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La présente invention cet relative à un/pro-" ; . '" bzz cède pour réduire de l'oxyde de fer en utilisant des aydro- '#''.## carbures chaude mélangée à des produite d'hydrocarbures ptx...,,a " tiellement oxydés à température plus élevée qui sont formée
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dans une zone de combustion de solides fluidinde.
La présente invention améliore le procédé décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique 2.711,368. Le procédé décrit implique la aise en contact d' un mélange fluidisé de bzz Po et de Peso ,.juoddant une proportion réglée de Po avec un mélange d'un hydrocarbure gazeux et de produite de la oombus- # tion partielle l'hydrocarbure gazeux.
Les produite de la , combustion partielle sont formés en amenant un gae comburant, ,;> #{[ c'est-à-dire de l'oxygène ou de Ilaïrg 4 l'hydrocarbure gazeux *. qui est fournit en excès à la zone de réduction. Dans le type d'opération décrit dans le brevet susmentionné, cuis dit-
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fioultéa peuvent survenir en ce qui concerne l'utilisation satisfaisante de l'hydrocarbure pour la réduction directe de
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t'oxyde de fer.
On suppose que cette réaction implique le cratigase ge -de l' hydrocarbure qui dépend de l'action catalytique de surface de fer réduit . Cependant, on croit que la formation d'écaillés d'oxyde résistant à la réduction sur les particule*
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de fer peut être provoquée par des traces localisées de aube" tances oxydantes, par exemple, du 002, de l'Op, et du Il 20 et ainsi exerce un effet préjudiciable sur la vitesse de décom-. position de l'hydrocarbure.
Si cette vitesse diminue, la pro-
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fondeur du lit du mélange Fe-FeO doit être augmentée pour obtenir
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t un degré désiré de réduction, mais il est 4 noter que l'aug- mentation de là profondeur du lit douteuse, qu'elle contre- carre une chute de pression appropriée et qu'elle nécessite une durée de séjour prolongée des solides.
On a constaté à présent que l'on peut obtenir une meilleure utilisation de l'hydrocarbure dans la réduction di- ! reote selon la présente invention en formant séparément des produits de gaz réducteur à température élevée par oxydation partielle d'une partie de l'hydrocarbure utilisé dans une zone de combustion réglée de manière appropriée pour le mélange sub- séquent à une autre partie de l'hydrocarbure amenée à la zone réductrice de l'oxyde de métal, au lieu d'ajouter le gaz oxy- dant à tout l'hydrocarbure que l'on fait passer dans la zone réductrice.
En vue d'obtenir les produits de combustion partiel- le à température élevée avec un réglage approprié de la compo- sition de l'homogénéité, la partie de l'hydrocarbure devant être soumise à la combustion partielle est mélangée & un gaz oxydant 4 température élevée dans la chambre de combustion où le mélange a lieu en présence de solides réfractaires fluidisés, lies solides fluidisée assurent l'existence d'une grande aire de contact de surface chaude pour effectuer le bon mélange vou- lu et la transformation sensiblement complété du gaz oxydant an
00 et H2.
Les solides fluidisés peuvent être choisis de manier* à résister à la fusion ou à l'agglomération à des températures très élevées, par exemple, supérieures à 1.000 C.
Bans une forme de réalisation préférée de la pré- sente invention, des particules solides fluidisées d'une ma- tière réfractaire chauffées à des températures élevées, par exemple, de l'ordre de 1,000 à 1.500 C qui sont supérieures aux températures de réduction d'oxyde de fer, dans une chambre de combustion alimentée par une quantité réglée d'hydrocarbure
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et d'air préchauffé afin d'effectuer la combustion partielle de l'hydrocarbure.
L'hydrocarbure et l'air sont proportionnés de manière à engendrer un gaz contenant du monoxyde de carbone, de
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l'hydrogène et de l'azote en même tempe que des quantité, négli- geableu de 002 et de HgO, L'utilisation d'une chambre de combus- tion pour solides fluidieés permet le préchauffage de l'air ou du gaz comburant à une température aussi élevée que possible avec les matières réfractaires disponibles, etent-à-diret des tempéra- tures de 1000 à 150000 ou davantage.
Ainsi, des gaz d'oxydation pal partielle sont formés, ces gaz possédant une composition réglée, leur homogénéité étant obtenue par un bon mélange; on travaille également avec une température suffisamment élevée pour favoriser la formation de CO et de H2 et pole maintenir la température de
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réduction entre 800 er 1000 nécessaires dans la zone de réduc- tion de l'oxyde de fer à laquelle on fournit de l'hydrocarbure supplémentaire pour le traitement de réduction directe.
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Ainsi que le décrit le lcevet des Etats Unis d'Amé- rique n* 2 71 1 #368, le minerai d'oxyde de fer peut être réduit par étages. Le minerai de départ, par exemple, libémalîteg peut être , préchauffé-dans un étage initial par des gaz chauds provenant de la combustion de gaz réducteur usé d'un étage suivant où du
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P*203 est réduit en leO.
La réduction de "2 3 en Peu est aisément tffectuéa n utilisant des gaz r4duottur. usés en partie piro- venant d'un étage subséquent où du ?*0 est réduit en ego C'est et dernier atade de réduction qui ont sensible à la composition du gaz réducteur$ On décrira à présent un mode d'exécution préféré de
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la présente invention en se référant au dessin qui illustre s ohé- matiquement une installation pour réaliser le procédé de la présente invention.
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Dans la figure unique du dessin, la zone de ré- duction ou des particules de FeO provenant d'une réduction préliminaire de Fe2O3 sont mélangées à des particules de Fe dans un lit fluidisé, eat représentée comme contenue dane le récipient réducteur 1. Les particules de FeO sont chargées de la conduite d'alimentation 2 dans le mélange Fe-FeO fluidisé qui doit être maintenu à une température désirée de l'ordre de 800 à 1,00000P de préférence 850 à 950 C.
Le FeO, tel qu'il est charge dans le récipient 1, peut se trouver à une tempé- rature élevée,par exemple de l'ordre de 700 à 900 C et il est ajouté en quantités réglées pour maintenir dans le mélange fluidisé 5 à 30% en poids de FeO contenant 70 à 95% en poids de Fe, Lorsqu'une partie du mélange des solides fluidisé soumis à la réduction est évacuée par la conduite 3, davantage de FeO est ajouté pour maintenir la proportion ci-dessus mention- née. L'addition de FeO et l'évacuation ou retrait du mélange Fe-FeO peuvent être effectués de manière continue ou intermit- tente.
Un mélange de gaz réducteurschaudsqui fonctionne comme agent de fluidisation et de chauffage dans le récipient réducteur et constitué d'un hydrocarbure gazeux qui est de préférence préchauffé et mélangé à des produite d'oxydation gazeux encore chauds formés à partir de l'hydrocarbure or de matière carbonée dans la chambre de combustion. L'hydrocarbure gazeux peut être amené directement par l'intermédiaire de la conduite 4 dans le récipient 1 à partir d'un préchauffeur 5 pour se mélanger dans la partie inférieure du récipient 1 à des produite d'oxydation partielle pénétrant dans le récipient 1 par la chambre de combustion partielle 6 à l'aide de la con- duite 7. Ces gaz peuvent être également prémélangés, si on le désire avant d'entrer dans le récipient 1.
Le mélange de ces
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gaz est réglé pour obtenir une température, une pression, un
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débit et une cn.cH.é dp réduction appropriées.
Le t": :,"(d-c1.ur usé qui se dégage du mélange Fe- FoO ±J.u::d,:'1(. dans f' récipient 1 contient une proportion élevée de 00 par support & C2 et d'hydrogène par rapport de H20, dans les cori..:ra prêches de l'équilibre du gaz réducteur avec le FeO et le Poq Gos gaz réducteurs partiellement usés peuvent être amenas à passer par la conduite 8 dans une zone de réduc-
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tion préliminaire pour la réduction de Fe3 en FeO. Les so- lides or,â.,rr sauvent i*tr ? 6p8.r.6s de ce gaz dans le sépara- tour h clo0 9 ",' chambre de combustion 6 est équipée pour M'unir :";(1" ':10'; .I'.'I2'r;....,'f:"''='C1.1.1:'''," h'idi5és dans lesquels se réalise la r:a!I1.'\.:I':.f3":': <:)'" partielle de matière hydrocarbonée.
Cet- tp mf.'l.t:\.':;' "-#;-'>.ï''!sonéo ou .}rl.s,r?r.n;aryJl:rB est amenée à la cham- b? pp- ";"- - ''###î.te' -::'..::.1r.!I':.n":.!"i:.o!.ot' 10 à travers un préchauf- "'n"" 1 '3::.r- r-r *,y? d'hyC#arburp doit être amené à la câ'yGâ.nf rir-, '''''''''''''}''''1'''.'',,\-, (. ,.,,,, celui qui est fourni à la zone de râduetio-i :'):" i? f;OYld.1::' ":,fo 4 un préchauffeur commun peut être utilisé pour l'hydrocarbure ca:x:H 4ar exerap3.e, à travers la conduite distributrice d'alimentation 12.
Du gaz comburant, par exemple, de l'air, de l'oxy- gène au un mélange de ces gaz est amené par la conduite 13 à travers le préchauffeur 14 dans la chambre de combustion 6.
Comme précédemment mentionné, l'air ou le gaz comburant est
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de préférence ChéJ1rf"'l.; r:. une température aussi élevée que pos- sible 2113 les d-'"p--"mfs disponibles si bien que la température dom'-s '-:1.:: ."""',':>d::b de combustion partielle formés dans la. chambre de combustion 6 est bien supérieure aux températures nécessaires dans le récipient 1 'cour réaliser la réduction.
Etant donné qu'il existe une limite à la quantité de préchaleur qui peut être fournie à l'hydrocarbure en fonction de
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sa carbonisation ou de ses propriétés de dépôt de coke, il est possibled'ajouter davantage de chaleur en élevant la tem- pérature de l'air préchauffé ou du gaz oxydant,
Dans la chambre de combustion 6, les particules solides réfraotaires fluidis forment un lit fluidisé 15 au-dessus d'une grille 16 avec un niveau supérieur L; Ces soli- des doivent être de dimensions app@oppriées pour obtenir une flui- disation convenable sans ubir d'entraînement excessif , par exemple, une granulométrie de 0 , 1 à 2,v mm.
Les matières réfractaires fluidisées de manière appropriée paar être uti- lisées dans la chambre 6 englobent le coke, le sable. l'alu- mine, les silicates d'aluminium, la brique réfractaire, magnésie, etc, Les produits gazeux de la combustion partielle chauds de la chambre à combustion 6 sont évacués par l'inter- médiaire d'un cyclone 17 ou d'un dispositif équivalent pour éliminer les solides entraînés. Ces gaz chaude peuvent ensuite être renvoyés directement par la conduite 7 au récipient 1 de réduction d'oxyde de fer.
L'hydrocarbure amené par la conduite 4 pour le mélange au produit gazeux de la combustion partielle et l'hy- drocarbure amené à la chambre de combustion 6 peuvent Être les mêmes mais ne doivent pas l'être. Par exemple, lorsque du méthane du gaz naturel, du gaz de raffinerie ou analogue est économique à utiliser, ces hydrocarbures peuvent être uti- lisés à la fois pour obtenir la réduction directe et pour obte- nir le gazd'oxydation partielle à température élevée dans la chambre 6 de combustion partielle des solides fluidisés.
Les hydrocarbures gazeux à poids moléculaire peu élevé peu- vent être préchauffés à des températures modérément élevées sans subir de cokéfaction excessive, par exemple, de l'ordre de 300 à 800 C. Si les distillats d'huile de pétrole sont plus économiques à utiliser, on peut les utiliser en lieu et
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place des hydrocarbures normalement gazeux ou ensemble avec
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ceux-ci, par exemple, le naph::, les fractions de keronêne ou même des nulles de pa+''' ,<I plus lourdes. Il est même possible d'utiliser dec huilez , rdidue,lea plan lourdes ou des matières carbonées aolidr-alvériaée8, en particulier atomisées dans la chambre de^ iombuation# des avantages étant tirés de la valeur élevée de oh.j.eur de combustibles possédant des rapports carbone à hydrogène élevés.
Cependant, pour utiliser n'importe laquelle des matières carbonées, qu'elle soit légère) lourde ou qu'elle soit à la fois légère et lourde dans le procédé, il faut prendre soin de ne pas utiliser une matière qui introduise pas trop de soufre dans la zone de réduction du FeO. Divers dispositifs
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connues peu?<<r6 être utilisés p<* i> atomiser toute matière car- bond-, volatilité peu élevée, Ji&p.c le reduote'.r 1, les particules solides de Fe et de FeO 1ß'6ne granL,"-omé*,71e correspondant à un diamètre d'en- viron !Ï,1 à 2,0 mm, 'rJ,,ent ledie lit fluidisé 15 au-dessus de '.a grille 16 av- - un niveau supérieur L lorsque le mélange réducteur-,--'.eux chaud est roaené à passer vers le haut à travers le li <A une vitesse ds l'ordre de 9,14 à 91,4 mètres/minute,
o'est-à-dire en utilisant des conditions de fluidisation bien connue'.
L'appareil utilisé doit être construit en matières .propriées résistant à la chaleur et à la pression, par exem-
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ple il doit etre à enveloppe d'acier garni de matières réfrae- taires et isolantes, etc. les particules d'oxyde de fer introduites dans le
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récipient 1 doivent de préférence être du F'e0, une certaine quan- tité mineure d'un oxyde plus élevé, par exemple P 203 pouvant être présente, L'oxyde le plus élevé est rapidement réduit en FeO dans la zone de réduction.
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On a constaté qu'à mesure que croît la quantité de Fe présente avec le FeO les vitesses de décomposition de l'hydrocarbure et de la réduction de FeO sont augmentées, cependant qu'en même temps on assiste à une formation plus im- portante de CO et de H2 pour autant que l'on empêche des gaz oxydants (CO2, H2O et O2) d'entrer avec le gaz réducteur, dans la mesure du possible. On atteint un point où la teneur en FeO du mélange Fe-FeO devient extrêmement faible, à savoir en- dessous de 5 en poids, le dépôt de carbone à partir de l'hy- drocarbure devenant alorr. rapide et la vitesse de réduction tombant alors rapidement.
Bien que la vitesse de réduction commence à croître même lorsque le mélange Fe-FeO contient en- viron 100% de FeO, il est préférable de tirer avantage de 'l'aug- mentation de vitesse qui résulte de l'augmentation de la pro- portion de Fe présent; par conséquent, un mélange Fe-FeO appro- prié doit contenir environ 5 à 30% en poids de FeO, 95 à 75% en poids de Fe étant présents.
L'exemple suivant démontre ce qui est nécessaire pour le traitement satisfaisant d'un mélange FeO-Fe rais en con- tact avec un mélange gazeux chaud réalisé en mélangeant un gaz du type hydrocarbure préchauffé riche en méthane avec un mé- lange à température élevée de CO2, H2 et N2 formé par la combus- tion partielle ou l'oxydation partielle de l'hydrocarbure riche en méthane dans un lit fluidisé de particules solides réfrac- taires, E X E M P L E.
De l'hématite contenant 55% en poids de Fe nous la forme de Fe2O3 d'une granulométrie de 60 à 140 mesch est ré- duite en FeO à une température de l'ordre de 700 à 950 C par mise en contact avec du gaz réducteur partiellement usé contenant 2 moles de CO par mole de CO2 et 2 moles de H2 par mole de H20 dans un pré-traitement,
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Un mélange fluidifié stable de Fe et de FeO est formé en mélangeant la FeO chaud obtenu dans le pré-traitement aux particules de Fe fluidisées provenant de la réduction de FeO dans un mélange de gaz réducteurs chauds à décrire.
Le FeO est mélangé pour donner le mélange Fe-FeO dont la teneur en Fe eat de 80% en poids, La température du mélange Fe-FeO flui- dise est maintenue à 670 0 par le gaz réducteur chaud qui flui- dise les particules solides, la vitesse du gaz étant de 18,3m/min pour un rapport longueur de lit à uiamètre de 2;1.
Pour préparer le mélange gazeux réducteur chaud on fait passer environ 60% de l'hydrocarbure gazeux riche en méthane d'un serpentin fixe de préchauffage à 700 0 à une zone de mélange, cependant que les autres 40% de l'hydro- carbure gazeux sont envoyés dans un lit fluidisé de particules réfraotairee pour subir une combustion partielle avec de l'air préchauffé à 1200 0, L'air préchauffé est amené à une vitesse telle qu'une demi mole d'oxygène réagisse par mole de CE 4 de manière à produire du 00 et du H2 avec de$ quantités négligea- bles de CO2 et de H2O à unetempérature d'environ 1300 C.
Le gaz provenant de ia combustion partielle chaud qui contient de l'azote et d'un peu d'hydrocarbure n'ayant paa réagi est amené à passser dans ladite zone du mélange pour y être mélangé à l'autre fraction (60%) de l'hydrocarbure gazeux préchauffé de manière à former un mélange gazeux réducteur possédant une température d'environ 1100 0 que l'on fait passer ensuite dans le lit fluidisé de Fe et de FeO.
Les températures et proportions de l'hydrocarbure gazeux que l'on fait passer à la zone de combustion partielle peuvent varier, Mais il est avantageux de limiter la quantité
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d'hydrocarbure gazeux envoyé à la zone de combustion partiel- le de manière à éviter qu'une quantité excessive d'hydrooar- bure soit décomposée en carbone dans cette zone, Lors du pré- chauffage de l'hydrocarbure, la température peut être ajustée pour éviter une trop forte carbonisation, On peut veiller à enlever les dépôts de coke du serpentin préchauffeur cepen- , dant quel'on fait passer l'hydrocarbure à travers un autre serpentin préchauffeur qui a été nettoyé,
L'opération décrite convient pour être utilisée avec des distillats d'hydrocarbures de pétrole qui peuvent être préchauffées et volatilisées ou gazéifiées à des températures supérieures à 800 C sans subir de carbonisation excessive, comme par exemple, le naphta, le kerosène et le mazout} mais à mesure que les huiles bouillent à des températures plus élevées, des températures de préchauffage moins élevées doiver.t être utilisées, par exemple, 4 à 500 C pour le kérosène.
Ces hydro- carbures peuvent être utilisés avec le procédé à alimentation distributrice décrite pour le méthane gazeux, Cependant, des hydrocarbures plus lourde ou des matières carbonées peuvent y être substituées en partie ou en totalité et servir de combus- tibles pour la combustion partielle, par exemple, des huiles résiduelles lourdes, du charbon pulvérulent ou du coke pulvé- rulent.
Lors de l'utilisation de matières carbonées lourdes, il faut choisir celles-CI de manière à ce que leur teneur en soufre soit faible, étant donné qu'il faut prévoir des stades d'élimination du soufre des produits gazeux de la combustion, par exemple, le traitement des gaz chauds par de l'oxyde de calcium solide ou du cuivre sur de l'alumine dans un lit fixe ou fluidisé.
Bien que la plupart des études du système décrites n'ont utilisé que les pressions relativement peu élevées d'une
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à quelques atmosphères, des pressions plue élevées peuvent être utilisées dans la mesure où elle* provoquent pal d'en** traitement excessif des particules solides.
En gênerai, des conditions de fluidiaation bien connues quant aux vitesses de débit, à la distribution des granulométries, des profondeurs de lit et des pressions, sont applicables lorsque fonctionnent les récipients à combustion partielle et à réduction. Dans un système réducteur adiab.. tique, la dimension de l'appareil peut être augmentée afin d'obtenir une plus grande capacité mais dans ce cas une plus est grande quantité de chaleur nécassaire au récipient de combus- tion partielle pour maintenir les températures de réduction de FeO nécessaires de l'ordre de 800 à 1000 C.
En même temps, il est désirable de faire un usage maximum de la réduction di- recte par l'hydrocarbure gazeux avec la présence d'une quan- tité minimale de gaz oxydant dans le mélange gazeux réducteur, l'expression "hydrocarbure galeux" englobant les hydrocarbures normalement gazeux et les hydrocarbures liquidas volatilisés , Pour réaliser cet objet,
il a été montré qu'il est extrême- ment avantageux que la partie de l'hydrocarbure gazeux qui doit servir à la réduction directe soit préchauffée dans une zone séparément de la zone de combustion partielle où un gaz de température beaucoup plus élevée contenant du 00 et du H2 est formé et que ledit hydrocarbure gazeux préchauffé soit mélangé au produit gazeux de combustion partielle à tempéra- ture plus élevée de manière à former le mélange de gaz réduc- teurs chaude envoyés dans le lit de Fe-FeO fluidisé. de En opérant de la manière décrite ci-dessus, on peut faire l'hydrocarbure le constituant réducteur principal par comparaison aux autres constituants réducteurs,
00 et H2
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sur une base molaire, très peu de H2O, de C02 et de O2 n'ayant pas réagi, par exemple moins de 1% en poids, étant présent dans le mélange gazeux réducteur. De plus, une si petite quantité de gaz oxydant présente doit être considérée comme négligeable étant donné le mélange réalisé.
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R E Y E N D I C A T T 0 H S 1.- Procédé pour réduire des particules d'oxyde ferreux caractérisé en ce qu'on oxyde partiellement un hydrocarbure avec un gaz oxydant en une masse de particules solides réfractaires
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tluidieden chaudes de manière à obtenir un produit gazeux chaud contenant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène avec un mini- mum d'anhydride carbonique et d'eau-à une température supérieure à celle nécessaire à la réduction d'un oxyde ferreux, en ce qu'on mélange l'hydrocarbure gazeux audit produit gazeux chaud comme il est produit à partir de l'hydrocarbure partiellement oxydé de ;
manière à former un mélange de gaz réducteur chaud d'une tempé- rature supérieure à celle nécessaire pour réduire l'oxyde ferreux eh ce qu'on fait passer le mélange de gaz réducteurs chauds à ladite température au contact d'un mélange fluidisé de partiou- les d'oxyde ferreux et de fer métallique afin de réduire ledit oxyde ferreux en fer.
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