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EMI1.1
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On utilise depuis longtemps des fours.rotatifs en chimie et en métallurgie. On les utilise par exemple, beaucoup dans la fabrication du ciment et la calcination des pigments tels que le dioxyde de titane. On s'est efforcé d'adapter la technique,du four rotatif à la réduction de différents minerais pour en récupérer le métal, et cette technique fourmille de références à des opérations de ce genre. Nombreux sont ceux qui ont essayé de développer la tech- nique de la réduction au four rotatif avec peu ou pas de résultats industriels. Beaucoup de difficultés étaient dues à la "congloméra- tion", c'est-à-dire le frittage et l'adhérence massive du minerai de fer et des différents produits de réaction, aux parois du four rotatif.
La formation de masses frittées adhérentes empêche l'écou- lement des matières. En outre, cette "conglomération" endommage les parois intérieures du four et nécessite de longues mises en chômage
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de l'installation de réduction. Les 'difficultés de frittage ont été attribuées au manque de contrôle thermique dans tout le four rotatif, mais un traitement au four à des températures inférieures à celles qui provoquent le frittage donne des vitesses de réaction trop len- tes pour être pratique.
Pour réduire du minerai de fer au four rotatif, on a cons- taté qu'il faut établir et régir avec précision la répartition de la température dans tout le four de façon à éviter la "congloméra- tion". A l'effet d'atteindre ce résultat, on a déjà souvent essayé d'introduire de l'air par des tubes qui pénètrent radialement dans les parois du four de façon à débiter cet air dans l'axe du four.
Quoique de nombreux procédés différents aient été proposés pour construire et commander des fours de ce type, aucun de ces procédé.. ne s'est révélé être d'utilité pratique.
Dans les anciennes tentatives d'utiliser des fours rotatifs dans lesquels on introduit de l'air par des tubes latéraux, la pres- sion qui régnait dans le four était aussi bien supérieure qu'inférieu- re à la pression atmosphérique. On obtenait une pression inférieure à la pression atmosphérique par un tirage naturel de cheminée ou au moyen d'un ventilateur placé dans la cheminée. Dans le cas d'une pression sous-atmosphérique dans le four, l'air peut être aspiré dans les tubes latéraux par cette différence de pression. Dans des fours qui utilisent une pression supérieure à la pression atmosphéri- que, l'air doit être introduit sous pression dans les tubes latéraux ce qui nécessite des ventilateurs.
Dans des fours utilisant une près* sion supérieure à la pression atmosphérique, des problèmes considé- rables se posent en ce qui concerne l'étanchéité des extrémités des fours et des autres points de fuite du four, parce que les gaz chauds du four qui, par suite de la pression, sont chassés à travers les joints ou les fuites entrent en contact avec des surfaces métal- liques qui ont tendance à se consumer sous l'effet des gaz chauds.
En utilisant une pression inférieure à la pression atmosphérique dans le four, on évite ce problème parce que dans le cas de joints
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défectueux et de fuîtes, lair extérieur est aspiré dans le four et vient refroidir la surface métallique avec laquelle il entre en contact, tandis que la flamme qui peut se former dans le four par suite de l'introduction de l'air, est habituellement en contact avec la garniture intérieure du four, et dans ce cas, l'échauffe- ment a moins d'importance. Dans le procédé suivant la présente invention, on a donc trouvé préférable d'utiliser une pression sous- atmosphérique dans le four.
On a maintenant découvert qu'il est possible de réaliser la réduction de matières contenant de l'oxyde de fer dans un four rotatif sans frittage ou fusion, avec des résultats satisfaisants, en combinant un certain nombre de facteurs d'une façon actuellement nouvelle basée sur une meilleure conception du processus de réduc- tion. Suivant le présent procédé., on évite un frittage et une "con- glomération" dans le four, tout en utilisant une température de ré- duction suffisamment élevée de façon à assurer l'obtention d'un de- gré de réduction élevé.
La présente invention procure un procédé pour réduire des matières contenant de l'oxyde de fer sans frittage ou fusion, au moyen d'un agent de réduction carbonacé solide, dans un four rota- tif qui est chauffé par l'introduction d'un gaz combustible préchauf- fé à l'extrémité de décharge du four, ainsi que par l'introduction d'un gaz qui contient de l'oxygène en substance dans le même sens que les gaz du four, le gaz qui contient de l'oxygène étant intro- duit par des tubes latéraux répartis le long du four, la quantité de gaz qui contient de l'oxygène introduite à chaque point étant réglée de façon à donner la répartition de température désirée dans le four et à brûler complètement le gaz combustible avant que ce dernier ne quitte le four,
caractérisé en ce qu'on utilise l'agent de réduc- tion solide en une quantité d'au moins 500 kg par tonne de matière contenant de l'oxyde de fer pour réduire cette matière et protéger la matière réduite contre une réoxydation, la matière d'alimentation formant une couche qui occupe de 25 à 45% du volume du four, la vi-
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tesse de rotation du four étant réglée de façon à donner un trans- fert de chaleur suffisant de la paroi du four à la charge tout en évitant une réoxydation inutile de la matière réduite, et la quan- tité de gaz combustible introduite étant la quantité maximum compa- tible avec une combustion complète des gaz du four à la répartition désirée de la température dans le four,
et avec un degré élevé de réduction du fer.
Lorsqu'on introduit de l'air dans le four par les tubes latéraux,il faut régler la combustion qui a lieu au point d'intro- duction de l'air de façon à éviter une surchauffe locale de la paroi du four au-dessus de la charge ou de la surface de cette char- ge. Si on introduit de l'air dans un sens radial, la flamme lèchera la paroi du four pendant la rotation de ce dernier, provoquant une surchauffe considérable. Dans les cas les plus favorables, cette sur- chauffe provoquera un frittage sur la paroi, mais on a constaté que, lorsque le four travaille à une température de 11800C. une flamme de ce genre détruit la garniture superficielle intérieure qui résis- te à des températures superieores à 1600 C.
On a proposé d'introdui- re de l'air dans des fours rotatifs par des tubes latéraux qui sont recourbés à l'intérieur du four, de façon à introduire l'air suivant l'axe du four et dans le sens opposé à l'écoulement des gaz du four.
Ce processus n'a cependant pas donné satisfaction parce que, par suite des différents sens d'écoulement des gaz du four et de l'air introduit, on obtient une flamme qui n'est que fort peu allongée dans l'axe du four tout en étant relativement large transversalement au four, et cette particularité tend à amener un frittage. On a main- tenant découvert qu'il est préférable d'introduire l'air le long de l'axe du four et en substance dans le même sens que l'atmosphère gazeuse du four, de façon à obtenir une flamme relativement longue, mesurée le long de l'axe du four. Une longue flamme donne un chauffa. ge plus régulier sur une plus grande partie du four tandis que la flamme est également maintenue à la plus grande distance possible des parois du four, ce qui diminue la tendance au frittage.
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On peut obtenir la répartition de chaleur désirée dans le four en dégageant de la chaleur aux endroits désirés dans le four rotatif en faisant brûler de façon sélective du gaz dans le four ro- tatif dans les zones où on désire obtenir un supplément de chaleur.
Afin de rendre cette opération possible, on a constaté qu'il faut maintenir une atmosphère de gaz combustible dans la plus grande par- tie de la longueur du four, à l'exception de la zone préchauffée, le gaz combustible étant complètement brûlé lorsqu'il atteint la . zone de préchauffage afin que le gaz du four brûlé dans la zone pré- chauffée puisse abandonner sa chaleur au profit de la charge avant de quitter le four. Comme les gaz du four sont complètement brûlés dans la zone préchauffée et que la température de la charge dans cette zone est si basse qu'il n'y a pratiquement aucun,dégagement d'oxyde de carbone dû à une réduction, il n'y a pas d'air introduit dans la zone de préchauffage.
Quoique l'atmosphère qui règne dans le four, sauf dans la zone de préchauffage, soit combustible, le gaz combustible est, au moins dans la plus grande partie du four, oxydant par rapport à la charge. En réglant la combustion du gaz par une addition déterminée d'oxygène à des points spécifiques dans le four, il est possible de régir le dégagement de chaleur dans le four de façon à obtenir la température désirée et à la maintenir avec une grande précision dans n'importe quelle partie du four. Cet- te particularité constitue un des facteurs qui rendent possible 1' élimination du frittage et de la conglomération .
De nombreux procédés pour réaliser une réduction thermique de matières contenant de l'oxyde de fer dans des fours rotatifs ont déjà été proposés. On a essayé de n'utiliser dans le four que du combustible solide et un agent de réduction carboné. D'autre part, on a essayé de n'utiliser dans le'four que du combustible gazeux et des agents de réduction. On a encore essayé d'utiliser en combinai- son un agent de réduction solide, une atmosphère de réduction dans le four, et un chauffage au combustible gazeux.
Un a en outre essayé d'utiliser du combustible solide et un agent de réduction, ainsi
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qu'un chauffage local à l'extrémité de décharge du four obtenu à l'aide d'un brûleur. Cependant, aucun de ces procédés n'a donné des résultats industriels satisfaisants.
Lorsqu'on n'utilise qu'un agent de réduction carboné et du combustible, il faut utiliser des températures dans le four qui sont plus élevées que la température de combustion du coke qui est introduit ou formée et cette particularité a souvent amené des dif- ficultés de frittage et a également rendu nécessaire l'utilisation d'une atmosphère à pouvoir oxydant relativement élevé dans le four, afin de maintenir la combustion du coke ainsi qu'une combustion en substance complète des gaz du four. Lorsqu'on utilise une atmosphè- re de gaz de réduction dans le four, il s'est d'autre part révélé impossible d'obtenir une combustion complète des gaz du four, et il a ainsi fallu remettre les gaz en circulation et régénérer leurs éléments de réduction, par exemple, comme dans le procédé Wiberg.
Le terme "matière contenant de l'oxyde de fer" utilisé dans la description, couvre des minerais de fer et des concentrés de minerai, par exemple, les minerais de fer pauvres, les minerais bruns, l'hématite, la mangétite, la taconite non magnétique, les grès ferrugineux d'Alabama, le minerai de fer du Grand Gisement d' Alabama, l'hématite lavée, le Rana , en plus des minerais tels que l'ilménite et la magnétite titanifère, qui contiennent du titane comme constituant valorisable, ainsi que des minerais qui en plus du fer contiennent d'autres métaux valorisables, tels que du manga- nèse ou du nickel.
Suivant la présente invention, on utilise un large excès d'agent de réduction solide carbonacé dans la charge du four, à sa- voir au moins 50U kg d'agent de réduction solide par tonne de matiè- re contenant de l'oxyde de fer. On utilise de préférence l'agent de réduction carboné solide en une quantité cinq fois supérieure à la quantité théorique nécessaire pour réduire les oxydes de fer conte- nus dans la charge, en fer métallique. On utilise une atmosphère combustible dans le four. Cette atmosphère combustible n'est cepén-
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dant pas réductrice par rapport aux oxydes de fer contenus dans la charge, sauf éventuellement près de l'extrémité de décharge du four.
D'autre part, les gaz du four ont'un effet de réoxydation sur tout fer métallique avec lequel ils entrent en contact à la surface de la charge. La raison pour laquelle on utilise un large excès de ma- tière carbonée solide est ainsi double,puisqu'on l'utilise, en plus de son effet de réduction du fer contenu dans la charge, pour proté- ger autant que possible le fer déjà produit contre une réoxydation par les gaz du four lorsque la charge a tendance, par suite de la différence de densité spécifique entre la matière qui contient le fer et le coke, à se séparer dans une certaine mesure, la couche de surface de la charge étant ainsi formée dans une large mesure de matière carbonée solide.
Le chauffage de la charge est réalisé par la combustion du gaz combustible préchauffé introduit à l'extrémité de décharge du four rotatif. A certains endroits répartis le long du four, on ajoute du gaz contenant de l'oxygène, de préférence de l'air au gaz combustible contenu dans lé four, de façon à obtenir une combustion locale. L'addition du gaz contenant de ].'oxygène aux différents points situés le long du four est réglée de façon à dégager la quan- tité de chaleur désirée à chaque endroit, pour obtenir la réparti- tion de température désirée dans le four. ' L'introduction de gaz con- tenant de l'oxygène est également réglée de façon à donner des gaz de four qui soient complètement brûlés avant de quitter le four, ce qui permet d'éviter des pertes dues à des gaz non brûlés.
Les tubes latéraux du four aboutissent à l'axe du four et leur extrémité inté- rieure est construite de façon à décharger le gaz contenant de l'oxy- gène en substance dans le même sans que les gaz du four. L'admission du gaz contenant de l'oxygène dans les tubes latéraux est réglée par une valve, de préférence une valve-tiroir prévue à chaque extrémité extérieure de chaque tube latéral.
Lorsque le four fonctionne de façon continue pendant un laps de temps prolongé, on a constaté que l'on obtient les meilleurs
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résultats en utilisant un ventilateur et un registre dans la chemi- née et en réglant le registre et l'introduction de gaz combustible à l'extrémité de décharge du four. S'il le faut, les valves prévues sur les tubes a'introduction de l'air peuvent être réglées de façon à admettre des quantités plus ou moins importantes d'air dans le four, mais ce réglage est rarement nécessaire lorsque les condi- tions se sont stabilisées. La vitesse de rotation du-ventilateur dans la cheminée n'est normalement pas réglée.
Pendant la transformation des oxydes de fer en fer métalli- que par réduction, de l'oxyde de carbone se dégage de la charge et est brûlé avec les gaz combustibles du four avant de quitter le four rotatif, et contribue ainsi au chauffage.
Un autre facteur qui tend à réduire la réoxydation de la charge est l'utilisation d'une charge beaucoup plus importante que d'habitude dans le four. Dans la plupart des fours rotatifs, on constate que la charge occupe de 15 à 20% du volume du four. Dans le procédé de la présente invention., on utilise une charge qui oc- cupe de 25 à 45%, de préférence de 35 à 40%, du volume du four. On diminue ainsi la surface relative de la charge par rapport au volu- me, ce qui réduit l'oxydation de la charge. La limite supérieure pour la quantité de charge est déterminée par le fait que les ou- vertures de décharge des tubes latéraux doivent être libres à une limita théorique correspondant à 50%, la limite maximum pratique étant environ de 45% du volume du four.
Afin d'obtenir un transfert de chaleur satisfaisant, il faut également que l'importance de la charge ne soit pas trop forte, parce qu'on a constaté que la plus grande partie du transfert de la chaleur du gaz combustible à la charge se produit sous l'effet du chauffage de la paroi du four par le gaz qui, dans la suite, pendant la rotation du four, entre en contact direct avec la charge et la chauffe par conduction. La char- ge est également légèrement chauffée par Irradiation par la paroi du four.
La température de réduction doit être choisie en fonction
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du minerai de fer à réduire, en tenant compte d'une part de la tem- pérature de frittage et d'autre part de la température nécessaire pour obtenir le fer métallique dans l'état récupérable désiré. Un minerai de fer du type taconite peut, par exemple, être réduit à une température comprise entre 1050 et 1080 C. Pour réduire de l'ilmeni- te, il est souhailtable d'utiliser une température d'environ 1180 C pour obtenir un fer séparable.
On a constaté qu'on obtient les meil- leurs résultats dans la réduction de certains minerais à des tempé- ratures plus élevées lorsque, par exemple comme dans la réduction de l'imenite à 1180 C, on réduit légèrement la quantité d'huile par tonne utilisée pour produire le gaz combustible, par rapport à la quantité utilisée lorsqu'on réduit la taconite à des températures comprises entre 1050 et 1080 C. Cette particularité trouve son explication dans le fait qu'à la température de réduction plus éle- vée, environ 1180 C, une légère combustion inévitable du coke a tendance à se produire dans la charge tandis qu'aux températures de réduction inférieures, c'est-à-dire comprises entre 1050 et 1080 C, le coke ne brûle pas.
Dans les deux cas, cependant on obtient les meilleurs résultats lorsqu'on introduit autant de gaz combustible que possible dans le four, en tenant compte que le degré de réduc- tion doit être élevé tandis que les gaz qui quittent le four doivent être complètement brûlés.
Dans la réduction thermique au four rotatif, la limite supérieure pour la température de réduction est donnée par la tempé- rature de frittage de la charge. En utilisant un large excès d'agent de réduction carbonacé solide, il est possible dans une certaine me- sure de contrecarrer le frittage, et ainsi d'augmenter légèrement la température de réduction.
Le gaz combustible préchauffe qui est introduit dans le four rotatif, peut être d'origine variée. On peut utiliser des gaz tels que du gaz de pétrole naturel, du gaz synthétique, tels que du gaz de chauffage, du gaz de gazogène, et du gaz obtenu par une com- bustion incomplète de l'huile qui est introduite par l'intermédiai-
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re d'un brûleur à huile dans une chambre de combustion située à 1' extrémité du four. On a cependant découvert qu'il est avantageux d'utiliser un gaz combustible indirectement préchaufé, parce qu'on obtient ainsi une atmosphère de gaz moins oxydante à l'extrémité de décharge du four, ce qui réduit ainsi légèrement la réoxydation e la charge.
Le terme "agent de réduction carboné solide" utilisé dans la description couvre des matières telles que du coke, du coke la- minaire, du grésillon de coke, du charbon de bois, ou du grésillon d'anthracite.
EXEMPLE 1.-
On utilise un four rotatif ayant un diamètre de 3 m, une longueur de 46 m, et une inclinaison de 3%. Le temps de rotation est de 21 minutes parrêvolution. Le four est chauffé aU moyen d'un brûleur à huile placé à l'extrémité de décharge, et l'air est intro- duit par l'intermédiaire de tubes latéraux répartis le long du four.
Le tirage du four est réglé au moyen d'un ventilateur et d'un regis- tre logés dans la cheminée, qui aspirent ainsi les gaz combustibles à travers le four. On introduit dans le four un mélange de 7 tonnes de minerai de fer oxydique ayant une granulométrie d'environ 5 mm. et une teneur totale en fer de 34 à 35%, et de 5 tonnes de coke ayant une granulométrie inférieure à 3 mm et une teneur en carbone de 80% par heure pendant 24 heures. La charge de matière forme une couche libre occupant environ 35% du volume du four. Le mélange de minerai de fer et de coke se déplace progressivement à travers le four, généralement en sens contraire à l'écoulement des gaz et est progressivement chauffé de façon déterminée et maintenu à la tempé- rature de réduction désirée d'environ 1060 C.
Le temps de rétention de la matière dans le four est d'environ 7a heures. On introduit 100 kg d'huile par tonne de minerai à l'extrémité de décharge du four par l'intermédiaire d'un brûleur à huile, l'huile n'étant que partiellement brûlée. Pendant le passage de la charge à travers le four, le carbone du coke réagit avec l'oxygène du minerai de fer
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et forme de l'exyde de carbone qui se mélange aux gaz combustibles introduits dans le four et brûle avec ces gaz. Le.processus a lieu sans frittage ou "conglomération" et la. température dans chaque partie du four est régie avec une précision de 3 C. Le minerai de fer est plus efficacement réduit à une température' d'environ 1060 C, et cette température est maintenue avec la précision indiquée sur plus de la moitié de la longueur du four.
On obtient ainsi une excellente réduction des oxydes de fer, approximativement 85% du fer total des oxydes étant réduit en fer métallique. De plus, quoi- que la température de fonctionnement soit juste inférieure à la tem- pérature de frittage probable, le degré de réglage de la températu- re empêche en fait la formation de tout frittage significatif. Cela étant, aucune conglomération n'a lieu et le passage libre des matiè- res n'est jamais bloqué. Les parois du four ne subissent aucune détérioration qui nécessiterait un arrêt de l'installation. La con- sommation de coke, y compris les pertes de poussières et de régéné- ration, est de 200 kg par tonne de minerai.
Les gaz d'échappement du four ont la composition suivante :
EMI12.1
<tb> 19,2% <SEP> CO
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> à <SEP> 3% <SEP> O2
<tb>
<tb> 0,2% <SEP> CO
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,8% <SEP> CH4
<tb>
<tb>
<tb> reste <SEP> N2
<tb>
EXEMPLE 2 ,. -
On utilise le même four que dans l'exemple 1 mais le temps de rotation est de 41/2 minutes par révolution. Un forme des granules de minerai de magnétite contenant 65% de fer, 3,8% de TiO2, 0,8% de S et 0,01% de P2O5' d'une granulométrie inférieure à 0,208 mm, les granules ayant une dimension de 5 à 10 mm, et on les grille à 1020 C.
Après avoir été grillés, la teneur en soufre des granules est rédui- te à 0,027% S.
On introduit dans le four 5 tonnes de ces granules ainsi que 5 tonnes de coke ayant une granulométrie inférieure à 3 mm, et
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350 kg de pierre à chaux, également de granulométrie inférieure à 3 mm, par heure. Cette charge forme une couche libre dans le four qui occupe environ 30% du volume de ce dernier. Le temps de réten- tion dans le four est d'environ 10 heures. On maintient la tempéra- ture de réduction à environ 1070 C en utilisant 100 kg d'huile par tonne de granules, et on constate que la consommation de coke est de 350 kg par tonne de minerai. Après réduction, on sépare les granules de l'excès de coke et des cendres par tamisage et on régénère le coke pour le renvoyer dans le four. Le degré de métallisation dans les granules est de 94%.
Une analyse des granules donne au total 85,5% de fer, 82,5% de fer métallique, 5,1% de TiO2 et 0,005% de S.
On broie les granules et on les soumet à une séparation magnétique, et on récupère un concentré de fer qui contient au total 95% de fer, 90% de fer métallique, 0,004% de S, 0,2% de SiO2, 1,7% de TiO2 et 0,006% de P. La récupération du fer atteint 96,5%.
EXEMPLE 3.-
On répète le processus de l'exemple 2 sans griller les granules verts, mais en se contentant de les sécher avant de les introduire dans le four rotatif.
Après broyage et séparation magnétique de la matière ré- duite, on obtient un concentré de fer qui contient au total 95% de fer, 90% de fer métallique, 2% de TiO2' 1% de S, 0,37% de SiO2' et 0,006% de P. La récupération du fer atteint 96%.
EXEMPLE 4.-
On utilise un four rotatif ayant une longueur de 43 m, un diamètre de 2 m, et une inclinaison de 5%. Le temps de rotation du four est de 4,75 minutes par révolution. On broie un minerai concen- tré d'ilmenite contenant 44% de TiO2 et 36% de Fe à 10% de réten- tion sur un crible de 0,074. mm et on en forme des granules en y ajoutant 5% de chlorure de sodium. On sèche les granules, on les chauffe à 600 C et on les introduit dans le four dans cet état chaud. On introduit 4 tonnes de granules et 4 tonnes.de coke ayant une granulométrie inférieure à 3 mm dans le four par heure.
La
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charge forme une couche libre dans le fou.r qui occupe environ 40% du volume de ce dernier et le temps de séjour dans le four est d'en- viron 10 heures. On maintient la température de réduction dans le four à 1180 C et on introduit 80 kg d'huile par tonne de minerai par le brûleur. Un constate que la consommation de coke est de 300 kg par tonne de minerai. On refroidit la matière réduite indirectement, on la temise pour éliminer l'excès de coke et de cendres, et on régénère le coke. Le degré de métallisation du fer dans les granules est de 96,5% et les granules contiennent 50% de TiO2' 40% au total de fer, et 38,5% de fer métallique.
On soumet les granules à un broyage par phases et à une'- séparation, et on obtient un concentré de fer qui contient 95% au total de fer, 92% de fer métallique, 3% de TiO2' et 0,3% de SiO2.
On obtient également un concentré de TiO2 qui contient 80% de TiO2, 8% de FeO, 1,5% Na2O' 5% Sio2 et 6% MgO.
(Les dimensions des cribles sont exprimées en unités Tyler Standard).
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.