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Le traitement oxydant complémentaire de noirs de fumée, est connu depuis assez longtemps déjà. Ainsi par exemple, des noirs de fumée destinés à la fabrication de couleurs sont oxydés avec avan- tage à l'aide d'air chaud. Ce procédé a toutefois de grands incon- vénients d'ordre économique, étant donné que le rendement n'est que d'environ 50 %.;'/En plus de l'air, on peut aussi avoir recours à d'autres agents d'oxydation. On peut oxyder le noir de fumée à l'ai- de d'acide nitrique dilué par exemple.
Bien que ce procédé puisse être mis en pratique relativement facilement, et que le rendement en soit pratiquement de 100 %, il ne peut entrer.en ligne de compte pour le traitement complémentaire de noirs de fumée de grande va- leur destinés à l'industrie des vernis, étant donné que se forment
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par suite du traitement humide de petits morceaux durs de noir de fumée qui ne peuvent plus être complètement désagrégés lors de la mouture. On obtient par conséquent un noir de fumée avec un grain très dur, qui est très difficile à travailler.
On a déjà procédé également à des essais, au cours desquels le noir de fumée est traité à basses températures avec des agents oxydants gazeux, par exemple avec de l'ozone ou du peroxyde d'azote (N02). Ces procédés n'ont cependant pu jusqu'à présent s'imposer dans la pratique. L'utilisation d'ozone est trop onéreuse et le mode de traitement connu à ce jour au NO2 gazeux n'a pu être mis en oeuvre par suite de difficultés techniques .opératoires. Au pre- mier chef, des difficultés proviennent de ce que le. noir de fumée s'enflamme facilement lors du traitement au NO2.
Or, on a trouvé un procédé de traitement oxydant complémen- taire de noir de fumée sec ayant lieu à l'aide d'agents oxydants gazeux ou vaporeux et à température élevée, au cours de la mise en pratique duquel on ne se heurte plus à ces difficultés. Il s'est révélé que l'on peut oxyder du noir de fumée à l'aide de N02 dans des conditions déterminées, sans que s'enflamme le noir de fumée.
Le nouveau procédé est caractérisé en ce que le noir de fumée est soumis à l'influence d'un courant d'air, qui le maintient en sus- pension et qui est admis dans le peroxyde d'azote.
Il se recommande de procéder au traitement à l'air-1-102 dans une gamme de température de 150 à 230 . Il convient de préférence de travailler à une température de 200 . Dans le cas d'une oxyda- tion exécutée de cette manière, il a été constaté qu'il s'agit d'une réaction purement catalytique, où le peroxyde d'azote joue le-rôle de catalyseur. Dans le nouveau procédé, le peroxyde d'azote oxyde d'abord le noir de filmée et se réduit alors en oxyde azoti- que. Celui-ci est alors à nouveau oxydé en peroxyde d'azote par l'oxygène de l'air, et le processus se répète.
Une partie du pero- xyde se perd par¯dissociation en azote et en oxygène. L'oxygène de l'air sort par conséquent d'agent d'oxydation proprement dit.
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L'oxydation de noir de fumée à l'aide de l'oxygène de l'air est connue depuis longtemps. Etant donné cependant que, dans le - cas des procédés connus, on doit appliquer des températures de 350 à 500 , aux fins d'obtenir la quantité nécessaire de constituants volatils, la perte en noir de fumée est très élevée. Une partie des constituants volatils notamment se dissocie à ces températures.
Ces procédés sont en'conséquence anti-économiques. Dans le cas du nouveau procédé par contre, le noir.de fumée est oxydé déjà à 200 par l'effet catalytique,du peroxyde d'azote, de telle sorte qu'il ne se présente absolument pas d'inflammation de noir de fumée, mais bien plutôt une augmentation de poids par suite de l'oxygène fixé et combiné chimiquement.
La réaction étant exothermique, et dégageant de ce fait beau- coup de chaleur, il.'importe que la chaleur de réaction libérée soit aussitôt évacuée. Si cette chaleur de réaction n'est .pas évacuée en temps voulu, la température de réaction augmente, ce qui provo- que à nouveau une accélération de la vitesse de réaction, le noir d.e fumée s'enflammant alors aussitôt. La chaleur de réaction ne peut être bien'évacuée que-si chaque particule de noir de fumée peut évacuer uniformément la chaleur. Il convient alors de travail- ler au mieux selon le procédé du lit tourbillonnant.
Lorsque l'oxydation doit avoir lieu de manière discontinue, elle sera mise en oeuvre au mieux dans un réservoir de réaction vertical calorifugé, avec une conduite d'admission de gaz disposée à la partie inférieure, et une ouverture de sortie du gaz à la partie supérieure. 1? l'extérieure du réservoir, l'admission et l'é- vacuation sont raccordées à une conduite, sur laquelle est montée une soufflerie, c'est-à-dire donc qu'il existe un circuit d'air.
Il est encore prévu, entre soufflerie et admission du gaz, un dis- positif de mélange destiné à l'admission du peroxyde d'azote dans le courant d'air. L'ouverture d'admission pour le noir de fumée à traiter se trouve à la partie supérieure et l'ouverture d'évacua- tion du produit final à la partie inférieure du réservoir.
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La partie inférieure du réservoir, le fond et l'admission de gaz seront de préférence conçus de manière telle qu'il ne puisse s'y présenter de dépôt de noir de fumée, évitant de ce fait une inflammation du noir de fumée. En conséquence, la partie inférieure sera prévue tronconique, le fond du réservoir aura la forme d'un cône, et l'extrémité de la conduite de gaz se trouvant à l'inté- rieur du réservoir sera pliée et biseautée de manière que le gaz entre tangentiellement. On obtient de ce fait un tourbillonnement d'air dans la partie inférieure du réservoir, qui empêche le dépôt du noir de fumée.
Il est cependant possible aussi de travailler de manière continue. Dans ce cas, avant entrée dans la chambre de réaction, le noir de fumée est traité préalablement avec les gaz perdus conte- nant du peroxyde d'azote provenant de la réaction principale, à une température inférieure à la température de réaction, et compri- se de préférence entre 50 et 150 , et il est ensuite admis de ma- nière continue dans la zone de pré-traitement et dans la zone de réaction principale.
Le noir de fumée est insufflé dans le réservoir de réaction à l'aide du courant air-peroxyde d'azote. Le gaz perdu contenant du peroxyde d'azote est admis dans le réservoir de pré-traitement et procède simultanément au transport de la matière de départ en- treposée dans un silo vers le réservoir de pré-traitement. A une température de 50 à 150 , de préférence 100 , le noir de fumée est chargé ici de peroxyde d'azote. Si on maintient des températures inférieures à 150 , le noir de fumée adsorbe du peroxyde d'azote, sans réagir avec ce dernier. Cette adsorption est poussée à un point tel que le gaz perdu se présentant ici ne contient plus que de faibles quantités de peroxyde d'azote.
Il convient que le noir de fumée sortant de la zone de réac- tion soit admis dans une zone de traitement complémentaire. Ici, à une température supérieure à celle de la réaction, le peroxyde d'a- zote encore adsorbé est extrait; on travaille à des températures
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comprises entre 230 et 300 , de préférence à 250 .
Le gaz perdu provenant de la zone de réaction et celui pro- venant, de la zone de traitement complémentaire peuvent être ame- nés en commun à la zone de pré-traitement. Le gaz perdu de la zone de pré-traitement peut être retourné dans la zone. de réaction en même temps que le mélange air-peroxyde d'azote.
Comparativement au processus discontinu, le procédé continu représente une amélioration notable, qui repose non seulement sur le passage du travail discontinu au travail continu, mais aussi sur une possibilité de contrôle meilleur de l'oxydation et sur'une con- sommation plus faible de peroxyde d'azote.
Le dispositif destiné à la mise en pratique du procédé con- tinu est caractérisé par un réservoir de réaction avec une ouver- ture d'admission commune à l'extrémité inférieure pour le noir de fumée, l'air et le peroxyde d'azote, par une ouverture d'évacua- tion à l'extrémité supérieure pour le noir de fumée et une autre pour le gaz perdu, par un réservoir de pré-traitement avec une ou- verture d'admission inférieure pour-le noir de fumée et le gaz perdu, avec une autre ouverture inférieure et conduite subséquente par laquelle est transporté le noir de fumée pré-traité dans la chambre de réaction, et avec une ouverture supérieure pour le gaz perdu,, une conduite de raccordement entre l'ouverture supérieure pour le gaz perdu de la chambre de réaction et l'ouverture d'ad- mission inférieure pour le gaz perdu de la chambre de pré-traite- ment,
une conduite depuis le réservoir d'entreposage du noir de fu- mée jusqu'à cette conduite- de raccordement, et un dispositif pour insuffler l'air et le peroxyde d'azote dans la chambre de réaction, à l'aide duquel le noir de fumée pré-traité est simultanément in- suffle dans la chambre de réaction.
Il convient que la chambre de pré-traitement soit pourvue 'd'un système de chauffage et soit calorifugée. La chambre de trai- tement complémentaire peut être reliée à la chambre de réaction par une partie supérieure commune, qui peut posséder une ouverture d'é-
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' vacuation du gaz perdu commune aux deux chambres.
La conformation tronconique des parties inférieures des ré- servoirs, la conformation conique des fonds des réservoirs et la conception tangentielle de l'amenée dans les 'parties inférieures peuvent être similaires à celles de l'appareillage destiné à la mise en oeuvre de l'oxydation discontinue. D'autres détails d'ap- pareillage sont donnés.dans la description ci-après des plans d'ac- compagnement.
Les plans ci-joints serviront à une meilleure compréhension de l'objet de l'invention; ils représentent des formules d'exécu- tion préférentielles de l'appareillage qui doit être utilisé en vue de la mise en pratique du nouveau procédé.
La figure 1 représente un appareil pour l'oxydation discon- tinue. On a choisi la forme cylindrique pour le réservoir de réac- tion vertical calorifugé 11. La conduite d'amenée de gaz 12 débou- che dans la partie inférieure du réservoir 11. Le noir de fumée traité quitte le réservoir Il par la tubulure 13. Dans la plaque de recouvrement supérieure 14 se trouvent l'ouverture de sortie du gaz 15 et l'ouverture d'admission du noir de fumée 16. La conduite
17 relie l'ouverture,de sortie du gaz 15 à l'ouverture d'entrée du gaz 12, à l'extérieur du réservoir 11. Sur la conduite extérieu- re 17, sont prévus la soufflerie 18 et, entre celle-ci et l'entrée du gaz 12, le dispositif de mélange 19.
La partie inférieure 20a du réservoir 11 est tronconique, le fond 20b en est conique. C'est ici que débouche le-tuyau d'ad- mission de gaz 12, plié et biseauté.
L'air aspiré par la soufflerie 18 peut être admis directe- ment dans le dispositif de mélange 19. Dans l'appareillage repré- senté à la figure 1, un réchauffeur d'air 22 est prévu entre la soufflerie 18 et la tête mélangeuse 19. En agissant de manière adé- quate sur le dispositif de fermeture 23 dans la partie 24 de la conduite et sur le dispositif de ferneture 25 dans la partie 26 de la conduite, représentant une copduite ele dérivation du réchauffeur
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.d'air 22, on peut travailler avec ou sans le réchauffeur d'air 22.
A la soufflerie, on a prévu dans la conduite extérieure 17, la tu- bulure 27 avec l'organe de fermeture 28, afin de pouvoir aspirer de l'air frais. A l'aide de l'organe de fermeture 29 sur la con- duite extérieure 17, prévu dans le sens du courant avant la tubu- lure 27, la partie de la conduite 17 venant de la partie supérieure du réservoir 11 peut être fermée par rapport à la soufflerie 18.
Le dispositif destiné à l'admission du NO2 dans le courant d'air consiste en un réservoir avec trois raccordements, à,savoir l'entrée tangentielle d'air 30, raccordée à la conduite extérieure 17, la tubulure d'entrée 31 pour le NO2, débordant clans-le réser- voir, et l'ouverture de sortie 32, par'laquelle le mélange entre dans la conduite d'amenée du gaz 12.
Le traitement. discontinu du noir de fumée est mis en oeuvre au mieux de la manière suivante : le noir de fumée est admis par l'ouverture 16 dans le réservoir de réaction 11, et est ensuite échauffé par admission d'air chaud. De l'air frais est admis; l'or- gane de fermeture 28 dans la tubulure 27 est ouvert, l'organe de fermeture 29 dans la conduite extérieure est fermé. La vitesse de l'air doit être calculée en cela de manière telle que le noir de fumée ne soit pas soufflé, mais ne puisse non plus se déposer au fond du réservoir, c'est-à-dire qu'il est maintenu en suspension suivant le principe du lit tourbillonnant.
L'air montant dans la tour 11 contient encore du noir de fu- , mée, également à l'endroit de sortie 15. Il convient par conséquent de prévoir en cet endroit un dispositif qui sépare le noir de fumée de l'air. Dans le cas de l'appareillage représente au plan, le cy- clone 33 est raccordé à l'ouverture 15 ; celui-ci sépare le noir de fumée et le laisse retomber dans le réservoir 11 via un sas.
Le réservoir de réaction,,Il peut avoir une forme cylindrique, mais il peut aussi être conçu de façon que la partie supérieure s'é- vase de façon tronconique, afin de diminuer la vitesse du gaz et de provoquer ainsi une meilleure retenue du noir de fumée dans le ré-
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servoir de réaction. En vue d'un chauffage plus rapide, on peut éventuellement entourer le réservoir d'une enveloppe chauffée à la vapeur;
Il y a avantage à prévoir dans la conduite extérieure 17, au-dessus du cyclone 33, la tubulure 34 avec l'organe de fermeture 35, afin de disposer d'une possibilité de désaération. Dans ce cas, l'organe de fermeture 36 est en outre prévu après la tubulure de désaération 34 dans le sens du courant.
Pour mener le courant ga- zeux à l'air libre, on ouvre 35 et on ferme 36.
Dès que le noir de fumée est chauffé à 120 , du NO2, éven- tuellement pré-chauffé, est admis dans la tête mélangeuse 19 par la conduite 31.. L'admission tangentielle de l'air provoque un mé- lange très rapide de l'air et du NO2, d'autant plus que le tuyau d'amenée 31 du NO2 déborde dans la tête mélangeuse 19 et exerce de ce fait un effet d'injection.
Lors de la mise en route, l'organe de fermeture 36 est fermé et l'organe de fermeture 35 dans la tubulure de désaération 34 est ouvert. Dès que le NO2 est mélangé à l'air, la température du noir de fumée augmente grâce à la chaleur de réaction libérée. Après que les premières vapeurs brunes arrivent à l'air libre à la tubu- lure de désaération 34 après le cyclone 33, les organes de ferme- ture 35 et 36 ainsi que les deux vannes 28 et 29.à la soufflerie 18 sont inversés, et l'air est conduit en circuit.
Après le traitement d'oxydation, le NO2 encore fixé au noir de fumée peut être extrait. Four ce faire, le noir de fumée est soumis dans le réservoir de réaction à un courant d'air chaud de 230 à 300 . Après un court refroidissement à environ 120 ,le pro- duit final peut être recueilli à l'ouverture d'évacuation 13.
La figure 2 représente l'appareillage particulièrement appro- prié à l'oxydation continue.
Le réservoir de réaction calorifugé et le réservoir de pré- traitement sont représentés respectivement par les repères 41 et 42. Le noir de fumée, l'air et le peroxyde d'azote entrent dans le
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- réservoir de réaction 41 par l'ouverture inférieure 43. Le noir de fumée est évacué par l'ouverture supérieure 44 et le gaz perdu par l'ouverture supérieure 45.
Le gaz perdu passe par la conduite
46 qui raccorde la chambre de réaction 41 à la chambre de pré-trai- tement 42, et entre-par 1''ouverture inférieure 47 dans la chambre de pré-traitement 42. Le noir de fumée à traiter se trouve dans l'accu 48. A l'ouverture de sortie du noir de fumée 49 se raccorde la conduite 50, qui débouche dans la conduite de liaison 46. Le gaz perdu transporte le noir de fumée dans le réservoir 42.'
L'air et le peroxyde d'azote sont amenés par-les conduites 51 et 52 et mélangés dans la tête mélangeuse 53. Le mélange entre, via la conduite-54 et l'ouverture inférieure 43, dans la chambre de réaction 41. La conduite d'air 51 est reliée à un ventilateur (non représenté au-plan).
Le gaz perdu est évacué du réservoir de pré-traitement 42 par l'ouverture supérieure 55 et le noir de fumée par l'ouverture inférieure 56, qui est raccordée par la conduite 57 à la conduite d'air peroxyde d'azote 54. La chambre de pré-traitement 42 est ca- lorifugée et pourvue du système de chauffage 58. Le noir de fumée passe dans la conduite 54 via le tuyau plongeant 59 en communica- tion avec l'ouverture'd'évacuation 56 et via le sas 60. Il rencon- tre ici le mélange gazeux constitué par l'air et le peroxyde d'a- zote, passe dans le courant gazeux et est insufflé avec celui-ci dans le réservoir de réaction 41.
Le réservoir de traitement complémentaire 61 est raccordé à la chambre de réaction 41 par la partie supérieure commune 62. Le noir de fumée venant de la chambre de réaction 41 entre par la conduite de liaison 44 dans la chambre de traitement complémentaire
61 et quitte celle-ci par l'ouverture 63. De l'air chaud est in- sufflé du dessous par l'ouverture 64. Au-dessus de l'entrée d'air chaud 64, est prévu le tube 65 vertical, ouvert des deux côtés.
Le produit final quitte la chambre de traitement complémentaire 61 par la conduite 66 prévue à peu près à mi-hauteur et se trouvant
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,en liaison avec l'ouverture d'évacuation 63, tandis que le gaz per- du s'échappe par 1.1 ouverture commune 45.
Les parties inférieures de la chambre de réaction 41, de la chambre de pré-traitement 42 et de la chambre de traitement complé- mentaire 61 sont tronconiques et les fonds en sont coniques; les amenées 54/53, 46/47 et 64 sont situées de manière telle qu'une ad- mission tangentielle a lieu dans. les parties inférieures 67, 68 et 69. Dans le réservoir de réaction 41 sont ,prévus deux fonds inter- médiaiires 70a et 70b, dont la conformation correspond à celle de la partie inférieure 67.
La conduite 71 avec le ventilateur 72 relie l'ouverture d'é- vacuation du gaz perdu 55 du réservoir de pré-traitement 42 au sys- tème destiné à insuffler le mélange air-peroxyde d'azote 51, 52, 53, 54'. Grâce à la vanne à trois voies 73, le gaz perdu peut aussi être évacué à l'air libre.
Le nouveau procédé et le dispositif pour la mise en oeuvre' de ce procédé constituent la solution du problème posé du point de vue technique opératoire par le traitement oxydant de noir de fu- mée avec utilisation de No2. Particulièrement dans le cas de l'ap- pareillage en continu, la réaction peut être conduite avec préci- sion, elle a lieu avec plus d'uniformité et peut être poussée jus- qu'au point final souhaité sans ennuis, par sans que s'enflamme le noir de fumée. Tout en étant que l'utilisation du peroxyde d'azote est meilleure, le nouveau procédé est particuliè- rement économique, d'autant plus que l'on peut compter sur un ren- dement en noir de fumée de 100 %, en cas de conduite conforme de la réaction.
Dans le cas de noirs de fumée pour couleurs, le nouveau pro- cédé d'oxydation provoque une amélioration de la faculté d'écoule- ment, de mouillage et de dispersion, et la thixotropie est presque complètement éliminée. Selon le nouveau procédé, on peut aussi in- fluencer favorablement les propriétés techniques du caoutchouc.
Ainsi par exemple, âpres traitement, un noir de filmée actif chauffe
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lentement sans que se détériorent de,ce fait ses propriétés de ré- silience et de résistance du déchirement et au frottement, etc.:., et l'élasticité augmente très fortement jusqu'à atteindre pratique- ment les valeurs d'un noir de fumée inactif. Les noirs de fumée \ de l'espèce sont appropriés à la fabrication de mélanges de caout- chouc, qui doivent avoir une grande élasticité, une résistance élevée ainsi qu'une bonne résistance à l'usure, comme par exemple ceux destinés à la fabrication'de radeaux pneumatiques, de trans- porteurs à courroies, de tuyaux et de câbles. Evidemment, on peut aussi traiter suivant le nouveau procédé, avec tout autant de suc- cès, des noirs de fumée de fourneau et de flamme.