FR2554551A1 - Procede de production de vapeur d'eau pour des processus en consommant - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE PRODUCTION DE VAPEUR D'EAU AFIN DE FOURNIR AU MOINS UNE PARTIE DE LA VAPEUR D'EAU NECESSAIRE DANS UN PROCESSUS UTILISANT DE LA VAPEUR D'EAU. LE PROCEDE CONSISTE A CHAUFFER UNE SUBSTANCE SOLIDE TELLE QUE DE LA BAUXITE10 CONTENANT DE L'EAU DANS UN DISPOSITIF DE DECOMPOSITION32 POUR PRODUIRE DE LA VAPEUR D'EAU ET A CAPTER DANS UN CONDUIT44 LA VAPEUR D'EAU ENGENDREE POUR L'UTILISER EN 28, 30 DANS LEDIT PROCESSUS. COMME SUBSTANCE SOLIDE APPROPRIEE, ON PEUT UTILISER AL(OH). IL EST AINSI POSSIBLE D'OBTENIR DE NOUVELLES QUALITES D'ALUMINE.

Description

PROCEDE DE PRODUCTION DE VAPEUR D'EAU POUR DES PROCESSUS EN CONSOMMANT

La présente invention concerne un procédé pour produire de la

vapeur d'eau pour des processus consommant de la vapeur d'eau.

Cet objectif, ainsi que d'autres objectifs qui seront mis en

évidence dans la description qui va suivre, sont atteints conformément à

la présente invention en chauffant une substance solide contenant de

l'eau pour produire de la vapeur.

L'invention est applicable de façon particulièrement avantageuse pour extraite à partir d'hydroxyde d'aluminium de l'eau de manière à préparer de l'alumine utilisable en particulier comme matière première dans le processus électrolytique Hall-Heroult servant à produire de l'aluminium métal. L'hydroxyde d'aluminium, dans une condition humide ou

sèche, est chauffé dans un dispositif de décomposition dans des condi-

tions d'auto-fluidisation, ou bien il est fluidisé par de la vapeur, et sans contact avec des gaz d'échappement provenant de la combustion de combustibles, de façon à obtenir de la vapeur d'eau pure. Les pressions sont typiquement comprises dans la gamme de 1,4 à 35 bars, de manière

que la vapeur d'eau soit à une pression appropriée pour son utilisation.

2 Ceitte vapeur est disponible pour être utilisée comme vapeur de traite-

ment dans une installation d'affinage Bayer et également pour la généra-

tion d'énergie dans des moteurs ou turbines à vapeur classiques. De nouveaux produits à base d'alumine sont obtenus. Un avantage important consiste en ce qu'il se produit moins d'écrasement de particules pendant l'extraction de l'eau que dans le cas de la calcination "flash" ou au four, qui correspondent aux techniques connues d'enlèvement d'eau. Par

calcination "flash", on entend un chauffage rapide provoquant le dégage-

ment de l'eau, le terme flash étant conservé dans la suite de l'exposé pour des raisons de brièveté. Un avantage supplémentaire consiste en ce que l'on peut obtenir de l'alumine qui est caractérisée par un degré réduit de fissuration parallèle, comme cela se produit typiquement pour

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l'alumine obtenue par calcination à la pression atmosphérique, par calcination flash et au four, d'hydroxyde d'aluminium. L'alumine obtenue conformément à l'invention est plus résistante que l'alumine produite dans des processus de calcination à la pression atmosphérique, comme le prouve les valeurs moins élevées des indices d'attrition. Comme avantage supplémentaire, des essais de calorimétrie différentielle montrent que le processus utilise environ 10% d'énergie en moins par comparaison à des dispositifs de calcination flash ou au four, cette économie venant s'ajouter aux économies d'énergie obtenues en utilisant la vapeur d'eau

provenant de l'hydroxyde d'aluminium.

La production de vapeur d'eau sensiblement pure à partir d'hydro-

xyde d'aluminium (trihydrate d'alumine ou "hydrate" pour raccourcir) peut être effectuée en utilisant diverses sources d'énergie. Il est possible d'adopter des méthodes de chauffage direct et indirect. La méthode de chauffage la mieux applicable à un dispositif de calcination existant consiste à utiliser des gaz de combustion chauds provenant de

la partie-foyer du dispositif de calcination afin de chauffer indirecte-

ment l'hydrate. Comme autres méthodes de chauffage pour assurer une transmission indirecte de la chaleur, on peut citer le chauffage par résistance électrique, les bains d'huile chaude ou de sel, le chauffage par inductance, les lasers, les plasmas, la combustion de charbon, le rayonnement micro-ondes, les réacteurs nucléaires et chimiques. La source de chaleur peut avoir pour origine un autre processus, comme

l'utilisation de gaz chauds provenant d'une installation de gazéifica-

tion de charbon pour décomposer l'hydrate, ou bien l'hydrate peut être décomposé indirectement tout en agissant comme un réfrigérant contrôlant

un réacteur fortement exothermique.

Des méthodes de transmission directe de chaleur pour le séchage et la décomposition de l'hydrate afin de former de l'alumine et de la vapeur d'eau pure, consistent à utiliser un chauffage dans un lit par résistance électrique, par des générateurs micro-ondes, des lasers et/ou

de la vapeur surchauffée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis

en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple

non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:

- les figures 1A à 1C représentent en combinaison un schéma de pro-

cessus se déroulant dans un mode de réalisation de l'invention;

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- la figure 2 est un schéma d'une autre installation utilisable dans le processus de la figure 1; - les figures 3 et 4 sont des micrographies électroniques d'analyse avec un grossissement de 12 000 fois, la figure 3 correspondant à un produit obtenu conformément à l'invention et la figure 4 correspondant à un produit

obtenu conformément à l'art antérieur.

On va maintenant donner une description des modes préférés de

réalisation de l'invention.

A. Processus continu L'invention trouve une application préférée en combinaison avec le procédé Bayer pour produire de l'alumine.à partir de bauxite. Le procédé Bayer utilise de la vapeur d'eau, par exemple, dans son digesteur, o du minerai de bauxite précédemment broyé dans un broyeur est traité avec

une solution d'hydroxyde de sodium pour dissoudre des composés d'alumi-

nium. De la vapeur d'eau fournit la chaleur nécessaire pour maintenir

les conditions de température et de pression de la boue dans le diges-

teur. Typiquement, la température doit être comprise entre 100 C et

300 C et la pression absolue doit être comprise entre 7 et 35 bars.

De la vapeur d'eau est également utilisée, par exemple dans

l'évaporateur d'une installation Bayer.

En prenant le digesteur à titre d'exemple, la vapeur d'eau peut chauffer la boue directement en étant injectée dans la boue -par exemple par l'intermédiaire d'un tuyau débouchant en-dessous de la surface de la boue. En variante, la vapeur peut chauffer la boue indirectement en fournissant de la chaleur à un échangeur de chaleur en contact avec la boue. En général, il est avantageux que la vapeur soit uniquement de

l'eau H20, en ne contenant ainsi pas de gaz de dilution comme de l'air.

Par exemple, la vapeur d'eau pourrait contenir au moins 50% d'eau en

volume, de préférence au moins 75% d'eau en volume, et plus avantageuse-

ment au moins 94, ou même 100% d'eau en volume. Un avantage particulier de la vapeur qui est de l'eau pure H20 consiste dans sa caractéristique de condensation à une température constante, cette température constante étant une fonction de la pression. Cette caractéristique est utilisable pour une commande de température dans le processus consommant la vapeur d'eau. Par exemple, de la vapeur d'eau pure à 7,7 bars se condense à environ 175 C et elle peut être utilisée pour maintenir la température

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du digesteur à environ 150 C, la différence de 25 C étant prévue pour

assurer la transmission de chaleur.

Si la vapeur est diluée avec d'autres gaz, comme de l'air, qui est incondensable aux températures considérées, pour des processus de consommation de vapeur d'eau, l'eau H20 se trouvant dans la vapeur se condense dans une plage de températures (comme cela est mis en évidence par la variation connue du point de rosée en fonction de la pression

partielle de vapeur d'eau). En outre, les gaz incondensables représen-

tent une diminution de la forte libération de chaleur obtenue quand

l'eau se condense, la chaleur dégagée par les gaz incondensables lors-

qu'ils diminuent en température étant relativement insignifiante.

Un gaz de dilution tel que C02 par exemple, produit lors de la combustion d'un combustible contenant du carbone, est extrêmement désavantageux dans le cas d'un chauffage direct à la vapeur d'eau dans un digesteur Bayer du fait que le CO2 réagit avec NaOH nécessaire pour dissoudre.l'aluminium se trouvant dans la bauxite. La perte en NaOH se produit par une réaction du type: 2NaOH + CO2 > Na2CO3 + H20 Dans la présente invention, il est proposé d'effectuer au moins la

partie initiale de la calcination de l'hydroxyde d'aluminium, c'est-à-

dire l'"hydrate", par chauffage indirect ou direct de l'hydrate dans un récipient approprié sous pression. Cela permet de collecter la vapeur dégagée sous pression par l'évaporation de l'humidité libre et la libération de l'eau liée chimiquement. La vapeur séparée peut alors être utilisée dans d'autres zones de l'installation d'affinage d'alumine, ce qui se traduit par des économies considérables d'énergie. L'alumine

partiellement calcinée qui est obtenue dans le récipient de décomposi-

tion sous pression peut ensuite être calcinée dans un équipement de calcination classique, tel qu'un four rotatif ou un dispositif de

calcination stationnaire.

En conséquence, conformément à un mode de réalisation de la présente invention, de la vapeur pour le procédé Bayer est obtenue en chauffant de l'hydroxyde d'aluminium, Al(OH)3, de façon à le calciner au moins partiellement, la vapeur d'eau dégagée étant captée pour être transmise par exemple au digesteur. Cela est différent des procédés connus de calcination de AI(OH)3 o au lieu d'être de la vapeur d'eau, les gaz provenant de la calcination sont des gaz d'échappement contenant de l'eau provenant du brûlage du combustible et de Al(OH)3, un exemple

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d'analyse correspondant, en pourcentage volumique, à 8% C02, 55,3% N2, 2, 5% 02 et 34,2% H20, comme cela est indiqué dans le tableau donné à la page 34 du document "Metallurgical Engineering" de Schuhmann, volume 1, Engineering Principles, Addision Wesley Press Inc., Cambridge, Massachusetts (1952). Dans de tels processus, le mélange air-combustible en cours de brûlage ou brûlé entre directement en contact avec Al(OH)3

lorsqu'il est en train d'être déshydraté.

Un avantage particulier de Al(OH)3 comme solide utilisé comme

source de vapeur d'eau consiste en ce que la vapeur d'eau est essen-

tiellement constituée par 100% d'H20, c'est-à-dire qu'elle est pure.

Cela est différent de par exemple de la sciure, o la vapeur pourrait être contaminée par des composés organiques se volatilisant également

pendant la libération de la vapeur d'eau.

On estime qu'environ 1/3 des besoins en vapeur d'eau pour le procédé Bayer peuvent être obtenus à partir de l'eau contenue dans le

produit Al(OH)3.

Le principal équipement intervenant dans le processus est le récipient de décomposition. Bien que le processus de décomposition puisse être effectué par toute combinaison d'un récipient pressurisé et d'un chauffage indirect, un procédé efficace de mise en oeuvre de ce processus consiste à utiliser un lit fluidisé. Nos recherches ont montré qu'un lit d'hydrate présente un comportement d'auto-fluidisation au

chauffage sous l'effet du dégagement de vapeur d'eau lors de la décom-

position. On peut par consequent obtenir des taux de transmission de

chaleur élevés à la décomposition de l'hydrate en utilisant cette carac-

téristique d'auto-fluidisation.

En référence à la figure 1, on voit que celle-ci représente un

mode de réalisation o le procédé de l'invention est utilisé en combi-

naison avec un procédé Bayer. Les segments de la figure 1 représentent: la figure 1A: un procédé Bayer utilisant de la vapeur provenant du procédé de la présente invention; - la figure 18: une génération de vapeur conforme à l'invention;

- la figure 1C: un dispositif de calcination flash pour amener l'alu-

mine partiellement calcinée obtenue conformément à la figure lB jusqu'à une teneur en eau finale désirée o elle convient pour être utilisée comme alumine métallurgique.

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En considérant en premier la figure 1A, de la bauxite provenant d'un stock de bauxite 10 est broyée dans un broyeur 12 puis elle est envoyée dans un digesteur 14, o elle contribue à former la partie solide de la boue dans le digesteur. La partie liquide de la boue est une solution aqueuse contenant NaOH et concentrée de façon appropriée,

par exemple par un évaporateur 16.

A la suite de la digestion, la boue est transférée dans un équipe-

ment de séparation de résidu 18 qui enlève les solides subsistant après la digestion. Ensuite, une solution exempte de solides est introduite dans un précipitateur 20, o l'hydroxyde d'aluminium, AI(OH)3, sous une forme cristalline de gibbsite, est précipité. La boue résultante passe au travers d'un filtre 22 de façon à produire une fraction solide s'écoulant dans le tuyau 24 et une partie liquide s'écoulant dans le tuyau 26 pour parvenir à un évaporateur en vue d'une concentration avant un recyclage dans le digesteur 14. Les solides résultants de la galette de filtrage de AI(OH)3 passant dans le tuyau 24 contiennent à la fois de l'humidité libre dans la teneur de 8 à 16% en poids, et de l'eau liée

chimiquement dans la teneur de 34,5% en poids par rapport à Al(OH)3 sec.

D'autres étapes peuvent évidemment intervenir dans le procédé Bayer, par exemple une caustification en utilisant de la chaux. Ainsi, la figure 1A a pour but d'illustrer comment le procédé de génération de vapeur d'eau de l'invention peut être combiné à un procédé Bayer d'une facon générale, à titre d'exemple d'un processus de consommation de vapeur d'eau, au lieu d'intervenir dans les nombreux éléments précis

d'un procédé Bayer.

Conformément à l'invention, de la vapeur d'eau est engendrée pour être fournie au digesteur et à l'évaporateur intervenant dans le procédé Bayer par l'intermédiaire de conduits 28 et 30 en chauffant AI(OH)3 dans le dispositif de décomposition 32 (figure lB) afin de séparer l'humidité libre et l'eau combinée chimiquement du AI(OH)3. L'état d'équilibre de

l'eau enlevée est l'état gazeux. Le dispositif de décomposition fonc-

tionne sous une pression d'une grandeur appropriée supérieure à 1 atmos-

phère, de façon à établir la température désirée pendant la condensation de la vapeur d'eau dans le procédé Bayer. La pression peut par exemple

être comprise entre 1,4 et 17,5 bars.

Un dispositif de distribution 34 est prévu pour transférer AI(OH)3

se trouvant à une pression essentiellement atmosphérique dans le con-

duit 24 jusqu'à la pression élevée (par exemple comprise entre 1,4 et 17, 5 bars) du dispositif de décomposition 32. On peut utiliser pour le distributeur 34 un équipement de distribution du type décrit aux pages 99 à 120 de la publication "Workshop on Critical Coal Conversion Equipment" pour transférer de façon continue du charbon d'un état à basse pression à un état à haute pression. Par exemple, un distributeur approprié est l'extrudeur cinétique Lockheed représenté sur la plancher 6.22 à la page 113 de cette publication. En variante, le distributeur pourrait être constitué par deux trémies à sas dont l'une assurerait une distribution sous une pression élevée et l'autre serait remplie sous la pression atmosphérique, et inversement, comme cela est illustré par le système de distribution de charbon Ducon sur la planche 6.26 à la page 115. Comme autres renseignements d'identification concernant cette publication, on peut préciser ce qui suit: Huntington W.V. - 1-3 octobre 1980; Harry W. Parker, Editeur, The Engineering Societies Commision on Energy, Inc., 444 North Capitol Street, N.W., Suite 405, Washington, D.C. 20001, date de publication: janvier 1981, préparée pour le United States Department of Energy, sous le numéro de contrat EF-77-C-01-2468;

FE-2468-88, Dist. Category LIC-90D.

Ces distributeurs permettent d'utiliser pour le dispositif de décomposition 32 un récipient sous pression opérant de facon continue ou semi-continue dans le cas de systèmes de distribution du type à trémie à sas par exemple, Al(OH)3 pénétrant dans la chambre 36 de manière à passer dans un certain nombre de tubes 38 parmi lesquels seulement trois ont été représentés de façon schématique. Les tubes 38 sont soumis à une température élevée, par exemple de 250 à 650 C, de façon que l'humidité libre et l'eau combinée chimiquement soient séparées sous forme de vapeur d'eau. Ce dégagement d'eau à l'état gazeux assure la fluidisation des particules de AI(OH)3 dans les tubes 38. Le temps de séjour dans les

tubes est par exemple de 10 à 120 minutes.

La température élevée dans les tubes est maintenue par des gaz chauds pénétrant dans la chambre 39 par l'intermédiaire du conduit 40 et sortant par l'intermédiaire du conduit 42. La chambre 39 est entourée par des parois latérales 39a, une paroi supérieure 39b et une paroi de

fond 39c.

Lorsque les particules de Al(OH)3 tombent dans les tubes 38, elles s'accumulent l'une sur l'autre pour former un lit. L'eau dégagée à l'état gazeux s'écoule vers le haut en direction de l'évent par le conduit 44 et elle est suffisante pour fluidiser les lits de particules

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se trouvant dans les tubes. Cela est appelé une auto-fluidisation du fait que le gaz de fluidisation provient des particules proprement dites. A la mise en route, de la vapeur d'eau provenant d'une source auxiliaire peut être injectée dans la chambre 52 par l'intermédiaire d'un conduit 53 pour fluidiser les particules se trouvant dans les tubes 38 jusqu'à ce qu'une auto-fluidisation soit obtenue, à la suite de quoi le conduit 53 peut être fermé. Dans la mesure o l'eau dégagée peut ne pas être suffisante pour assurer la fluidisation désirée, celle-ci peut être complétée par injection de vapeur d'eau par intermédiaire du conduit 53 pendant l'extraction de l'eau à partir de Al(OH)3. Un renvoi

de vapeur du conduit 44 vers le conduit 53 constitue une autre possibi-

lité. Une recirculation de vapeur peut être utilisée par exemple pour maintenir une fluidisation, ou pour empêcher des particules du lit de se lier ensemble, lorsque le processus peut se dérouler au ralenti, par exemple lorsque les besoins en vapeur d'eau dans l'installation Bayer

sont temporairement réduits.

La vapeur d'eau produite conformément à l'invention s'écoule par l'intermédiaire du conduit 44 jusqu'à un séparateur de solides, tel qu'un cyclone 46, lesdits solides étant renvoyés au dispositif de décomposition par l'intermédiaire d'un conduit 48 et la vapeur d'eau parvenant dans l'installation Bayer en passant par l'intermédiaire du conduit 50 dans les conduits 28 et 30. On estime que la vapeur d'eau provenant du dispositif de décomposition forme jusqu'à un tiers de la vapeur d'eau totale nécessaire dans le procédé Bayer. Les deux tiers restants pénètre dans le conduit 50 par l'intermédiaire du conduit 49 et

ils proviennent d'une ou plusieurs chaudières à eau (non représentées).

En général, la vapeur d'eau provenant du dispositif de décomposition se trouve dans une condition surchauffée et cela peut servir à compenser la perte de chaleur dans les conduits ou bien dans un désurchauffeur de récupération de chaleur (non représenté) afin d'amener la vapeur à sa température de saturation dans le lieu d'utilisation. Par exemple le condensat revenant dans les chaudières à eau par l'intermédiaire du conduit 49 peut être préchauffé en passant dans ledit désurchauffeur. Ce condensat peut aussi être utilisé de façon à récupérer plus de chaleur

des gaz s'écoulant dans le conduit 42.

Le produit contenant de l'aluminium qui résulte de l'extraction de l'eau de Al(OH)3 dans les tubes 38 est collecté dans la chambre 52. Il contient maintenant des particules de boehmite et/ou d'alumine gamma

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ainsi que d'alumine insensible aux rayons X (pas de modèle de diffrac-

tion bien défini), pseudomorphe avec l'hydroxyde d'aluminium. L'alumine gamma est considérée comme étant à peu près insensible aux rayons X par le fait que son modèle de diffraction n'est pas très bien défini. La perte de produit au brûlage (LOI) (300 C à 1.200 C) est comprise entre 1

et 12%, sa surface spécifique étant comprise entre 10 et 100 m2/g.

Il est intéressant de noter que, dans le dispositif de décomposi-

tion sous pression, il se produit moins d'écrasement de particules pendant l'extraction de l'eau que dans le cas des procédés connus de calcination flash ou au four pour enlever de l'eau. Dans des essais à

l'échelle du laboratoire, on n'a pas constaté d'écrasement de particu-

les, cela étant déterminé par des pesées "avant" et "après" de la fraction ayant des dimensions de particules passant au tamis de 0,044 mm; dans des essais semblables en laboratoire correspondant à une calcination flash ou au four à la pression atmosphérique, on a trouvé typiquement que la fraction de granulométrie passant au tamis de 0,044 mm augmentait en poids de 2 à 5% à cause de l'écrasement des particules. Le produit alumineux se trouvant dans la chambre 52 est ensuite canalisé au travers du distributeur de réduction de pression 54 (ayant la même structure que le distributeur 34) et du conduit 56 jusque dans le poste de calcination flash de la figure 1C pour enlever encore de l'eau afin de produire une alumine convenant pour une électrolyse dans

le procédé Hall-Heroult pour produire de l'aluminium métal.

En variante, dans le cas o on utilise dans le dispositif de

décomposition, la partie supérieure de la plage de températures com-

prises entre 250 et 650 C, le produit obtenu dans le conduit 56 peut

être collecté pour servir de matière première dans un processus d'élec-

trolyse Hall-Heroult. Ainsi, l'exemple 1 donné dans la suite montre

qu'on peut atteindre dans ce cas ces valeurs de LOI suffisamment basses.

Le dispositif de calcination flash peut être construit conformé-

mnient aux principes définis dans "Alumina Calcination in the Fluid-Flash Calciner" de William M. Fish, Light Metals 1974, volume 3, The Metallurgical Society of the American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineers, Inc., New York, New York, pages 673-682, et dans "Experience with Operation of the Alcoa Fluid Flash Calciner" de Edward W. Lussky, Light Metals 1980, The Metallurgical Society of AIME, Warrendale, PA, pages 69-79. Comme autres équipements, on peut citer:

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(1) le dispositif de calcination de F.L. Smidth, décrit dans un article présenté à l'Assemblée annuelle de AIME à Dallas en février 1982 par B.E. Raahauge et coll., et (2) le dispositif de calcination Lurgi/VAW, décrit dans "Proceedings of the Second International Symposium de ICSOBA", volume 3, pages

201-214 (1971).

Le dispositif de calcination flash représenté schématiquement sur

la figure 1C reçoit par exemple des particules de boehmite par l'inter-

médiaire du conduit 56 et les porte à des températures comprises entre 950 et 1.220 C par action du combustible introduit par l'intermédiaire du conduit 58 et des gaz chauds (conduit 60) qui entretiennent la

combustion du combustible. L'alumine produite est collectée par l'inter-

médiaire du conduit 62. Les gaz chauds s'échappent par l'intermédiaire du conduit 64 et sont épurés dans un séparateur 66 qui capte l'alumine entraînée, les solides étant dirigés par l'intermédiaire du conduit 68 dans le conduit 62 et les gaz d'échappement chauds s'écoulant par

l'intermédiaire du conduit 40 pour chauffer le dispositif de décomposi-

tion. B. Processus charge par charge Le processus mis en évidence sur les figures lA et 1C se déroule de façon continue. La partie correspondant à la figure lB peut opérer suivant un mode charge par charge comme indiqué sur la figure 2. Les références numériques de la figure 1 ont été conservées aux endroits o

l'équipement est le même. Cette modification est obtenue par substitu-

tion d'un dispositif de décomposition charge par charge 70 et de trémies de stockage appropriées 72 et 74 pour recevoir les matières premières arrivant encore de façon continue par l'intermédiaire du conduit 24 en

provenance de l'installation Bayer et pour les acheminer par l'intermé-

diaire du conduit 56 jusqu'au dispositif de calcination flash.

Le dispositif de décomposition 70 comprend un couvercle 76, qui

peut être déplacé entre une position d'étanchéité à la pression (repré-

sentée) et une position d'ouverture (non représentée) par déblocage du verrou 78 et rotation dans le sens contraire des aiguilles du montre, par exemple de 95 , autour de la charnière 80. A l'extrémité inférieure

du dispositif de décomposition, il est prévu un plancher 82. Le cou-

vercle 76 et le plancher 82 forment avec des parois latérales 84 une

chambre 86. Lorsque le plancher 82 se trouve dans la position de ferme-

ture, comme indiqué, l'étanchéité à la pression de la chambre 86 est

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complète. Le plancher 82 peut être tourné dans le sens contraire des aiguilles d'une montre autour de la charnière 85, lors du déblocage du verrou 86, afin d'ouvrir la chambre 86 pour le vidage d'une charge de produit. La chambre 86 est chauffée par un échangeur de chaleur 88, qui est logé à l'intérieur de la chambre 86 et qui reçoit un écoulement de gaz

chauds par l'intermédiaire des conduits 40 et 42. Un chauffage élec-

trique constitue une autre option.

Un régulateur de-contre-pression ou soupape 90 agit en premier pour empêcher de la vapeur se trouvant dans le conduit 50 de revenir en arrière vers le dispositif de décomposition 70 quand la pression dans ce dispositif de décomposition est encore trop basse et, en second lieu, la soupape 90 assure l'ouverture du conduit 50 pour laisser passer de la vapeur seulement après que la pression désirée, par exemple de 7,7 bars,

ait été atteinte dans le dispositif de décomposition.

Lors du déroulement du processus charge par charge, le couver-

cle 76 est ouvert et AI(OH)3 provenant de la trémie 72 est chargé dans la chambre 86 par l'intermédiaire du conduit 25. Le lit résultant est autofluidisé par l'action de l'échangeur de chaleur 88 qui extrait l'humidité libre et l'eau combinée chimiquement des particules de

AI(OH)3.

A mesure que de l'eau est extraite sous forme de vapeur, la pression à l'intérieur de la chambre 86 augmente. La vapeur d'eau s'écoule par l'intermédiaire du conduit 44 jusque dans le cyclone 46, comme expliqué ci-dessus pour l'opération continue. Quand la pression s'exerçant sur la soupape 90 atteint une valeur suffisante, cette soupape 90 s'ouvre et de la vapeur est fournie par l'intermédiaire du

conduit 50 à l'installation Bayer.

Lorsque une quantité suffisante d'eau a été enlevée, le plan-

cher 82 est ouvert et, par exemple, de la boehmite est déchargée de la

chambre 86 dans la direction 73 jusque dans la trémie 74.

Avant l'ouverture de la soupape 90, l'installation Bayer peut être alimentée par une source auxiliaire de vapeur d'eau, fournissant de la vapeur d'eau à la pression désirée. La source auxiliaire peut par exemple comprendre un second dispositif de décomposition 70 opérant en

alternance avec celui indiqué sur la figure 2.

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C. Produits Le procédé de production de vapeur d'eau de l'invention, appliqué

à Al(OH)3, donne de nouveaux produits. Les conditions de fonctionnement du dispositif de décomposition operant

sous pression sont les suivantes: température...............250-650 C pression (vapeur d'eau)... 1,4 - 17,5 bars À temps de séjour........... 10 - 120 minutes L'hydrate se décompose dans ces conditions en dégageant de l'eau sous forme de vapeur d'eau sous pression et en produisant une alumine partiellement calcinée. Nos recherches ont montré que la déshydratation de l'hydrate d'alumine sous la pression de la vapeur d'eau progresse par

conversion initiale du trihydrate (gibbsite) en oxyde-hydroxyde (boehmi-

te). La boehmite formée se décompose ensuite en alumine gamma et/ou indifférente aux rayons X, ou amorphe% partiellement ou complètement en fonction de la température et du temps de séjour de la matière dans le

dispositif de décomposition.

En conséquence, la matière provenant du dispositif de décomposi-

tion est de la boehmite et de l'alumine gamma et/ou indifférente aux rayons X, pseudomorphe avec de l'hydroxyde d'aluminium. La teneur en boehmite est usuellement relativement élevée, dans la plage comprise entre 10 et 50%. Chaque particule est composée d'une pluralité de cristaux. La perte au brûlage (LOI) (300-1.200 C) rentre dans la gamme comprise entre 1 et 12%, la matière de plus faible teneur en eau étant obtenue en utilisant la partie supérieure de la plage de température,

par exemple de 250 à 650 C, existant dans le dispositif de décomposi-

tion. La surface spécifique est comprise entre 10-100 m2/g. Les données concernant la surface spécifique sont déterminées par la méthode BET par

adsorption de N2.

Dans le cas o une calcination à haute température et à la pres-

sion atmosphérique, c'est-à-dire au maximum sous une pression de 0,7 bars (résultant de ventilateurs destinés à propulser des gaz) est produite à la suite du dispositif de décomposition, l'alumine résultante atteint une valeur de LOI (300-1.200 C) inférieure à 1%, une surface

spécifique rentrant dans la gamme de 10-100 m2/g et un indice d'attri-

tion Forsythe-Hertwig modifié de 1 à 20.

La valeur donnée ici pour l'indice d'attrition est déterminée conformément à la méthode de Forsythe et Hertwig, "Attrition

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Characteristics of Fluid Cracking Catalysts", Ind. and Engr. Chem. 41, 1200-1206, modifiée par le fait que les échantillons sont soumis à une attrition pendant seulement 15 minutes, ce temps ayant été trouvé comme

préférable pour faire ressortir des différences entre des alumines.

Indice d'attrition I = 100(X - Y)/X o: X = pourcentage de particules passant au tamis de 0,044 mm avant attrition, Y = pourcentage de particules passant au tamis de 0,044 mm après

attrition.

Plus l'indice d'attrition est faible, plus la résistance à l'at-

trition est élevée.

En général, l'alumine produite conformément à l'invention est plus résistante, en ayant par exemple un indice d'attrition plus faible que

l'alumine produite par calcination de Al(OH)3 à la pression atmosphé-

rique. On obtient des avantages à combiner une décomposition initiale

sous pression avec une calcination finale à la pression atmosphérique.

Par exemple, la calcination finale à la pression atmosphérique peut se dérouler à 850 C ou moins pour amener la valeur de LOI (300-1.200 C) à 1% ou moins. Cela doit être comparé avec la température supérieure à

950 C nécessaire précédemment.

Un avantage supplémentaire consiste dans la possibilité d'obtenir une alumine ayant une valeur de LOI de 1% ou moins, et une surface spécifique entrant dans la gamme de 10-100 m2/g, sans produire de l'alumine-alpha, une forme cristalline de mauvaise solubilité dans le bain de sel fondu d'une cellule Hall-Heroult. En général, la calcination

à la pression atmosphérique convertit la boehmite du produit intermé-

diaire en alumine-gamma. En conséquence, une teneur en boehmite de 50% dans le produit sortant du dispositif de décomposition sous pression signifie une teneur en alumine-gamma d'environ 50% dans le produit obtenu en soumettant le produit du dispositif de décomposition sous

pression à une calcination à la pression atmosphérique.

Dans les deux cas, à savoir seulement le dispositif de décomposi-

tion ou bien le dispositif de décomposition plus le dispositif de calcination, le produit est caractérisé par au moins une quantité réduite, et même une absence, des fissures parallèles caractérisant l'alumine qui résulte d'une calcination d'hydroxyde d'aluminium à des pressions comprises entre O et au maximum 0,5 ou 0,7 bar, utilisées précédemment pour la déshydratation de la matière première introduite

dans les cellules Hall-Heroult.

La figure 3, comparée à la figure 4, illustre cette caractéris-

tique importante des produits conformes à l'invention, notamment la

quantité réduite, ou même l'absence, de fissurations parallèles.

Le produit de l'art antérieur (n de référence AP T182B) de la figure 4 a été préparé en calcinant Al(OH)3 dans un dispositif de calcination flash, comme décrit dans les articles précités de Fish et Lussky. Ce produit contient de 1 à 5% de boehmite, le reste étant amorphe. Conmme cela est mis en évidence sur la figure 4, le produit de l'art antérieur est caractérisé par une fissuration en parallèle. Cette alumine produite conformément à l'art antérieur a présenté une valeur LOI (300-1.200 C) de 0,94%, une surface spécifique de 84 m2/g et un

indice d'attrition de 15.

Le produit (n de référence AP 4052-H2) de la figure 3, qui est un produit conforme à l'invention, a été préparé en chauffant Al(OH)3 à

500 C, sous une pression de 8,4 bars, pendant i heure, dans des condi-

tions d'auto-fluidisation puis à 850 C, sous la pression atmosphérique, pendant i heure (le traitement à 850 C correspondant à une opération de calcination flash). Le produit résultant de ce traitement a un contenu environ 50% d'alumine gamma, le reste étant amorphe, et a présenté une valeur LOI de 0,5%, une surface spécifique de 51 m2/g et un indice d'attrition de 6. Une comparaison de la figure 3 avec la figure 4 montre

clairement, dans cet exemple, l'absence complète de-fissuration paral-

lèle dans le produit de l'invention.

On estime qu'un résultat bénéfique de l'absence de fissuration

parallèle consiste dans la possibilité de manutentionner et de transpor-

ter le produit conforme à l'invention avec une moins grande formation de

fines par comparaison à une matière affectée par la fissuration paral-

lèle. De toute manière, le produit conforme à l'invention est plus

résistant, comme cela est mis en évidence par les valeurs caractéris-

tiques plus faibles de l'indice d'attrition établi conformément à la méthode Forsyth-Hertwig modifiée. En conséquence, pour une matière

première Al(OH)3 donnée, il est possible d'obtenir des indices d'attri-

tion considérablement diminués pour l'alumine d'alimentation de cellules Hall-Heroult. Par exemple, pour une matière première Al(OH)3 donnée, l'indice d'attrition sera inférieur d'au moins deux unités pour le

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produit conforme à la présente invention par rapport à la valeur obtenue pour un produit ayant le même LOI et obtenu par calcination sous la pression atmosphérique. En outre, il est possible d'obtenir conformément à l'invention des indices d'attrition inférieurs à ceux des alumines du commerce. En conséquence, il est connu que différentes matières premières Al (OH)3 donnent des indices d'attrition différents lors d'une

calcination à la pression atmosphérique. Des indices d'attrition infé-

rieurs sont considérés comme résultant de Al(OH)3 bien cristallisé alors

que des indices supérieurs correspondent à Al(OH)3 faiblement cristal-

lisé. En utilisant Al(OH)3 bien cristallisé dans des dispositifs de calcination à la pression atmosphérique, les indices d'attrition les plus bas obtenus par le passé ont été de 4 ou 5. Dans la présente invention, Al(OH)3 bien cristallisé donne des indices d'attrition de 2

ou moins.

On va donner dans la suite des exemples permettant d'illustrer

encore l'invention.

EXEMPLE 1

Un produit (n de référence AP 4203-6) a été décomposé conformé-

ment à la présente invention par transmission de chaleur au travers des

parois d'un récipient dans un lit de Al(OH)3 se trouvant dans le réci-

pient. La température dans le lit a été de 600 C. Un chauffage a été

effectué pendant une période d'une heure. La pression a été de 8,4 bars.

Le lit a été auto-fluidisé sous l'action de la vapeur d'eau dégagée des particules. Il ne s'est produit aucun écrasement des particules pendant ce processus, c'est-à-dire aucune augmentation de poids de la fraction passant au tamis de 0,044 mm. Le produit obtenu par ce processus a présenté une valeur LOI (300-1.200 C) de 1,5%, une surface spécifique de 94 m2/g et un indice d'attrition de 4. L'analyse par diffraction de rayons X a donné les résultats suivants: environ 2% de boehmite (modèle de diffraction aux rayons X correspondant à ceux des cartes 5-0190 et 211307 du "Joint Committee on Powder Diffraction Standards", Swarthmore, PA) , le reste étant de l'alumine gamma et une substance amorphe.

EXEMPLE 2

* Un produit (n de référence AP 4064) a été préparé conformément à la présente invention par transmission de chaleur au travers des parois d'un récipient dans un lit de Al(OH)3 se trouvant dans le récipient du dispositif de décomposition. Les conditions concernant le lit ont été de

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500 C, pression de 8,4 bars, temps de séjour d'une heure. La matière du lit a été auto-fluidisée sous l'action de la vapeur d'eau dégagée en

cours de décomposition. On a obtenu un produit contenant 28% de boeh-

mite. Ensuite, le produit obtenu par ce traitement à haute pression a été chauffé à 850 C, sous la pression atmosphérique (O x 105 Pa), pendant une heure (ce traitement à 850 C correspondant à une opération de calcination flash). Le produit final a présenté une valeur LOI (300-1.200 C) de 0,5%, une surface spécifique de 60 m2/g et un indice d'attrition de 2. L'analyse par diffraction aux rayons X a donné les résultats suivants: 0% de boehmite, le reste étant de l'alumine gamma et

une substance amorphe.

EXEMPLE 3

Des produits de l'invention ont été prépares comme dans l'exem-

ple 2, exceptées les différences suivantes. La température du lit du dispositif de décomposition a été de 400 C. Une analyse du produit provenant du dispositif de décomposition a donné les résultats suivants: surface spécifique 40 m2/g, LOI 13,4%, indice d'attrition 5, pourcentage de boehmite 44%. Une analyse du produit résultant de la calcination à 850 C sous la pression atmosphérique a donné les résultats suivants: LOI

0,5%, pourcentage de boehmite 0%, surface spécifique 41 m2/g.

EXEMPLE 4

Des produits de l'invention ont été préparés comme dans l'exem-

ple 2, exceptées les différences suivantes. La température du lit du dispositif de décomposition a été de 400 C, la pression de 14 bars, le temps de séjour sous pression de 3/4 heure. Une analyse du produit sortant du dispositif de décomposition a donné les résultats suivants: surface spécifique 19 m2/g, LOI 16%, indice d'attrition 9, pourcentage de boehmite 44%. Une analyse du produit résultant de la calcination à 850 C sous la pression atmosphérique a donné les résultats suivants: LOI 0,4%, pourcentage de boehmite 0%, surface spécifique 30 m2/g, indice

d'attrition 9.

EXEMPLE 5

Des produits de l'invention ont été préparés comme dans l'exem-

ple 2, exceptées les différences suivantes. La température du lit du dispositif de décomposition a été de 400 C, la pression de 4,2 bars, le temps de séjour sous pression de 2 heures. Une analyse du produit sortant du dispositif de décomposition a donné les résultats suivants: surface spécifique 63 m2/g, LOI 11,3%, pourcentage de boehmite 30%. La

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calcination sous la pression atmosphérique a été effectuée à 750 C, à

nouveau pendant 1 heure. Une analyse du produit résultant de la calcina-

tion a donné les résultats suivants: LOI 0,9%, surface spécifique

m2/g, indice d'attrition 6.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de

l'esprit de l'invention.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1.- Procédé de production de vapeur d'eau pour processus en consommant, caractérisé en ce que l'on chauffe une substance solide à une pression nominale supérieure à la pression atmosphérique pour décomposer ladite substance en formant parmi les produits de la décomposition de l'eau qui est produite sous forme de vapeur que l'on

récupère pour son utilisation dans ledit processus.

2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la substance solide produit une vapeur qui ne contient pratiquement que de

l'eau.

3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la

substance solide est Al(OH)3.

4.- Procédé selon la revendication 1, consistant en outre à accumuler des particules de la substance les unes sur les autres de façon à former un lit de particules, caractérisé en ce que l'eau est

dégagée à l'état gazeux et produit une auto-fluidisation dudit lit.

5.- Procédé consistant à décomposer de l'hydroxyde d'aluminium à une pression nominale supérieure à 1 atmosphère pour que les produits de la décomposition soient un produit d'aluminium et d'eau, caractérisé en ce que l'on maintient des conditions de pression et de température

pour que l'état d'équilibre de cette eau soit l'état gazeux.

6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans l'étape de décomposition le lit d'hydroxyde d'aluminium est à

l'état fluidisé.

7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite

eau produit l'auto-fluidisation du lit.

8.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape de décomposition est mise en oeuvre à une température comprise

entre 250 et 650 C.

9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de décomposition est mise en oeuvre à une température comprise

entre 360 et 650 C.

10.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de décomposition est mise en oeuvre à une température comprise

entre 400 et 650 C.

11.- Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en

ce qu'il consiste en outre à soumettre le produit contenant de l'alumi-

nium obtenu dans l'étape d'extraction de l'eab à une étape de calcina-

tion à la pression atmosphérique et à une température supérieure à

environ 600 C.

12.- Composition de matière contenant des particules de boehmite, d'alumine gamma et/ou d'alumine pseudomorphe indifférente aux rayons X et de l'hydroxyde d'aluminium formant un sous-produit résultant du

procédé selon une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en

ce qu'elle présente un degré réduit de fissuration parallèle, chaque particule contenant une pluralité de cristaux, la perte de produit au brûlage LOI (300-1.200 C) des particules étant comprise entre 1 et 12%

et leur surface spécifique étant comprise entre 10 et 100 m2/g.

13.- Composition de matière selon la revendication 12, caractérisée

en ce qu'il y a absence de fissuration parallèle.

14.- Alumine résultant du procédé selon une quelconque des revendi-

cations I à 11, caractérisée en ce qu'elle présente une surface spéci-

fique comprise entre 10 et 100 m2/g, un indice d'attrition compris entre

1 et 20 et un degré réduit de fissuration parallèle.

15.- Alumine selon la revendication 14, caractérisé en ce que la

surface spécifique est comprise entre 10 et 70 m2/g.

16.- Alumine selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'elle

ne présente pas du tout de fissuration parallèle.

17.- Alumine selon la revendication 14, caractérisé en ce que son

indice d'attrition est inférieur ou égal à 2.

18.- Alumine selon la revendication 14, caractérisée en ce que sa

perte de produit au brûlage LOI (300-1.200 C) est inférieure à 1%.