CH312174A - Procédé de fabrication du carbure de calcium. - Google Patents

Description

  Procédé de fabrication du carbure de calcium.    La présente invention est relative à un  procédé de fabrication du carbure de calcium  par réaction à température élevée entre de  l'oxyde de calcium et un agent réducteur car  boné, sans liquéfaction des matières; elle com  prend également un appareil pour la mise en       #uvre    de ce procédé.  



  Jusqu'à présent, on fabriquait le carbure  de calcium par le procédé ci-dessous en trois  stades: le charbon est cokéfié, la pierre à  chaux est convertie en     chaux    par chauffage et  expulsion de l'anhydride carbonique, après  quoi on fait réagir le coke et la chaux dans  un four électrique pour obtenir le carbure de  calcium en phase liquide.  



  Ce procédé en trois stades n'a pas un bon  rendement, car des quantités considérables de  chaleur sont perdues lorsque les produits des  stades intermédiaires sont transférés au four  électrique pour la réaction finale de forma  tion du carbure. En outre, il faut une quan  tité considérable de chaleur pour maintenir  les réactifs en phase liquide pendant le stade  de formation du carbure.  



  La     présente    invention permet de réaliser  la fabrication du carbure de calcium à partir  de pierre à chaux et de charbon ou autres ma  tières carbonées, avec des pertes de chaleur  réduites au minimum.  



  Dans le procédé selon l'invention, il n'est  pas nécessaire que les différents stades soient  effectués en plusieurs endroits, on peut uti  liser des températures plus basses, et le car-    bure de calcium obtenu n'a pas besoin d'être  broyé et calibré.  



  Ce procédé est caractérisé en ce qu'on pré  pare un mélange en fines particules d'oxyde  de calcium et d'un agent réducteur carboné,  contenant une quantité d'agent réducteur  carboné au moins suffisante pour réagir avec  tout l'oxyde de calcium en donnant du car  bure de calcium; on chauffe le mélange hors  de contact avec l'air, à une température de  1800 à 1900 , de façon que l'oxyde de calcium  et l'agent. réducteur carboné     réagissent    sans  liquéfaction pour former du carbure de cal  cium, après quoi on abaisse la température  du mélange jusqu'à la température ambiante,  tout en le     maintenant    hors du contact avec  l'air.

     Lorsque la matière carbonée est -sous  forme de charbon, on chauffe d'abord     le-mé-          lange    finement divisé d'oxyde de calcium et  de charbon dans une zone     clé    réaction hors de  contact avec l'air, à une température de 350  à 400  jusqu'à ce que     sensiblement    tout le  charbon contenu dans le mélange soit trans  formé en coke, puis on     porte    la température  du mélange à la gamme de     températures    plus  élevées de 1800 à 1900  pour compléter la  réaction.  



  D'autre part, lorsqu'on utilise     dë    la     pierre     à chaux comme matière     première    à la \place       d'oxyde    de -calcium, on chauffe Té mélange  finement divisé de pierre à     chaux   <B>ai</B> de ma  tière carbonée .dans     une    zone<B>de</B>     réaction,         hors de contact avec l'air, à une température  d'environ 800 , jusqu'à ce que sensiblement  tout le carbonate de calcium contenu dans le  mélange soit converti en oxyde de calcium,  après quoi on porte la température du mé  lange à 1800 à 1900  pour achever la  réaction.  



  l En général, il est avantageux que les ma  tières premières soient du charbon et de la  pierre à     chaux,    auquel cas les réactions     ci-          dessus    mentionnées s'effeetuent successive  ment.  



  L'appareil pour la mise en     #uvre    du pro  cédé selon l'invention comporte un four tour  nant à axe incliné, présentant une section       tournante    et une section de bout fixe dans  l'alignement de la précédente et qui est reliée  à elle par un joint hermétique. Cet appareil  est caractérisé par la présence d'au moins un  dispositif à arc électrique dans ladite section  fixe et d'au moins un tuyau d'entrée d'air       dans        ladite    section tournante, cet     air    étant  destiné à brûler le produit gazeux formé dans  la région la plus chaude du four, où se  trouve ledit dispositif, et refoulé dans les  régions moins chaudes de da section tour  nante.  



  Sur le dessin annexé:  La, fig.1 est une vue en plan d'une forme  d'exécution de l'appareil susdit, dans laquelle  celui-ci comprend un alimenteur, un four  tournant et un refroidisseur tournant.   Les fig.2a et 2b sont des coupes verti  cales faites suivant la ligne 2-2 de la fig.1  et qui, réunies,     représentent    en détail le four  tournant et l'alimenteur.  



  La fig. 3 est une coupe verticale du refroi  disseur tournant, suivant la ligne 3-3 de la  fig.1.  



  Là fig.4 est une coupe verticale suivant  la ligne 4-4 de la fig. 2b, montrant le sys  tème d'électrodes dans le four tournant, et  la fig. 5 est une coupe verticale suivant la  ligné 5-5 de la fig. 2a, représentant la cons  truction interne du four tournant.  



  Le mélange pulvérulent de charbon et de  pierré à chaux est de  mis sous  forme de boulettes et il est placé dans le four    hors de contact avec l'air. Lorsque la tempé  rature dépasse 100 , l'humidité contenue dans  le mélange est expulsée. Lorsque la tempéra  ture dépasse 350 , le charbon contenu dans le  mélange est cokéfié et les matières volatiles  sont expulsées. Lorsque la température dé  passe 800 , la réaction de calcination,     conver-          tissant    la pierre à chaux contenue dans le  mélange en chaux, commence. Finalement,  lorsque la température atteint 1800 à 1900 ,  la réaction entre la chaux et le coke se pro  duit en donnant du carburé de calcium.

    Cette réaction se produit en totalité en phase  solide sans liquéfaction des matières quoi  qu'il puisse apparaître une certaine plasti  cité. L'ensemble des trois stades, dans le pro  cédé selon la     présente    invention, peut être  effectué en une à deux heures environ et être  conduit à la pression atmosphérique.  



  Il n'est pas essentiel d'utiliser du charbon       comme    source d'agent réducteur carboné. Si  l'on utilise un agent réducteur carboné ne  contenant pas de constituants volatils, l'opé  ration de cokéfaction peut être supprimée et  on peut     augmenter    plus rapidement     la    tem  pérature au-delà de la gamme de cokéfaction.  



  On a constaté que lorsque la dimension       des    particules de réactifs     est    suffisamment  faible, la vitesse de décarbonation (calci  nation) de la pierre à chaux pendant le     stade     de calcination     est    suffisamment élevée pour       permettre    à     ):a    plus grande partie de l'anhy  dride carbonique de     s'échapper    sans réagir  avec l'agent     réducteur    carboné contenu dans  le mélange ni l'épuiser.

   Par suite, tant que la  vitesse de     décarbonation    est     suffisamment     élevée, la réaction     désirée:     
EMI0002.0027     
  
    C03Ca+ <SEP> 3C---> <SEP> CaO <SEP> + <SEP> 3C <SEP> + <SEP> C02       se .produit, et la réaction     indésirable:     
EMI0002.0029     
  
    C03Ca <SEP> + <SEP> 3C--<B>></B> <SEP> CaO <SEP> +2C <SEP> + <SEP> 2C0       est empêchée .de se produire.  



  . De préférence, le produit.     est    refroidi     dans     toute atmosphère ne réagissant pas avec du       carbure    de calcium pour donner la réaction  inverse.  



  Le     carbure    de calcium     \fabrique    actuelle  ment 'par les     procédés    industriels connus est      acceptable s'il contient au moins 75 % de car  bure de calcium. La matière contenue en  outre dans ce produit est surtout de la  chaux.  



  Le carbure de calcium obtenu par le pro  cédé selon l'invention peut être produit de  manière que sa teneur en carbure de     calcium     varie beaucoup suivant les conditions de la  réaction. Avec le présent procédé, on a ob  tenu des produits contenant plus de 95% de  carbure de calcium, mais il     est    évident qu'on  peut obtenir     des    produits à plus faible teneur  en carbure de calcium en modifiant les con  ditions opératoires. Ces conditions opéra  toires comprennent la durée de la réaction et  le rapport de da quantité de chaux à l'agent  réducteur carboné.  



  Un avantage     extrêmement    important du  procédé selon     l'invention        est    qu'il peut se  prêter à un fonctionnement continu. Si l'on  fait arriver de faon continue un mélange de  pierre à     chaux    et de charbon, ou autre forme  de carbone, dans une zone de réaction ayant  un gradient de température allant d'environ  350-400  à l'extrémité d'entrée jusqu'à  environ 1800-1900  pour redescendre à  environ 400  à l'extrémité de sortie, on peut  obtenir du carbure de ealcium de faon  continue.

   Pour réaliser ce fonctionnement  continu, il     est    indiqué de mettre en     boulettes     le mélange pulvérulent de pierre à chaux et  de charbon afin d'assurer une plus grande  surface de réaction.  



  On a également constaté qu'en fonctionne  ment continu avec des boulettes arrivant     dans     la zone de réaction, il     est    bon d'avoir un  excès en carbone d'environ 10 à 159% par  rapport aux proportions stoechiométriques,  car cela retarde l'agglomération des boulettes  clans la matière du mélange et empêche la  formation d'une enveloppe dure et imper  méable sur la surface des boulettes.  



  La     formation    de cette enveloppe imper  méable sur la surface du mélange mis en  boulettes isole les réactifs et retarde ainsi la  réaction de formation du carbure.  



  Bien qu'il soit     possible    théoriquement de  mettre en     #uvre    de façon continue le pro-    cédé de     l'invention        sans    un excès d'un agent  réductèur carboné dans le mélange mis en  boulettes, on a constaté en pratique qu'il est  extrêmement difficile d'obtenir des rende  ments     raisonnablement    élevés en carbure de  calcium en l'absence de cet excès.  



  On a également constaté, dans la mise en       #uvre    de façon continue du procédé, que l'on  évite une perte considérable de chaleur et  que l'on augmente le rendement global de  l'opération si l'on utilise l'oxyde de carbone  chaud produit dans la phase     de    réaction for  mant le carbure ou la matière volatile chaude  venant de     la    phase de     cokéfaction,    ou les  deux,     comme        combustible    servant à     expulser     l'humidité contenue dans le mélange mis sous  forme de     boulettes,    pour cokéfier le charbon  du mélange ou pour calciner la pierre à  chaux qu'il contient.  



  En opérant de façon continue, l'oxyde de  carbone chaud (produit dans la phase de a  réaction forant le carbure) et les consti  tuants volatils (produits dans la phase de  cokéfaction) peuvent     être    recyclés     dans        les          zones    de cokéfaction et de     calcination    et y  être brûlés pour donner la chaleur nécessaire  pour     ces        réactions.     



  Voici un exemple     d'exécution    du procédé  selon l'invention     dans    lequel on a     utilisé    du  carbone comme source d'agent     réducteur    car  boné:  On a calciné un mélange de pierre à       chaux        et        de        carbone,        comportant        10%        de     carbone en plus de la quantité     stoechiomé-          trique,

      on l'a     enstûte    porté à 1800  dans     une          atmosphère    d'argon et. on l'a maintenu à. cette       température    pendant une heure. On a     laissé          refroidir    le produit     résultant        dans    -une     atmo-          sphère    d'argon et, à l'analyse, on a     constaté          qu'il        contenait        94,

  6%        de        carbure        de        cal-          cium.    On a trouvé que la perte en poids du       mélange    calciné     était    de     30,60/a.     



  Voici un autre exemple     dans    lequel on a       utilisé    du charbon comme source     d'agent     réducteur carboné:  On a chauffé à 800  pendant     deux    heures  une boulette .de pierre à chaux, :de     charbon,    en  excès de     109/o        sur    les     proportions    stoechio-      métriques, et d'huile formant liant, puis on  l'a porté à 1900  pendant 5 minutes de ma  nière à obtenir un produit qui, après refroi  dissement dans une atmosphère d'argon, a  été analysé et quia été trouvé contenir 90%  de carbure de calcium.  



  Dans un four continu expérimentas, en  deux     heures    de fonctionnement, on a produit  29,5 kg d'une matière contenant 81,7% de  carbure de calcium.  



  L'appareil, représenté sur la fig.1, com  prend un long élément tubulaire 1 muni d'un  dispositif interne servant à refouler un mé  lange pulvérulent dans cet élément et     dans     lune filière 2 placée à son extrémité, en met  tant ainsi le mélange pulvérulent     sous    forme  de petites boulettes de dimension appropriée.  Des goulottes 3 et 4 amènent ces boulettes à  l'extrémité d'entrée d'un four tournant 5.

   Ce  dernier comprend une enveloppe métallique  extérieure 6, un revêtement intérieur qui est  en carbone 7 dans la partie à haute tempéra  ture et en matières réfractaires     ordinaires    7a       dans        la    partie à basse température,     ces    deux  revêtements étant disposés coaxialement à       l'intérieur    du four 5, un     passage    annulaire 8  d'entrée d'air dans la     partie    à basse tempé  rature du four, entre l'enveloppe extérieure 6  et le garnissage intérieur 7, plusieurs tuyaux  9 d'entrée d'air placés autour de l'enveloppe  extérieure 6,

   de manière à permettre à l'air  d'entrer dans le     passage    8 d'entrée d'air, plu  sieurs tuyaux formant brûleurs 10 placés de  manière à traverser le garnissage interne 7 et  à amener l'air du passage 8 à l'intérieur de  la partie du four à basse température, des  robinets 11 placés à l'extérieur de l'enveloppe  6 en vue de régler la quantité d'air passant  dans ces brûleurs 10, une section fixe 12 de  bout du four placée à la partie à haute tem  pérature du     four    et munie d'au moins deux  électrodes 13 montées dans des porte-élec  trodes 13a traversant le garnissage intérieur  7     pour    venir dans l'intérieur du four, et une  sortie 14 placée à la base de la section non  tournante 12 du four et faisant commu  niquer l'intérieur du four,

   à travers le gar  nissage intérieur 7 et l'enveloppe extérieure    6, avec l'extérieur du four. Il est prévu un  système de supports 15 et un dispositif de  commande 15a servant à supporter et faire  tourner le four. Un     refroidisseur    tournant 16,  ne contenant pas d'air, se trouve en dessous  de la sortie 14 du four tournant 5, à laquelle  il     est    relié.

   Ce refroidisseur 16     est    porté et  tourne comme le four 5 à l'aide d'un sys  tème de supports     17a    et     dun    dispositif de  commande     17b.    Le     refroidisseur    comprend  une enveloppe métallique extérieure 18 et  une enveloppe intérieure 19     concentrique,     dans laquelle passe le produit du four. Un  passage annulaire 20 est délimité sur toute  la longueur du refroidisseur entre l'enve  loppe     extérieure    18 et l'enveloppe intérieure  19.

   Un passage 21. d'entrée d'air de refroi  dissement fait arriver de l'air venant du  ventilateur 22,     par    le tuyau d'entrée 23,     dans     le     passage    annulaire 20. Après avoir refroidi  l'enveloppe     intérieure    19, l'air devenu chaud  s'échappe, par un passage 24, vers une che  minée d'évacuation 25. Après avoir traversé  le refroidisseur, le produit du four sort dans  l'atmosphère, sensiblement à température am  biante, par la     sortie    26.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS I. Procédé de fabrication de carbure de calcium par réaction à température élevée entre de l'oxyde de calcium et un agent. réducteur carboné, caractérisé par le fait qu'on prépare un mélange en fines particules d'oxyde de calcitun et d'agent réducteur car boné, ce mélange contenant une quantité d'agent réducteur carboné au moins suffi sante pour réagir avec tout l'oxyde de cal ciiuu en donnant du carbure de calcium, on chauffe ce mélange hors de contact avec l'air, à une température de 1800 à 1900 , de façon que l'oxyde de calcium et.

   l'agent réducteur carboné réagissent sans liquéfaction pour former du carbure de calcium, et on abaisse la température du mélange ayant réagi jusqu'à la température ambiante tout en le mainte nant hors de contact avec l'air. II.

   Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication I, compor- tant un four tournant à axe incliné, présen tant une section tournante et une section d'extrémité fixe dans l'alignement de la pré cédente et reliée à elle de manière à assurer une fermeture hermétique, ledit appareil étant caractérisé par la présence d'au moins un dispositif à arc électrique dans ladite sec tion fixe et d'au moins un tuyau d'entrée d'air dans ladite section tournante, cet air étant destiné à brûler le produit gazeux formé dans la région lia plus chaude du four, où se trouve ledit dispositif, et refoulé dans las régions moins chaudes de la section tour nante. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Procédé suivant la revendication I, ca ractérisé par le fait que le carbure de cal cium est refroidi en atmosphère inerte. 2. Procédé suivant la revendication I, ca ractérisé par le fait qu'on prépare le mélange finement divisé d'oxyde de calcium et d'agent réducteur carboné en chauffant un mélange finement divisé de carbonate de cal cium et d'agent réducteur carboné hors de contact avec l'air, à une température d'envi ron 800 , jusqu'à ce que sensiblement tout le carbonate de calcium contenu dans le mé lange soit converti en oxyde de calcium, la température étant ensuite portée dans la gamme de 1800 à 1900 pour effectuer la réaction de formation du carbure de calcium. 3.

   Procédé suivant la revendication I, ca ractérisé par le fait qu'on prépare le mélange finement divisé d'oxyde de calcium et d'agent réducteur carboné en chauffant un mélange finement divisé d'oxyde de calcium et de charbon hors de contact avec l'air, à une température de 350 à 400 , jusqu'à ce que sensiblement tout le charbon du mélange soit transformé en coke, puis on porte la température du mélange dans la gamme de 1800 à 1900 pour effectuer la réaetion de formation du carbure de calcium. 4.

   Procédé suivant la revendication I, ca ractérisé par le fait qu'on prépare le mé lange finement divisé d'oxyde de calcium et d'agent réducteur carboné en chauffant un mélange finement divisé de carbonate de cal- cium et de charbon hors de contact avec l'air, à une température de 350 à 400 , jus qu'à ce que sensiblement tout le charbon sait transformé en coke, en portant ensuite la température du mélange à environ 800 et en le maintenant à cette température jusqu'à ce que sensiblement tout le carbonate de cal cium contenu -dans le mélange soit trans formé en oxyde de calcium,

   après quoi on augmente encore la température du mélange jusqu'à la gamme de 1800 à 1900 pour effectuer la réaction de formation du car bute de calcium. 5. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 3, caractérisé par le fait. que le mélange contient une quantité de charbon au moins suffisante pour donner du coke en excès d'environ 101/o. sur la quantité nécessaire pour réagir avec l'oxyde de cal cium en vue de produire du carbure de cal cium. 6.

   Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 4, caractérisé par le fait que le mélange finement divisé de carbonate de calcium et de charbon est préparé et mis en boulettes de façon continue et que les boulettes sont chauffées aux températures indiquées en les faisant passer successive- ment dans trois zones de réaction dont la pre mière est chauffée par combustion d'oxyde de carbone. 7.

   Procédé suivant la revendication I et les sous-revendications 4 et 6, caractérisé par le fait que les constituants volatils formés pendant la cokéfaction dans la première zone sont brûlés dans la deuxième pour fournir au moins une partie de la chaleur nécessaire à la calcination du carbonate de calcium. 8.

   Procédé suivant la revendication I et les sous-revendications 4. 6 et 7, caractérisé par le fait que l'oxyde de carbone formé pen dant la réaction de l'oxyde de calcium avec le coke dans la troisième zone de réaction est brûlé dans l'une au moins des autres zones de réaction pour fournir au moins une partie de la chaleur nécessaire à la réaction s'effec tuant dans cette zone. 9.

   Appareil suivant la revendication II, caractérisé par le fait que le four comporte une enveloppe métallique extérieure et un garnissage intérieur résistant à la chaleur, ce garnissage intérieur étant en matière réfrac taire dans la première partie de la section tournante et en carbone dans la section d'extrémité fixe et dans la partie de la sec tion tournante voisine de cette section fixe. 10.

   Appareil suivant la revendication II et la sous-revendication 9, caractérisé par le fait que l'appareil comporte plusieurs tuyaux d'entrée d'air communiquant avec l'intérieur de la section tournante et une source d'air, des robinets commandant l'ar rivée de l'air admis par ces tuyaux dans l'in térieur de la section tournante, un dispositif d'alimentation servant à introduire le mé lange cru dans la région d'entrée de la sec tion tournante, plusieurs électrodes passant à travers l'enveloppe extérieure et le garnis- Rage intérieur de la section fixe, ces élec trodes étant disposées de manière à per mettre la formation d'au moins un arc élec trique à l'intérieur de cette section,

   et une sortie servant à évacuer de la section fixe le produit de la réaction. 11. Appareil suivant la revendication II et les sous-revendications 9 et 10, caracté risé par le fait que le dispositif d'alimen tation comporte un organe d'extrusion pour mettre en boulettes le mélange finement di visé destiné à réagir. 12.

   Appareil selon la revendication II et les sous-revendications 9 et 10, caractérisé par le fait que le four présente un espace annulaire entre l'enveloppe .et le garnissage intérieur en matière réfractaire, plusieurs tuyaux d'entrée d'air faisant communiquer cet espace annulaire avec l'intérieur de la partie, correspondante de la section tournante, et une conduite reliant l'extérieur de l'enve loppe métallique extérieure avec cet espace annulaire. \ 13.

   Appareil selon la revendication II -et les sous-revendications 9 et 10, caractérisé par le fait qu'un dispositif de refroidisse- ment communique avec la sortie du four, ce dispositif permettant de refroidir les pro duits de la réaction dans une atmosphère sans air, avant de les mettre en contact avec l'at mosphère.