Brevet FR2405223A1 — publié le 19790504

La présente invention se rapporte à un procédé de préparation de clinker de ciment portland. Le clinker de ciment portland est largement utilisé pour la fabrication de ciments très résistants qui trouvent une large application dans tous les domaines de la construction, par exemple dans le bâtiment, dans la construction de ponts, dans la construction d'entreprises industrielles et d'ouvrages hydrotechniques, etc... Les exigences que l'on impose au clinker de ciment portland sont sévères. I1 doit présenter un ensemble déterminé de propriétés physico-mécaniques. Une amélioration de la qualité du clinker de ciment portland dépend beaucoup du perfectionnement de la technologie de sa fabrication, de l'intensification des processus industriels, de la mise en oeuvre de nouveaux procédés plus efficaces et économiques de préparation de ce clinker. Lors de la préparation de clinker de ciment portland, ce qui est très important est la composition des matières de départ, les procédés de préparation des matières de départ et les processus de décarbonatation et de cuisson des mélanges bruts. On connait divers procédés de préparation de clinker de ciment portland qui se différencient par la composition du mélange brut, par le mode de dosage et d'homogénéisation, par le matériau liant utilisé pour la granulation, par le régime thermique et gazodynamique, par les techniques différentes de mise en oeuvre du procédé et par d'autres paramètres. On connaît un procédé de préparation de clinker de ciment portland dans lequel le processus de préparation du clinker est intensifié par modification des modes opératoires de mise en oeuvre du procédé; on effectue la mouture et l'homogénéisation du mélange brut dans la zone de décarbonatation dans un four rotatif (certificat d'auteur d'invention d'URSS NO 313801). Selon un autre procédé de préparation du clinker de ciment portland (voir certificat d'auteur d'invention d'URSS NO 382590), dans le but de rendre plus intense le processus de formation du clinker afin d'accélérer les processus de décarbonatation, on met en oeuvre des techniques complémentaires; par exemple on brûle en plus un combustible dans la couche de matière dans la zone de décarbonatation et on chauffe brusquement le mélange décarbonaté jusqu'à une température comprise entre 1 400 et 1 500 OC. Cependant, la mise en oeuvre de ces procédés n'assure pas un haut degré de dêcarbonatation et la cuisson s'effectue à des températures élevées. On connaît aussi un procédé de préparation de clinker de ciment portland par mouture de constituants calcaire argileux et ferrifère suivie de ltobtention d'un mélange que lton soumet & une homogénéisation et à une granulation pour obtenir des granules dont les dimensions sont de 8 à 12 mm avec un degré d'humidité de 12 à 15 %. Ensuite, ce matériau est soumis à la décarbonatation sur une grille de calcination à une température comprise entre 800 et 1 000 OC.Puis, ce matériau est amené à un four de cuisson. On réalise la cuisson à une température comprise entre 1 450 et 1 500 OC (voir "Fours utilisés dans l'industrie des ciments", par Khodorov E.I. Editions de la littérature de bâtiments, Léningrad, 1968, p.p. 39 à 50). Ce procédé se caractérise par une haute efficacité thermotechnique mais par sa mise en oeuvre on obtient un clinker présentant une résistance insuffisamment élevée puisque ce procédé ne permet pas d'obtenir des granules ayant une résistance élevée et on n'arrive pas à atteindre un haut degré de décarbonatation. De plus, ce procédé exige la mise en jeu d'une température élevée à laquelle s'effectue la cuisson et une consommation spécifique considérable de combustible. La présente invention vise à éliminer les inconvénients précités. On s'est proposé de mettre en oeuvre un procédé de préparation de clinker de ciment portland qui permettrait d'obtenir du clinker à un degré élevé de décarbonatation et suffisamment résistant en mettant en jeu une température de cuisson plus basse. Ce problème est résolu par le fait que dans le procédé de préparation de clinker de ciment portland par mouture de constituants calcaire, argileux et ferrifère suivie de l'obtention d'un mélange que l'on soumet à une homogénéisation, à une granulation, à une décarbonatation à une température comprise entre 800 et 1 000 OC et à une cuisson, on introduit, selon l'invention, au stade de mouture ou d'homogénéisation des poussières résiduaires, c'est-a-dire des déchets résultant de la production de titane, en quantité de 0,5 à 6,0 % du poids du mélange brut total et on effectue la cuisson A une température comprise entre 1 200 et 1 350 OC;; et dans le cas oU les pous sières résiduaires sont introduites au stade d'homogénéisation, on introduit au stade de granulation une suspension aqueuse de gâteaux de filtration, c'est-à-dire des déchets de production de magnésium et de titane dans un rapport volumique eau/gâteaux de filtration de 3 à 6 : 1 et en une quantité de 10 à 14 % du poids total du mélange brut. Les poussières résiduaires se présentent sous la forme d'un mélange finement dispersé de chlorures de 10 à 100 microns de dimensions dont la composition chimique en % en poids est la suivante (calculée par rapport aux oxydes et éléments); TiO2 2,0 à 10,0 FeO 3,0 à 20,0 Mn 2,0 à 5,0 SiO2 4,0 à 15,0 Au203 2,0 à 12,0 CaO 1,0 à 3,0 MgO 0,7 à 4,0 Cor203 1,7 à 4,0 V2 5 o, 05 à4,0 C1 11,0 à 35,0 C 10,0 à 25,0. Dans sa composition ce mélange contient aussi une faible quantité d'éléments de terres rares. La présence, dans la composition des chlorures solides, de carbone finement dispersé (coke de pétrole) communique au mélange une bonne conductibilité thermique étant donné qu'en brûlant le carbone chauffe la masse dans tout son volume. La présence des chlorures decca, Fe, etc. dont la température de sublimation est supérieure à 300 OC) assure déjà le déroulement du processus de décarbonatation en phase solide à des températures comprises entre 300 et 500 OC. L'introduction des poussières résiduaires en une quantité inférieure à 0,5 % du poids total du mélange brut au stade de mouture n'assure pas une élévation du degré de décarbonatation et ne permet pas de réduire la température de cuisson, tandis que son introduction en une quantité supérieure à 6,0 % n'est pas rentable du point de vue économique. Lors de l'introduction des poussières résiduaires au sta de d'homogénéisation certains constituants contenus dans les pous sières résiduaires entrent en interaction avec les carbonates qui sont présents dans le mélange brut. Ceci exerce une influence favo rable sur le degré de décarbonatation. Une suspension aqueuse de gâteau de filtration introduite au stade de granulation est une masse pateuse dont l'humidité est de 60 à 80 %. Les gâteaux de filtration résultant de la production de magnésium et de titane ont la composition chimique suivante (calcu lée par rapport à la masse sèche et exprimée en % en poids) C 2,0 à 6,0 TiO2 10,0 à 13,0 FeO 2,0 à 10,0 A1203 7,0 à 10,0 SiO2 7,0 à 30,0 CaO 15,0 à 30,0 CaC12 5,0 à 13,0 Caoe3 20,0 à 50,0 MnO 0,18 à 390 MgO 5,1 à 9,0 V205 0,12à 0,40 Cr203 0,30 àO,80 S 0,3 à 1,5 C1 3,0 à 10,0 eau complément à 100 La présence dans la composition des gâteaux de filtration de Si, Ca et Al en fait de bons liants. Leur introduction sous forme d'une suspension aqueuse en une quantité de 10 à 14 % du poids total du mélange brut assure une résistance élevée des granules, ce qui à son tour rend plus stable le régime thermique et gazodynamique au cours de la cuisson des granules. Le rapport volumique choisi entre les gâteaux de filtration et l'eau et la quantité de la suspension aqueuse introduite sont op timals puisque dans ce cas les propriétés de résistance requises sont assurées et il ne se produit pas d'agglomération de la masse au sta de de granulation. Par comparaison avec les procédés connus le procédé de préparation du clinker de ciment portland suivant l'invention présente certains avantages. Ainsi, par exemple, par mise en oeuvre du procédé de l'invention le degré de décarbonatation du mélange brut atteint 35 à 50 %, ctest-à-dire qu'il est de 50 % supérieur à celui obtenu dans les procédés connus et, par conséquent, la température de cuisson est réduite de 120 à 150 OC. Grâce à cela la consommation de combustible est réduite de 17 à 34 %. Le rendement des fours augmente de 11 à 13 %.Outre cela, l'introduction d'une suspension aqueuse de gâteaux de filtration au stade de granulation donne la possibilité de préparer un clinker ayant une résistance élevée, ce qui s'obtient gracie à une augmentation de la porosité et de la résistance des granules de 3 à 10 %. Le procédé est simple du point de vue technologique et il est mis en oeuvre de la manière suivante Dans un moulin à billes on charge un constituant calcaire broyé et séché, des constituants argileux et ferrifère, ainsi que des poussières résiduaires résultant de la production de titane. Après le broyage, le mélange brut obtenu est envoyé dans des silos de correction pour l'homogénéisation, et ensuite, dans un granulateur à plateaux dans lequel on introduit de l'eau à l'aide d'injecteurs. On obtient des granules de 8 à 12 mm de dimensions. Ensuite, les granules obtenus sont envoyés sur une grille de calcination oû, après séchage à une température comprise entre 700 et 1 000 C, on les soumet à une décarbonatation de 35 à 48 % dans un four du type "Lepaul" muni de calcinateurs à convoyeurs et dans lequel on les soumet à une cuisson à une température comprise entre 1 200 et 1 350 OC, Selon un autre mode de mise en oeuvre les poussières résiduaires, c'est-à-dire les déchets de production de titane, sont introduites dans les silos de correction et, au stade de granulation, on introduit, au lieu de l'eau, une suspension aqueuse de gâteaux de filtration, c'est-à-dire de déchets résultant de la production de titane et de magnésium. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés à titre d'illustration de l'invention. EXEMPLE 1 Du calcaire est préalablement broyé, d'abord dans un broyeur à mâchoires puis dans un broyeur à marteaux, et ensuite on le soumet à un séchage jusqu'à obtenir un degré d'humidité de 5 %. On sèche aussi de l'argile jusqu'à obtenir le degré d'humidité de 5 %. Le cal caire, l'argile, des poussières de minerai et des poussières résiduaires en une quantité de 0,5 % du poids total du mélange brut sont chargés dans un moulin à billes. Ensuite, on introduit le mélange brut broyé dans des silos de correction pour le soumettre à une homogénéisation afin d'obtenir un mélange brut de composition chimique homogène. On amène le mélange homogène à un granulateur, à plateaux dans lequel on introduit de l'eau par l'intermédiaire d'injecteurs. On obtient des granules dont les dimensions sont comprises entre 8 et 12 mm. Ensuite, on amène les granules sur une grille de calcination où on les soumet à un traitement thermique à la température de 1 000 C, et le degré de décarbonatation dans ce cas est de 35 %. Après la décarbonatation, on introduit les granules dans un four du type "Lepaul" muni de calcinateurs à convoyeurs, dans lequel on les soumet à une cuisson. On effectue la cuisson à une température de 1 350 C. La résistance du clinker ainsi préparé est de 480 kg/cm EXEMPLE 2 On prépare du clinker de ciment portland selon les techniques décrites dans l'exemple 1, mais les poussières résiduaires sont introduites en une quantité de 4 % du poids total du mélange brut, la température à laquelle on effectue la décarbonatation des granules est de 900 OC et le degré de décarbonatation est de 40 %. La cuisson est effectuée à une température de 1 300 OC. La résistance du clinker de ciment portland ainsi obtenu est de 495 kg/cm. EXEMPLE 3 On prépare du clinker de ciment portland selon les techniques décrites dans l'exemple 1, mais au lieu des poussières de minerai on utilise des résidus de pyrite, les poussières résiduaires sont introduites en une quantité de 6 % du poids total du mélange brut, la température à laquelle on réalise la décarbonatation des granules est de 800 OC et le degré de décarbonatation est de 50 %. La cuisson est effectuée à une température de 1 200 OC. La résistance du clinker 2 ainsi obtenu est de 490 kg/cm4. EXEMPLE 4 Du calcaire est préalablement broyé dans un broyeur à mâchoires, puis dans un broyeur à marteaux, après quoi on le soumet à un séchage jusqu'a' obtenir un degré d'humidité de 5 %. De l'argile est également séchée jusqu' ce que son degré d'humidité soit de 5 %. Après cela, le calcaire, l'argile et des poussières de minerai sont chargés dans un moulin à billes. Ensuite, le mélange broyé, et des poussières résiduaires en une quantité de 0,5 % du poids total du mélange brut, sont introduits dans des silos de correction pour effectuer une homogénéisation jusqu'à obtenir un mélange brut de composition chimique homogène. Le mélange homogène est introduit dans un granulateur à plateaux dans lequel, par des injecteurs, on introduit une suspension aqueuse de gâteaux de filtration dans un rapport volumique eau/gâteaux de filtration de 3:1 et en une quantité de 10% du poids total du mélange brut. On obtient des granules dont les dimensions sont comprises entre 8 et 12 mm.Ensuite, on amène les granules sur une grille de calcination où on les soumet à un traitement thermique à une température de 1 000 OC et, dans ce cas, le degré de décarbonatation est de 35 %. Après la décarbonatation les granules sont introduits dans un four du type "Lepaul" muni de calcinateurs à convoyeurs, dans lequel s'effectue la cuisson. On effectue la cuisson à une température de 1 350 OC. La résistance du clinker ainsi obtenu est de 480 kg/cm. EXEMPLE 5 On prépare du clinker de ciment portland selon les techniques décrites dans l'exemple 4, mais les poussières résiduaires sont introduites en une quantité de 3 % du poids total du melange brut, la température à laquelle on réalise la décarbonatation des granules est de 900 C, et on introduit la suspension aqueuse de gâteaux de filtration dans le rapport volumique ; eau/gâteaux de filtration de 5:1 en quantité de 11 % du poids total du mélange brut; le degré de décarbonatation est de 42 S6, la température de cuisson étant de 1 300 OC. La résistance du clinker ainsi obtenu est de 495 kg/cm. EXEMPLE 6 On prépare du clinker de ciment portland selon les techniques décrites dans l'exemple 4, mais les poussières résiduaires sont introduites en une quantité de 6 % du poids total du mélange brut, la température à laquelle on effectue la décarbonatation des granules est de 800 OC, on introduit la suspension aqueuse de gâteaux de filtration dans le rapport volumique : eau/gâteaux de filtration égal à 6:1 en une quantité de 14 X du poids total du mélange brut; le de gré de décarbonatation est de 50 %, la température de cuisson étant de 1 200 C. La résistance du clinker obtenu est de 540 kg/cm. REVEND ICATI ON Procédé de préparation de clinker de ciment portland par mouture de constituants calcaire, argileux et ferrifère suivie de l'obtention d'un mélange que l'on soumet a' une homogénéisation, à une granulation, à une décarbonatation à une température comprise entre 800 et 1 000 OC et à une cuisson, caractérisé en ce qu'au stade de mouture ou d'homogénéisation on introduit des poussières résiduaires, c'est-à-dire des déchets résultant de la production de titane, en une quantité de 0,5 à 6,0 % du poids total du mélange brut et on effectue la cuisson à une température comprise entre 1 200 et 1 3500C, et dans le cas de l'introduction des poussières résiduaires au stade d'homogénéisation, on introduit également au stade de granulation une suspension aqueuse de gâteaux ae filtration, c'est-à-dire des dé- chets de production de magnésium et de titane, dans un rapport volumique eau/gâteaux de filtration de 3-6:1 et en une quantité de 10 à 14 % du poids total du mélange brut.