Brevet FR2096835A1 — publié le 19720303

La présente invention concerne les branches de l'industrie où les pr@dui@@ finement réduits rubiesent un traitement thermi que et chimique dans un courent gaseux, et elle vise plus préci sément un procédé de traitement thermique et chimique de produits finement réduits ayant une granulemétrie ne dépassant pas 0,5 mm, ainsi qu'une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'invention peut trouver des applications par exemple dans la métallurgie, pour le grillage réducteur des minerails de fer (obtention directe du fer en poudre, métallisation du produit concentré et e minerais poussiéreux, grillage magnétisant des minerai~ difficiles à enrichir, etc); pour le grillage oxydant des minerais, sulfurés ou non, de métaux non ferreux; pour le grillage du clinker de ciment; pour le séchage de produits fine ment réduits. On connaît des procédés de traitement thermique et chimique, par un gar, de produits finement réduits, et des installations pour la réalisation de ces procédés, les uns et les autres trou vant de larges applications industrielles. Le procédé le plus employé dans la métallurgie des poudres est celui du traitement des produits finement réduits en une cou che immobile. Le procédé de traitement de produits en couche immobile est caractérisé par une faible intensité, aussi les installations pour la réalisation de ce procédé présentent -t- elles un bas rendement spécifique. En outre, les phénomènes qui se déroulent dans la couche immobile sont difficiles à contrôler et à régler, @ce qui entraîne des frais d'exploitation élevés et exige beaucoup n main-d'oeuvre.On fait appel aux procédés en question lorsqu'il s'agit de préparer des produits s relativement cotteux et spéciaux. Les installations pour la mise en oeuvre de ces pro cédés (creusets, plaques de coulée, capsules avec des fours à moufle, à tunnel et annulaires, grilles, etc) présentent une faib puissance installée @environ 15 milliers de t@nnes de fer spon gieux par an@. On connaît un procédé de traitent de produits qui prévoit ie transport de ceex-ci bar un gaz (dans un équicourant), par exemple en cas de traitement des concentrés de minerai de fer. Ce procédé de traitement de produits avec transport de ces derniers par un gaz (dans mi équicourant) est caractérisé par une jiauto intensité. Toutefois, il présente un inconvénient majeur, ui réside dans le bas taux d'utilisation du gaz pendant mi cycle, tant au point de vue chimique que thermique.Vu ce qui vient d'être dit, on a étudié des installations polycycliques pour le @aitement de matériaux dans un écuicourant. Les installations ce genre peuvent permettre d'obtenir de meilleurs coefficients d'utilisation du gaz. tes installations destinées au traitement lycyclique (polyétagé) de produits finement réduits (réacteurs polyétagés, ploc de cyclones, système de chambres de turbulence, etc. sont On outre très encombrantes. ta transmission de la ma ière 1'- otage à un autre se heurte à de grandes difficultés; n règle générale, la sûrete de fonctionnement des mécanismes aF s a assurer la transmission de la matière est médiocre.Pour cette raison, le procédé de traitement polyétagé d'une matière finement réduite dans un équicourant n'a pas trouvé de larges applications dans l'industrie. On connaît en outre des procédés de traitement de produits finement réduits par un gaz dans des fours à curre, dans des réacteurs à lit fluidisé, ainsi que dans des installations à sole mobile. De tels procédés sont économiquement peu efficaces du fait de l'entraînement par le gaz de quantités importantes de produits chargés dans les groupes de trattement, de sorte que les caractéristiques technologiques (consommation de gaz, coefficient d'utilisation de la chaleur, etc), rapportées au produit fini, diminuent considérablement. La présente invention se propose de supprimer les inconvénient s inhérents aux procédés connus de traitement thermique et chimique de produits finement réduits et aux installations pour la mise en oeuvre desdits procédés. L'invention vise un procédé de traitement thermique et chimique de produits finement pulvérisés, d'une granulométrie ne dépassant pas, sensiblement, 0,5 mm, et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui permettraient d'intensifier le processus de traitement des produits, de réduire la consommation de gaz et d'augmenter le coefficient d'utilisation de la chaleur. Le problème ainsi posé est résolu du fait que dans le procédé du type comportant la formation d'une suspension gazeuse à partir de la matière à traiter et d'un gaz, le transport de la matière à 11 état suspendu et son traitement à fond par le gaz, selon l'invention on effectue, simultanément avec le transport de la matière, son traitement partiel par le gaz, puis on effectue un classement gazodynamique de la matière, après quoi on effectue son traitement à fond en la faisant cheminer à contrecourant dans le gaz de travail. I1 est avantageux d'operer le traitement partiel de la matière soit.au sein du gaz de travail sortant, soit dans un milieu constitué par n'importe quel autre gaz introduit additionnellement et dont la pression est supérieure à celle du gaz de travail. L'installation conçmepour la réalisation du procédé en question comprend, selon l'invention, un dispositif pour la formation de la suspension au sein du gaz, un dispositif pour le traitement partiel et le transport de la matière à l'état suspendu au sein du gaz vers un réacteur polyétagé en vue du traitement à fond de la matière, ce réacteur étant réalisé sous forme de plusieurs chambres concentriques formant un espace utile commun étanche à l'atmosphére, et mises en communication entre elles, à leurs parties supérieures, par l'intermédiaire d'une chambre pour le classement gazodynamique préalable de la matière à traiter. D'autres caractéristiques de l'invention résident dans les particularités de la construction du dispositif pour la formation de la suspension au sein du gaz et du dispositif pour le traitement partiel et le transport de la matière sous forme de suspension dans le gaz. te dispositif pour la formation de la suspension dans le gaz peut être réalisé sous forme d'une table d'alimentation rotative muni d'une grille à barreaux anti-tamisage, au-dessous de laquelle est disposé un collecteur de gaz de travail sortant, mis en communication avec le réacteur polyétagé. te dispositif pour le traitement partiel et le transport de la matière à l'état suspendu au sein du gaz peut être réalisé sous forme d'un tuyau de montée du gaz, dit "gaz-lif'-" raccordé au dispositif pour la formation de la suspension au sein du gaz et d'une chambre centrale mise en communication avec le "gaz-lift" par l'intermédiaire d'un cyclone et d'un joint gazeux, cette chambre centrale étant disposée à l'intérieur des chambres concentriques et munie d'un diaphragme pour l'admission, à travers ce dernier, du gaz de travail destiné au traitement partiel ultérieur et au transport de la matière. La présente invention offre des caractéristiques technicoéconomiques excellentes qui ont été confirmées par les essais prolongées du procédé de l'invention effectués dans des installations pilotes. Les résultats des essais ont montré ce qui suit: - les pertes de matière à traiter dues à l'entralnement de celle-ci, à l'état non traité, hors de l'installation, sont réduites au minimum (0,1% au plus); - l'opération de traitement de la matière finement pulvérisée est tellement intensifiée que le rendement spécifique de l'installation (quantité de prodLctxnrapportée à l'unité de volume utile de l'espace de travail de l'installation par unité de temps de fonctionnement de celle-ci) est de 7 à 50 fois supérieur à celui des groupes connus fonctionnant en régimes technologiques correspondants (grillage des minerais, métallisation des minérais de fer concentrés, etc.);; - l'installation est de construction simple qui, alliée à son rendement spécifique élevé, permet de réduire de o% les frais d'investissement spécifiques par rapport à ceux qu'exigent les groupes utilisés à des fins technologiques identiques. Par exemple, les frais d'investissement nécessités par l'ensemble des travaux de construction de l'installation conforme au procédé proposé, destinée au grillage métaSisant du concentré de minai de fer et présentant un rendement annuel dépassant 1 million de tonnes, ont représenté 80 à 90% des frais d'investissement entraînées par la construction d'un réchauffeur d'air pour un haut fourneau moderne, alors que les frais d'investissement engagés dans la construction de l'installation conforme au procédé de l'invention pour le grillage magnétisant, avec enrichissement et pellétisation ultérieurs des minerais de fer, ne dépassent pas 90% des frais d'investissement engagés dans la construction d'un complexe de groupes ayant un rendement correspondant et utilisé seulement pour le grillage renforçant du minerai pelleté; - le procédé proposé permet de mettre à profit avec le maximum d'efficité la chaleur et le gaz de travail, ce qui permet, par exemple, de réduire l'absorption de chaleur pour le grillage magnétisant de quartzites humides (4% d'eau) à moins de 280 milliers de kcal par tonne de produits de départ et la consommation de gaz naturel pour la métallisation de concentrés riches de minerai de fer à 200 m3 par tonne de produit fini, le taux de métallisation du fer étant de 90%;; - toute opération technologique réalisée selon le procédé proposé et dans l'installation en question, se prote facilement au contrôle et au réglage, donc à la mécanisation et à l'automatisation, ce qui permet de réduire les frais d'exploitation au minimum nécessaire au contrôle visuel de fonctionnement des mécanismes et des appareils; - l'installation fonctionnant selon le procédé proposé peut avoir une puissance installée supérieure à celle des groupes modernes les plus productifs (notamment les hauts fournaux modernes, les convertisseurs fonctionnant à l'oxygène, les fours électriques, etc), utilisés pour le production à grande échelle. En outre, le procédé de l'invention ne requiert pas d'eau pour sa mise en oeuvre, et le gaz sortant peut être utilisé totalement par recirculation et complètement débarrassé de la matière à traiter, étant donné que l'installation peut fonctionner sous n'importe quelle pression de gaz effective prédéterminée régnant dans l'espace utile.De ce fait, le procédé en question et l'installation pour sa mise en oeuvre sont applicables en tous lieux, y compris ceux où il y a pénurie d'eau, dans les localités à population dense, dans les régions où il existe de sévères prescriptions en ce qui concerne l'épuration des produits résiduaires industriels dans le but d'écater les risques de pollution de l'atmosphère et de l'eau. L'invention est illustrée dans ce qui suit par un exemple de réalisation décrit à titre non limitatif, avec références au dessin annexé qui représente une vue d'ensemble de l'installation et un schéma de principe du cheminement du gaz et des produits au cours de l'opération. L'installation pour la mise en oeuvré du-procédé-de l'invention comporte un dispositif 1 pour la formation d'une suspension des produits à traiter dans un gaz, ce dispositif possédant une table d'alimentation rotative 2 munie d'une grille à barreaux anti-tamisage O, et un collecteur 4 pour le gaz sortant; un dispositif pour le traitement partiel et le transport des produits sous forme de suspension au sein du gaz, comprenant un tuyau de montée du gaz 5, dit "gaz-lift", et une chambre centrale 6 mise en communication avec ce gaz-lift; une chambre 7 pour le classement gazodynamique préalable des matériaux à traiter et un réacteur polyétagé 8 pour le traitement à fond des produits, disposé au-dessous de ladite chambre 7.Le réacteur 8 est réalisé sous forme de chambres annulaires verticales concentriques 9, 10 et 11, de sorte que la chambre 9 entoure ladite chambre centrale 6. Du côté extérieur de la chambre 11 est située une chambre verticale périphérique 12 qui est mise en communication, en bas, aveç le collecteur 4 de gaz sortant. tes chambres 9, 10, 11 et 12 sont mises en communication entre-elles, en haut, par l'intermédiaire de la chambre 7 et forment un espace utile commun étanche à l'atmosphère. Le traitement thermique et chimique des produits selon le procédé proposé s'effectue de la manière suivante. La matière de départ finement réduite est acheminée à travers un dispositif doseur 13 se présentant sous forme d'alimenteurs à plateaux, vers la grille à barreaux anti-tamisage 7 de la table d'alimentation 2. Si la matière de départ est humide au point de perdre sa pulvérulence, elle est avant d'être admise dans le dispositif doseur 13, séchée dans un tambour-sécheur 14 par l'air chauffé dans un récupérateur 15 grâce à la chaleur cédée par les gaz sortants qui quittent l'installation après avoir traversé un cyclone 16. L'emploi du récupérateur 15 et du sécheur 14 est également utile dans le cas où l'installation serait munie d'un dispositif 17 pour l'épuration humide des gaz sortants en vue d'en abaisser la température avant l'épuration et de mettre plus complètement à profit la chaleur cédé par les gaz d'échap- pement. Par suite du pivotement de la table d'alimentation rotative 2 d'un angle determiné, la matière portée par la grille à barreaux anti-tamisage- O se trouve entraînée par le courant de gaz sortant dirigé par un raccord d'amenée 18 en provenant du collecteur de gaz 4, et forme une suspension qui est transportée par ce même gaz à travers le "gaz-lift" tubulaire 5. Pendant le transport, la matière est soumise à un traitement partiel par le gaz la transportant, y compris son séchage et son réchauffement. La formation de la suspension au sein du gaz, le transport et le traitement partiel des produits peuvent s'effectuer suivant diverses variantes de mise en oeuvre du procédé proposé, aussi bien au sein du gaz sortant de l'installation qu'au sein de tout autre gaz introduit additionnellement et dont la pression est supérieure à celle du gaz de travail. La composition du gaz pour le transport de la suspension peut être différente de celle du gaz de travail et du gaz sortant. Dans toutes ces variantes la suspension provenant du "gazlift" 5 arrive au cyclone 16. Ce dernier est destiné à réaliser un brusque détour (de plus de 900) du courant formé par la suspension au sein du gaz, sans donner lieu à une usure considérable du "gaz-lift" 5 à l'endroit du détour, ainsi qu a séparer la matière du gaz la transportant. Ayant franchi le cyclone 16, le gaz emprunte une tuyauterie 19 pour arriver à travers le récupérateur 15 dans le dispositif 17 pour l'épuration humide, tandis que la matière est dirigée vers le bas et vers la chambre centrale 6 à travers un joint gazeux 20 à deux cônes et une tuyauterie 21. Pour assurer un fonctionnement sans arret du joint gazeux 20 à deux cônes et de la tuyauterie 21, le joint 20 est pourvu d'un dispositif de by-pass 22 et d'un ajutage 23 d'amenée de gaz. La matière issue de la tuyauterie 21 s'introduit dans le jet de gaz de travail acheminé à sa rencontre à travers un diaphragme 24 monté dans la partie inférieure de la chambre centrale 6. Pendant son trajet la matière fait un détour de presque 1800, avant d'entre entranée à travers la chambre centrale 6. Dans cette dernière la matière subit un second traitement partiel par le gaz, tant à contre-courant dans le jet de gaz de travail que dans un équicourant au cours du déplacement de la matière vers le haut le long de la chambre centrale 6. La matière partiellement traitée par le gaz de travail est transportée, sous forme de suspension au sein du gaz, de la chambre centrale 6 vers la chambre 7 pour y subir un classement gazodynamique préalable. La chambre 7 utilisée à cette fin est en forme de segment sphérique dont la partie inférieure communique avec les parties supérieures des chambres 6, 9, 10, 11 et 12.A mesure de son déplacement à travers la chambre 7 pour le classement gazodynamique préalable, à partir de la chambre centrale 6 jusqu'à la chambre périphérique 12, le courant de suspension perd progressivement de sa vitesse, aussi les particules se classentelles en fonction de leurs propriétés gazodynamiques: les particules ayant la vitesse de vol la plus grande (en règle générale, les particules les plus grosses) se déposent dans la chambre annulaire verticale 9, les particules dont la vitesse de vol est moindre se déposent dans la chambre annulaire verticale 10, et les particules les plus fines des produits à traiter, dont la vitesse de vol est la plus faible, se déposent dans la chambre annulaire verticale 11 ou bien sont entraînées par le gaz vers la chambre périphérique 12. Pour assurer un classement préalable plus efficace des particules de la matière en fonction de leurs propriétés gazodynamiques et faciliter leur séparation du courant de suspension, la chambre 7 pour le classement gazodynamique préliminaire est dotée d'un séparateur 25 à jalousies. tes produits préalablement classés et partiellement traités provenant de la chambre 7 se déposent dans l'une des chambres annulaires verticales 9, 10 ou 11, à savoir celle qui correspond à leur aptitude à être entratné par le gaz. Dans les chambres annulaires verticales 9, 10 et Il a lieu un mouvement ascendant à la rencontre des particules tombantes, du gaz de travail présentant les paramètres correspondants: vitesse, pression, température et composition. A mesure du déplacement de la matière à contre-courant dans le gaz de travail, la matière est traitée complétement et les produits finis sont déchargés de l'installa tion à travers un joint gazeux 26disposé dans la partie inférieure des chambres annulaires verticales 9, 10 et 11. Le gaz de- travail présentant les paramètres correspondants est amené dans les chambres annulaires verticales 9, 10 et il à travers les dispositifs à tuyère 27 disposés au-dessous desdites chambres 9, 10 et 11. Té gaz de travail sortant des chambres annulaires verticales 9, 10 et 11 à l'issue du traitement de la matière, s'introduit dans la chambre 7 réservée au classement préliminaire des produits. te classement gazodynamique définitif des produits est réalisé par le gaz de travail dans les chambres 9, 10 et 11. tes particules dont les vitesses de vol ne correspondent pas à la vitesse du gaz de travail dans la chambre où elle pourraient -s'introduire accidentellement, sont entraînées par le courant de gaz de travail dans une autre-chambre, dans laquelle les paramètres du gaz de travail correspondent aux propriétés gazodynamiques des particules considérées. Le classement gazodynamique de la matière selon les propriétés gazodynamiques de celle-ci, et le traitement à-fond ultérieur effectué à contrecourant dans le gaz de travail assurent la formation d'un lit fluidisé suspendu et des caractéristiques technico-économiques excellentes au point de vue du fonctionnement de l'installation conforme au procédé proposé. La totalité du gaz ayant traversé la chambre 7 pour le classement préliminaire des produits arrive, conjointement avec de faibles quantités de produits traités, dans la chambre périphérique 12, puis, à travers les chambres de sédimentation 28, dans le collecteur de gaz 4 qui fait communiquer la chambre périphérique 12 avec le dispositif 1 pour la formation de la suspension au sein du gaz. Dans les chambres de sédimentation 28 une partie considérable de la matière entraînée par le gaz est déposée et déchargée de l'installåtion à travers un joint gazeux 29. Le trajet du cheminement ultérieur des gaz est décrit plus haut. Si l'installation fonctionne selon la variante dans laquelle la formation de la suspension au sein du gaz et son transport à travers-le "gaz-liftl' 5 sônt réalisés par un gaz introduit additionnellement et dont la pression est supérieure à celle du gaz de travail, le gaz issu de l'installation naval des chambres de sédimentation 28 arrive par une tuyauterie 30 dans le récupérateur 15 et le-dispositif 17 pour l'épuration du gaz. Le gaz introduit additionnellement est amené dans le dispositif 1 par une tuyauterie 31. Dans cette variante de fonctionnement de l'installation, le volet O2 est fermé et les volets 73 sont ouverts. Le trait caractéristique de l'installation réside dans le fait que l'ensemble des opérations de transport, de classement et de traitement des produits sont réalisées par un gaz présentant les paramètres appropriés (pression, vitesse, température et composition). Toutes les parties principales de l'installation sont mises en communication entre elles pour former en commun un espace utile livrant passage au gaz et à la matière dans le sens imposé par les impératifs technologiques. L'ensemble de l'espace utile formé par des parties distinctes reliées entre elles est rendu étanche à l'atmosphère au moyen d'une enveloppe d'acier pleine O4 revêtue à l'intérieur de briques réfractaires O5 et d'un isolant calorifuge. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisations décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'es- prit de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Un procédé de traitement thermique et chimique de matières finement réduites, d'une granulométrie ne dépassant pas, sensiblement, 0,5 mm, notamment de métallisation de minerais de fer, comportant la formation d'une suspension de la matière à traiter au sein d'un gaz, le transport de la matière à l'état de suspension et son traitement complet par ledit gaz, ledit procédé étant caractérisé en ce que simultanément avec le transport de la matière on effectue son traitement partiel par le gaz, puis un classement gazodynamique de la matière, après quoi on procède au traitement à fond de celle-ci à contre-courant dans le gaz de travail. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement partiel de la matière s'opère au sein du gaz de travail sortant. 3. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement partiel de la matière s'opère au sein de n importe quel autre gaz introduit additionnellement et dont la pression est supérieure à celle du gaz de travail. 4. Une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1, 2 et O, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif pour la formation de la suspension au sein du gaz, un dispositif pour le traitement partiel et le transport des produits à l'état de supension, et un réacteur polyétagé pour le traitement à fond des produits qui y arrivent à l'état de suspension au sein du gaz, ce réacteur étant réalisé sous forme de plusieurs chambres concentriques formant ensemble un espace utile étanche à l'atmosphère et mises en communication entre elles, à leurs parties supérieures, par l'intermédiaire d'une chambre pour le classement gazodynamique de la matière à traiter. 5. Une installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dispositif pour la formation de la suspension au sein du gaz est réalisé sous forme d'une table d'alimentation muni d'une grille à barreaux anti-tamisage au-dessous de laquelle est disposé un collecteur pour le gaz de travail sortant, mis en communication avec ledit réacteur polyétagé. 6. Une installation selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que le dispositif pour le traitement partiel et le transport des produits à l'état de supension au sein du gaz est réalisé sous forme d'un tuyau de montée du gaz, dit "gazlift", relié au dispositif pour la formation de la suspension au sein du gaz, et d'une chambre centrale mise en communication avec ledit "gaz-lift" par l'intermédiaire d'un cyclone et d'un joint gazeux, ladite chambre centrale étant disposée à l'intérieur des chambres concentriques précitées et dotée d'un diaphragme pour l'admission, à travers ce dernier, du gaz de travail destiné au traitement partiel ultérieur et au transport de la matière. 7. Les matières, produits ou substances traités confor mément au procédé suivant l'une des revendications 1 à 7 ci-dessus.