Procédé de calcination du lithopone brut et appareil pour la mise en oeuvre
de ce procédé.
La présente invention se rapporte à la transformation du lithopone brut en un lithopone utilisable dans le commerce comme couleur, et comprend un procédé de calcination du lithopone brut et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Par lithopone brut on entend le produit obtenu en filtrant et séchant le précipité qui se forme lorsqu'on mélange une solution de sulfure de baryum avec une solution de sulfate de zinc, de préférence en présence d'un électrolyte tel que, par exernple, le chlorure de sodium. Ce produit reste inutilisable en peinture tant qu'il n'a pas été calciné dans un four et refroidi brusquement dans l'eau froide à sa sortie même du four. Il se trans- forme alors en un corps qui constitue une excellente couleur blanche. Jusqu'ici cette calcination du lithopone brut se faisait dans des fours à moufles horizontaux en matière réfractaire, sur la sole desquels il était étendu en une couche plus ou moins épaisse et chauffé généralement au rouge sombre.
L'in convénient de cette disposition est que la
partie de la couche-du lithopone reposant directement sur la sole, portée à haute température, est exposée à un surchauffage, tandis que les autres parties de la charge peuvent n'être pas suffisamment calcinées.
On a bien proposé de remédier à cet inconvénient en remuant la masse de lithopone de temps en temps, mais ce remède n'est que d'une efficacité très relative. Il nécessite des ouvriers habiles et augmente les difficultés qu'il y a à maintenir l'atmosphère du moufle dans les conditions chimiques voulues pour obtenir une bonne calcination du lithopone, laquelle doit être effectuée autant que possible à l'abri de l'air.
On a constaté, en effet, que pendant toute la durée de la calcination le lithopone devait être protégé par l'ambiance du moufle cotre les influences oxydantes.
Dans certains procédés connus de calcination du lithopone on a même essayé d'introduire à l'intérieur du moufle uu gaz neutre ou réducteur tel que la vapeur ou du gaz de gazogène de faon os à maintenir une atmosphère neutre ou réductrice et à empecher l'entrée de l'air.
Les appareils connus pour effectuer la calcination du lithopone fonctionnent tous d'une manière intermittente. Le lithopone brut est chargé dans le four par une porte de chargement et, après calcination est trans férié à la main dans un récipient d'eau froide, puis une nouvelle charge est introduite dans le four et ainsi de suite. Ainsi, pendant les opérations de chargement et de déchargement il se produit de grosses pertes de chaleur et la température du moufle quil faut alors relever subit de ce fait de grandes fluctuations.
De plus, il faut un temps relativement long pour amener chaque charge successive à la température de calcination. Enfin dans ces appareils la quantité de lithopone pouvant etre traitée dans une opération est beaucoup plus petite que le volume interne du moufle du fait que l'épaisseur de la charge doit être relativement petite par rapport à la hauteur du moufle pour que cette charge puisse être chauffée de part en part. II en résulte, dans le moufle, un large espace vide au-dessus de la charge qui rend difficile le maintien d'une atmosphère non oxydante dans cet espace.
Ije procédé suivant la présente invention a pour but de supprimer tous ces inconvénients. D-après ce procédé on fait descendre progressivement, sous l'action de la pesan tueur, le lithopone traité à travers une cornue en matière bonne conductrice de la chaleur, disposée verticalement et chauffée sur tout son pourtour de manière que dans la colonne de lithopone continuellement en mouvement il y ait une zone inférieure de calcination uniforme de la masse de lithopone travers saut cette zone et une zone supérieure de réchauffage préalable de la masse fraîche de lithopone.
L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé par un four à cornue métallique cylindrique disposée verticalement dans l'axe du four, la hauteur de cette cornue étant relativement beaucoup plus grande que son diamètre, de manière à permettre de réchauffer la colonne descendante de lithopone de part en part uniformément.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de cet appareil.
Fig. 1 en est une coupe verticale;
Fig. 2 et 3 en sont des vues de détails.
L'appareil représenté est constitué par un four vertical 9, en matière réfractaire, dans l'axe duquel est disposée vertiealement une cornue cylindrique 5 en fer forgé. Les dimeiisions de cette cornue doivent être telles qu'elle soit beaucoup plus haute que large; la hauteul etant, par exemple, comprise entre 7,5 et 9 m., le diamètre sera inférieur à 305 mm., par ex. de 254 mm.
Le foyer 12 de l'appareil est disposé latéralement au bas de la colonne 9. 6 indique la grille de ce foyer, et 7 sa porte de chargement.
Un pyroînètre 11 permet d'observer la température des gaI chauds sortant du foyer par un passage 8 pour entrer dans l'espace annulaire de chauffe compris ente la paroi 9 et la cornue 5. Ces gaz s'élèvent de bas en haut dans cet espace, et s'échappent à la partie supérieure du four dans une chemiliée 10.
La cornue S est ouverte à son extrémité supérieure, et plonge par son extrémité in inférieure dans un bassin de refroidissement 15, dans lequel on fait circuler dc l'eau froide.
Le chargement de la cornue 5 s'effectue par le haut au moyen de wagollllets à tré- mie 13 roulant sur de. rails 14, tandis que l'évacuation du lithopone calciné s'effectue par le bas de la cornue au moyen d'une roue à palettes 16, commandée mécaniquement par un engrenage intermittent 17, 18 (fig. 2).
La roue à denture incomplète 17 est calculée de manière à faire tourner périodiquement la roue 16 d'un angle de 90 à partir de sa position de repos (fig. 3).
Tout autre moyen pourrait être utilisé pour effectuer ce déchargement paî'tiel pérlo- dique de la cornue. D'autre part, au lieu dêtre intermittent, ce déchargement pourrait être effectué d'une manière continue.
La construction en métal, notamment en fer forgé, de la cornue, permet de réaliser une calcination régulière du lithopone à l'intérieur de la cornue, à cause de la grande conductibilité du métal.
Le fonctionnement de cette forme de l'appareil est le suivant
La cornue est maintenue constamment remplie de lithopone brut se présentant au sommet de la cornue sous la forme de petits morceaux. Les espaces existant entre ces morceaux dans les couches supérieures sont remplis par les gaz qui se dégagent des couches inférieures du lithopone en voie de calcination, de sorte que durant toute l'opération de calcination le lithopone se trouvant à l'intérieur de la cornue est complètement plongé dans une atmosphère non oxydante, constitué essentiellement de vapeur d'eau.
Ces gaz non oxydants après avoir traversé les couches supérieures de lithopone s'éc.hap- pent par le haut de la cornue sous une pres sion légèrement supérieure à la pression atmosphérique, ce qui empêche l'air d'entrer dans la cornue.
Dans la partie supérieure de la cornue le lithopone fraichement introduit est ainsi soumis à l'action de gaz chauds qui le sèchent, le chauffent et le débarassent de tout l'air quil a pu entraîner avec lui à l'intérieur de la cornue. Ainsi le lithopone qui atteint la zone de calcination est complètement deba- rassé d'air, ce qui assure sa calcination dans les conditions requises de non-oxydation.
(grâce au chauffage préliminaire du lithopone brut dans la partie supérieure de la cornue on peut traiter avec cet appareil un lithopone brut plus humide que dans les appareils connus. Dans ces derniers, en effet, le lithopone brut, après son passage au filtrepresse, contient ordinairement environ 50 O/o d'humidité; on doit le déshydrater jusqu'à ce que cette teneur soit abaissée à 1 ou 2 O/o, tandis qu'avec le présent appareil il suffit de pousser cette déshydratation jusqu'a 10 0/o seulement, ce qui abaisse notablement les frais de séchage.
Pendant toute la durée du fonctionnement de l'appareil, le lithopone est soumis à l'action de la chaleur dans la zone de calcination à une température maintenue aussi constante que possible, désignée sous le nom de "température critique de calcination"pen- dant la durée de temps nécessaire pour qu'il obtienne les qualités requises de force d'adhérence, de coloration et de brillant. Un bon lithopone commercial peut, par exemple, être obtenu lorsque cette durée, c'est-a-dire la vites se de chargement et de déchargement-du lithopone est établie de fagon qu'il faut au lithopone do 5 à 10 heures pour traverser la cornue de haut en bas.
Dans la zone de calcination le lithopone est soumis à une température comprise entre 550 et 8000 C.
Le lithopone calciné est retiré du bassin 15 hors de l'eau et subit ensuite le traitement final usuel par lavage, broyage et séchage.
Dans certains eas la cornue 5 peut être légèrement conique ou évasée vers le bas sur tout ou partie de sa hauteur de manière à faciliter la descente progressive par gravité du lithopone.
Method for calcining crude lithopone and apparatus for the implementation
of this process.
The present invention relates to the transformation of the crude lithopone into a lithopone which can be used commercially as a color, and comprises a process for calcining the crude lithopone and an apparatus for carrying out this process.
By crude lithopone is meant the product obtained by filtering and drying the precipitate which forms when a solution of barium sulphide is mixed with a solution of zinc sulphate, preferably in the presence of an electrolyte such as, for example, sodium chloride. This product cannot be used as a paint as long as it has not been calcined in an oven and suddenly cooled in cold water when it comes out of the oven. It then transforms into a body which is an excellent white color. Until now, this calcination of the crude lithopone was done in horizontal muffle furnaces made of refractory material, on the bottom of which it was spread in a more or less thick layer and generally heated to dark red.
The disadvantage of this provision is that the
part of the layer of the lithopone lying directly on the hearth, brought to high temperature, is exposed to overheating, while the other parts of the charge may not be sufficiently calcined.
It has been proposed to remedy this drawback by stirring the mass of lithopone from time to time, but this remedy is only of very relative effectiveness. It requires skilled workers and increases the difficulties there is in maintaining the atmosphere of the muffle under the desired chemical conditions to obtain good calcination of the lithopone, which should be carried out as far as possible in the absence of air.
It was found, in fact, that throughout the duration of the calcination the lithopone had to be protected by the environment of the muffle cutting oxidizing influences.
In certain known processes for calcining lithopone, attempts have even been made to introduce into the muffle a neutral or reducing gas such as steam or gasifier gas so as to maintain a neutral or reducing atmosphere and to prevent the air inlet.
The apparatuses known to perform the calcination of lithopone all operate intermittently. The raw lithopone is loaded into the kiln through a charging door and after calcination is transferred by hand into a container of cold water, then a new charge is introduced into the kiln and so on. Thus, during the loading and unloading operations, great heat losses occur and the temperature of the muffle which must then be raised undergoes great fluctuations.
In addition, it takes a relatively long time to bring each successive charge to the calcination temperature. Finally in these devices the amount of lithopone that can be treated in an operation is much smaller than the internal volume of the muffle because the thickness of the load must be relatively small compared to the height of the muffle so that this load can be heated through and through. This results in a large empty space in the muffle above the load which makes it difficult to maintain a non-oxidizing atmosphere in this space.
Ije method according to the present invention aims to eliminate all these drawbacks. According to this process, the treated lithopone is gradually lowered, under the action of the killer weight, through a retort made of material which is a good conductor of heat, arranged vertically and heated around its entire periphery so that in the column of lithopone continuously in motion there is a lower zone of uniform calcination of the mass of lithopone across this zone and an upper zone of preheating of the fresh mass of lithopone.
The apparatus for carrying out this method is characterized by a cylindrical metal retort furnace arranged vertically in the axis of the furnace, the height of this retort being relatively much greater than its diameter, so as to allow heating of the retort. descending column of lithopone through and through uniformly.
The accompanying drawing shows, by way of example, one embodiment of this device.
Fig. 1 is a vertical section;
Fig. 2 and 3 are detail views.
The apparatus shown is constituted by a vertical furnace 9, of refractory material, in the axis of which is vertiealement a cylindrical retort 5 of wrought iron. The dimensions of this retort must be such that it is much higher than it is wide; the height being, for example, between 7.5 and 9 m., the diameter will be less than 305 mm., eg. of 254 mm.
The fireplace 12 of the appliance is disposed laterally at the bottom of the column 9. 6 indicates the grid of this fireplace, and 7 its loading door.
A pyroîneter 11 makes it possible to observe the temperature of the hot gases leaving the hearth through a passage 8 to enter the annular heating space comprised between the wall 9 and the retort 5. These gases rise from bottom to top in this space. , and escape to the upper part of the oven in a chimney 10.
The retort S is open at its upper end, and plunges at its lower end into a cooling basin 15, in which cold water is circulated.
The retort 5 is loaded from above by means of hopper cars 13 rolling over. rails 14, while the discharge of the calcined lithopone is effected from the bottom of the retort by means of a paddle wheel 16, mechanically controlled by an intermittent gear 17, 18 (FIG. 2).
The incomplete toothed wheel 17 is calculated so as to periodically rotate the wheel 16 by an angle of 90 from its rest position (Fig. 3).
Any other means could be used to effect this pearloidal unloading of the retort. On the other hand, instead of being intermittent, this unloading could be carried out in a continuous manner.
The metal construction, in particular wrought iron, of the retort allows regular calcination of the lithopone inside the retort, because of the high conductivity of the metal.
The operation of this form of the device is as follows
The retort is kept constantly filled with crude lithopone appearing at the top of the retort in the form of small pieces. The spaces existing between these pieces in the upper layers are filled with the gases which are released from the lower layers of the calcining lithopone, so that during the entire calcination operation the lithopone located inside the retort is completely immersed in a non-oxidizing atmosphere, consisting essentially of water vapor.
These non-oxidizing gases after passing through the upper lithopone layers escape through the top of the retort at a pressure slightly above atmospheric pressure, preventing air from entering the retort.
In the upper part of the retort, the freshly introduced lithopone is thus subjected to the action of hot gases which dry it, heat it and get rid of all the air which it may have drawn with it inside the retort. Thus the lithopone which reaches the calcination zone is completely free from air, which ensures its calcination under the required non-oxidation conditions.
(thanks to the preliminary heating of the crude lithopone in the upper part of the retort, it is possible to treat with this apparatus a crude lithopone which is more humid than in the known apparatuses. In the latter, in fact, the crude lithopone, after its passage through the filter press, contains usually about 50 O / o moisture; it must be dehydrated until this content is lowered to 1 or 2 O / o, whereas with the present apparatus it is sufficient to increase this dehydration to 10 0 / o only, which significantly lowers drying costs.
During the whole period of operation of the apparatus, the lithopone is subjected to the action of heat in the calcination zone at a temperature kept as constant as possible, referred to as the "critical calcination temperature" during the length of time required for it to obtain the required qualities of adhesion strength, coloring and gloss. A good commercial lithopone can, for example, be obtained when this duration, i.e. the speed of loading and unloading, of the lithopone is established in the way that it takes the lithopone from 5 to 10 hours to pass through. retort from top to bottom.
In the calcination zone, the lithopone is subjected to a temperature between 550 and 8000 C.
The calcined lithopone is removed from the basin 15 out of the water and then undergoes the usual final treatment by washing, crushing and drying.
In some cases the retort 5 may be slightly conical or flared downwards over all or part of its height so as to facilitate the gradual descent by gravity of the lithopone.