13,74 <SEP> N <SEP> 3 <SEP> N <SEP> 4
<tb>
<tb> 4 <SEP> 87,8 <SEP> 12,2 <SEP> N <SEP> 5 <SEP> N <SEP> 6
<tb>
On se réfère ci-après au graphique de la figure 1.
Les axes représentent des quantités scalaires, à sa- voir la force de cisaillement en grammes poids (ordonnée) et le 'taux de cisaillement en longueur unitaire par seconde (abscisse).
La longueur unitaire n'est pas spécifiée car c'est une constante qui dépend de l'appareil utilisé. Le graphique prévoyant la mise en corrélation de ces deux quantités est cependant une méthode bien connue d'obtention d'une mesure des propriétés viscosimétri- ques d'une suspension.
Les valeurs rapportées aux graphiques étaient obtenues si grâce à un viscomètre "Stormer" modifié et seront facilement in- terprétées par les spécialistes en ce domaine.
Les courbes pour chacune des suspensions dont il a été question ci-avant portent les mêmes nombres d'identification.
On notera que, dans tous les cas montrés aux graphiques le produit rendu sphéroïdal suivant la présente invention mon- tre des propriétés viscosimétriques meilleures que le produit disponible dans le commerce .
Le réglage des répartitions convenables de dimensions de particules est un facteur spécialement important dans la production de milieux lourds.
On a employé de façon spécialement avantageuse le pro- cédé de l'invention pour la bonification de minerais de fer d'hématite et autres minerais de fer oxydiques à des poids spé- cifiques du milieu de 3,6 ou plus. A une échelle opératoire, ...on a obtenu des résultats satisfaisants dans la mise' en oeuvre de séparations avec un milieu préparé suivant l'invention et
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ayant un poids spécifique de l'ordre de 4.
L'invention est également applicable avantageusement à d'autres besoins pour lesquels il faut employer des particules sphéroïdales, par exemple pour la production de particules de catalyseur sphéroidales qui doivent être employées à l'état flui- difié ou fluidifié coulant, par exemple des catalyseurs de fer à employer dans une réaction Fischer-Tropsch du type fluidifié ou fluidifié coulant.
Un appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention avec un refroidissement humide sera décrit ci-après, à titre purement exemplatif, avec référence à la figure 2 annexée qui est une coupe verticale à travers un tel appareil.
En se référant au dessin, la référence 1 désigne le conduit, central d'un ajutage à travers lequel est chassé de l'air enrichi en oxygène venant de la conduite 2. La référence 3 désigne une conduite pour l'introduction de ferro-silicium broyé. Cette conduite se décharge dans un venturi 4 qui aspire la matière dans le courant d'air enrichi en oxygène. Le mélange de ferro-silicium est d'air enrichi en oxygène passe à travers le conduit central 1 de l'ajutage. La référence 5 .désigne l'ex- trémité ou pointe de ce conduit central. La référence 6 désigne une conduite destinée à l'introduction d'un gaz combustible, par exeraple du gaz de four à coke, dans une chambre annulaire 7 en- tourant l'ajutage 1. Cette chambre annulaire peut être chemisée pour de l'eau de refroidissement.
L'ensemble d'ajutage est in- triduit centralement dans le chapeau de four 8 au sommet de la cuve 9, qui a un diamètre interne de 1 pied 9 pouces. Le couver- cle et les parois de la cuve sont revêtus de matière réi'rac- taire. Si on'le désire ou si c'est nécessaire, on peut introduire un courant d'air froid ou autre gaz réfrigérant et/ou gaz de chauffage, à travers une fente annulaire 10 prévue dans le cou- vercle près des parois de la cuve du four. Des gaz de chauf- fage et/ou refroidissement peuvent élément, si on le désire
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ou si c'est nécessaire, être introduits par des fentes ou aju- tages à partir de conduits annulaires 11 ou 12.
La cuve 9 est ouverte à sa base et repose sur un support 13 refroidi par eau, au-dessus d'un bain d'eau 14 pourvu d'un trop-plein 15, le ferro- silicium rendu sphéroïdalétant recueilli dans ce bain. Une pul- vérisation annulaire 16 est prévue pour éviter.ou réduire la nuisance due à la poussière et aider à la récolte de la matière en fine poussière.
Les températures suivantes des particules subissant le le traitement les rendant sphéroidales étaient observées avec un pyromètre optique, mais il doit être entendu que, du fait des limites de l'instrument, les températures indiquées ne sont pas nécessairement les températures réelles et sont vraisemblable- ment un peu basses:
EMI9.1
<tb> Dans <SEP> la <SEP> flamme, <SEP> au <SEP> sommet <SEP> 1300 <SEP> à <SEP> 1400 C
<tb>
<tb> Dans <SEP> la <SEP> flamme, <SEP> plus <SEP> bas <SEP> environ <SEP> 1200 C
<tb>
<tb>
<tb> Au <SEP> milieu <SEP> du <SEP> four <SEP> environ <SEP> 1050 <SEP> à <SEP> 1100 C
<tb>
Les températures de flammes sont considérablement plus élevées et on a trouva par calcul théorique qu'elles sont probablement de l'ordre de 2000 C.
Un appareil pour la mise en oeuvre du procédé à sec suivant la présente invention sera maintenant décrit à titre d'exemple, avec référence à la figure 3, qui. montre une vue en élévation schématique de l'appareil. L'invention n'est cependant pas limitée à l'exemple donné.
En se référant à cette fièvre 3. la référence dési- gne l'ensemble de brûleur, 2 est la conduite d'entrée d'air pré- chauffé vers le brûleur, 3 est la conduite d'entrée de gaz com- bustible primaire vers le brûleur, et 4 est la. conduite d'entrée d'enrichissement d'oxygène vers le brûleur. La référence 5 est la conduite d'entrée de gaz combustible secondaire vers le brû- leur, et les références 6 et 7 désignent des conduites d'entrée
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menant à des. fentes annulaires destinées à l'admission d'air ou autre gaz pour le réglage de l'atmosphère. La référence 8 désigne. le corps du four proprement dit comprenant deux cylindres en aci- er à double paroi, refridi par air.
Au cylindre inférieur est boulonnée une section conique 9 refroidie par eau, à double pa- roi, comportant une entrée d'eau 10 et une sortie d'eau 11. A la base de cette section conique, est fixé un échangeur de cha- leur 12. Le but de celui-ci est, d'abord, de refroidir les gaz du four circulant vers le bas et ainsi en même temps le produit ren du sphéroïdale contenu dans ces gaz, et, en second lieu, de pré- chauffer l'air utilisé pour la combustion et qui est soufflé à travers l'échageur de chaleur par un ventilateur 13. Les gaz refroidis et le produit rendu sphéroîdal passent alors dans un séparateur cyclonique 'de poussières 14, conçu, de manière à re- cueillir les plus petites particules du produit.
Le produit pro- venant du cyclone est recueilli dans un réservoir 15 d'où il est enlevé de temps en temps. Les gaz de combustion sortent du cyclone 14 et sont aspirés à travers le ventilateur d'extraction
16 d'où ils sont envoyés à l'atmosphère par la cheminée 17.
Une partie de l'air fourni par le ventilateur 13 est utilisée pour refroidir les cylindres supérieurs (qui pourraient être refroidis par eau, si on le désirait) par la conduite 18, et l'air chaud résultant est partiellement ou totalement-évacué à l'atmosphère par la vanne 20. L'air chaud restant est envoyé par la vanne 19 vers le brûleur d'alimentation 21 qui, à son tour, est utilisé pour préchauffer la matière - qui doit être rendue sphéroïdale - dans l'échangeur de chaleur 22, tandis que les gaz de combustion restants sont envoyés à l'atmosphère' par la cheminée 23.
La circulation d'air chaud vers le brûleur principal 1 est réglée par une vanne air-24. La matière à rendre sphé- roidale est alimentée au brûleur par des moyens convenables par
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la conduite 25. Dans ce cas, par exemple, on utilisait ..une vis d'Archimède entraînée par un moteur 26. Le couvercle de four 27 est refroidi par eau, de même également que l'ajutage de brû- leur 28.
REVENDICATIONS
1. Un procède pour trans former des particules solides de forme irrégulière en particules solides sphéroïdales lisses, qui comprend les phases de passage des particules à travers une flamme à température élevée dans laquelle ces particules sont fondues au moins à leur surface, et de refroidissement ensuite des particules ainsi traitées.