Procédé pour mettre en solution dans l'eau les aluminates de chaux bruts en vue de leur épuration. La présente invention vise l'obtention de solutions aqueuses concentrées d'aluminates de chaux, à partir d'aluminates bruts, en vue de séparer les impuretés telles que le fer, la silice, l'acide titanique, susceptibles de nuire aux utilisations industrielles ultérieures du pro duit, notamment quand il s'agit de préparer de l'alumine.
La dissolution par l'eau des aluminates de chaux bruts (en général très impurs), se pré sentant sous forme anhydre, présente des dif ficultés sérieuses si l'on veut réaliser l'extrac tion de l'alumine qu'ils contiennent avec des rendements industriels élevés. D'autre part, il est avantageux, pour le traitement ultérieur des solutions obtenues, que celles-ci soient aussi concentrées que possible.
Si l'on veut obtenir des résultats satis faisants, on se heurte à des obstacles nom breux.
Tout d'abord, on constate qu'il est impos sible de faire passer en solution en une seule opération, toute l'alumine -des aluminates, même en présence d'un grand excès d'eau dis solvante.
D'autre part, étant .donné la faible solubi lité des aluminates bruts, il est évident que la matière de départ :devra au préalable être broyée aussi finement que possible. Mais on constate alors qu'une partie tout au moins des fines particules de cette matière se met en suspension dans l'eau, et qu'il est difficile de régler à la valeur voulue les. durées de contact. Pour effectuer le traitement, il fau drait donc effectuer des filtrations périodi ques des solutions obtenues; lesdites filtra tions sont coûteuses et onéreuses.
Or, l'inven teur a constaté que si l'on agite de l'alumi nate de chaux solide et broyé en présence de solutions suffisamment concentrées d'alumi nates de chaux dissous, il se produit un phé nomène de floculation des particules solides, grâce auquel ces particules s'agglomèrent en flocons et, au moins dans le début de leur mise en contact avec le solvant, tombent assez rapidement à travers le liquide qui reste alors limpide ou presque limpide;
on peut tirer utilement parti .de ce phénomène, grâce auquel on peut obtenir, sans- filtration, des décantations rapides plus ou moins com plètes des solutions en traitement.
En outre, l'inventeur a constaté que l'ac tion de l'acide carbonique de l'air peut être souvent la cause de pertes importantes en raison du phénomène suivant: En étudiant les solutions obtenues à par tir des aluminates de chaux (hydratés ou anhydres), lesquelles contiennent des propor tions variables de chaux et d'alumine en solution, l'inventeur a observé que ces solu tions sont altérées par l'acide carbonique de l'air, de telle sorte que, non seulement une partie de la chaux se carbonate, mais que cette carbonatation exerce un effet gravement nuisible sur la teneur en alumine et la sta bilité des solutions.
D'une part, en effet, bien que l'acide carbonique soit en faible quantité dans l'air et soit théoriquement sans action sur l'alu mine, il se précipite, en même temps que la chaux, de l'alumine à l'état insoluble, ce qui représente une perte; mais, d'autre part, pour les solutions saturées ou sursaturées, il se produit en outre un déséquilibre qui entraîne la précipitation d'une partie de l'alumine et de la chaux dissoutes, à l'état d'aluminates hydratés peu ou pas solubles dans la solution qui leur a donné naissance.
Cette précipita tion s'accompagne de la production d'une nouvelle quantité d'alumine insoluble et le phénomène peut, .dans certains cas, et notam ment lorsque les solutions; sont soumises à une agitation, prendre la forme de précipi tations brusques et massives entraînant des pertes et des troubles d'exploitation sérieux par suite de phénomènes d'amorçage qui sont bien connus dans toutes les industries met tant en aeuvre des solutions salines.
Une autre cause de difficultés réside dans le fait que, dès que l'on cherche à augmenter la concentration en augmentant les durées de contact entre l'aluminate de chaux brut et l'eau, on se heurte à la formation parasite d'aluminates de chaux hydratés qui sont eux- mêmes insolubles dans les solutions qui leur donnent naissance.
Ces hydrates insolubles ont tendance à se former surtout lorsqu'on maintient trop longtemps le contact entre une solution déjà enrichie et une matière de départ non encore épuisée ou peu épuisée.
La température du traitement a égale ment une importance considérable au point de vue de la formation des hydrates. L'in venteur a constaté qu'en dehors de zones de température bien déterminées, mais qui va rient suivant le type d'aluminate traité et le temps pendant lequel la matière à traiter est maintenue en contact avec la solution, les solutions obtenues sont instables et donnent naissance à des précipités d'hydrates ou d'a lumine insolubles.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients; elle a pour but d'obtenir des solutions d'aluminates de chaux de con centration élevée, tout en réalisant un 6pui- sement aussi complet que possible des alu minates contenus dans la matière de départ, et en supprimant ou rendant négligeables les pertes d'aluminates par précipitation au cours de la mise en solution.
Suivant le procédé qui en fait l'objet, on met tout d'abord les aluminates bruts fine ment broyés à l'état floculé par agitation au sein d'une solution suffisamment concentrée d'aluminates, de chaux, puis on soumet cette matière floculée à un épuisement syst6mati- que en la faisant circuler à contre-courant dans l'eau dissolvante, la quantité de matière brute à l'endroit où elle est mise initialement en présence de l'eau dissolvante étant en grand excès par rapport à ce que celle-ci peut dissoudre,
tous les traitements précités étant effectués à l'abri de l'acide carbonique de l'air, et la durée du contact entre la ma tière et le solvant, ainsi que la température du traitement étant réglées en vue d'éviter la formation d'aluminates hydratés, le tout de façon à obtenir .simultanément un épuise ment satisfaisant de la matière de départ et une forte concentration des solutions recueil lies.
Cet épuisement à contre-courant peut être réalisé dans un seul appareil ou dans une succession d'appareils en série, de préférence en réglant les temps de contact aux diffé rents points du circuit ou dans les différents appareils de façon que ces temps soient d'au tant plus longs que la matière est plus épuisée.
Le degré de concentration de la solution pour lequel commence la floculation dépend des conditions physico-chimiques du milieu, du temps d'agitation, de la finesse de mou ture, de la nature de l'aluminate et des im puretés, etc.
Le phénomène se produit en général pour les concentrations dépassant 1 gr d'alumine au litre et il semble qu'il devient très rapide et énergique à. partir de 1,200 gr. Mais il est en tout cas facile de déterminer, pour une matière donnée et dans les conditions où l'on désire opérer, les zones de floculation et de régler en conséquence les durées d'agi tation et les concentrations correspondantes en fonction des quantités de solide et de liquide mises en présence.
La floculation pourra être produite dans l'appareil d'épuisement. lui-même. en réglant le temps de contact et l'agitation dans la zone ou dans l'étage d'admission.
On pourra aussi confectionner à l'avance, dans des appareils distincts, des bouillies à partir de mélanges d'eau et d'aluminates bruts broyés, agités jusqu'à obtention du ré sultat: ces bouillies sont ensuite utilisées comme matière de .départ.
Le choix :de la température à laquelle doit s'opérer le traitement dissolvant est dé terminé par les considérations suivantes: Pour chaque type d'aluminate brut, il existe une zone de température dans laquelle les aluminates anhydres présentent une inertie marquée à la formation d'hydrates inso lubles.
Cette zone des températures optima n'est pas la même pour tous les aluminates; elle varie suivant la, composition éhimique et le mode de cuisson de l'aluminate brut. Elle dépend aussi du temps pendant lequel l'alu minate est laissé en contact avec le solvant.
En dehors de cette zone, qui est générale ment comprise entre 20 et 35 C, du côté des basses températures, la formation des alumi nates hydratés est relativement rapide; du côté des hautes températures. elle est très rapide.
Les graphiques des fig. 12 et 13 résul tant des essais .de l'inventeur illustrent ces phénomènes; le premier se rapporte à un alu minate de chaux presque pur obtenu sans fusion, de composition A1203<B>:63;</B> CaO : 35; SiO2 : 2; le second se rapporte à un alumi nate impur fondu de composition A1203 : 41; CaO : 39,6; SiO2 : 5,4; Fe2O3 + TiO2 : 14.
Les abscisses représentent les températures et les ordonnées, le poids d'eau combinée; chaque courbe représentant les résultats ob tenus pour une durée de traitement donné.
Il y aura avantage à établir de tels gra phiques par des essais préliminaires sur la matière à traiter.
On en déduit immédiatement la tempéra ture au voisinage de laquelle il convient de se placer pour effectuer le traitement.
Ces graphiques donnent une autre indica tion importante: celle des températures pour lesquelles les phénomènes de prise des alu minates de chaux se produisent avec une len teur telle que l'arrêt accidentel et momen tané, même de longue :durée, des installations industrielles ne risque pas de produire des durcissements de nature à boucher les cana lisations et à enrayer les organes mécaniques.
Cette température peut être différente de celle qui a été choisie pour le traitement; mais des dispositions pourront être prévues pour assurer pendant les arrêts accidentels ou voulus un réchauffage ou un refroidisse ment amenant le bain à la température d'inertie la plus appropriée.
Ainsi le graphique de la fig. 12 montre qu'une température convenable pour un trai tement de 6 heures serait de 21 et que pour un arrêt dépassant 8 heures, il serait bon d'amener le bain à une température de 26 à 28 . Dans le cas de la fig. 13, une tempé rature convenable pour le traitement serait de 28 et la température d'arrêt serait de 31 à 32 .
En opérant conformément aux disposi tions qui viennent d'être expliquées; on .dis pose de tous les éléments nécessaires à une exploitation industrielle, rationnelle et sûre.
Beaucoup de tentatives antérieures avaient échoué du fait notamment qu'elles cherchaient à opérer l'extraction rapide à l'aide d'eau chaude et même bouillante, de sorte qu'on se trouvait dans des conditions doublement défa vorables, puisque l'extraction rapide (c'est-à- dire non systématique) n'est possible qu'avec des rendements désastreux, et que l'emploi de températures élevées entraîne nécessairement en outre des pertes considérables par forma tion d'hydrates peu solubles et d'alumine in soluble.
Dans tout ce qui précède, il doit être en tendu que le terme aluminate de chaux veut désigner tous composés d'alumine et de chaux anhydres solubles, sans égard à leur mode de fabrication ni à leur composition.
On peut indiquer cependant qu'en général, pour avoir de bons rendements d'extraction, il semble avantageux de satisfaire, dans le choix des aluminates, aux conditions sui vantes: <B>10</B> L'aluminate doit contenir au moins assez de chaux pour que l'alumine puisse pas ser en solution à l'état d'aluminate monocal- cique; soit, en molécules, de 1 A1203. 1 CaO à 1 A120 . 4 CaO environ.
S'il y a manque de chaux en effet, une partie de l'alumine restera insoluble et le ren dement baissera. Par exemple, un aluminate de 5 A1203 . 3 CaO ne pourrait laisser dissou dre au maximum que 3 A1203 . 3 CaO avec un résidu de 2 A1203 insoluble.
<B>20</B> L'excès de chaux n'a pas le même inconvénient, puisque les aluminates plus cal ciques que le monocalcique se solubilisent à l'état sensiblement monocalcique (en général 1 A1203 . 1,3 CaO), mais il n'y a pas intérêt à forcer l'excès de chaux dans l'aluminate brut, car cet excès de chaux, qui n'augmente pas le rendement, correspond à une augmenta tion de poids (et par conséquent de prix) de l'aluminate à traiter pour faire passer en solu tion une quantité donnée d'alumine.
Un procédé commode pour contrôler les qualités de solubilité des aluminates bruts consiste à les attaquer par CO' Na2 à chaud en solution à 10 ro . La quantité d'alumine dissoute dans ces conditions est sensiblement égale à celle qui pourra se dissoudre dans l'eau.
Bien entendu, la finesse de mouture con ditionne jusqu'à un certain point les vitesses de la mise en solution dans l'eau, et les résul tats obtenus dans les exemples donnés ci- dessus se rapportent à des aluminates donnant un refus négligeable au tamis 200. On peut naturellement utiliser d'autres finesses, soit plus grandes, soit plus faibles.
Le broyage nécessaire en vue de la dis solution peut se faire par voie sèche ou hu mide; dans ce dernier cas, en vue d'éviter les inconvénients dus à la formation de produits hydratés, on opérera à l'intérieur des zones de températures définies ci-dessus, c'est-à-dire en évitant tout échauffement au delà de -la limite convenable pendant le broyage, et en évitant également tout refroidissement nui sible.
L'invention vise également un appareil pour la mise en couvre du procédé.
Cet appareil comprend au moins une co lonne formant récipient clos, munie de moyens pour introduire le solvant à sa base, et de moyens pour introduire la matière à traiter dans sa partie supérieure, l'endroit du souti rage du liquide étant à une certaine hauteur au-dessus du débouché dans le solvant de la matière traitée de manière à laisser entre eux une chambre de décantation. La durée de con tact des particules solides avec le solvant est réglée principalement par la hauteur des co lonnes.
En outre, celles-ci peuvent être munies de moyens pour faire varier à différents niveaux cette durée de contact. Ces colonnes étant des récipients clos, la solution qu'elles contiennent est donc prati quement à l'abri de l'air; il est du reste facile de maintenir dans le haut de ces colonnes une atmosphère neutre appropriée, azote ou air débarrassé de CO''', éventuellement maintenue en légère surpression par rapport à l'atmo sphère extérieure. Cette surpression présente l'avantage de rendre de légères fuites sans inconvénients et de permettre l'utilisation de colonnes en matériaux non étanches aux gaz, par exemple en ciment armé.
Le complément de description qui suit, en regard des fig. 1 à 1.1 données uniquement à titre d'exemple, fera mieux comprendre com ment cet appareil peut être réalisé.
La fig. 1 représente schématiquement un appareil à une colonne; Les fig. 2, 3 et 4 représentent des variantes de l'appareil précédent; Les fig. 5, 6, 7, 8 représentent schémati quement des détails des appareils précédents-, Les fig. 9 et 10 représentent schématique ment des appareils comprenant plusieurs co lonnes en série; La fig. 11 montre un autre exemple.
Sur la fig. 1, la. colonne a est élargie au sommet. La matière brute, contenant l'alumi nate à l'état floculé, arrive au sommet par le tuyau b et pénètre dans l'eau à la sortie d'un répartiteur c; celui-ci débouche à un niveau convenablement choisi au-dessous de la sur face libre de l'eau dans l'appareil, la partie du liquide située au-dessus du répartiteur constitue une zone de décantation.
L'eau pure entre en e à la base de la tour a et monte; l'aluminate, de son côté, des cend à travers le courant d'eau ascendant; le départ des boues épuisées se fait en f, tandis que la solution décantée dans la zone d arrive pratiquement claire aux orifices de sortie g.
Dans cet appareil, on constate que, pour une certaine vitesse de l'eau. qui dépend natu rellement du degré de finesse choisi pour la matière de départ, les boues ne gagnent la base que très lentement; une partie de la ma tière reste en suspension dans l'eau dans la partie supérieure de la tour, qui n'est utilisée efficacement que sur une partie de sa hauteur.
On peut, bien entendu, assurer la descente de l'aluminate en réduisant la vitesse de l'eau, mais un moyen plus avantageux consiste à alimenter la tour en eau d'une façon discon tinue soit en arrêtant, soit en ralentissant pé riodiquement le courant d'eau ascendant. Pen dant ces interruptions ou ces ralentissements, les particules solides peuvent descendre libre ment; elles gagnent ainsi la base de la tour par pulsations successives.
D'autre part, au fur et à mesure que l'aluminate brut s'épuise, les particules solides non dissoutes se maintiennent de plus en plus facilement dans l'eau. Pour assurer néanmoins leur évacuation vers le bas de la colonne, il y a intérêt à donner à celle-ci non pas une section uniforme sur toute sa hauteur, mais une section allant progressivement en crois sant vers le bas de l'appareil de telle façon que la vitesse linéaire ascendante de l'eau soit maxima au sommet et minima à la base.
Ce résultat peut être obtenu comme il est représenté fig. 2, en constituant la colonne par une superposition de corps à sections pro gressivement croissantes du sommet vers la base, ou encore comme il est représenté en fig. 3 en donnant à la colonne une forme tron- conique.
L'emploi d'une alimentation discontinue en eau, efficace pour assurer la descente régu lière des produits solides, peut cependant, dans certains cas, compliquer le fonctionne ment et le réglage des appareils. En em ployant une colonne du type de la fig. 2, on pourra éviter ces difficultés par le dispositif représenté schématiquement sur la fig. 4.
La tour qui se compose d'une superposition de corps cylindriques<I>ai,</I> a2, <I>as,</I> a4...., de section progressivement croissante du haut vers le bas, est alimentée en eau d'une façon uni forme; mais on a installé des dispositifs de prélèvement tels que hi, h2, las. Ces dispositifs sont constitués par des conduites de dérivation extérieures coudées, dont le bras horizontal supérieur, perforé, plonge au sein d'un corps de la colonne, tandis que le bras horizontal inférieur, également perforé, plonge au sein du corps sous-jacent;
ces conduites prélèvent les particules solides dans un corps et les réintroduisent dans le corps immédiatement inférieur. Dans l'exemple de la fig. 4, il est fait ainsi par<I>lai</I> un prélèvement à la base du corps ai avec réinjection à la base du corps a2. Les prélèvements et les retours peuvent être simples ou multiples et répartis en différents points de la hauteur des divers corps.
Ainsi, sur la figure, on a représenté une dérivation h2 opérant un prélèvement à la partie supé rieure du corps a2 et une réinjection à la base du corps as.
La circulation dans les dérivations peut être assurée automatiquement en profitant des différences de vitesse dans les différents corps, par exemple en orientant les orifices desdites dérivations de façon à réaliser des effets d'aspiration. Elle peut aussi être assu rée par une impulsion extérieure: pompes, éjecteurs ou analogues.
On pourra aussi, pour assurer la descente régulière des produits so lides, créer, de place en place, des zones dans lesquelles l'eau réduit sa vitesse, par exemple en interposant entre les corps successifs, ou entre un certain nombre d'entre eux des cham bres à section plus large, comme il est repré senté sur la fig. 5;
entre le corps ai et le corps inférieur a2 est interposée la chambre K de plus large section, raccordée à chaque corps par des troncs de cône ri, I@@z: le courant d'eau ascendant diminue de vitesse dans la zone K2, a une vitesse minima en K, puis s'accélère à nouveau en Iii.
Dans beaucoup de cas, il sera utile non seulement d'assurer la répartition judicieuse des boues suivant la hauteur de la tour, mais encore d'assurer une répartition régulière de celles-ci dans toute la section de l'appareil, afin d'éviter les accumulations de particules solides dans certaines régions de la section, au détriment d'autres régions que l'eau tra verserait sans y rencontrer la matière traitée.
Ce résultat s'obtiendra en brassant le liquide par tous moyens appropriés suscep tibles de lui imprimer dans le plan horizontal un mouvement turbulent s'ajoutant au mou vement ascendant. Il sera généralement avan- tageux d'organiser cette agitation transver sale de telle sorte qu'elle concoure en même temps à assurer une impulsion descendante aux particules solides.
En particulier, les orifices d'admission pourront être disposés de façon à contribuer à ce mouvement.
A la base de la tour, on pourra égale ment disposer tous organes épaississeurs de boues appropriés, en vue d'extraire un résidu contenant le minimum .d'eau compatible avec le mode d'évacuation choisi.
Dans le cas où l'on emploie une tour à section sensiblement constante sur toute sa hauteur, le moyen suivant représenté sché matiquement sur la fig. 6 permettra d'obte nir d'une façon économique le résultat désiré; on crée de place en place des rétrécissements tels que Z: l'eau ascendante prend dans ces rétrécissements une vitesse accélérée, qui em pêche la descente des particules solides; celles-ci se rassemblent donc dans le bief situé au-dessus de ce rétrécissement.
La descente des particules d'un bief à l'autre est assurée par les moyens ci-dessus décrits ou par tous autres moyens appropriés.
On peut encore ralentir la vitesse de des cente des particules solides, en plaçant à l'in térieur et à la base de la tour une ou des grilles ou tout autre organe équivalent ré duisant la section -de passage. Un autre moyen pour obtenir ce même résultat consiste à créer la restriction de la section au moyen d'un ou plusieurs corps, massifs ou creux, de forme ovoïde, comme représenté en ni sur la fig. ?; quand on emploie un ou des corps creux, on peut utiliser ceux-ci pour assurer la descente des boues d'un bief à l'autre, en créant par un moyen quelconque une aspi ration dans le bief supérieur et un refoule ment dans le bief inférieur; la fig. 8 repré sente un dispositif de ce genre;
le corps ovoïde<B>ni</B> creux, ouvert à sa partie supérieure, rassemble les boues qui sont refoulées dans le bief inférieur par un jet d'eau n formant éjecteur.
La fig. 9 représente un autre mode de réalisation de l'appareil suivant l'invention. Au lieu d'employer une seule tour, for mée de corps superposés de sections diffé rentes, on emploie plusieurs colonnes dispo sées côte à côte, dont les sections respectives sont choisies de façon à obtenir dans chacune d'elles une vitesse déterminée de l'eau par rapport aux particules solides; chacune de ces colonnes représente un bief de décanta tion jouant le même rôle que les biefs super posés de la fig. 2.
Dans chaque colonne l'eau circule de bas en haut, les particules solides de haut en bas. Dans l'exemple de la fig. 9, on a prévu trois colonnes ai, a2, <I>as;</I> l'eau pénètre <I>en f s</I> au bas de la dernière colonne as, qui a la plus large section; l'eau sort à la partie supérieure de la colonne as par l'ajutage g3 et est réad mise au bas de la première colonne adjacente a2 par l'ajutage e2 et ainsi de suite. pour sortir finalement en gi à la partie supérieure de la colonne ai.
La matière à traiter est introduite en ci au sommet de la première colonne ai qui présente la plus faible section; les boues rassemblées au bas de cette colonne sont aspirées en fi par une pompe<B>01</B> qui les refoule au sommet de la colonne a2 et ainsi de suite; les matières épuisées sortant en f3.
Chacune de ces colonnes pourra être mu nie, comme il a été précédemment indiqué pour le cas d'une colonne unique, de tous dispositifs d'agitation, de mélange et d'épais sissement.
Cette disposition en tronçons côte à côte a., entre autres, l'avantage que chacune des colonnes n'est soumise qu'à une pression hydrostatique réduite.
On pourrait aussi, tout en constituant l'appareil par des tronçons séparés formant chacun une colonne indépendante, monter ces colonnes en étages, au lieu de les placer côte à côte. Cette disposition est représentée sur la fig. 10; dans ce cas, il y a intérêt à éviter les pertes de charge d'un tronçon à. l'autre et, dans ce but, il convient de placer ceux-ci de telle sorte que les conduites qui les re lient soient le plus courtes possible.
La fig. 11 représente une variante de cette dis- position; les colonnes successives s'emboîtent les unes dans les autres et l'eau passe direc tement d'une colonne à la colonne super posée par des orifices tels que p2, pi Ména gés à la partie inférieure de celle-ci dans la partie de la paroi qui pénètre dans la colonne inférieure.
Les appareils de préparation de la bouillie floculée peuvent être à fonctionnement dis continu ou continu; dans le premier cas, on emploie plusieurs appareils qui déversent successivement leur contenu dans la tour de dissolution, au régime choisi pour celle-ci.
Ce mode de fonctionnement a cependant l'inconvénient de faire varier constamment le degré de floculation réel -de la bouillie d'alimentation.
On emploiera de préférence, pour la pré paration de celle-ci, un appareil à fonction nement continu dans lequel l'aluminate et l'eau sont introduits dans les proportions voulues et dont ils sortent à l'état floculé après un temps de séjour et d'agitation réglé de telle sorte que l'alimentation se fasse de façon uniforme, au régime choisi, et à un état de floculation sensiblement constant.
De nombreux appareils connus permettent d'obtenir ce résultat, puisqu'il suffit que le mélange n'en sorte qu'au bout d'un séjour de durée donnée, après avoir reçu une quan tité d'agitation sensiblement constante. L'ap pareil, par exemple, pourra être constitué simplement par une suite d'agitateurs tra vaillant en série, ou encore par un tambour rotatif ou muni .de dispositifs d'agitation équivalents ou comportant, par exemple, des cloisonnements appropriés; retardant conve nablement la progression du mélange vers la sortie.