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Perfectionnements aux matières cimentaires à forte teneur en alumine.
La présente invention concerne la fabrication de produits cimentaires à forte teneur en alumine.
On fabrique généralement les matières cimentaires de ce type par le chauffage de mélanges d'une matière calcaire et d'une matière à forte teneur en alumine, la bauxite par exemple, dans des conditions susceptibles d'assurer complètement ou sensiblement la fusion du mélange.
On a toutefois proposé de soumettre les mélanges de ce genre à un chauffage prolongé à des températures plus basses, afin d'obtenir une masse plus facile à broyer.
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Dans son brevet anglais n 303,639, le demandeur a décrit et revendiqué un procédé pour la fabrication de ciments du type en question, consistant à soumettre un mélange de chaux vive et d'une matière à forte teneur en alumine à un traitement en présence de vapeur (de préférence à haute pression), afin de faire réagir la chaux avec les constituants de la matière alumineuse,puis à soumettre le produit résultant à un traitement à une température élevée, mais sensiblement en-dessous de celle où la fusion a lieu, cette température pouvant être de l'ordre de 1000 C.
On produit de la sorte une matière cimentaire possédant les caractéristiques de prise normales d'un ciment alumineux.
Lorsque, d'autre part, on chauffe un mélange de ce genre à des températures sensiblement inférieures, susceptibles seulement d'expulser l'eau combinée, on obtient un produit à "prise éclair", dont les caractéristiques cimentaires sont médiocres.
La présente invention est basée sur la constatation qu'on peut obtenir des résultats avantageux en traitant par de l'anhydride carbonique des masses consistant de composés d'alumine et de chaux dans des proportions susceptibles de fournir des ciments hydrauliques à forte teneur en alumine, la proportion de chaux pouvant même être plus forte.
Dans ses grandes lignes, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de ciments hydrauliques à forte teneur en alumine, consistant à soumettre des produits obtenus en traitant des mélanges de chaux et de matière à forte teneur en alumine, dans ces conditions susceptibles
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de former des aluminates de calcium, à l'action d'anhydride carbonique, dans une mesure assurant une transformation limitée de la totalité de la chaux présente dans ces pro- duits, en carbonate de calcium.
On continue normalement le traitement à l'anhydride carbonique jusqu'à saturation et, dans ce cas, on peut con- sidérer le degré d'enrichissement en carbone comme étant ce- lui résultant de la transformation, en carbonate de calcium, de la chaux à l'état libre et de la chaux librement combi- née éventuellement présentes. Des expériences de l'inven- teur il paraît résulter que l'anhydride carbonique décompose l'aluminate tricalcique, avec formation d'aluminate bical- cique ou de trialuminate pentacalcique et de carbonate de calcium.
De manière générale, la teneur du ciment final en anhydride carbonique est de l'ordre de 12 % à 17 %, mais elle peut varier dans des limites beaucoup plus larges sui- vant les proportions de chaux et de bauxite qu'on utilise.
L'invention vise plus particulièrement le procédé de fabrication de ciments hydrauliques, du type à forte teneur en alumine, suivant lequel le produit résultant du traitement d'un mélange de chaux et de bauxite ou autre matière à forte teneur en alumine, par de la vapeur, de pré- férence sous pression élevée, est soumis à l'action de l'a- cide carbonique, de manière à provoquer, à un degré limité, la carbonatation de la totalité de la chaux, ce produit étant ensuite soumis à un traitement thermique à une tempé- rature suffisamment élevée pour en expulser l'eau combinée.
Dans ce cas, il est préférable d'effectuer le trai- tement de la matière par l'anhydride carbonique en même temps
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qu'on la chauffe pour en expulser l'eau.
Suivant l'invention, on peut, par exemple, soumet- tre à l'action de la vapeur de la chaux et de la bauxite à l'état finement divisé et en parties de poids sensiblement égales, comme c'est décrit dans le brevet anglais n 303,639, et faire ensuite passer ce mélange traité à la vapeur à travers un tube rotatif incliné, tel qu'un four à ciment
Portland ou un sécheur rotatif,par lequel on envoie égale- ment, en contre-courant de la matière cimentaire, un courant de gaz chauds contenant de 1'anhydride carbonique. A l'en- droit où ils pénètrent dans le tube, ces gaz peuvent avoir une température de 500 à700 c.
Le mélange absorbe une par- tie de l'anhydride carbonique, et le produit sortant du four est un ciment qui, après avoir été refroidi et éventuellement moulu, entre en prise suffisamment lentement pour permettre qu'on l'utilise de la manière ordinaire.
La température à laquelle on effectue le traitement peut varier dans de larges limites, mais les températures comprises entre 300 C et 900 C sont généralement convenables.
Lorsqu'on dépasse ce maximum, de l'anhydride carbonique est éliminé. On peut faire varier les caractéristiques de prise et autres propriétés du produit en modifiant la température.
On a constaté que normalement, lorsque la températu- re est inférieure à 500 C, l'absorption d'anhydride carbo- nique et la déshydratation deviennent assez lentes, et il est donc préférable de travailler à une température maximum comprise entre 500 et 700 C.
On peut exécuter le procédé de plusieurs autres ma- nières, la faible température requise permettant également un grand choix d'appareils. Si on le désire, on peut séparer le traitement par l'anhydride carbonique du traitement
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thermique destiné à éliminer l'eau, mais il est généralement avantageux de mener ces deux opérations de front, et d'utiliser comme source de chaleur et ,d'anhydride carbonique, des gaz de combustion chauds ou des gaz perdus provenant de foyers ou de fours.
On peut exécuter l'invention en pratique d'après les données suivantes, qui indiquent à titre d'exemple non limitatif un mode convenable de son application:
On broie de la bauxite à teneur de 55 % en alumine et 5 % en silice à une finesse telle que 90 % de sa masse puissent traverser un tarais de 1600 mailles au cm2, puis on la mélange à 1.8 fois son poids d'eau, afin de former une boue. A cette boue de bauxite on ajoute une quantité de chaux (contenant 95 % d'oxyde de calcium) d'un poids égal à celui de bauxite. La chaux s'éteit dans la boue, dont la consistance devient juste assez liquide pour qu'on puisse la pomper.
On pompe ou on fait couler cette boue contenant de la chaux hydratée et de la bauxite dans un autoclave consistant en un corps de chaudière horizontal dans lequel tourne lentement un agitateur monté axialement, puis on introduit dans l'autoclave de la vapeur à 14 atm. environ, venant d'une chaudière. On continue l'agitation et la pression pendant trois heures, puis on réduit cette dernière à la pression atmosphérique en laissant échapper la vapeur.
On pompe ensuite la boue ainsi traitée à la vapeur dans une installation de traitement thermique, consistant en un cylindre rotatif incliné, revêtu de maçonnerie. Des gaz ayant une température de 650 C pénètrent dans le cylindre par son extrémité inférieure, et le traversent en contre-courant de la boue qu'ils dessèchent à l'état de poudre. L'anhydride
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carbonique contenu dans les gaz chauds se combine au ci- ment,et l'eau combinée est éliminée. Le ciment sort du cy- lindre de chauffage à l'état de poudre chaude, et traverse ensuite un plus petit cylindre rotatif, dans lequel il se refroidit.On le broie ensuite dans un broyeur à boulets.
Suivant cet exemple on utilise une quantité d'eau relativement grande, afin d'obtenir un mélange de base à l'état de boue pouvant aisément être maniée par des moyens mécaniques. On peut toutefois exécuter l'invention tout aus- si avantageusement en partant d'un mélange à demi sec si on utilise des moyens mécaniques convenables pour son manie- ment et ses traitements et, dans ce cas, on peut utiliser pour le traitement à l'anhydride carbonique un volume moindre de gaz chauds.
On peut généralement améliorer la solidité du ci- ment fabriqué suivant l'invention, en l'exposant dans une certaine mesure à de l'air humide. Ceci peut éventuellement s'effectuer en ajoutant de l'humidité, de la vapeur perdue, par exemple, à l'air traversant l'appareil servant à refroi- dir le ciment à sa sortie du cylindre de chauffage.
Le ciment ainsi produit ressemble généralement aux autres ciments alumineux, en ce qu'il atteint une grande solidité en 24 heures ou même moins. Il possède sur les autres ciments alumineux le grand avantage d'être très plasti- que lorsqu'on le mélange avec de l'eau, de sorte qu'il s'é- tend bien lorsqu'on l'utilise comme enduit, comme mortier ou comme béton.
Lorsqu'on prépare le mélange de base à l'aide de @ ,pas bauxite et de chaux et qu'on ne le soumet/à des températures extrêmement élevées, comme c'est généralement le cas, le
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ciment conserve la teinte, d' habitude rouge, de la bauxite utilisée pour sa fabrication.
Enfin quoique, dans la description ci-dessus, l'invention vise plus particulièrement le traitement de composés de chaux et de matière à forte teneur en alumine résultant simplement d'un procédé à la vapeur, il y a lieu de mentionner qu'elle couvre également le traitement de composés de chaux et de matière à forte teneur en alumine résultant exclusivement de l'action de la chaleur, c'est-à-dire sans l'intervention de vapeur, ainsi qu'au traitement des produits obtenus suivant le brevet anglais n 303,639, consistant à soumettre ces produits à l'action d'anhydride carbonique. Dans ce même ordre d'idées, il est à noter que si on chauffe ensemble de la chaux et de la bauxite à 1000 C environ, il se forme un composé ayant une "prise éclair".
Par contre, lorsqu'on traite le composé à l'aide d'anhydride carbonique afin d'assurer une certaine mesure de carbonatation de la totalité de la chaux présente, on obtient un produit dont la durée de la prise est normale.
- REVENDICATIONS -
1.- Procédé de fabrication de ciments hydrauliques du type à forte teneur en alumine, consistant à soumettre des produits obtenus en traitant des mélanges de chaux et de matière à forte teneur en alumine, dans ces conditions susceptibles de provoquer la formation d'aluminates de calcium, à Inaction d'anhydride carbonique dans une mesure assurant une transformation limitée de la totalité de la chaux présente dans ces produits en carbonate de calcium.
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Improvements to cementitious materials with a high alumina content.
The present invention relates to the manufacture of cementitious products with a high alumina content.
Cementitious materials of this type are generally produced by heating mixtures of a limestone material and a material with a high alumina content, for example bauxite, under conditions capable of ensuring completely or substantially the melting of the mixture.
It has however been proposed to subject mixtures of this kind to prolonged heating at lower temperatures, in order to obtain a mass which is easier to grind.
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In his British Patent No. 303,639, the Applicant has described and claimed a process for the manufacture of cements of the type in question, consisting in subjecting a mixture of quicklime and a material with a high alumina content to a treatment in the presence of steam. (preferably at high pressure), in order to react the lime with the constituents of the aluminous material, then to subject the resulting product to a treatment at a high temperature, but substantially below that where the melting takes place, this temperature which may be of the order of 1000 C.
This produces a cementitious material having the normal setting characteristics of an aluminous cement.
When, on the other hand, a mixture of this type is heated to substantially lower temperatures, capable only of expelling the combined water, a "flash-setting" product is obtained, the cementitious characteristics of which are poor.
The present invention is based on the finding that advantageous results can be obtained by treating with carbon dioxide masses consisting of compounds of alumina and lime in proportions capable of providing hydraulic cements with a high alumina content, the proportion of lime can even be higher.
In broad outline, the subject of the invention is a process for manufacturing hydraulic cements with a high alumina content, consisting in subjecting products obtained by treating mixtures of lime and material with a high alumina content, under these conditions liable to
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to form calcium aluminates, by the action of carbon dioxide, to an extent ensuring a limited conversion of all of the lime present in these products into calcium carbonate.
The treatment with carbon dioxide is normally continued until saturation, and in this case the degree of carbon enrichment can be regarded as that resulting from the transformation of lime into calcium carbonate. in the free state and freely combined lime possibly present. From the experiments of the inventor, it appears that carbon dioxide decomposes tricalcium aluminate, with the formation of dicalcium aluminate or of pentacalcium trialkuminate and calcium carbonate.
Generally, the carbon dioxide content of the final cement is of the order of 12% to 17%, but it can vary within much wider limits depending on the proportions of lime and bauxite used.
The invention relates more particularly to the method of manufacturing hydraulic cements, of the type with a high alumina content, according to which the product resulting from the treatment of a mixture of lime and bauxite or other material with a high alumina content, by vapor, preferably under high pressure, is subjected to the action of carbon dioxide, so as to cause, to a limited degree, the carbonation of all the lime, this product then being subjected to a heat treatment at a temperature high enough to expel the combined water.
In this case, it is preferable to carry out the treatment of the material with carbon dioxide at the same time.
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that it is heated to expel the water.
According to the invention, it is possible, for example, to subject to the action of the steam lime and bauxite in the finely divided state and in parts of substantially equal weight, as described in the patent. English No. 303.639, and then pass this steamed mixture through an inclined rotating tube, such as a cement kiln
Portland or a rotary dryer, whereby a stream of hot gases containing carbon dioxide is also passed in countercurrently to the cementitious material. Where they enter the tube, these gases can have a temperature of 500 to 700 ° C.
The mixture absorbs some of the carbon dioxide, and the product coming out of the kiln is a cement which, after being cooled and possibly ground, sets slowly enough to allow it to be used in the ordinary manner.
The temperature at which the treatment is carried out can vary within wide limits, but temperatures between 300 C and 900 C are generally suitable.
When this maximum is exceeded, carbon dioxide is eliminated. The setting characteristics and other properties of the product can be varied by varying the temperature.
It has been found that normally, when the temperature is lower than 500 C, the absorption of carbon dioxide and dehydration becomes quite slow, and therefore it is preferable to work at a maximum temperature between 500 and 700 C. .
The process can be carried out in several other ways, the low temperature required also allowing a variety of apparatus. If desired, the carbon dioxide treatment can be separated from the treatment.
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heat intended to remove water, but it is generally advantageous to carry out these two operations simultaneously, and to use as a source of heat and, of carbon dioxide, hot combustion gases or waste gases from fireplaces or ovens.
The invention can be carried out in practice from the following data, which indicates by way of non-limiting example a suitable mode of its application:
Bauxite with a content of 55% alumina and 5% silica is ground to a fineness such that 90% of its mass can pass through a tarais of 1600 meshes per cm2, then it is mixed at 1.8 times its weight of water, in order to form a mud. To this bauxite slurry is added a quantity of lime (containing 95% calcium oxide) of a weight equal to that of bauxite. The lime is extinguished in the sludge, the consistency of which becomes just liquid enough to be pumped.
This slurry containing hydrated lime and bauxite is pumped or poured into an autoclave consisting of a horizontal boiler body in which an axially mounted stirrer slowly rotates, then steam at 14 atm is introduced into the autoclave. approximately, coming from a boiler. Stirring and pressure are continued for three hours, then the latter is reduced to atmospheric pressure while allowing the steam to escape.
The sludge thus steamed is then pumped into a heat treatment plant, consisting of an inclined rotating cylinder, lined with masonry. Gases having a temperature of 650 C enter the cylinder through its lower end, and cross it in counter-current of the mud which they dry out in powder form. Anhydride
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The carbon dioxide contained in the hot gases combines with the cement, and the combined water is removed. The cement comes out of the heating cylinder as a hot powder, and then passes through a smaller rotating cylinder, where it cools and is then ground in a ball mill.
According to this example, a relatively large quantity of water is used, in order to obtain a base mixture in the form of sludge which can easily be handled by mechanical means. The invention can, however, be carried out quite so advantageously starting from a semi-dry mixture if suitable mechanical means are used for its handling and its treatments and, in this case, it is possible to use for the treatment with water. carbon dioxide a smaller volume of hot gases.
The strength of the cement made according to the invention can generally be improved by exposing it to some extent to moist air. This can optionally be done by adding moisture, eg waste steam, to the air passing through the apparatus for cooling the cement as it exits the heating cylinder.
The cement thus produced generally resembles other aluminous cements in that it achieves great strength in 24 hours or even less. It has the great advantage over other aluminous cements of being very plastic when mixed with water, so that it spreads well when used as a plaster, as a mortar. or as concrete.
When preparing the base mix using @, not bauxite and lime and subjecting it / to extremely high temperatures, as is usually the case, the
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cement retains the hue, usually red, of the bauxite used in its manufacture.
Finally although, in the above description, the invention relates more particularly to the treatment of lime compounds and of material with a high alumina content resulting simply from a steam process, it should be mentioned that it covers also the treatment of lime compounds and material with a high alumina content resulting exclusively from the action of heat, that is to say without the intervention of steam, as well as the treatment of the products obtained according to the patent English No. 303,639, consisting in subjecting these products to the action of carbon dioxide. In the same vein, it should be noted that if lime and bauxite are heated together to approximately 1000 C, a compound is formed which has a "flash setting".
On the other hand, when the compound is treated with carbon dioxide in order to ensure a certain degree of carbonation of all the lime present, a product is obtained whose setting time is normal.
- CLAIMS -
1.- A method of manufacturing hydraulic cements of the type with a high alumina content, consisting in subjecting products obtained by treating mixtures of lime and material with a high alumina content, under these conditions liable to cause the formation of aluminates of calcium, has carbon dioxide inaction to an extent ensuring limited conversion of all the lime present in these products into calcium carbonate.