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La présente invention concerne un procédé de traitement de matières fortement chargées de produits combustibles et plus spécialement de schistes houillers appelés "schistes de flottation", en vue de leur transformation en pâtes plus ou moins plastiques, analogues à celles qui sont habituellement utilisées dans l'industrie céramique, de façon à permettre soit leur évaouation facile à une décharge tout en observant les impératifs de cette dernière, soit leurs éventuelles utilisations
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comme, par exemple, pour la production de matériaux céramiques, avec le souci, en cours de traitement, de récupérer le maximum de sous-produits.
Les matières considérées sont celles qui, comme les schistes houillers appelés "schistes de flottation", se trouvent en suspension dans un liquide, la plupart du temps, de ' l'eau, à l'état très divisé. Ce qui va suivre s'adresse aux schistes houillers de flottation pris comme exemple, mais il va de soi que la présente invention englobe normalement le cas général prévu -1-dessus
Les schistes houillers considérés sont les résidus provenant du lavage des charbons bruts de faible granulométrie, On sait qu'à la fin des opérations de lavage, on obtient des eaux chargées de solides très fin , dans un état de très grande division, et cela, à raison de quelques centaines de grammes par litre de la liqueur ainsi réalisée.
Ces solides contiennent encore un certanin pourcentage de combustibles divers qui, pour fixer les idées, leur confèrent un pouvoir calorifique inférieur, mesuré sur produits secs, compris, en moyenne, entre 1000 et 2,500 Eilocalories par kilogramme.
Il est, en général, considéré comme non rentable de récupérer par des opérations de séparation plus poussées, ces combustibles, ou de récupérer ces solides eux-mêmes comme combustibles possibles. De plus, l'évacuation des eaux où ils se trouvent en suspension, eaux appelées "liqueurs de flottation" pose un problème important dont les solutions sont onéreuses et le plus souvent très délicates. Les moyens normalement utilisés ont pour but la concentration des suspensions initiales afin de pouvoir manipuler le concentré obtenu et de permettre son évacuation. Ils sont, en ordre principal : épandage dans des mares avec concentration par évaporation naturelle, décantation et infiltration de
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l'eau dans le sol, utilisation de filtres-presses, filtres à vide et centrifugeuses.
Certains schistes résistent à tous les traitements de concentration connus à ce jour et il ne reste plus alors qu'à les emmagasiner avec l'eau dans d'immenses mares, ce qui finit, tôt ou tard, par poser des problèmes de saturation du sol, de manque de place et parfois par menacer certaines exploitations minières d'un ralentissement et même d'un éventuel arrêt.
Or, on a trouvé que ces liquides, à condition de subir un traitement partiel préalable, permettaient l'obtention d'une pâte dont la préparation fait l'objet de la présente invention. Cette pâte dont la consistance est réglable à volonté, peut, de ce fait, et entr'autres possibilités, être utilisée, au ' même titre que n'importe quelle autre pâte, pour la fabrication de produits céramiques de toutes sortes, et elle permet de pouvoir évacuer les produits très fins, dont elle est constituée, aux terrils ou autres décharges, et cela beaucoup plus facilement que par tout autre procédé et sans présenter une quelconque impossibilité.
Le procédé de traitement des solides et de préparation de la pâte, procédé qui peut faire face, en particulier, aux difficultés présentées par les sohistes résistant aux traitements connus ou employés habituellement, dont il a été parlé ci-avant, est fondé sur la possibilité de se servir de ces mêmes solides comme combustible ce qui permet de mettre en oeuvre toute la gamme des moyens qu'autorise la récupération des chaleurs sensibles, réglées aux températures souhaitées, pour faire face aux besoins que présentent les divers stades repris ci-après et aussi à des besoins annexes,
La liqueur sortant des installations de séparation du charbon et des schistes fins de la mine, est divisée en deux lots.
Le premier lot, le plus faible, ne subit aucun
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traitement. Il rejoint, tel quel, le second lot, après son traitement propre, pour former avec lui la pâte désirée, lui apportant en particulier l'eau de malaxage, la cohésion demandée, et, en corollaire, un certain pouvoir calorifique.
Le second lot, nettement plus important suit, avant de rejoindre le premier,la succession de traitements ci-après :
La liqueur, se comportant pratiquement comme de l'eau ordinaire, est introduite comme agent de refroidissement dans un échangeur où cheminent les cendres très chaudes, calcinées, provenant d'une étap, ultérieure où le solide, utilisé comme combustible, s'est calciné, comme on le verra par la suite.
Tout en se réchauffant, la lique@r refroidit les cendres à la température désirée et acquiert, grâce à ce réchauffement, certaines qualités qui ont une influence certaine @ur les moyens suivants visant à la concentration du solide. Ainsi, les centrifugeuses, les décanteurs t les filtres voient leur rendement augmenter notablement et, d'autre part, le système procédant par évaporation de l'eau véhioulant le solide grâce à la chaleur sensible des fumées provenant, elles aussi, du stade de calcination ultérieur, volt son action renforcée comme devant traiter une liqueur déjà chaude. D'autre part, on assure de ce fait la récupération maximale possible des chaleurs sensibles disponibles, ce qui confère à ce procédé sa rentabilité maximale.
Par ces diverses phases opératoires préliminaires de traitement, à déterminer suivant les cas, on obtient, à volonté, soit une liqueur très concentrée, mais encore pompable, soit une pâte de plus en plus consistante, allant de la boue sensiblement liquide à la pâte ferme et même, si l'on veut, au produit sec, pulvérulent ou aggloméré en boulettes, par exemple. Tous les stades sont possibles de même que toutes les présentations physiques désirées pour le produit concentré.
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Par des moyens de manutention et d'introduction connus en eux-mêmes, pompes ordinaires, pompes à boues, vis à rubans, hélices de poussée, distributeurs de poudres ou de granules, on amène ces produits initiaux au stade suivant du traitement. Ce stade consiste à évaporer l'eau résiduelle, si elle existe, et à faire brûler complètement ou suivant un pourcentage réglable à volonté, le combustible contenu dans le solide, de façon 4 porter ce solide à une température supérieure à 600 C,de préférence de 800 C à 850 C. A ce stade du traitement, on obtient un résidu calciné, devenu sensiblement inerte, et des fumées chargées de vapeur d'eau, à une température très voisine de celle qui a commandé la marché du traitement thermique, Il est alors possible, par des moyens appropriés,
de récupérer les chaleurs sensibles existant dans le résidu, les fumées et la vapeur d'eau et de les utiliser comme il 'a été mentionné ci-avant, ou pour d'autres buts, en cas d'excédent,
Le résidu pulvérulent obtenu, formé de cendres calcinées très fines aux températures de marche indiquées, est alors mélangé au premier lot et forme avec lui, compte-tenu de pourcentages relatifs réglables à volonté, une pâte chaude plus ou moins molle, à la consistance désirée, qui peut être, suivant les cas et les moyens, évacuée ou destinée à une utilisation ultérieure, comme par exemple, destinée à constituer le premier stade de la fabrication de produits céramiques, utilisant nécessairement la mode de traitement thermique décrit dans le brevet belge n 585.774 du 17 Décembre 1959,
dans le brevet belge N 586.074 du 28 Décembre 1959 ou dans la demande de brevet belge n 19.645.du 28 Octobre 1965 pour :"Procédé de cuisson de matières céramiques chargées d'éléments combustibles, notamment de schistes houillers et appareillage destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé" cette demande ayant été déposée aux noms conjoints des Demanderesses.
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Diverses modifications peuvent être apportées au traitement de ce second lot sans pour cela sortir du oadre de la présente invention, comme, par exemple, la suppression du refroidissement du pulvérulent par éohangeur et mélange direct de oe pulvérulent par plongée brutale dans la liqueur du premier lot ce qui provoque une évaporation intense de l'eau, demande un premier lot, en quantité relative. plus important et permet, par ce moyen différent, mais moins précis, l'obtention d'une pâte analogue.
On peut aussi ne faire la séparation des deux lots qu'après avoir procédé au traitement préliminaire de concentration.
On peut encore, grâce au séchage poussé à fond dans le stade de la concentration par évaporation aveo obtention d'un solide sec, pulvérulent, non décarboné, mélanger ce solide ultra-fin et combustible à un combustible annexe et par là obten' un combustible appauvri utilisable, par exemple, dans les centrales électriques. En mélange avec de la liqueur, ce produit sec peut aussi la transformer en boue ou en pâte afin de pouvoir l'amener au stade de la calcination.
Pour le stade du traitement dont il a été question ci-dessus :séchage après concentration préalable, épuisement partiel ou complet des matières combustibles contenues dans le solide et calcination de ce solide, on utilisera de façon avantageuse un réacteur à suspension ou à couche fluidisée, à solide auxiliaire ou non, soufflé aveo de l'air chaud ou froid, suroxygéné ou non, ou avec des fumées oxydantes plus ou moins chaudes. Dans ce réacteur, l'eau résiduelle est évaporée, les solides sont calcinés et le combustible est brûlé, fournissant ainsi partiellement ou complètement la chaleur nécessaire au séchage et à la calcination, le reste de la chaleur, si un appoint
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s'avère nécessaire, étant fourni par un combustible quelconque extérieur, suivant des procédés connus en eux-mêmes.
Il va de soi que, suivant la ou les méthodes choisies, les proportions relatives des lots, les degrés de concentration visés au cours du ou des traitements préliminaires, les degrés d'épuisement des matières combustibles, la consistance de la pâte finale, de même que toutes autres déterminations seront établis à l'aide de calculs et de raisonnements connus des spécialistes de la thermique industrielle, en tenant compte des possibilités de concentration des eaux chargées, possibilités qui varient d'un cas à l'autre, et du pouvoir calorifique des solides en suspension, de façon à réduire au maximum les besoins en combustibles extérieurs de l'ens le du traitement depuis la concentration des eaux chargées jusqu'à l'obtention de la pâte finale,
La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs,
permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique.
La fig. 1, donnée en exemple, présente un schéma de réalisation industrielle dans le cas qui apparat! comme le plus complexe, celui où le solide en suspension n'est susceptible d'être concentré que par évaporation de l'eau qui le véhicule, aveo, en fin de traitement, l'obtention d'une pâte destinée à la fabrication de produits céramiques et qui doit, de ce fait, présenter des caractéristiques bien déterminées et parfaitement obtenues.
La fig. 2 montre une variante plus simple d'un agencement du même genre.
La liqueur initiale sortant d'un lavoir 1 est divisée en deux lots au droit d'un embranchement diviseur 2 dans des organes de transfert appropriés.
Un premier lot suivant une branche 3 est dirigé
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directement vers un malaxeur final 18.
Le second lot par une branche 4 suit l'itinéraire de transformation ci-après il entre tout d'abord dans un échangeur de refroidissement de cendres 5 d'où il sort par un organe 6 de transport, réchauffé au mieux après avoir refroidi ces mêmes cendres. Il est dirigé ensuite vers un répartiteur 7 qui en envoie une certaine quantité sur un organe de transport 8 vers un sécheur 10 et le reste par un organe transporteur 9 directement vers un mélangeur 12.
La liqueur chaude, passant dans le séoheur 10, y perd toute son eau et les résultats de cette transformation sont des fumées chargées de vapeur d'eau sortant par l'évacuation 22 et qui peuvent être perdues dans l'atmosphère ou passer dans un condenseur de vapeur, et un solide granulé ou pulvérulent, sec et chaud, à la sortie 11 du sécheur est dirigé, lui aussi, vers le mélangeur 12, Le sécheur 10 est alimenté par les fumées à température très élevée, chargées de vapeur d'eau en provenance d'un réacteur en suspension, appelé "fluidiseur", comme cela apparaîtra ci-après et un complément de chaleur, si nécessaire, peut lui être fourni par une source extérieure 25.
Le mélangeur 12 donne alors une pâte crue, homogène et chaude à la consistance choisie qui, par un organe de transport 13, est ensuite introduite dans le fluidiseur 14.
Dans ce dernier s'opèrent la vaporisation finale, la combustion des matières inflammables et combustibles et la calcination des solides inertes sous l'action du comburant arrivant par une entrée 23. Les fumées très chaudes chargées de vapeur d'eau par la sortie 20 sont envoyées au sécheur par un conduit 21 et les cendres calcinées, par une sortie 15 et par un transporteur 16, au refroidisseur 5.
Les gaz libérés comme les cendres sont sensiblement à la même température que celle qui a conduit
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le traitement thermique dans le fluidiseur 14. Un complément de chaleur, si nécessaire, peut être fourni au fluidiseur par une source extérieure 24,
Les cendres refroidies à la température désirée à la sortie 17 du refroidisseur 5 sont amenées à un malaxeur final 18 où, mélangées à la liqueur initiale arrivant par l'organe de transport 3, elles donnent avec ladite liqueur après malaxage, une pâte finale, la plus chaude possible, compatible avec les traitements ultérieurs propres aux techniques de l'Industrie céramique, livrée à la sortie 19 dudit malaxeur final 18.
Il va de soi que l'ensemble ainsi décrit peut être complété, où le besoin s'en fait sentir, par des bacs, réservoirs, silos, trémies, eux-mêmes desservis par des alimentateurs, doseurs, transporteurs, élévateurs, assurant la marche générale.
Tout un appareillage de régulation et de contrôle peut permettre une marche entièrement automatique apportant à chacun des stades tous les réglages désirée avec la précision souhaitée. De môme tous les autres problèmes de ventilation, isolation, chauffages annexes et autres techniques sont résolus par l'utilisation des matériels industriels habituellement utilisés et faisant normalement face à ce qui leur est demandé dans les diverses phases des opérations.
Ce schéma peut, suivant les cas, être aménagé, soit en simplifiant les circuits, soit en les modifiant, compte-tenu en particulier des caractéristiques du solide en suspension et de la destination de la pâte finale.
Ainsi, à la fig. 2, le schéma prévu correspond à un cas beaucoup plus simple où le solide peut être centrifugé et décanté, et où la pâte finale est tout simplement évacuée à la décharge. Le processus est alors le suivant :
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La liqueur sortant du lavoir 1 est divisée en deux lots par un répartiteur 2.
Un premier lot par un organe de transport 3 est dirigé directement vers un malaxeur final 14a et le second lot, véhiculé par un organe de transport 4, subit les transformations décrites ci-après :
I1 passe d'abord dans une centrifugeuse 5a qui en concentre une partie sous forme d'une pâte froide et molle collectée à la sortie 6a et qui rejette le reste par une évacuation 7a, beaucoup plus fluide qu'à l'initial, dans un bassin de décantation 8a, Après décantation on recueille de l'eau claire à une sortie 17a et une pâte molle et froide à une sortie 9a, analogue à la pâte concentrée dans l'échangeur à cendres de la fig, 1. Ces pâtes sont trop molles pour être mises ainsi, seules, à la décharge.
Les deux pâtes recueillies aux sorties 6a et 9a sont amenées dans un mélangeur 10 et, par une sortie 11a de ce dernier, sont envoyées dans un fluidiseur 12a, Dans le fluidiseur 12a s'opèrent comme oi-dessus la vaporisation finale, la combustion et la calcination. Les cendres et granulés obtenus à la sortie 13a sont envoyés dans un malaxeur 14a où ils rejoignent le premier lot dans lequel ils sont plongés brutalement. Il s'ensuit une évaporation intense de l'eau du premier lot et la pâte obtenue est chaude au maximum. Elle peut être aussi ferme que l'on veut et ainsi, lors de son évacuation et de sa mise à la décharge, elle continue à sécher, cela pour éviter, par la suite, la saturation en eau de cette décharge et de son terrain et en corollaire les phénomènes de fluage et d'éboulement qui pourraient suivre.
La vapeur trouve une sortie 18a vers une évacuation ou une récupération et la pâte trouve une sortie 15a.
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Une récupération très importante se situe à la sortie 16a du fluidiseur 12a dans les fumées du fluidiseur chargées de vapeur d'eau à très haute température. Elle peut se concevoir, en ordre principal, sous deux formes : - par l'intermédiaire d'une chaudière spéciale utilisant comme fluide chauffant ces mêmes fumées, on produit de la vapeur qui, entraînant un turbo-alternateur, donnera de l'électricité ; dans la plupart des cas cette production d'éleotricité fait face aux besoins des installations, avec un excédent sensible ; - dans un sécheur annexe, une part supplémentaire de la liqueur initiale, (ou bien les pâtes en provenance de la centrifugeuse et des bassins de décantation) peuvent être séchées à coeur.
Le pulvérulent sec obtenu peut être considéré, étant donné son extrême division, comme un combustible utili- sable dans les centrales électriques.
En ordre secondaire on peut prévoir par exemple le chauffage de locaux, les séchages divers d'autres produits, et toutes autres possibilités où, avoir à sa disposition des fluides très chauds est toujours très intéressant. Il faut noter d'ailleurs que dans le cas de la fig. 2 la température du trai- tement thermique en fluidiseur a tout avantage à être portée à 1.000 C environ, et même plus à volonté.
Ces installations sonv plus simples que celles de la fig. 1, parce qu'elles ne prévoient pas d'utilisation éven- tuelle de la pâte finale et que, de ce fait, l'ensemble demande beaucoup moins de précisions, dans le détail.
Il va de soi que concurremment à ces deux réalisa- tions qui peuvent être considérées comme des extrêmes, toute la gamme de solutions analogues ou intermédiaires peut être envisagée sans, pour cela, sortir du cadre même de 1invention.
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En plus, il faut citer les possibilités à. divers stades de condensation de vapeur avec récupération d'une eau pure qui peut être recyclée dans les installations minières.
Dans certains cas cet aspect particulier des possibilités de l'invention ne serait pas à négliger. L'invention comprend bien entendu, outre les procédés ci-dessus décrits, les appareillages et toutes leurs variantes qui sont propres à en assurer la mise en oeuvre et les produits obtenus par lesdits procédés et appareillage% - REVENDICATIONS -
1.
Procédé de traitement de matières fortement chargées de produits comtastible, plus spécialement mais non exclusivement de schistes houillers dénommés "schistes de flottation", caractérisé par le fait que ces matières sont divisées en deux lots dont l'un, traité, est soumis, après préparation, à une action thermique à relativement haute température, principalement par combustion desdits produits combustibles, qui amène ainsi la matière de ce lot à l'état sec et calciné, puis on mélange ces produits secs et calcinés à l'autre lot précité, amené tel quel au mélange, pour former une pâte.