Brevet FR2450279A1 — publié le 19800926

Pour extraire certains corps présents dans un minerai, il existe des procédés qui consistent à attaquer chimiquement, à haute température, le minerai par un mélange gazeux dont les proportions doivent rester dans des fourchettes bien definies. Cette attaque a pour résultat de transformer le ou les corps recherchés en un ou plusieurs composés volatils par combinaison avec un ou plusieurs des constituants du mélange gazeux. Ces composés volatils peuvent alors être séparés sélectivement du mélange gazeux d'attaque par des moyens connus, par exemple par condensation. La mise en oeuvre industrielle de ces procédés pose de nombreux problèmes - le mélange gazeux doit être présent dans le réacteur en excès par rapport aux besoins de la réaction et ses constituants doivent rester dans des proportions bien définies. - lorsque les gaz constituant le mélange gazeux sont coûteux et/ou toxiques, il faut limiter au minimum les pertes de gaz et traiter les gaz avant de les rejeter pour récupérer les composants intéressants et réduire la pollution. - il faut porter le mélange gazeux et le minerai à la température de réaction et la chaleur nécessaire ne doit pas etre apportée par combustion dans le mélange gazeux car on diluerait alors le mélange avec les fumées et il faudrait un débit d'exhaure correspondant au débit des fumées. Le but de la présente invention est d'apporter des solutions à ces problèmes. Le procédé objet dé l'invention est caractérisé par le fait que le mélange gazeux est recyclé et réchauffé par échange ther mique indirect avec des gaz de combustion. L'échange thermique peut avoir lieu dans un échangeur de construction classique où le mélange gazeux et les gaz de combustion s'écoulent au contact d'une paroi d'échange qui les sépare, Cet échange peut aussi être réalisé par l'intermédiaire d'une matière solide. sous forme divi sée qui est mise en contact avec les gaz de combustion puis avec le mélange gazeux. Cette matière solide peut être constituée par le minerai à traiter ou par le minerai épuisé ou par un produit neutre vis-à-vis du mélange gazeux. Avantageusement, les échanges thermiques entre gaz et pro duits solides se font par mise en suspension de ces derniers dans les gaz et dans le réacteur le minerai est mis en suspension dans le mélange gazeux. De préférence, les gaz de combustion utilisés pour réchauffer le mélange gazeux sont ensuite utilisés pour préchauffer le minerai ; si nécessaire un second étage de combustion peut être pré vu pour fournir les calories nécessaires au minerai. Le minerai épuisé est refroidi au moyen d'air qui est ensuite utilisé pour assurer la combustion du combustible fournissant les calories nécessaires pour porter le minerai et le mélange gazeux à la température de réaction. Une installation pour la mise en oeuvre du procédé comprend un réacteur où le minerai à traiter est mis en contact avec le mélange gazeux de traitement, un dispositif de séparation où les composés des produits recherchés formés au cours de la réaction sont séparés du mélange gazeux, un échangeur de chaleur ou le mélange gazeux est réchauffé avant d'être recyclé dans le réacteur, un préchauffeur pour le minerai à traiter, au moins une chambre de combustion fournissant les calories nécessaires pour réchauffer le mélange gazeux et préchauffer le minerai et un refroidisseur pour le minerai épuisé. Avantageusement, le réacteur, le préchauffeur, l'échangeur et le refroidisseur sont du type à suspension et comportent un ou plusieurs étages-constitués chacun par une gaine verticale où circulent des gaz et le minerai mis en suspension dans le courant de gaz et un cyclone dont l'entrée est raccordée à l'extrémité supérieure de la gaine et où le minerai est séparé des gaz. Suivant un premier mode de réalisation, la chambre de combustion est incorporée au préchauffeur et l'échangeur est incorporé au réacteur, le minerai étant porté dans le réacteur à une température suffisamment élevée pour qu'i assure le réchauffage du mélange gazeux dans le réacteur. Dans ce cas, une fraction du minerai sortant du réacteur peut être renvoyée dans le préchauffeur, l'autre fraction étant envoyée dans le refroidisseur. Suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention, les gaz chauds produits dans la chambre de combustion passent d'abord dans l'échangeur puis sont utilisés dans le préchauffeur. L'échangeur servant au réchauffage du mélange gazeux peut être formé de deux parties : une première partie où une matière solide, à I'étatdivisé, est chauffée par des gaz chauds produits par une chambre de combustion et une seconde partie où la matière chaude cède ses calories au mélange gazeux ; la matière solide peut être constituée par le minerai épuisé sortant du réacteur.Dans le cas général où on utilise une matière ne participant pas à la réaction, la circulation de la matière s'effectue en circuit fermé entre les deux parties de ltéehangeur. Avantageusement, les deux parties de l'échangeur sont du type à suspension décrit plus haut, la matière solide constituant l'agent de transfert thermique étant mise en contact successivement avec les gaz produits dans la chambre de combustion de l'échangeur et avec le mélange gazeux ; dans ce cas cette matière doit être neutre vis-à-vis du mélange gazeux. De préférence, les gaz sortant de la première partie de l'échangeur sont envoyés dans le préchauffeur. La chambre de combustion incorporée au préchauffeur et éventuellement à la première partie de ltéchangeur est de préférence constituée par une enveloppe de révolution munie, à une de ses extrémités, dlune entrée tangentielle pour l'air et le minerai mis en suspension dans le courant d'air et, à son autre extrémité, d'une sortie axiale reliée à l'entrée d'un cyclone. Le dispositif pour la séparation des composés des produits recherchés du courant gazeux sera en général du type condenseur les surfaces froides, au contact et au voisinage desquelles se produit la condensation peuvent être des parois fixes ou des particules solides introduites dans le mélange gazeux, ces particules étant éliminées du circuit parcouru par le mélange gazeux avec les condensats, à la sortie du condenseur. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, quelques modes de réalisation de l'invention. Les figures 1 a 5 de ces dessins sont des schémas d'installations réalisées conformément à l'invention. Dans l'installation représentée sur la figure 1, le circuit fermé où circule le mélange gazeux comprend un réacteur 10, un condenseur 12 dans lequel s'effectue la récupération des composés volatils intéressants par condensation partielle du mélange gazeux, un poste de régénération 14 où la composition originale du mélange gazeux est rétablie, un échangeur de chaleur 15 pour le réchauffage du mélange gazeux etdes gaines de liaison 16, 17, 18 et 19. Les étanchéités de ce circuit sont très soignées et il est mis en dépression, pour éviter les fuites de gaz vers l'extérieur, par un ventilateur de tirage 22 dont le refoulement est relié à une installation de traitement de récupération et antipollution 24. La circulation du mélange gazeux est assurée par un ventilateur 26. Le réacteur est du type à suspension et comprend un ou plusieurs étages (deux dans l'exemple représenté) en série, suivant le temps de séjour nécessaire du minerai dans le réacteur et les températures respectives du minerai et du mélange gazeux entrant dans le réacteur. Chaque étage est constitué par une gaine de gaz verticale 28, 28' et un cyclone 30, 30'. Le minerai préalablement chauffé est introduit dans la gaine 28 et entraîné par le mélange gazeux qui y circule ; le minerai est sous forme divisée et la grosseur des grains n'excède pas imm. Dans le cyclone 30 le minerai est séparé du gaz ; il est ensuite introduit dans la gaine 28' et entrainé par le mélange gazeux jusqu'au cyclone 30' où il est à nouveau séparé du gaz.Bien que le minerai et le mélange gazeux circulent dans le même sens dans chaque étage, la disposition en série de plusieurs étages permet de réaliser un échange thermique à contre courant. L'échangeur de chaleur 15 sert à réchauffer le mélange gazeux, avant son entrée dans le réacteur, au moyen de la chaleur fournie par une chambre de combustion, en utilisant le minerai épuisé, sortant du réacteur, comme agent de transfert thermique. C'est un échangeur du type à suspension et il est divisé en deux parties. La partie supérieure comprend deux cyclones 32, 32', reliés par une gaine verticale 34, et une chambre de combustion 36 dont la sortie est reliée à l'entrée du cyclone 32l. Le minerai sortant du réacteur 10 est introduit dans la gaine 34 et entraîné dans le cyclone 32 par les gaz provenant de la chambre de combustion. Dans le cyclone 32 le minerai est séparé des gaz pour être introduit dans une conduite 38 d'alimentation en air de la chambre de combustion. La chambre 36 a une forme de révolution et comprend une partie supérieure cylindrique à laquelle la conduite 38 se raccorde tangentiellement et une partie inférieure tronconique ; une sortie est ménagée à l'extrémité inférieure de la chambre et un ou plusieurs injecteurs de combustible sont implantés sur son plafond. Le minerai introduit dans la conduite 38 est entraîné par l'air dans la chambre 36 où il suit un trajet en hélice, le long de la paroi, jusqu'à la sortie de la chambre. I1 entre ensuite, avec les gaz produits par la combustion du combustible et de l'air, dans le cyclone 32' et est évacué à la pointe de ce cyclone. Pendant son séjour dans les cyclones 32 et 32', la gaine 34 et la chambre 36, le minerai est chauffé par les gaz de combustion produits dans la chambre. La partie inférieure de l'échangeur 15 est constituée par deux cyclones 40, 40' reliés par une gaine 42 et est incorporée au circuit où circule le mélange gazeux participant à la réaction, l'entrée du cyclone 40' étant reliée au régénérateur 14 par la gaine 18 et la sortie du cyclone 40 étant reliée à l'entrée du réacteur 10 par la gaine 19. Le minerai chaud sortant du cyclone 32' est introduit dans la gaine 42, entraîné dans le cyclone 40, séparé puis réintroduit dans le circuit du mélange gazeux, entraîné dans le cyclone 40' et finalement évacué à la pointe de ce dernier. Pendant son séjour dans cette partie de l'échangeur, le minerai cède de la chaleur au mélange gazeux qui est ainsi porté à la température de réaction. A sa sortie du cyclone 40' le minerai est refroidi par contact avec de l'air froid dans un refroidisseur 44. L'air chaud sortant du refroidisseur est amené à la chambre 36 par la conduite 38. Le refroidisseur représenté est du type à suspension, mais tout autre type de refroidisseur pourrait être utilisé. Avant son entrée dans le réacteur, le minerai est chauffé dans un préchauffeur 46, du type à suspension, comprenant trois cyclones 48, 48' et 48" et une chambre de combustion 50, de même type que la chambre 36 et dont l'entrée tangentielle est reliée à la sortie du cyclone 32 de l'échangeur 15 par une conduite 52. La chambre 36 reçoit un excès d'air de sorte que les gaz sortant du cyclone 32 contiennent suffisamment d'oxygène pour assurer la combustion du combustible dans la chambre 50. Le minerai à traiter est introduit en 54 dans la gaine reliant les cyclones 48 et 48' et passe successivement dans les cyclones 48, et 48', dans la chambre de combustion 50 et dans le cyclone 48l' avant d'entrer dans le réacteur 10. Dans l'installation de la figure 2, l'échangeur de chaleur servant à réchauffer le mélange gazeux a été incorporé au réacteur 10 et la chambre de combustion du préchauffeur 46 fournit les calories nécessaires au chauffage du minerai et du mélange gazeux. Dans l'exemple représenté, le réacteur comprend trois cyclones, mais ce nombre n'est pas limitatif. A la sortie du réacteur, le minerai épuisé est envoyé directement dans le refroidisseur 44 et l'air chaud sortant du refroidisseur alimente la chambre de combustion du préchauffeur. Ce schéma simplifié ne peut être adopté que si le minerai peut être surchauffé, dans le préchauffeur, au-delà de la température de réaction. Le minerai apporte alors au mélange gazeux, dans le réacteur, la chaleur nécessaire pour le porter à la température voulue. L'installation de la figure 3 ne diffère de celle de la figure 2 que parce qu'elle comporte des moyens pour recycler dans le préchauffeur 46 une fraction du minerai sortant du réacteur 10. Pour cela on peut, par exemple, remplacer le cyclone inférieur du réacteur par deux cyclones 30" et 30''' branchés en parallèle, le minerai sortant de l'un des cyclones étant envoyé au refroidisseur 44, tandis que le minerai sortant de l'autre cyclone est introduit dans la conduite relinnt le refroidisseur à la chambre de combustion du préchauffeur. Par rapport au schéma de la figure 2, ce schéma permet d'allonger le temps de séjour moyen du minerai dans le réacteur et de diminuer la surchauffe de la matière dans le préchauffeur. Dans l'installation de la figure 4, l'échangeur servant à réchauffer le mélange gazeux est du même type que l'échangeur 15 de la figure 1, mais l'agent de transfert thermique utilise n'est plus le minerai épuisé mais une matière neutre vis-à-vis du mélange gazeux, qui circule en circuit fermé entre les deux parties de l'échangeur. Dans l'exemple représenté, la partie supérieure de l'échangeur, où l'agent de transfert thermique est chauffé par les gaz produits dans la chambre de combustion 36, ne comporte qu'un seul cyclone 32 mais ce nombre n'est pas limitatif. La chambre 36 est alimentée en air par un ventilateur 54 ; elle pourrait être alimentée en air à partir du refroidisseur 44. Les gaz sortant du cyclone 32 sont envoyés dans le préchauffeur 46. L'agent de transfert thermique, qui est constitué par une matière solide sous forme divisée, s'échauffe en traversant la chambre de combustion 36 et le cyclone 32 ; puis est introduit dans la gaine 42 et passe dans les cyclones 40 et 40' où il cède une partie de ses calories au mélange gazeux avant de retourner dans la chambre 36. Dans l'installation de la figure 5, l'échangeur servant à réchauffer le mélange gazeux est constitué par un échangeur gazgaz 56, du type à échange indirect, comportant un premier passage pour le mélange gazeux et un second passage, isolé du premier, pour les gaz produits dans une chambre de combustion 58. Après avoir traversé l'échangeur 56, les gaz provenant de la chambre de combustion sont envoyés dans le préchauffeur 46. Dans ce cas, la chambre de combustion 58 fournit toutes les calories nécessaires au chauffage du minerai et du mélange gazeux, avant leur entrée dans le réacteur. Comme dans les installations décrites plus haut, l'air sortant du refroidisseur 44 est utilisé dans la chambre de combustion 58. Bien que dans toutes les installations décrites, les différents appareils : préchauffeur, réacteur, échangeur, refroidisseur soient du type à suspension, un ou plusieurs d'entre eux pourrait être remplacé par des appareils connus d'un autre type. Le nombre d'étages indiqué pour chaque appareil, dans les exemples décrits, n'est nullement limitatif et sera déterminé en fonction de l'application faite. Enfin, les circuits des gaz autres que le circuit de réaction parcouru par le mélange gazeux peuvent être différents de ceux décrits ; ils seront déterminés en fonction du bilan thermique global et du régime des dépressions aux différents points des circuits. Il est bien entendu que toutes ces modifications entrent dans le cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé d'attaque chimique, à haute température, d'un minerai par un mélange gazeux, consistant à faire circuler en continu et à mettre en contact dans un réacteur le minerai sous forme divisée et le mélange gazeux, à séparer du mélange gazeux les produits de la réaction entrainés par celui-ci et à recycler le mélange gazeux dans le réacteur après l'avoir réchauffé par échange thermique indirect avéc des gaz chauds. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échan ge thermique a lieu dans un échangeur où lue mélange gazeux et les gaz chauds circulent au contact d'une paroi d'échange qui les sépare. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échan- ge thermique est réalisé par l'intermédiaire d'une matière so lide, sous forme divisée, qui est mise en contact avec les gaz chauds puis avec le mélange gazeux. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le trans fert de chaleur des gaz chauds au mélange gazeux est réalisé au moyen du minerai. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la ma tière solide qui assure le transfert de chaleur des gaz chauds au mélange gazeux circule en circuit fermé. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les gaz ayant servi à réchauffer le mé lange gazeux sont ensuite utilisés pour préchauffer le minerai, avant son entrée dans le réacteur, avec éventuellement un ap port de calories par combustion d'un combustible. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le minerai sortant du réacteur est refroi di au moyen d'air frais qui est ensuite utilisé pour la combus tion d'un combustible fournissant les calories nécessaires au réchauffage du mélange gazeux et au préchauffage du minerai. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les échanges thermiques entre gaz et pro duits solides se font par mise en suspension de ces derniers dans les gaz. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans le réacteur, le minerai est mis en suspension dans le mélange gazeux. 10. Installation pour l'attaque chimique, à haute température, d'un minerai par un mélange gazeux circulant en circuit fermé, carac térisée en ce qu'elle comporte un réacteur où le minerai est mis en contact avec le mélange gazeux, un dispositif de séparation où les produits de la réaction entraînés par le mélange gazeux sont séparés de celui--ci, un échangeur de chaleur où le mélange gazeux est réchauffé avant d'être recyclé dans le réacteur, un préchauffeur pour le minerai à traiter, au moins une chambre de combustion fournissant les calories nécessaires pour réchauffer le mélange gazeux et préchauffer le minerai et un refroidisseur pour le minerai épuisé sortant du réacteur. 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que la chambre de combustion est incorporée au préchauffeur et l'é- changeur de chaleur est incorporé au réacteur. 12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'el le comporte des moyens pour recycler dans le préchauffeur une fraction du minerai sortant du réacteur. 13. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur utilise un agent de transfert thermique constitué par une matière solide divisée qui est chauffée par les gaz chauds produits par une chambre de combustion dans une première partie de l'échangeur et qui cède de la chaleur au mé lange gazeux dans une seconde partie de l'échangeur. 14. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que la chambre de combustion est constituée par une enveloppe de révolution munie, à une de ses extrémités, d'une entrée tangen tielle pour l'air et la matière solide à chauffer en suspension dans le courant d'air et, à son autre extrémité, d'une sortie axiale reliée à l'entrée d'un cyclone. 15. Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisée en ce que le réacteur, le préchauffeur, le refroi disseur et/ou l'échangeur de chaleur sont du type à suspension et comportent un ou plusieurs étages constitués chacun par une gaine verticale où circulent des gaz et les matières solides, sous forme divisée, en suspension dans le courant de gaz, et un cyclone dont l'entrée est raccordée à l'extrémité supérieure de la gaine. 16. Installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisée en ce qu'une chambre de combustion est incorporée au préchauffeur et est constituée par une enveloppe de révolu tion munie, à une de ses extrémités, d'une entrée tangentielle pour l'air et le minerai en suspension dans le courant d'air et, à son autre extrémité, d'une sortie axiale reliée à l'entrée d'un cyclone. 17. Installation selon la revendication 14 ou 16, caractérisée en ce que l'entrée de la chambre de combustion est reliée à la sor tie de l'air du refroidisseur.