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PROCEDE ET INSTALLATION POUR LA REDUCTION, EN PHASE SOLIDE. DE MINERAIS OXYDES, NOTAMMENT DE MINERAIS DE FER, MOYENNANT DES HYDROCARBURES.
La présente invention a pour objet un procédé pour la réduction de minerais de fer, ou autres minerais, en phase solide, au moyen d'hydro- carbures gazeux et liquéfiables préalablement craqués; elle a également pour objet une installation appropriée à la mise en oeuvre dudit procédé.
On connaît des procédés de réduction des minerais de fer,en phase solide, où l'on obtient le produit dénommé "éponge de fer", et qui sont basés sur l'emploi de substances réductrices solides ou gazeuses.
Quand on opère avec des substances réductrices solides, constituées par du charbon végétal ou charbon minéral., on charge le charbon et le minerai de fer dans des creusets maintenus, pendant un certain temps , à une température déterminée.
La durée de l'opération est considérable et dépend, non seulement de la température de travail, mais aussi de la nature du minerai et du charbon, de leur grosseur et de leur disposition réciproque dans la charge.
Quoique des études récentes aient permis de diminuer sensiblement la durée de l'opération, il s'agit toujours d'un procédé non approprié au traitement de quantités considérables de matière, du fait également de sa nature dis continue .
On connaît également des procédés qui opèrent avec des agents réducteurs gazeux obtenus dans un gazogène ou l'on charge du coke., ou du charbon de bois, et où, après la mise en marche de l'installation, on régègère une partie des gaz qui ont parcouru la partie inférieure du four en réduisant le minerai.
Dans certains cas, les gaz réducteurs sont obtenus par combustible de gaz naturel, ou de naphte, avec de l'oxygène;, carburé convenablement par le passage sur une masse de charbon incandescent.
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Dans tous les cas, les systèmes connus sont basés sur les pro- priétés réductrices du charbon, de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, lesquels, en prélevant l'oxygène aux oxydes minéraux, se transforment par oxydation respectivement, en anhydride carbonique et en eau.
L'objet de la présente invention est d'effectuer la réduc- tion des oxydes métalliques en employant, soit un agent réducteur solide, soit un agent réducteur gazeux, tous deux obtenus à partir d'hydrocarbures, et plus particulièrement de gaz naturel qui contient principalement du méthane.
Une caractéristique importante du procédé suivant l'invention est la possibilité d'obtenir, à partir du gaz naturel, par une seule opé- ration continue, les deux réducteurs, c'est-à-dire le carbone et l'hydro- gène. Cette opération consiste dans le craquage du gaz naturel, dans des conditions convenables, et à une température telle qu'on obtienne le pourcentage maximum de C et de H2, et que le charbon soit obtenu à l'état d'activité maximum.
Une autre particularité de l'invention consiste en ce que la réduction est effectuée sur du minerai mis en-morceaux de faible grosseur, dont les dimensions sont de 1à 10 mm, le dit minerai étant noyé dans 1' agent réducteur solide très actif. La réduction par le réducteur gazeux peut s'effectuer simultanément à la réduction par le carbone, ou bien la précéder en constituant une pré-réduction, ou encore lui succéder pour compléter la réduction.
Le procédé suivant l'invention consiste à préparer les élé- ments réducteurs par craquage du gaz naturel que l'on fait passer dans une enceinte amenée à une température supérieure à 1000 C et convenablement remplie des substances voulues, puis à faire agir les dits éléments réduc- teurs à haute température sur le minerai mis en morceaux de faibles dimen- sions comme il a été dit plus haut. De préférence, on fait aussi passer dans le récipient de craquage une petite quantité de vapeur d'eau.
Par craquage du gaz, on obtient directement les deux agents réducteurs que l'on peut employer simultanément. Dans une variante du procédé, les réducteurs sont séparés et introduits séparément dans le four de réduction.
L'installation suivant l'invention comprend un four de craqua- ge, .un four de réduction, les moyens pour porter et maintenir les dits fours à la température appropriée, et les différents conduits et tuyaute- ries correspondants.
A titre nullement limitatif, on a représenté au dessin annexé trois exemples'de formes de réalisation de l'invention.
Dans ce dessins la fig. 1 est une vue schématique de l'installation de. craquage et d'un four à tambour rotatif de mélange et préchauffage; la fig. 2 est .une vue schématique en coupe d'un four horizon- tal; la fig. 3 , analogue à la fig. 2 , est une vue schématique, en coupe, d'un four vertical, et la fig.4 est une vue schématique d'un four-tunnel .
Dans l'exemple représenté à la fige 1, le méthane additionné éventuellement d'un faible pourcentage de vapeur d'eau, est admis dans le récipient de craquage 1, d'où il peut être envoyé, après craquage, directement vers la canalisation de sortie 3, ou bien être dirigé à tra- vers le cyclone 2 qui opère la séparation du noir de fumée et de l'hydro- gène.
Le noir de fumée passe, à travers le conduit 5, dans un tuyau qui reçoit aussi le minerai provenant de la trémie 4; le minerai et le
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noir de fumée passent tous deux dans le four à tambour 6 où se produit le mélange et le chauffage préalables.
La matière ainsi préparée est ensuite déchargée dans la trémie fermée 7 d'où elle passe au four de réduction 8 qui peut avoir des formes diverses, dont certaines sont représentées, à titre d'exemple, aux fig.
2., 3 et 4-
Dans les trois exemples de réalisation de four représentés aux fig. 2 , 3, 4 une source de chaleur 9 , constituée, de préférence, par des tubes chauffants à rayonnement, chauffe ultérieurement la matiè- re en la portant à environ 850 C. Par la tubulure 11 arrive l'hydrogène provenant, soit, directement de l'appareil de craquage, soit, du cyclone, et qui, simultanément, avec le carbone, produit la réduction du minerai.
Le mélange intime du carbone et du minerai, et la faible grosseur des mor- ceaux de ce dernier, font que le temps de réduction peut être considérablement diminué en comparaison des procédés connus .
Dans l'exemple de la fig. 2, le four est horizontal et pourvu de saillies intérieures 10 qui, pendant la rotation du four autour de son axe, malaxent la matière pour favoriser le chauffage et l'action ré- ductrice de l'hydrogène.
Par contre, dans le four vertical (fig. 3), le mouvement de la matière est obtenu par gravité, en la faisant tomber dans une chambre annulaire étroite 12 à sinuosités, tandis que l'hydrogène, arrivant à la partie inférieure du four par le tuyau 11, circule en contre-courant.
Enfin, dans le four-tunnel (fig. 4) la matière, mêlée intimemement au noir de fumée obtenu également par craquage du gaz naturel, est chargée dans des caissettes en acier inoxydable qu'un dispositif à courroie ou à chaîne 14 fait avancer à l'intérieur du four; ce four se compose de deux parties 15, 16, la partie 15,chauffée de préférence au moyen de tubes à radiation, étant celle où s'effectue la réduction proprement dite,l'autre partie 16 refroidie (ou, du moins, ne comportant aucune source de chaleur) étant destinée à éviter les réoxydations de la matière à la sortie du four.
Dans les deux parties du dit four, il règne une atmosphère d'hydrogène, celui-ci provenant de l'installation de craquage et étant amené par un système de tuyauteries latérales.
Il est évident que le procédé suivant l'invention peut aussi bien tre mis en oeuvre par des moyens différents de ceux qui ont été décrits ci-dessus, et peut être utilisé pour réduire des oxydes de métaux non ferreux, comme il est également évident que, bien que l'on se soit référé au craquage du méthane contenu dans le gaz naturel, on peut aussi appliquer le même procédé en utilisant d'autres hydrocarbures gazeux ou liquéfiables, soit naturels, soit obtenus par distillation ou par un autre processus chimique.
En outre, les minerais oxydés, auxquels on fait subir le traitement, peuvent être à l'état naturel ou provenir à leur tour de carbonates ou de sulfures traités de manière convenable par les procédés de la technique connue.
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METHOD AND INSTALLATION FOR REDUCTION, IN SOLID PHASE. OF OXIDIZED ORES, ESPECIALLY IRON ORE, AVAILABLE AS HYDROCARBONS.
The present invention relates to a process for the reduction of iron ores, or other ores, in the solid phase, by means of gaseous and liquefiable hydrocarbons previously cracked; it also relates to an installation suitable for the implementation of said method.
There are known processes for the reduction of iron ores, in the solid phase, in which the product called "iron sponge" is obtained, and which are based on the use of solid or gaseous reducing substances.
When working with solid reducing substances, consisting of vegetable charcoal or mineral charcoal, the charcoal and the iron ore are charged in crucibles maintained for a certain time at a determined temperature.
The duration of the operation is considerable and depends not only on the working temperature, but also on the nature of the ore and the coal, on their size and on their reciprocal arrangement in the charge.
Although recent studies have made it possible to appreciably reduce the duration of the operation, it is still a process which is not suitable for the treatment of considerable quantities of material, also because of its non-continuous nature.
Processes are also known which operate with gaseous reducing agents obtained in a gasifier or coke, or charcoal is charged, and where, after the installation is started up, part of the gases are regenerated. which went through the lower part of the furnace reducing the ore.
In some cases, the reducing gases are obtained by fueling natural gas, or naphtha, with oxygen ;, properly carburized by passing over a mass of incandescent coal.
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In all cases, the known systems are based on the reducing properties of carbon, carbon monoxide and hydrogen, which, by taking oxygen from the mineral oxides, are converted by oxidation respectively into anhydride. carbon dioxide and water.
The object of the present invention is to carry out the reduction of metal oxides by employing either a solid reducing agent or a gaseous reducing agent, both obtained from hydrocarbons, and more particularly from natural gas which contains mainly methane.
An important characteristic of the process according to the invention is the possibility of obtaining, from natural gas, by a single continuous operation, the two reducing agents, that is to say carbon and hydrogen. This operation consists in cracking natural gas, under suitable conditions, and at a temperature such that the maximum percentage of C and H2 is obtained, and the coal is obtained in the state of maximum activity.
Another feature of the invention consists in that the reduction is carried out on small-sized chunked ore, the dimensions of which are from 1 to 10 mm, the said ore being embedded in the very active solid reducing agent. The reduction by the gaseous reducing agent can be carried out simultaneously with the reduction by carbon, or else precede it by constituting a pre-reduction, or else succeed it to complete the reduction.
The process according to the invention consists in preparing the reducing elements by cracking the natural gas which is passed through a chamber brought to a temperature above 1000 ° C. and suitably filled with the desired substances, then in causing said elements to act. reducers at high temperature on the ore cut into small size pieces as mentioned above. Preferably, a small amount of water vapor is also passed through the cracking vessel.
By cracking the gas, the two reducing agents are obtained directly, which can be used simultaneously. In a variant of the process, the reducing agents are separated and introduced separately into the reduction furnace.
The installation according to the invention comprises a cracking furnace, a reduction furnace, the means for bringing and maintaining said furnaces at the appropriate temperature, and the various corresponding conduits and pipes.
In no way limiting, there is shown in the accompanying drawing three examples of embodiments of the invention.
In this drawings, fig. 1 is a schematic view of the installation of. cracking and rotary drum mixing and preheating furnace; fig. 2 is a schematic sectional view of a horizontal furnace; fig. 3, similar to FIG. 2 is a schematic sectional view of a vertical oven, and FIG. 4 is a schematic view of a tunnel oven.
In the example shown in fig 1, the methane possibly added with a small percentage of water vapor, is admitted into the cracking vessel 1, from where it can be sent, after cracking, directly to the pipeline. outlet 3, or else be directed through cyclone 2 which separates the carbon black and the hydrogen.
The carbon black passes, through the conduit 5, into a pipe which also receives the ore coming from the hopper 4; ore and
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carbon black both pass into the drum oven 6 where the pre-mixing and heating takes place.
The material thus prepared is then discharged into the closed hopper 7 from where it passes to the reduction furnace 8 which can have various shapes, some of which are shown, by way of example, in FIGS.
2., 3 and 4-
In the three exemplary furnaces shown in FIGS. 2, 3, 4 a heat source 9, preferably consisting of radiant heating tubes, subsequently heats the material by bringing it to about 850 C. Through the pipe 11 comes the hydrogen coming, either directly of the cracking apparatus, that is, of the cyclone, and which, simultaneously, with the carbon, produces the reduction of the ore.
The intimate mixture of the carbon and the ore, and the small size of the lumps of the latter, mean that the reduction time can be considerably reduced compared to known methods.
In the example of FIG. 2, the furnace is horizontal and provided with internal projections 10 which, during the rotation of the furnace about its axis, kneads the material to promote the heating and the reducing action of the hydrogen.
On the other hand, in the vertical furnace (fig. 3), the movement of the material is obtained by gravity, by making it fall into a narrow annular chamber 12 with sinuosities, while the hydrogen, arriving at the lower part of the furnace by the pipe 11 circulates in counter-current.
Finally, in the tunnel oven (fig. 4), the material, intimately mixed with the carbon black also obtained by cracking natural gas, is loaded into stainless steel boxes which a belt or chain device 14 advances through. inside the oven; this furnace is made up of two parts 15, 16, part 15, preferably heated by means of radiation tubes, being that where the actual reduction takes place, the other part 16 being cooled (or at least not comprising no heat source) being intended to prevent reoxidation of the material at the exit of the furnace.
In both parts of said furnace, there is an atmosphere of hydrogen, the latter coming from the cracking installation and being supplied by a system of lateral pipes.
It is obvious that the process according to the invention can equally well be implemented by means different from those which have been described above, and can be used to reduce oxides of non-ferrous metals, as it is also obvious that , although reference has been made to the cracking of methane contained in natural gas, the same process can also be applied using other gaseous or liquefiable hydrocarbons, either natural or obtained by distillation or by another chemical process.
In addition, the oxidized ores, to which the treatment is subjected, may be in the natural state or in turn originate from carbonates or sulphides suitably treated by the methods of the known art.