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Procédé de traitement de produits minéraux et organiques et installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.
La présente invention concerne un procédé de réduction de produits minéraux ou organiques en vue de leur purification ou de leur transformation, caractérisé par ce qu'on brasse le produit à traiter sur des plateaux superposés et qu'on fait tomber ce produit de plateau en plateau au fur et à mesure de son brassage, tandis que l'on fait circuler le gaz réducteur entre les plateaux, ce qui favorise la réduction par suite de la grande surface de contact entre le gaz rédue- teur et la matière à traiter, ce procédé permettant ainsi de traiter de grandes quantités de produits dans une enceinte d'encombrement réduit.
Suivant un modé de réalisation, on calcine d'abord le produit à réduire pour éliminer les impuretés volatiles en brassant le produit à traiter sur les plateaux superposés et en
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faisant tomber ce produit de plateau en plateau au fur et à mesure de son brassage, tandis que l'on fait circuler les gaz chauds entre les plateaux, on fait ensuite tomber ledit produitsur le
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prcMj.er plateau de réduction et 3'on provoque ous'.i!t 1<1 =,Îtlumticon coufornèrent au paragraphe pr èc.de,t.
Une variante est caractérisée parce qu'on r:.:.;;nÈn't"i 1'3 gaz réducteur par action d'un catalyseur ou de charbon ii1al.:.desce.1.t.
Suivant un premier modc de ¯ a 1= q '¯on,- - 'les fugues provenant de l'enceinte de régénération du gaz réducteur sur les produits à traiter pour les calciner avant l'opération
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de réduction, ce qui améliore le re.T.dei#ut thermique.
Une variante du procédé précédent est caractérisée parce qu'on envoie une partie du gaz réducteur à régénérer sur le produit à réduire, tandis qu'on régénère l'autre partie avant de l'envoyer sur le produit à réduire.
L'invention s'étend également à un procédé de fabrication de l'hydrogène caractérisé parce qu'on envoie un courant de vapeur
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d'eau sur de la magnétite, qui, se combinaùt avec 1 toxgïe ,1.i l'eau, libère l'hydrogène et que l'on. ré8énr cette i.gnétite en la réduisant suivant les procédés conformes à l'un ou l'autre des paragraphes précédents.
L'invention concerne aussi un procédé d'halogénation de produits minéraux ou organiques en vue de leur purification ou de leur transformation caractérisé parce qu'on brasse le produit à traiter sur des plateaux superposés et qu'on fait tomber ce
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produit de plateau en plateau au fur et a assure de son l:r:;.ss;1.G}, tandis que l'on fait circuler 1: .3 lâlo::,5n:r.t entre les rla V :a¯:a ce qui favorise 11blogé.11ttoll" par suite <1* 1¯a cr'!::!..3 3 ::::C' :
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iàsra=1x ou organiques ell vue de leur purification ou de luar transforsiation caractérisé parce qu'on brasse le produit à traiter sur des plateaux superposés etqu'on fait
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tomber ce produit de plateau en plateau au furdet à messre de son brassage, taudis qae l'on fait circuler le gaz chlorurant entre les plateaux, ce qui favorise la chlorubation par suite de la grande surface de contact'entre le gaz chlorurant et la matière à traiter ce procédé permettant ainsi de traiter de grandes quantités de rroduits dans une encente d'encombrement réduite,,
L'invention s'étend à un procédé de calcination de produits minéraux ou organiques en vue de leur purification ou de leur transformation dans lequel on brasse le produit à traiter sur des plateaux superposés et on fait tomber ce produit de plateau en plateau au fur et s mesure de son brassage, tandis que l'on fait circuler les gaz chauds de calcination entre les plateaux, procédé 'de calcination caractérisé parce qu'on peut produire les gaz chauds de calcination à des étages différents de plateaux et à des tempé- ratures bien déterminées pour chacun de ces étages, ce qui permet de régler dans les meilleures conditions la température du produit à traiter, selon les combinaisons que l'on veut produire aux diffé- rents étages.
L'invention s'étend également à un procédé de distillation. de produits minéraux ou organiques en vue de leur purification ou de leur transformation caractérisé parce que l'on brasse le produit à traiter sur des plateaux superposés chauffés intérieurement par une circulation de fluide de chauffeet qu'on fait tomber ce produit de plateau au fur et à mesure de son brassage, les produits de distillation s'élevant à travers les plateaux pour être ensuite condensés.
L'invention s'étend encore à un procédé de séchage de matières solides, caractérisé parce que l'on brasse la matière à déshydrater sur des plateaux superposés, chauffés intérieurement par une circulation de fluide de chauffe et que l'on fait tomber cette matière de plateau en plateau au fur et à mesure de son brassage, la vapeur de déshydration s'élevant à travers les pla- teaux pour être évacuée.
Cas procédés sont applicables, non seulement à un seul produit, tuais également à. un mélange de produits, l'action de purification n pouvant se faire sur un, plusieurs ou sur la totalite
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des produits constituant le llldb.l1ge.
Suivant un mode de réalisation de ltun quelconque des pro- cédés précédents, le gaz de réaction circule de bas en haut en sens inverse du produit traiter, ce qui réalise une circulation
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méthodique et permet de régler au mieux les différences de te#ii>é- rature entre le gaz de réaction et le produit à traiter.
L'invention s'étend d'une manière généra.lo à ces procédés dé rédùctione dfhalogénlittion, de chloruration, de calcination, de distillation ou de séchage des produits -elnùratiz ou. Or#&niu0S.
Liais elle concerne aussi différents sodés de réalisation qui sent ocmmuns à 1'ensemble des procédés précédents*
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Suivant un premier Liode de réalisation des procédés de ré- duction dfhalogBnationl de chlorurztioa, de calcinaFlion, de distal- lation et de séchage, on effectue les opérations précédentes à une pression inférieure à la pression .t:;-.osph6rlque.
L'épaisseur de la couche de produit traité est variable suivant les réactions à effectuer.
Le chauffage du produit est effectué sur une partie des plateaux
Les gaz destinés au traitement du produit sont mis au contact du produit sur une partie des plateaux.
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On chauffe séparéoent chaque plateau ou série de plateaux de façon à obtenir des zones de tem.p6ratures définies sur chaque plateau, ce qui permet d'effectuer diverses réactloiis successives oa simultanées correspondant chacune à une ou plusieurs zones de
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t3rlpératares.
On fait circuler un fluide de refroidissement dans cer- tains plateaux, de manière à absorber de la chaleur sur les plateaux ou les réductions sont exothermiques, ce qui permet de limiter la
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température de réaction et d'assurer Gs::o.ler.1ent la conservation. du :r#t.-'-.riPl utilisé.
On incorpore des catalyseurs au produit à traiter ou pu flui.e :zeü;., de 'ani3re é- favoriser l3s r.:...ctiO.1S et aiiroître laurs vitesses.
On fait airculer un lans de différents produits à traiter de haut en bas dans pluS. '.:1urs anpprells contés et séri'1")
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les uns au-dessous des autres et dans lesquels on fait c@rculer les différents courants gazeux nécessaires, le mélange de produits à traiter circulant par gravité'. o contrôle la vitesse de réduction en faisant varier la n vitesse de brassage des produits traités ,sur ces plateaux, le réglage de la vitesse à une valeur très faible permettant d'effec- tuer des réactions sur des matières pulvérulentes, tout en.rédui- sant l'entraînement des poussières.
On amène les produits à traiter à l'état pulvérulent pour faciliter les réactions qui dev.iennent ainsi plus rapides et plus complètes* L'invention s'étend d'une manière générale à l'ensemble de ces procédés, quels que soient les appareils et les installations pour leur réalisation. Toutefois, l'invention s'étend également à diverses installations permettant une mise en oeuvre particu- lièrement simple et efficace des procédés précédents.
L'invention concerne à cet effet une installation pour la réduction de produits conformément aux procédés précédents et caractérisée par un four de calcination purifiant d'abord le pro- duit à réduire et un four de réduction disposé sous le four de calcination, de faon que le produit à traiter circule par gravité de l'un à l'autre four.
L'invention concerne encore une installation pour la réduction du produit conforme au paragraphe précédent et caractérisé parce que les gaz sortant du four de réduction sont envoyés dans un convertisseur qui régénère le gaz réducteur par action de cata- lyseur ou de charbon incandescent.
L'invention/s'étand aussi à un appareil de distillation ou de séchage caractérisé par des plateaux rotatifs intercalés entre les plateaux fixes, les plateaux rotatifs balayant le produit à distiller pour le faire descendre de plateau en plateau, ces plateaux étant parcourus par un fluide de chauffe pour amener le produit à la température de distillation ou de séchage.
L'invention concerne aussi un procédé pour le traitement des minerais contenant de l'oxyde de fer.
A l'état naturel, les minerais (oxydes, sulfures
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carbonates, etc..) contiennent indépendamment de l'élément métal recherché, un nombre variable de composés métalliques constituant les impuretés; celles-ci sont dans la majorité des cas difficiles à éliminer et de ce fait, l'on ne peut obtenir en définitive l'élé- ment métal qutà un état de pureté s'approchant plus ou moins de la pureté absolue.
C'est ainsi, par exemple que les oxydes de fer obtenus par les procédés habituellement utilisés peuvent présenter une teneur en impuretés de 20% et parfois davantage.
Les procédés de purification ou d'enrichissement connus repo- sent dans la majorité des cas sur l'application de moyens physiques comme cela est réalisé dans les procédés de flottation. ou de sépa- -ration. à l'aide d'un champ magnétique.
Il est reconnu dans ce dernier cas, que la purification - du minerai est très variable, et de toute manière incomplète à moins, que le minerai présente.déjà une ' pureté élevée, comme dans le cas par exemple de la magnétite naturelle,
Cela tient essentiellement à la nature des impuretés à , leur état physique, ainsi qu'à leur combinaison éventuelle avec 'l'élément métal.
Il est possible d'éliminer les impuretés, partiellement ou en totalité, par voies chimiques, en utilisant des réactifs appropriés* Hais cette technique est en pratique fort couteuse et n'est utilisée que pour un affinage du produit brut pour autant que cette opération soit payante.
La présente invention a pour but d'éviter les inconvé- nients précédents, !Elle concerne un procédé pour le traitement des minerais contenant de l'oxyde de fer, caractérisé parce qu'on chauffe le minerai jusqu'à fusion complète, de sorte que les impuretés constituant la guangue sont scorifiées, surnagent la masse dioxyde fondu et sont ainsi aisément séparées de cet oxyde.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, on ajoute au minerai traité un fondant, chaux, soude silice, par exemple*
On choisit ce fondant suivant la nature et la composition des impuretés au point de vue qualitatif et suivant l'importance
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des impuretés au point de vue quantitatif,
Dans la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on amène ".à la fusion complète le minerai avec ou sans addition de réactifs,, et l'on obtient le laitier à la partie supérieure du bain de fusion et l'oxyde fondu, débarrassé de la majorité de ses impuretés, à la partie inférieure.
On opère dans des milieux différents, suivant la' nature de l'oxyde de fer que l'on se propose d'obtenir* a) on opère en mil.ieu ydant pour l'obtention de seequi- oxyde de fer, Par exemple on peut insuffler de l'air ou de l'oxy- gène dans le bain de manière que le .protoxyde soit amené à l'état de sesquioxyde fe2 o3 ou de magnétite fe3 o4.
b) on opère au contraire en milieu légèrement réducteur pour l'obtenrion de protoxyde de fer Feo ou d'oxyde magnétite Pe3 04 de manière à éliminer autant que possible dans ce cas le sesquioxyde de fer.'
Le traitement de l'oxyde, de fer fondu à la sortie du four de fusion dépend de la.'nature de l'oxyde de fer que, l'on veut ob- tenir comme expliqué ci-après :
On soumet l'oxyde de fer fondu :
a) à un refroidissement brusque jusqu'à la température ordinsire à l'abri de l'air pour obtenir Fe3O4, b) à un refroidissement moins, rapide, par exemple, dans le milieu ambiantpour obtenir Fe2O3 c) à un refroidissement rapide et brusque à partir d'une température de 700 minimum, cornue pour Fe3O4. lorsque l'on veut obtenir FeO.
Dans le cas de minerais ,contenant des oxydes métalliuqes volatils, par exemple l'oxyde de zinc, on chauffe d'abord le minerai de manière à éliminer l'oxyde volatil qu'on récupère ensuite par condensation, puis on traite le minerai résiduel par les procédés prédédents.
L'invention concerne aussi un procédé pour l'obtention du fer métal et de ses oxydes à partir de minerai, quelle que soit sa nature, caractérisé parce qu'on réduit d'abord l'oxyde de minerai à l'état de métal ou de sous-oxyde, puis on fond le
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produit réduit, on sépare ainsi le métal ou ôus--ôx de des impuretés et on élimine efficacement ces impuretés sous forme de scories.
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Ce procédé qui, en fzit, se caractérise par la. c3mtainaison des deux opérations en soi-connues (ro1clue,ti O!l, puis fusion) per- met ainsi d'obtenir le fer #à.t=1 ou le sous-oxyde.au ..11fr.:xlmüm possible de pureté, 1s. totalité de la gangue se trouvant effic: cerrffit éliminée. ' L'intention concerne, non seuiement, le procédé ,,61141rel décrit ci-dessus et caractérisé pur 1& co:b;¯nr i son ,5.?nér;;;le des deux a p6r& t Ion en soi connues (rGdt,tetiol1, fusion), :
'mis aussi dtautre-- procédés qui se carket6r!seat par la. combinaison du procédé précédente avec des opérations eoMplénientaireSt
Tout dtabord, l'invention concerne un procédé conforme aux précédents et caractérisé parce que, après avoir séparé le fer métal ou le sous-oxyde, on l'oxyde, de manière obtenir un oxyde à teneur désirée en oxygène.
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On peut aussi, conformément à l'inueigtion, réduire les
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oxydes de, fer -mataI ou le sous-oxyde jusqu'à obtenir 10 peroxyde de fer (sesquioxyde Fe2 0) ctest à diree l'oxydé à teneur maximum en oxygène.
On peut aussi,, conformément à l'invention, réduire les oxydes de fer obtenus conformément aux paragraphes précédents et notamment le sesquioxyde de fer Fe2 O3, de manière à obtenir un oxyde à stade moins oxydé, notamment l'oxyde .magnétique Fe O4.
En définitive, le procédé ci-dessus défini comporte les trois caractéristiques générales suivantes : a) traitement des minerais de fer par la combinaison des deux opérations (réduction, fusion). b) oxydation du fer métal ou des oxydes obtenus suivant le paragraphe précédent'. c) réduction de ces oxydes, de manière à obtenir en définitive l'oxyde à teneur exactement désirée.
Dans la description ci-après on a groupé, en vue de la clarté de'cet ' ' exposée tous les modes de réalisation autour de
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ces diverses opérations successives :
1 - Opération de réduction -
On peut, avantageusement, suivant l'invention, réaliser la réduction du minerai de fer en appliquant à cette réduction des gaz réducteurs à teneurs élevées en oxyde de carbone CO (de préférence supérieure à 60 ); ces gaz réducteurs à haute teneur ont une grande activité et permettent ainsi d'effectuer la réduction à des tempé- ratures relativement basses. De ce fait, on 'réduit au minimum la dépense de calories dans l'opération, de réduction.
On peut évidemment modifier la proportion indiquée ci-dessus à titre dexemple. Notamment, on peut utiliser des gaz réducteurs allant jusqu'à 80 - 90% d'oxyde de carbone CO et même plus.
'En vue d'obtenir ces gaz réducteurs à hau'te teneur en oxyde de carbone, on peut avantageusement les fabriquer en faisant passer de l'oxygène, à lplace d'air, sur le charbon.
On peut, sans sortir de l'esprit de'l'invention, utiliser des gaz réducteurs de compositions très différentes et notamment on . peut utiliser des gaz réducteurs qui contiennent soit de'l'oxyde de carbone CO, soit de l'hydrogène H, soit un mélange d'oxyde de carbone' et d'hydrogène.
Dans ce dernier cas, les gaz réducteurs sont obtenus.par exemple par passage d.e vapeur d'eau sur du charbon incandescent, d'où formation dlun gaz à l'eau riche en oxyde de carbone et d;hydroé- gène?
L'hydrogène introduit dans les gaz réducteurs a,pour effet, également,de réduire dans une grande mesure la caburation du fer et permet ainsi d'obtenir un métal fondu peu carburé*
La mise en oeuvre de la caractéristique ci-dessus du procédé conforme à l'invention conduit ainsi à prévoir dans cette. installa-' tion un générateur de vapeur d'eau*
La vapeur d'eau 'ainsi ôbtenué est appliquée en partie à la fabrication des gaz réducteurs, comme il a été expliqué ci-dessus et en partie à toute autre opération, par exemple au séchage du minerai oxydé.
Cette vapeur d'eau constitue ainsi un moyen de chauffage très'commode pour assurer d'une façon très simple la mise en
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oeuvre industrielle de l'ensemble de l'invention.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on fait passer les gaz réducteur sur le minerai de fer pour le réduire, puis on régénère ces gaz et on les fait passer à nouveau sur le minerai de fer, ces gaz circulant ainsi en cycle fermé, ce qui assure une réduction tout à faitméthodique du minerai et des résultats parfaitement homogène; cette disposition présente ainsi l'avantage important de réduire au minimum possible la. consom- mation de gaz- réducteurs et notamment la consommation du charbon nécessaire à la formation.de ces gaz réducteurs.
Suivant un mode de réalisation de la. caractéristique précédente, les gaz réducteurs riches en oxyde de carbone sont régénérés en partie ou en. totalité par leur passage dans une colonne de Charbon, quelle que soit sa pureté. Notamment ce char- bon peut contenir du souffre¯ sans inconvénient'.
Il convient évidemment d'amener la colonne de charbon dans des conditions telles qu'elle puisse efficacement régénérer les gaz réducteurs riches en oxyde de carbone.
On paut notamment, conformément à la présente invention, amener la colonne de charbon à température convenable pour la régénération, par chauffage extérieur, par chauffage intérieur ou par combustion de cette colonne de charbon elle-même.
Suivant un mode de réalisation de cette caractéristique les gaz provenant du chauffage de la colonne de charbon (gaz de combustionde brûleurs, gaz de combustion de la'colonne de charbon elle-même, etc...)sont réunis aux gaz réducteurs, l'ensemble de ces gaz.étant réduit par la colonne de charbon, cet ensemble étant alors efficacement appliqué à la réduction du minerai de fer traité.
On peut avantageusement régler le chauffage ou la combus- tion de la colonne de charbon de manière à régler la composition du gaz réducteur et par suite son efficacité.
De ce fait, on dispose d'un moyen très simple pour contrôler à tout. instant l'action du gazréducteur sur le minerai traité et par suite dontrôler la réduction suivant le degré auquel on veut obtenir cette réduction (obtention de fer métal ou obten- tion de. sons-oxyde).
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11 y a avantage, conformément à la présente invention , à effectuer ce chauffage et cette combustion de la. colonne de charbon en présence de catalyseur, notamment des oxydes de fer, ce qui permet encore de contrôler la composition du gaz réducteur.
Ce catalyseur constitue un'moyen de contrôle efficace sur la composition des gaz réducteurs et par suite sur leur. action sur le minerai traité dans le 'but expliqué ci-dessus'.
Suivant l'invention, on applique avantageusement les gaz réducteurs chauds sortant 'du four de réduction, pour le chauffage nécessaires aux diverses opérations du procédé, telles que frittage fusion, affinage, etc.. ce qui permet une récupération très poussée des calories. De ce fait, on améliore encore le rendement thermique de l'opération..
Suivant un mode de réalisation 'de cette dernière disposition les gaz réducteurs chauds, sortant du four de réduction et conte- nant encore des teneurs notables en gaz combustible tel que l'oxy- de de carbone, ou l'hydrogène, ou le mélange des deux sont brûlés dans le four de fusion. Dens ces conditions, on obtient ainsi une utilisation totale des résidus des gaz combustibles encore contenus dans les gaz réducteurs. Par exemple si les gaz réduc- teurs, après 1'¯opération de réduction, contiennent encore une certaine teneur en oxyde de carbone (CO) ce gaz combustible brûlé dans le four de fusion est ainsi utilisé efficacement; on réalise ainsi le procédé conforme à l'invention dans les conditions optimum de rendement..
L'invention s'étend évidemmentà la combinaison générale des deux moyens ci-dessus définis (réduction du minerai, fusion du produit réduit), quels que soient les modes opératoires parti- culiers par lesquels on met en contact le minerai-traité d'une part et le gaz réducteur d'autre part.
Toutefois, on effectue avantageusement suivant la pré- sente invention, les opérations de réduction (réduction du . minerai de fer, réduction du sesquioxyde de fer) par brassage sur les plateaux d'un four rotatif, les gaz réducteurs circulant en sens inverse du produit traité, On obtiont ainsi une
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réduction tout à fait méthodique du minerai et des oxydes traités et des résultats tout à fait homogène.
Il y a intérêt pratiquement à calciner le minerai avant de le réduire, de manière à éliminer de suite les impuretés volatiles et à faciliter de ce fait les opérations de réduction cette calcination peut, par exemple, être effectuée, de même que la réduction, par brassage du minerai traité sur le plateau, de , four rotatif, les gaz chauds circulant en sens inverse du produit à calciner, en présente ou non de réactifs, bases NaOH- CaO - acides SO4H2, HCI- 'Halogènes., hypochlorite de chaux, etc*...
2 - Opération de fusion - en , peut effectuer la fusion simplement par chauffage du minerai réduit, dans un four de fusion à sole acide ou basique* Toutefois, il y.avantage, suivant l'invention, à fondre le produit réduit en présence de fondants, facilitant la fusion de la gangue et la formation des' scories, notamment CaO, SiO2. soude MgO, acides*
Après l'opération de réduction de l'oxyde du minerai, on fritte avantageusement le produit métallique réduit, de manière à agglomérer le minerai avant la fusion et à éviter ainsi la. formation de poussières et les pertes correspondantes. Ce frit- tage, du reste facultatif, peut être effectué sans augmenter la consommation de combustibles.
De préférence, on fritte le produit métallique réduit en présente de fondants, tels que des bases (soude CaO, etc...) qui facilitent le frittage.
Comme indiqué précédemment, l'opération de fusion permet de séparer des impuretés sous forme, de scories, soit le métal lui-même, soit le sous-oxyde de ce métal, ces deux pro- duits (métal ou sous-oxyde) pouvant être ensuite, efficacement traités comme il est expliqué ci-après.
3 - Oxydation des produits après réduction et fusion.
Ces produits se présentent, soit à l'étatde métal, soit à l'état de sous-p@yde. On peut opérer de l'une ou l'autre manière ci-dessous décrites. D'abord on peut oxyder suivant l'invention le fer métal ou le sous-xoyde jusqu'à, obtenir l'oxyde de fer magnétique De 304 .
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Après l'obtention de cet oxyde de fer magnétique, on pulvérise à l'état liquide, à l'aide d'un gaz inerte comprimé tel que l'azote puis on coule cet oxyde dans un liquide tel que l'eau ce qui sta- bilise l'oxyde .magnétique et evide son oxydation par l'air.
'Ensuite, l'oxyde magnétique stabilisé est séché, pulvérisé ' à sec, puis livré au commerce.
De même, on peut obtenir le sesquioxyde en opérant l'oxy- dation du métal ou du sous-oxyde éditée 1200 - 1300 C .
On peut aussi,à partir de ces 2 derniers oxydes (oxyde magné- tique Fe3 O4 et sesqui-oxyde Fe2O3 et en opérant par réduction, obtenir des oxydes moins oxygénés; notamment, on peut réduire l'oxyde de fer magnétique Fe3O4. de manière à obtenir le sous- oxydeFeO, que l'on peut stabiliser par refroidissement rapide dans l'eau.
Ces opérations d'oxydation peuvent être effectuées de multiples manières, par tout moyen connu, notamment on peut suivant l'invention, oxyder le .fer métal ou le sous-oxyde par insufflation d'un- gaz oxydante par pulvérisation du produit fondu avec refroidissement à l'air, par peroxydation du métal solide pulvérisé ou broyé en présence d'oxygène; ou autres moyens similaires.
Lorsque la réduction a été poussée jusqu'à l'obtention de fer métal, il y a intérêt, conformément à l'invention à affiner le fer métal obtenu par réduction de lroxyde de'minerai, de manière à éliminer certaines impuretés (carbone, manganèse, etc..) et obtenir. un métal pur, cet affinage étant effectué par exemple par insufflation d'air ou d'oxygène, ou par adjonction de réac- tifs, pels que oxydes de fer (battitures) silicium, aluminium, etc... on recuille enfin le métal affiné, par exemple par coulée dans des lingotières, par pulvérisation, par injection de gaz inertes sous pression, par précipitation directe dans l'eau ou tout autre,moyen en soi connu.
On peut aussi, conformément au procédé général, de l'invention, oxyder le métal aprèsaffinage, ce qui permet d'obtenir des oxydes très purs.
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4 - Opérations diverses -
Comme il a été indiqué précédemment, on .peut effectuer toute réduction des oxydes de fer obtenus par oxydation du fer, Notamment, on peut réduire, comme indiqué ci-dessus, l'oxyde de fer magnétique Pas 04, de manière à le ramener à l'état de protoxyde dé fer Peau
Tontes ces opérations de réduction, comme indiqué d'ailleurs ci-dessus, peuvent être effectuées par brassage sur le plateau d'un four rotatif, les gaz réducteurs circulant en sens inverse du produit traité.
L'invention concerne.aussi quelques opérations secondaires- et caractéristiques qui sont décrites ci-après :
Suivant l'invention, on recueille les gaz brûlés provenant des diverses opérations (frittage fusion, affinage, etc...) et on les régénère en partie ou en totalité, par réduction de ces. gaz 'brûlés, de manière à obtenir des gaz réducteurs et on applique ces gaz réducteurs régénérés à la réduction de l'oxyde de fer.
De ce fait, on récupère à la fois les gaz brûlés et on les utilise efficacement dans la mise en oeuvre du procédé.
On peut aussi, conformémentà la présente invention obtenir- à partir d'air liquide d'une part l'oxygène pour la fabrication du gaz réducteur, d'autre part, l'azote pour la formation d'une atmosphère neutre, par exemple en vue de recueillir et de mettre à l'abri de toute oxydation le métal fondu ou l'oxyde.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on re- ceuille les gaz brûlés provenant des-diverses opérations (frittage, fusion, affinage, etc.. ) et on les applique à des opérations de réchauffage dans l'une ou l'autre des phases du procédé (calcination, vaporisation d'eau etc...) -La présente- invention s'étend : a) aux procédés généraux tels qu'ils ont été décrits dans. le préambule de la présente demander b) à toutes les caractéristiques ci-dessus définies et relatives aux aérations auxiliaires pour la mise en oeuvre des opérations 'essentielles ;
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c) à tous -les modes opératoires c.-dsQf.l3us.
L'invention s'étend non seulement aux procédés ci-dessus et à leurs diverses combinaisons mais aussi aux caractéristiques ci-après décrites et à leurs diverses combinisons possibles.
Les procédés, installations et, appareils conformes .à l'invention sont représentés à titre d'exemple sur .les dessins ci-joints dans lesquels : - La figure 1 représenté un appareil pour la réalisation des procédés conformes à l'invention pour la réduction, 1'oxyda- tion, la chloruration, la distillation, le séchage, etc'...'.
- La figure 2 représente un mode de réalisation du refroidissement des plateaux - La figure 3 représente une installation pour ,la réduction des produits minéraux ou organiques - La figure 4 représente une variante de l'installation de la figure '3 avec un convertisseur pour la régénération des gaz réducteurs.
-'-La. figure 5 représente schématiquement le convertis- -seur utilisé, dans, l'installationde la figure 4. ¯ - Les figures 6 et 7 représentent deux modes de réalisa-. ti on d'une installation de réduction conforme à l'invention.
- La figure 8 représente un appareil de distillation, - La figure 9 représente un appareil de distillation ou de séchage avec pompe à vide.
- Les figures 10 et 11 sont deux coupes verticales schématiques de l'ensemble d'une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention pour le traitement des minerais contenant de l'oxyde de fer.
- La figure 12 est un schéma d'une installation complète pour l'obtention de fer métal et de ses oxydes à partir de minerai.
- Les figures 13 et 14 sont deux schémas des conver- tisseursservant à la régénération des gaz réducteurs.
- La figure 15 est un schéma d'un autre mode de réall- sation d'une installation conforme à l'invention.
- Les procédés de calcination, réduction, oxydation,
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chloruration, sont avantageusement mis en oeuvre dans le four .représenté sur la. figure 1.
Ce four se compose d'un certain nombre de plateaux circu- laires 1, 2 ... 7 horizontaux, superposés, formant soles étagées, complètement indépendants l'un de l'autre.
Les plateaux impairs 1, 3, 5, 7 sont fixes, tandis que les plateaux paires sont mobiles autour d'un axe fictif coinci- dant avec l'axe vertical du four* Des colonnes supportent éga- lement les plateaux mobiles montés sur des galets 13 roulant - sur un rail 14 fixé auxdites colonnes-
Le plateau supérieur fixe 1 qui ferme le four. est recou- vert d'un revêtement calorifuge convenable, évitant les déper- ditions et est pourvu d'un appareil distributeur approprié .. pour le produit à traiter.
Une ouverture 15, mélangée au centre sert à l'évacuation des gaz de réaction. = 'Le plateau inférieur également fixe 7 ferme la calotte d'un massif cylindrique de maçonnerie renfermant le foyer, les carneaux de fumée 30, les conduits 31 d'arrivée de gaz de réaction et la cuve 32 où tombe le produit traité.
Les plateaux mobiles 2, 4, 6 reçoivent leur mouvement de rotation par l'intermédiaire, dtun arbre'vertical 17 portant des pignons dentés 18 qui engrènent avec les couronnes-12, ledit arbre étant commandé par le haut ou par le bas, au moyen d'une transmission appropriée- , Chaque plateau porte, scellées dans sa voute, une série de dents 20 en un produit réfractaire convenable, lesquelles sontconformées et orientées pour déplacer dans le sens voulu le produit étalé sur la sole immédiatement inférieure, soit du centre vers la périphérie, soit de la périphérie vers le centre.
Ainsi, dans l'exemple représenté ici, le plateau couver- ture 1 porte des dents disposées et orientées pour déplacer le produit amené par un distributeur au centre de la sole 2. d'où il tombera sur 'la sole-3 sur laquelle il circulera depuis le centre périphérie et cela, par le seul fait de la rota- tion de la sole 2.
'Ce produit' arrivant à la périphérie tombe par des ouvertures 21 ménagées â cet effet, sur la .sole fixe 3. Les
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dents prévues sous la voute 3 le ramènent depuis la périphérie de la. sole 4 vers un orifice central de chute 34 d'où il tombe sur la sole 5 et ainsi de suite alternativement de sole en sole et de chute en chute par les orifices 24, 25, 26 et 27a
Les gaz de réaction suivent un chemin inverse par les mêmes orifices 27, 26, 25, 24, jusqu'à l'évacuation par l'orifice 15,
La partie inférieure du four comporte des brûleurs, 34 à l'aplomb de l'orifice d'introduction des gaz de réaction..
Pour refroidir les soles, on prévoit une circulation. d'air ou de gaz froid dans les canaux 35 prévus dans les briques de la voute et dans les dents 20 de celle-ci, comme indiqué sur la figure 2.
La circulation du fluide de refroidissement peut être provoquée dans les soles mobiles par exemple à chaque passage des orifices des canaux devant un orifice d'aspiration ou de refoulement approprié ; l'air ou le gaz de circulation ainsi ré- chauffé dans la. traversée desdits canaux pouvant être utilisé dans les usines de traitement des produits.
Le chauffage peut être direct ou indirect suivant la. matière à traiter et peut être effectué sur.un ou plusieurs plateaux ou sur la totalité des plateaux fixes, tous les combus- tibles pouvant être utilisés à cet effet.
La régularisation de la température dans la masse est surtout fonction de l'épaisseur du produit disposé sur les pla- teaux et est d'autant plus parfaite que l'épaisseur du produit est plus faible. Les dents râcleuses 20 permettent d'égaliser les épaisseurs de produits.
On peut aussi effectuer en traitât des matières pul- vérulentes, soit des distillations sèches de sciures de bois ou de menus, soit des fu.si6ns, soit provoquer des entraînements par vapeur d'eau, par des fluides inertes ou par des solvants appropriés.
On peut, dans une certaine mesure, faire circuler l'agent de réaction'dans un cycle fermé, en vue de réduire sa consommation.
De même, on peut effectuer dans un même appareil des réactions simultanées ou successives,-ou alternées par exemple des réactions d'oxydation et de réduction,, même à différentes
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températures; à cet effet, on prévoit des -e** -UO2;ce&iictes des agents oxydants et réducteurs, dans des zones différentes du four.
Pour la. calcination, le chauffage est assuré par des brûllurs 34 situés à la partie inférieure du four, ou éventuellement au ni- veau de chaque sole fixe, les fumées parcourant le four en sens inverse de la matière.
3, La sortie de la dernière sole inférieure, la matière peut être mise au contact des flammes, pour un. traitoment plus énergique.
La clacination peut également être effectuée sur la matière première à laquelle on-ajoute, soit un fondant ou un corps cu un mélange de corps définis, en vue de réaliser des réactions secon- daires. C'est ainsi, par exemple, que l'on peut ajouter des composés chlorurés à un minerai, en vùe de rendre des impuretés minérales, solubles et aisément âliminables par lavage.
On peut aussi purifier de la même manière les produits contenant du zinc. Le zinc est volatisé sous forme d'oxyde direc- tement récupérable à la sortie de l'appareil.
Pour la réduction, on utilise de préférence la matière préalablement calcinée en vue d'éliminer les impuretés volatiles.
Cette matière est, amenée dans le four de réduction 40 conforme à celui représenté sur la figure 1.
Le four de réduction 40 est placé sous le four de calci- nation 41 (figure 3) ce qui permet de supprimer le matériel de manutention d'un four à l'autre, la matière circulantpar gravité.
Le four de réduction 40 estporté à la température désirée.
On fait circuler le baz réducteur comme indiqué précédemment en l'introduisant par l'orifice 31.
Ce gaz réducteur est en général de l'hydrogène. L'hydrogène peut être obtenu par dissociation de la vapeur dteau dans le four- lui-même. A cet effet, on, injecte dans le bas du four, par l'ou- verture 31 de la vapeur d'eau.
Cependant, on peut obtenir des résultats remarquables en effectuant la réduction par l'oxyde de carbone que l'on régénère ensuite dans un convertisseur 42..
A cet effet, on fait passer l'oxyde de carbone CO sur l'oxyde à réduire., dans le four réducteur 40, par exemple de l'oxyde de fer Fe2 O3, La réaction s'effectue de la manière
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suivante : 3 fe2o3 +CO=2 Fe3O4 + CO2
Le gaz carbonique obtenu est ensuite envoyé par une tubulure 45 dans le convertisseur 42 (figure 4) où il se transforme en oxyde de carbone au contact du charbon, incandescent la réaction est la suivante':
CO2+ C = 2 CO
L'oxyde de carbone ainsi obtenu est envoyé en partie par la tubulure 44 dans le four réducteur 40 où il opère la réduction précédente et le cycle recommence.
Le convertisseur.4?. où s'effec- tue la production d'oxyde de carbone à partir du gaz carbonique est constitue avantageusement de la ,manière suivante (figure 5) Il comporte à sa partie supérieure un sas étanche 51 pour l'ali- mentation en continu, du charbon et à la partie inférieure une grille 52 et une porte de décrassage 53. Le convertisseur 42 est chauffé extérieurement par les brûleurs 541 542 543 544 alimentés au gaz ou à tout autre combustible.
Ces brûleurs 54 sont situés à différents étages, ce qui permet de réaliser des zones de températures différentes. le gaz à traiter est amené a. la partie inférieure 55 du convertisseur 42 et chemine de bas en haut à travers le charbon où le catalyseur est maintenu à la température voulue par les brûleurs 54.
Le ainsi traité sort à la partie supérieure du con- vertisseur et est conduit vers le bas par une tubulure 56 pour 'être ensuite dirigé dans un échangeur 57 où il cède tout ou partie de ses calories au gaz devant être traité avant d'être amené à la partie inférieure du convertisseur 42.
A esteffet, le gazdevant-être traité arrive à la partie supérieure de l'échangeur 57 par une tubulure 58 et circule à travers une série de tubes parallèles 59 dans .la. chambre de. re- froidissement 70 du gaz traité.
Pour les 'réductions, on peut également employer connue gaz réducteur un mélange d'hydrogène et d'oxyde 'de carbone sous forme de gazà l'eau par exemple.
Ce gaz de composition x CO+ y H2 peut être fégénéré de la même manière que le gaz CO en passant dans le convertis-
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seur 42.
Suivant la composition des gaz réducteurs et la. tempéra-- ture de réaction, on peut obtenir dans l'exemple de l'oxyde de
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fer Fef 0 toute la gamme des sorts-oxydes, oxyde salin, oxyde diva.- lent ou même le fer pur dont on peut provoquer la fusion.
, Suivant un autre mode de réalisation (figure 6) on utilise les fumées des brûleurs du convertisseur 42 pour effectuer la calci-
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nation préalable de ¯1 'o.:;{yde dans le foyer. à cet effet, les gaz d'écbappeme:1t du convertisseur 42 sont dirigés par la tubulure 46 à l'entrée du four de calcination 41. La circulation du gaz réducteur est assurée pâr un ven'bil:J.-alU' 47.
On. récupère ainsi des càïlor' -,, ce qui conduit 8 un excellent rendement thermique et à une marche très simple de '! tizistaJ¯7 a tian. n effet, le degré de réduction de l'oxyde &tant fonction de la tempérs-turs et de la concentration' en gaz réducteur de la phase gazeuse qui est elle même fonction de la¯ température du convertisseur 42, le fonc- tionnement de l'installation se résume au maintien des températures
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de chaque ràaculorre
Ainsi, dans le cas particulier de la fabrication de la magnétite., à partir du sesquioxyde de fer avec l'oxyde de carbone,
la réduction peut être effectuée aux environs de 600 650 avec une
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composition gazeuse de 4-d doyde de carbone 00 et 60% de gaz carbonique c02'- La température de nlarche du convertisseur est du même ordre, le gaz réducteur effectuant un circuit fermé..
Suivant un.autre mode de réalisation, on envoie un mélange. de gaz carbonique et d'oxyde de carbone dans le .four de réduction (40) figure ; par la tubulure 48. Pour récupérer une partie du
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mélange gazeux après la- réaction dans la. four de réduction 40, on place le. convertisseur 42 en dérivation sur le circuit du four de réduction 40. L'oxyde de carbone obtenu dans le convertisseur 42best ensuite Introduit par la tubulure 49 en quantité voulue et
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déterminée dans le four de réduction 40 avec le mélange d'oxyde de carbone et de-gaz carbonique introduit dans le cycle.
On peut obtenir dans cette installation un oxyde débar- rassé de ses impuretés volatiles par calcination 'qui donne, par réduction, une magnétite très pure. La pureté de cette magnétite.,
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est encore améliorée si le charbon utilisé est du charbon de bois.
La magnétite ''pure régénérée conformément aux procédés précé- dents peut servir à la préparation d'hydrogène. A cet effet, un courant de vapeur d'eau est envoyé sur le magnétite portée au rouge qui s'oxyde en libérant 1 'hydrogène., le produit oxydé étant ensuite régénéré par réduction, les deux opérations pouvant être effectuées dans un même appareil. Comme il a été indiqué précédemment, l'agent réducteur peut être soit l'oxyde de carbone, soit du gaz à l'eau,soit un mélange des deux gaz. L'un ou l'autre de ces gaz réducteurs sont préparés à partir du gaz carbonique ou la. vapeur d'eau dans le con- vertisseur 42.
L'hydrogène produit est très pur du fait que le gaz réducteur peut être lui'même très pur. La magnétite conserve très longtemps ses propriétés. Le rondement thermique de la. transformation est très élevée le chauffage du générateur d'hydrogène pouvant être assuré par les fumées provenant du convertisseur 42, a.insi que par l'excès d'oxyde de carbone provenant de la' conversion du gaz carbonique., ou par l'excès de gaz à l'eau provenant de la vapeur d'eau introduite dans le convertisseur 42; suivant le gaz réducteur utilisé.
La figure 8 représente un appareil pour la mise en oeuvre du procédé de distillation conforme à l'invention.
Cet appareil comporte, comme le four de la. figure 1 des pla- teaux fixes 1, 3, 5, 7 et des plateaux rotatifs 2, 4, 5 tournant en regard des plateaux fixes. Ces plateaux sont creux et sont par- courus par le fluide de chauffe de la. vapeur d'eau par exemple.
Les produits de.distillation mon.tent à la partie supérieure de l'ap- pareil oÙ ils sont évacués 'en vue de leur condensation..Cet appareil est avantageusement utilisé pour la distillation sèche de menus de bois ou de sciures, ainsi que pour le traitement des graines et des déchets ligneux.
Cet'appareil peut également servir de séchoir pour sécher par exemple, en atmosphère neutre. ou réductrice de la magnétite humide ou tous autres produits:
La vapeur d'eau est éliminée à la partie supérieure de l'ap- pareil. Pour diminuer la température de 'séchage, une pompe à vide 64 effectue dans l'enceinte un vide. relatif (figure 9).
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On réalise ainsi des installations permettant d'effectuer toutes sortes' de réactions avec un bilan thermique amélioré grâce aux dispositifs de récupération des gaz de .chauffe et des gaz de réaction.
Les figures 10 et 11 représentent une autre invention pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme é l'invention pour le - traitement des minerais convenant de l'oxyde de fer?
Un four a fusion A est chauffé par des brûleursB alimentés par un conduit d'amenée des gaz C1 et d'arc C2. Ces brûleurs sont réglés de'manière à maintenir dans le four une température de 1700 à 1800 o C.
Le chargement du'minerai traité est effectué en D, immédia- temeat au-dessus du niveau de la. masse fondue dans le four; de ce fait, on réduit au minimum possible, 11 entratnemen t des pous- sières de minerai par les gaz brûlés. Ce chargement est effectué soit de façon continue, soit de façon discontinues
On peut effectuer -ce chargement de multiples .manières : d'abord on peut effectuer au préalable en dehors du four un mélange entre le minerai de fer et le fondant et introduite le mélange ainsi préparé en D dans la chambre du four au-dessus du niveau libre de l'oxyde fondu.
On peut aussi amener directement et séparément en D dans le four d'une part le minerai et d'autre part le fondant.
La cuve du for A présente deux orifices superposés E1 E2 l'un (E1) assure l'évacuation à l'extérieur des scories formées à la surface supérieure du bain, tandis que l'autre (E2) assure l'é- vacuation de'l'oxyde métallique fondu.
Les scories ainsi séparées sont traitées par des procédés connus, -par exemple, par granulation dans une masse d'eau.
Les oxydes fondus sont recueillis par l'orifice E2 et sont alors soumis au refroidissement dans les conditions ci-dessus indiquées; notamment- on fait- subir à ces oxydes un refroidissement brusque de manière à obtenir du Fe3 04 (oxyde magnétique). On peut amener l'oxyde fondu à un état très divisé par action d'un gaz inerte sous pression.
Les fumées provenant de la. combustion du combustible
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des brûleurs B passant à leur sortie de la champre a four A dans des générateurs à inversion G1 G2 où elles. abandonnent leur chaleur sensible qui sert au préchauffée du gaz combustible et de 1,'air comburant pour l'obtention des températures de marche requise suivant des procédés connus.
Dans le cas où le procédé est appliqué aux cendres de pyrites résultant de la combustion du souffre, l'installation con- forme à l'invention et représentée sur le dessin ci--joint, est indépendante du four de grillage des pyrites ou disposée immédiate- ment à la suite du four de grillage. On peut encore obtenir par la combinaison des dispositifs décrits plus hauts, toute la gamme des oxydes de fer.
On peut apporter de nombreuses modifications au procédé et à l'installation ci-dessus décrits à titre d'exemple, notamment on peut utiliser la chaleur sensible des fumées à la sortie des régé- nérateurs Gl @2.pour la. désydration, le préchauffage du minerai à fondre, le séchage du produitfini, etc...
On peut appliquer le procédé conforme à l'invention à-des minerais de fer de natères très différente's, notamment on peut l'appliquer au traitement.des cendres de pyrites que l'on utilise telles que, sans aucun broyage préalable.
Pour la fabrication de la magnétite, à partir du sesquioxyde, il n'est pas nécessaire de maintenir le milieu réducteur par une injection de vapeur d'eau ou d'hydrogène, ou de Co ou de charbon en présence d'air, car, au-dessus de la température de fusion de la magnétite (1500/1600 C) le sesquioxyde de fer se dissocie en magné- tite et oxygène.
Dans ces conditions, il suffit de maihtenir la température du four à 1600 0 minimum. Toutefois, comme il peut se former des solutions solides (Fe304 - Fe2O3), il est bon d'injecter, si nécessaire, dans le laboratoire du four contenant l'oxygène en fusion, un gaz inerte ou un gaz réducteur, en très petite quantité pour réduire la faible quantité de Fe2O3 maintenue en solution solide
Le protoxyde de fer FeO peut être obtenu $ partir de Fe2O3 ou Fe3O4 provenant de la fusion du minerai suivant la- présente inven- tion, en soumettant ces derniers à une réduction par' le CO ou
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l'hydrogène par exemple.
Inversement, en soumettant le protoxyde FeOa une oxydation
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on pourra obtenir à volonté la. magnétite Fe04 ou le, sesquioxy-de a S FeO..
Les minerais contenant un oxyde infusible, comme les carbo- nates alcalino-terreux, ou les hydrates par exemple, ne peuvent être traités.
Pour faciliter la séparation de la gaague et des-oxydes avec ces minerais on peut effectuer la décomposition du carbonate et des hydrates préalablement pulvérisés dans une flamme avant de les amener à une fusion oxydante suivant le-procède ;conformé à l'invention,
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Si ce qui concerne enfin les dispositifs de r6alisktion de la présente invention, tous les'systèmes du four peuvent être utili-
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sés, pourvu qutils soient agencés de manière a.permettre de réaliser la fusion totale du minerai. c'est ainsi, par exemple, que les fours à turbulence, Je:s fours rotatifs, les 1'0.o:1:'g à creusets, :tc. on- peuvent être employés après àtdapti)Lo±ù-.
Dans le cas où l'on dispose d'énergie électrique, le traite-
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ment peut être effectué dans un four électrirue quelconque, d'une manière continue ou discontinue.
-Les figures de 13 à 15 représentent une installation d'en- semble pour l'obtention de fer métal et de ses oxydes à partir des minerais, suivant les procédés conformes à l'invention.
L'installation d'ensemble représentée sur la figure 13 comporte des groupes d'appareils qui se font suite les uns aux autres dans l'ordre correspondant aux opérations du procédé, telles
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qu'elles ont été precédemment décrites* La description ci-après suit l'ordre suivant : 1 - Circulation du .minerai traité, 2 - Circulation des gaz divers.
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Le miner<1 brut amené en 1 et ljrllé en 2 subit en 5 une opération de déshydratation et calcination, cette calcination ayant pour effet de dàbnrasser le minerai mw:5d*n,tercw>t de toutes ses impuretés volatiles* Cette opération de déshydratation et calcination :,. lieu de préférence dans un four rotatifà plateau, le minerai étant brassé
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sur'ce p-lataaae tandis que les gaz de chauffage circulent en sense
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Inverse de ce minera. 1.
Le minerai ainsi déshydraté et calciné est amené en 4 dans. un four de réduction, par exemple, un four rotatif à plateau, le minerai à réduire d'une part, les gaz réducteurs d'autre part, circulant en sens inverse les uns des autres*
Le minerai ainsi réduite par exemple, à l'état de fer métallique ou de sous-oxyde de fer, est fritté en 5, de manière à agglomérer le minerai et à éviter toute formation de poussières et les pertes correspondantes.
Le minerai ainsi aggloméré est alors amené dans un four de fusion 6, dans lequel on peut avantageusement ajouter des fon- dants tels que des bases, pour faciliter la fusion de la gangue et sa séparation. Ce four de fusion permet ainsi de séparer : a) au niveau supérieur les scories ou laitier provenant de la gangue évacuée en 10 et utilisée par exemple pour former des bri- ques d'agglomérés ou toutes autres applications* b) les produits métalliques réduits, ces produits étant consti- tués par exemple par du métal ou par un oxyde du métal..
Le métal fondu est amené en 7 dans un four d'affinage dans lequel on traite par exemple par Insufflation d'air ou par injection de réactifs' tels qu oxydes de fer, battitures, sili- cium, magnésium, aluminium, etc... on recueille enfin en 8 le fer affiné. On peut notamment le recueillis par coulée dans leslingotières, par pulvérisation, par injection de'gazinertes sous pression, par précipitation directe dansl'eau ou tout autremoyen en soiconnu.
, Les scories sont évacuées en 9 et utilisées à tous .buts désirés.
Si'l'on veut obtenir à partir du métal ou du sous-oxyde de fer des oxydes plus oxydes on amène le produit métallique provenant de la fusion 6 dans un four d'oxydation 11 dans lequel on traite ,le produit métallique par tout moyen approprié, notam- ment par insufflation d'un gaz oxydante pulvérisation ou produit fondu avec refroidissement à l'air, peroxydation du métal solide pulvérisé ou brûlé en présence d'oxygène etc...
Notamment,par cette oxydation on peut obtenir de
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l'oxyde de fer magnétique Fe 0 , ,puis ofi pulvérise"cet 'oxyde rmgné- tique liquide Fe04 à l'aide d'un gaz inerte comprimé tel que l'a- zote, puis on coule cet oxyde dans un liquide tel que l'eau , ce
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.qui stabilise l'oxyde EN-gnétique et évite'son oxydation. par l'eau.
Cette opération de séparation de l'oxyde de fer magnatique
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est effectuée en 12. .r¯rès la stabilisation de cet oxyde de fer mgnétique; on le sèche en 13, on le pulvérise à zec par un broyage convenable1 en 14 et enfin on le conditionne en 15, de manière à l'amener à un état ou il peut être directement livré au cOIr...t:1ercè-.
Cn. peut aussi effectuer un broyage sur produit humide. suivi dtun égouttage et d'un séchage.
Les divers gaz qui entrent en jeu dans l'installation précédente circulent de la manière suivante :
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Dtabord un générateur de gaz riches en oxydes de carbone et en hydrogène 16 est alimenté en l'i par un courant da vapeur d'eau provenant d'une chaüd!ère 18 et en 19 par un courant dtoxy- gène provenant de bouteilles d'air liquide 20, Il se forme dans ce générateur un gaz riche en'oxyde de carbone-et-en hydrogène, cette richesse pouvant atteindre 80 à 90% et même plus si néces- saire.
Ce gaz est ainsi envoyé dans le four de réduction 4, l'emploi d'oxygène pour'la. formation de ce gaz réducteur'permet ainsi d'obtenir cette haute teneur en oxyde de carbone permettant
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elle-même la réduction dsns les conditions de basse tempsra.ture et par suite, dans des conditions de rendement thermique optimum.
Les gaz provenant ,de la réduction et sortant du four de réduction 4 enn 21 sont utilisés- en 22, 23 et 24 au chauffage néces- site par les opérations de frittage, de fusion et d'affinage. De ce fait, on dépouille ces gaz de la majeure partie de leurs calo:. ries et on accrott le rendement de l'ensemble du procédé.
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Les fumées sortant de ces a appareils de f 1-ittage, f usion et affinage sont connectées en 25, passent dans le régénérateur du four de fusion 10, puis dans le four de déshydratation et de cal- cination 3; ensuite, dans la chaudière 18 et enfin dans un écono- viseur 26, dans lequel ces gaz sont dépouillés de la majeure
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partie des calories qu'ils contiennent encore;, enfin ces gaz sont évacués en 27 vers la.' cheminée.
Là récupération ainsi effectuée est poussée jusqutà l'ex- trème limite ; on évacue en pratique les gaz à l'atmosphère en 27 à la sortie de l'économiseur 26 à une température. au plus égale à 150 alors que -ces gaz., à leur sortie du four de .fusion étaient à une température de 1750 à 1800 o/De de faite.on obtient une récu- pération très poussée.des calories des gaz réducteurs.
La vapeur produite dans la chaudière 18 peut être utilisée non seulement à la formation du gaz réducteur riche en hydrogène, mais aussi à toutes autres applications nécessitées par l'instal- lation. Notamment, cette vapeur peut être dirigée en 28 vers le séchoir 13 et y assurer en vase clos, par suite du dégagement de chaleur de cette vapeur, 1 le séchage de l'oxyde de fer magnétique humide et-provenant de l'appareil de stabilisation.
La vapeur d'eau dégagée dans cet appareil de àéchage est amenée, en 29 dans un condenseur'. y est condendée, et peut être, en même temps que les eaux de purge, aspirée par une pompe 30 et refoulée en 31 dans l'économiseur 26 et dans .la chaudière géné- ratrice 18.
D'autre part,, la bouteille d'air liquide 20 qui produit l'oxygène amené en 19 dans le générateur de gaz permet ainsi l'obtention de gaz riche en oxyde de carbone et donne naissance en même temps . des quantitée notables d'azote que l'on peut utiliser dans l'installation précédente en tous points nécessaires pour créer une atmosphère neutre, notamment, cet azote peut être utilisé dans l'appareil 12 pour la stabilisation des oxydes magnétiques, ainsi que dans les séchoirs 13 pour séchage de l'oxyde magnétique provenant de l'appareil stabilisation.
En définitive, l'air liquide 20 est totalement, utilisé à la fois par son oxygène et par son azote.
On peut apporter des nombreuses modifications à l'ins- tallation d'ensemble représenté schématiquemet sur la figure 13, Notamment, on peut réaliser de multiples manières un dispositif permettant de régénérer les gaz après première action réductrice sur le minerai. Un régénérateur permettant d'effectuer
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la régénération prévue est représentée sellématiquernent et ü titre d'exemple sur la figure 14.
Ce dispositif régénérateur est constitué essentielleü1ent par une colonne de charbon. 32 chauffée extérieurement: cet apport de cbaleur est destiné à composer les pertes pir le rayonneJnent de l'appareil et à fournir 11 énergie nécessaire aux réactions endothermiques, dont elle est le s ièG3 : réduction du. Goy en CO; due la vapeur d'eau en E2 et GO, crack1!!.!;, 7 rt.y üxo-- carbure .etc....
La colonne de charbon est traversée par le courant de
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gaz à régénérer : cet erfet, la colonne 32 est chargée par de.s couches alternées dé charbon 33 et des catalyseurs 34; par exemple d'oxyde de fer. Ces chargements sont effectués par le sas 35
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disposé à la partie supérieure de la. colonne 3w et permettant l'interruption des charges de charbon et des catalyseurs, sans qu'il se produise pax suite des d6gagerîi-,nts des ga-z de l'éther à l'extérieur.
Le chauffage de la colonne de charbob 32 est assuré par une enveloppe extérieure 35 dans laquelle le chauffage est assuré par exemple par des brûleurs 36 à air ou à oxygène.
Les gaz à régénérer, c'est à dire, les gaz provenant du four de réduction et dans lequel une quantité notable -d'oxyde
2 de.carbone CO a été transformé en gaz carbonique C0. et amené en 37 au bas de la colonne-- de charbon 32. Ce courant gazeux monte verticalement suivant f.ldans la colonne de charbon; le gaz car-
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bonique c02 et réduit dans le charbon à l'état d'oxyde de ààrborie CO :
C + CO2= 2 CO
De même, la vapeur d'eau amenée en 39 est réduite par charbon et transformée en oxyde de charbon et en hydrogène d'après la.formule :
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H0+C-CO+H2
On. obtient en définitive à la partie supérieure da la colonne de' charbon en 38, un gazrégénéré riche en oxyde de carbone et en hydrogène, c'est à dire., un gaz qui a récupéré la majeure partie de ses parties réductrices et peut ainsi être
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utilisé à nouveau dans le four de réduction.,
Dans les convertisseurs, la colonne de charbon remplit donc un rôle essentiellement chimique (réduction), et non thermique (combustion) la chaleur nécessaire pour effectuer les réactions étant fournies par les brûleurs.
Les' fuméesprovenantde la chambre de chauffage 35 et sortant en 40 pouvant être réintroduites en 41 dans le courant d'air de gaz à régénérer, pénétrées avec lui dans la colonne de charbon 32 et accroître ainsi le volume total des gaz à régénérer.
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On accroît ainsi la rendement totv.1 de i'ins.tail a.tiont.
De même, une partie des gaz réducteurs qui sont des gaz
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riches en oxyde de chp-rboi-i et en hydrogène et qui, par suite; ont un pouvoir calorifique très élevé, peuvent être amenés en 42 Ds.ns les brûleurs air ou à oxygène et participent à la combus-
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tion de ces brûleurs en assurant le cl-iÉituf:CL5kre de l'ensemble 35 et par suite le cl-iouffp:ge-de la colonne de charbon 32.
Mi effet 1& r>5G:bnéu?*.tJ.on ôu ga.z traité entrain un accroissement du volume gazeux total, ce qui permet d'utiliser.l'excédent des gaz con- vertis pour toute application auxiliaire, pour le chauffage du. convertisseur lui-même. Le convertisseur de la
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figure 14 comporte enfin un dispositif. 52 d:v.cLZ::tiou des cendres marche continue ou intermittente.
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On peut n pporter de nombreuses modifications axa convertisseur représenté sur la figure schématique 14'. Notamment un autre mode de r6allàauloii.de ce convertisseur est représenté sur la figure 1'5. Ce conuertisse.ur comporte une colonne de charbon 32 à couches alternées de combustible et de catalyseur 32 et11. Ces couches successives de char-
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bon et de ca-talyseur sont chargés par le sas étolliche 35.
Le gaz à régénérer riche-en -1 ggz carbonique CO 3 est amené en 37;. la vapeur d'eau nécessaire à là foriiiation du gaz à l'eau par réduction des vapeurs par le charbon est amenée en 39; le gaz régénéré, sort en- 38,
Au lieu de prévoir un chauffage extérieur du, convertisseur, par une enveloppe extérieure 35, on réalise
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dans le convertisseur de la figure 15 un chauffage, int6rieur
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de la. colonne de charbon. A cet effet, de't4 debou- chant à l'intérieur même de la colonne 32 du convertisseur et assurant ainsi le chauffage à température convenable de cette colonne.
Le fonctionnement d'ensemble de ce convertisseur eat
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tout a fait analogue à celui du convertisseur déj& décrit à l'aide de la figure 14.
'3n variant des modes de c:i.1auff.:;e da convortissur ci- dessus décri[;, on peut réaliser l'apport de C'-ilc?t¯" nécessaire par la combustion directe d'une ps-rtie de la colore de t1ÎiaX 1JDiz 32 soit avec de 1 1 air, soit vec de l'oxygène.
Dans ce cas, le fonctiom:.3-r.ant,dù. C(}l1.v0:;.'tisB':H.ú: se rapproche de celui du -:=zoane dsrs lequel le cho:r ::::1 ra.r¯3iL un double rôle de combustible.et de r6ducteur, aV0, toutefois la. nueiir-e suivante : c'est que 1à réduction ne porte pgs seulement sur les gaz Garboniquesprovet?an de 1, combustion du charbon et sur l'eau pravena¯nt d'une injection éventuelle de vapeur 6galemer-t sur les gaz à convertir qui traversent la- couche de charbon portée à la température de réaction requise' L figure 16 représente un aCl'Gr e schéma d'une iistalla- tion d'ensemble conforme à l'invention: mais très simplifiée.
Cette installation fonctionné à la. manière suivante : le mine-
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rai de fer subit en 4 une réduction da.nd les conditions déjà indiquées; il subit' ensuite la fusion en 6.
Les gaz suivent le circuit suivant : les gas sortant
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du four de réduction 4 en 45 anxiés réduction à -une conceiitration d'environ 60% d'oxyde de charbon et d'hydrogène. ,Ces gaz sont brûlés dans des brûleurs à oxygène 46 et assurent ainsi la fusion en 6 du minerai précédemment réduit.
Les gaz sont ainsi brûles et transformés en gaz non combustibles à sa-voir un gaz carbonique CO2 et vapeur d'eau H2O qui sortent en 47 du'four de fusion.
La pureté des gaz convertis étant surtout fonction de la pureté du charbon utilisée on peut, si des impuretés nuisibles s'accumulent dans le circuit, les éliminer ou maintenir
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.leur pourcente-ge.co,istsnt en effectuant des purges continues 7
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ou discontinues comme indiqué en 48.
Les gaz passent ensuite dans un dépoussiéreur 49 pour se débarrasser des poussières de minerai entraînées,, Ves gaz qu'il convient maintenant de régénérer.. sont admis en 37 dans un convertisseur 50 exactement conforme à celui représente sur la figure 15.
Les gaz régénérés et contenant une proportion de 8 à 90% d'oxyde de carbone et d'hydrogène sortent enfin en 51 et retournent au four de réduction'.
On réalise ainsi un circuit entièrement fermé de circu- lation des gaz.
'En définitive, l'installation de la figure 16 représente des caractéristiques tout à fait similaires à celles de l'instal- ltion de la figure 13. ,
Toutefois, cette installation est fort simplifiée et ne comporte notamment que les deux opérations essentielles ! a) réduction du minerai' b) fusion du minerai réduit.