Brevet FR2499100A1 — publié le 19820806

Procéd et unité de séchage et d'oxydation de putes aqueuses d'oxydes métalliques à faible valence. La présente invention concerne un procédé de séchage et d'oxydation de postes aqueuses d'oxydes métalliques à faible valence, l'unité convenant particulièrement bien pour la réalisation du procédé. Dans certains procédés de préparation d'oxyde de manganèse et d'oxyde de fer, lorsqu'on utilise ces derniers pour la fabrica tiOn d'éléments de construction électroniques de céramique d'ox de, il se présente des pâtes aqueuses, des boues concentrées ou des masses de consistance friable qui contiennent les oxydes métalliques uniquement à faible valence, le degré d'oxydation pouvant varier dans des limites définies. Dans certains autres procédés techniques, en particulier lorsqu on utilise des installations de lavage humide, raccordées par exemple à des convertisseurs ou des fours à arc, il se présent des boues d'oxydes métalliques irrégulières au point de vue de leur degré d'oxydation, oubien qui contiennent les oxydes métal liques en partie à faible valence. Les procédés connus pour l'oxydation et le séchage de telles pâtes d'oxydes métalliques et de boues, par exemple dans des fours tubulaires tournants, sont tedhniquement très complexes et nécessitent une quantité d'énergie relativement élevée. En outre, plusieurs phases de travail sont nécessaires, ce oui rend le prix de fabric tion de telles instalîtions élevé. Le produit final ne se présente pas sous forme de poudre, mais sous forme de grains ou de morceaux, et de ce fait, le degrd d'oxydation ne présente pas l'homogénéité indispensable. Pour obtenir le produit sous forme de poudre, il faut, en tout cas, une phase supplémentaire, à savoir une phase de broyage. Le but de l'invention a été de trouver un procédé et une unité de séchage et d'oxydation de pâtes aqueuses, de boues concentrées ou de musses 4 consistance friable d'oxydes métalliques a faible valence. Le procédé et l'unité doivent permettre d'obtenir, de manière économique, une poudre d'oxydes métalliques présentant un degré d'oxydation le plus homogène et le plus élevé possible ; pour atteindre ce but, l'unité doit entre simple et nosséder un fonctionnement économique. Le procédé selon l'invention résout le problème posé par le fait que les tes aqueuses sont introduites à travers une unité de dosage dans une chambre de traitement dans laquelle elles sont soumises à l'effet de gaz oxydants chauffés, tourbillonnant dans cette chambre. Selon le procédé de l'invention, les pattes d'oxydes métalliques sont séchées, oxydées et transformées en poudre en une seule phase de procedé. Le gaz chaud sèche les pâtes d'oxydes métalliques, puis, au fur-et-à-mesure du séchage dans le tourbillonnement provoqué par le gaz, elles sont transformées en poudre. On obtient des particules de poudre séchée, présentant dans l'ensemble une gronde surface exposée au ga. oxydant, de telle sorte nue l'oxydation se fait rapidement et efficacement. Pour le procédé de l'invention, on eut également utiliser d'autres gax tels que le dioxyde de carbone, le gaz de fumée ou leurs mélanges. Ces gaz et leurs mélanges se sont avérés particulièrement bien appropriés. Selon le procédé de l'invention, les gaz pressentent une température comprise entre 2500 G et 7000 C, de préférence entre 300 C et 6000 C en pénétrant dans la chambre de traitement, et une temperature entre 1200 C et 1600 C en la quittant. On obtient des résultats particulièrement bone en respectant ces temper tures. L'unité selon l'invention est caractérisée par le f2it qu'elle se présente sous forme d'une chambre allongée reliée à une entrée pour l'introduction des boues d'oxydes métallioues, et qu'elle contient une surface rotative destinée à recevoir les boues d'oxydes mAtallioues, que le gaz chaud est introduit dans la chambre et exécute un mouvement tourbillonnaire, et que la chambre présente une ouverture de sortie du gaz reliée à un séparateur, les particules d'oxydes métalliques séches et en traSnées par le gaz sortant étant séparées dans le séparateur. Selon l'invention, la boue d'oxydes métalliques introduite dans la chambre, dès qu'elle se trouve sur le plateau récepteur, est soumise au gaz chaud oxydant qui tourbillonne dans la chambre de traitement, est saisie par le gaz et tourbillonne elle-même. La boue est séchée, et au-fur-et-à-mesure du séchage, elle est broyde par le tourbillonnement intense du gaz. Lorsque les particules présentent une taille suffisamment petite, elles quittent la chambre et pénètrent dans un séparateur, entr@înées par le gaz qui quitte la chambre. Les particules sont alors séparées du gaz et sont introduites dans des récipients pour le transport. La chambre de traitement selon l'invention présente une structure essentiellement verticale et une coupe circulaire. Elle peut présenter dans l'ensemble une forme cylindrique. Une autre présentation avantageuse de la chambre est une partie inférieure conique le plateau récepteur tournant, sur le bord duquel se trouvent des chevilles métalliques, se situe avantageusement dans la partie inférieure de la chambre, l'ouverture d'entrée du gaz étant prévue entre le fond de la chambre et le plateau précepteur. 1es gaz pénètrent par l'ouverture d:ns la chambre de traite ment, de préférence de telle sorte que le courant soit tangent à la paroi de la chambre. On obtient ainsi un mouvement tour- billonnaire sans nécessiter de dispositif conducteur pour obte nir le tourbillonnement du gaz. t'autres d@veloppements avantageux du procédé selon l'invention sont décrits dns les sous-revendications. tes objets de l'invention sont précisés dans ce qui suit à l'aide de croquis. Ta figure représente schématiouement une première forme de A réalisation et 12 figure 2 représente schématiquement une deuxième forme de réalisation. Ta chambre de traitement A présente une forme cylindrique et une coupe circulaire. Dans cette chambre se trouve un plateau ré cepteur rotatif 2, sur le bord duquel se trouvent des chevilles0 Ce plateau est mis en rotation par un système non représenté. Dans la partie inférieure de la chambre se trouve l'ouverture d'entrée du gaz par laquelle le gaz oxydant chaud pénètre dans la chambre A. Cette chambre est fermée à sa partie supérieure mais présente, à cette extrémité une ouverture d'alimentation 1 pour l'oxyde métallioue aqueux. A cette ouverture d'alimentation figure un récipient 7 dans lequel pénètrent les putes aqueuses d'oxydes métalliques; à partir-duquel elles pénètrent dans le dispositif d'alimentation 1. 'les potes d'oxydes métalliques sont introduites à partir du dispositif d'alinentation 1 par une tubulure dans la chambre de traitement, La tubulure et le plateau rotatif 2 sont agencés de telle meunière que la boue d'oxydes métalliques tombe de la tubulure sur le plateau. A la partie supérieure de la chambre de traitement A se trouve une ouverture ce ortie du gaz, reliée à un tuyau 4 et un séparateur C. Le séparateur se présente de préférence sous forme d'unité de filtrage à tuyaux. Le séparateur C peut également être un sépar@teur tourbillonnaire auquel, lorsqu'on le désire ou lorsque ceci s'avère indispensable, on relie un filtre à tuyaux. Le séparateur C sert à séparer du gaz les particules d'oxydes métalliques entráînées par le gaz sortant de la chambre A par le tuyau 4. Les particules séparées pénètrent du séparateur C dans un récipient collectionneur 8. Le gaz quittant le séparateur est directement éliminé dans l'atmosphère par le tuyau 9 lorsqu'il ne présente pas une charge trop grande pour 1' environnerent. On notera nue le gaz de traitement tourbillonne à travers la chambre de traitement A. Pour lui donner ce mouvement, on conçoit l'entrée du gaz de telle manière que le gaz pénètre tangentiel liement aux parois de la chambre de traitement à l'endroit d'entrd du gaz. L'entrée du gaz 3 se présente sous forme d'une ou de plusieures fentes dns la paroi de la chambre. Le disrositif d'alimentation 1 en boues aqueuses d'oxydes mét l- liques peut par exemple se présente sous forme d'écluse à roue cellulaire p@@ laquelle les boues sont introduites dans la chambre, dirigées et dosées. te sens de rotation du plateau 2 correspond à l'orientation du g?Z tourbillonnaire dans la chambre A. Le mouvement des pâtes d'oxydes métalliques qui se trouvent sur le plateau @2 correspond à celui du gaz, ce qui facilite le tourbillonnement des pâtes d'oxydes métalliques qui sèchent sur le plateau. L'effet du plateau 2 pourvu de chevilles à son bord est comparable à colui d'un malaxeur qui p@ovoque un tourbillonnement intense en surface ou au-dessus de sa surface. L'installation de la figure 1 fonctionne comme suit : On introduit, par l'unité d'alimentation 6, duf gaz oxydant chaud comme par exemple de l'air, du gaz de fumée, du dioxyde de carbone ou leurs mélanges par l'entrée 3 de la chambre. le gaz pos s'de une température de 3000 C à 6000 C environ. Comte le gaz est introduit tangentiellement, il exécute un mouvement de rotation dont l'intensité dépend du débit du gaz dans la chambre A. On introduit dans la chambre A la tes aqueuse d'oxydes métalliques ou la boue de l'unité d'approvisionnement 1, récipient 7 en Sassant par la tubulure, elle tombe sur le plateau rotatif 2. La quentité de metière introduite peut-ttre influencée par le dispositif d'alirentation 1 ; elle dépend de la teneur en eau de la pâte, cette, teneur pouvant varier entre 5 % et 50 % environ, et de la teneur en étal des oxydes métalliques de 12 pute, cette teneur pouvant se situer entre 70 % et 80 ç environ. Le plateau tourné selon la rotation Ru gaz, de telle sorte que la boue d'oxydes r galliques tourne dans le même sens que le gaz. La vitesse de rotation du plateau peut varier. Une vitesse moyenne de 200 tours par minute s'est cependant avérée suffisante. ta boue d'oxydes métalliques est saisie par le courant du gaz pendant qu'elle tombe sur le plateau rotatif, puis lorsqu'elle se trouve sur le plateau ; puis elle se met à tourbillonner Au fur-et-à-mesure du séchage, la matière d'oxydes métalliques est broyée. tes p-.rticules présentent dans l'ensemble une grande surface, qui en contact avec le gaz oxydant, provoque une oxydation rapide et efficace ; elles quittent la chambre lorsqu'elles ont atteint un diamètre suffis@mment petit, entraînées par le cou rant du gas et pénètrent d.ns le séparateur C par le tuyau 4. Le gaz du séparateur C contient la vapeur d'au provenant du séchage. Le mélange de gaz et de vapeur d'au est éliminé par le s0parateur, alors que les particules d'oxydes métallisues sont collectionnés dans un récipient. Le produit final du procédé selon l'invention se présente par conséquent sous forme de poudre, de telle sorte qu'il n'a plus besoin autre moulu. La figure 2 représente une autre forme de réalisation du procédé. Les éléments de la figure 2 qui correspondent à ceux de la figure 1 sont pourvus des mêmes signes. tur la figure 2, 12 chambre de traitement A' présente une forme conique, ouverte à son extrémité supérieure. On peut introduire les pâtes d'oxydes métalliques aqueuses en les orientant, par le dispositif d'alimentation 11, dans la chambre de traitement A. te dispositif d'alimentation 11 se compose d'une vis transporteuse 12 schématisée, par laquelle on introduit la boue d'oxydes métalliques du r'cipient 7 dans la chambre A, d'où la m?.- tière atteint le plateau rotatif ou tombe sur lui. Comme le montre la figure 2, l'introduction de la matière se fait par le côté de la chambre A'. Le tuyau d'échappement du mélange gaz, vapeur d'eau et particules d'oxydes métalliques est de préférence agencé de telle manière que le gaz s'échappe tangentiellement. Il en est de même pur le procédé selon la figure 1. En résumé, on peut dire que le procédé selon l'invention permet de sécher et d'oxyder, de manière simple et efficace, des pâtes et boues aqueuses d'oxydes métalliques. Etant donné que la matière à sécher et à oxyder est entraînée par le courant du gaz, ce qui provoque le broyage, il est inutile de broyer la matière après le séchage si on d sire obtenir la matière sous forme de poudre. rar le broyage de la matière pendant le tourbillonnement, on obtient dans l'ensemble une gnde surface exposée au gaz de traitement, de telle sorte que l'oxydation. est très régulière. L'unité nécessaire pour la réalisation du procédé est particu- lièrement bien adaptée ; elle est de construction simple, par conséquent économique. A l'exception du dispositif d'alimentation et du plateau rotatif, l'unité ne présente pas de parties mobiles, de elle sorte qu elle ne nécessite pas beaucoup d'entretien et de surveillance. Les deux exemples suivants illustrent le procédé selon l'invention, réalisé sur l'une des unités selon l'invention. Exemple 1 On introduit de l'air chauffé à-400 C, à raison de 25 m3/mn dans une chambre de séchage de 60 cm de diamètre, dont la partie cylindrique p#ésente un diamètre d'un mètre et une hauteur totale d'un mètre et demi. Par le dispositif de dosage, on introduit une pâte d'oxyde de manganèse dont la teneur en humidité est encore de 28 % d'eau et dont l'oxyde de manganèse présente une teneur en métal de 76,5 % de manganèse. La grosseur des grains de l'oxyde est de 0,5S environ. 'la vitesse de rotation du plateau est de 60 tours/mn, le débit de matière de 350 kg/h. Dans le séparateur (filtre à tuyaux), on sépare une poudre d'oxyde de manganèse d'une humidité restante de 0,4 % et d'une teneur en métal de 6S,5 , ce qui correspond à un enrichissement d'oxygè- ne moyen de 8 %. La température de sortie du gaz est de 1300 C. Exemple 2 La chambre utilisée, le débit du gnz (mélange d'air et de CO2) et la température d'entrée du gaz de 4000 C choisis sont les mimes que dans l'exemple 1. La temperature de sortie du gaz est de 1400 C. On introduit une pate composée d'un mélange de FeO et de Fe O en rapport 1/1, d'une teneur en humidité de 25 % @@ et d'une grosseur de grains de 0,7 . La vitesse de rotation du plateau est de 60 tours/mn, le débit de matière de 320 kg/h. Dans le séparateur, on obtient une poudre d'oxyde de fer d'une humidité restante de 0,3 % et d'une teneur en métal de 69,4 %, ce qui correspond à un oxyde de fer Fe2O3 et à un enrichisse ment moyen en oxygène de 5,3 %. Revendications 1. procédé de séchage et d'oxydation de putes aqueuses ou de boues d'oxydes m@talliques à faible valence, en particulier d'oxyde de mangenèse et de fer, caractérisé par le fait que les p@tes sont introduites dans une chambre fermée, à l'ai de d'un dispositif d'alimentation et de dosage, et sont soumises à l'effet de gaz oxydants qui troubillonnent dans la chambre. 2. Procédé selon la revendication l, caractérisé par le fait que les boues d'oxydes mtallioues contiennent 10 à 40 ?é d'eau. 3. Procédé selon la revendication 1 et/ou 2, caractérisé par le fait que les oxydes métalliques ont une teneur en métal comprises entre 70 et 78 %. 4. Procedé selon une au-noins des revendications 1 à 3, carac térisé par le fait que les oxydes métalliques présentent, après le séchage,une teneur en métal de 64 à 6G,5 d. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise comme gaz, de l'air, du dioxyde de carbone, du gaz de fumée ou des mélanges de ces gaz. 6. Procédé selon la revendication 1 et/ou 5, caractérisé par le fait que la tempér ture d'entrée des gaz dans la chambre est comprise entre 2500 C et 7000 C, de préférence entre 5000 C et 6000 C, et que leur température de sortie est com prise entre 1000 C et 2000 C, de préférence entre 1200 C et 1600 C. 7. Dispositif de séchage et d'oxydation de putes ou de boues aqueuses d'oxydes métalliques à faible valence, en parti culier pour la réalisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une chambre de traitement (A, A') allongée, reliée à un dis positif d'alimentation (1, 11) pour l'alimentation orien tée en.boues d'oxydes métalliques, et d'une surface de ré ception dans la chambre (A,A'), rotative, pour recevoir les boues d'oxydes métalliques introduites dans la chambre, par le fait que par un dispositif d'entrée du gaz (3), on intro duit dans la chambre (A, A') du gaz oxydant chaud pouvant tourbillonner dans cette chambre, et par le fait que la chambre (A, A' > présente une ouverture de sortie du gaz, reliée à un séparateur (C), dans lequel les particules d'oxydes métalliques entraînées et séchées par le gaz sor tant sont séparées. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la chambre de traitement (A) présente une coupe circulaire. 9. Dispositif selon la revendication 7 et/ou 8, caractérisé par le fait que la chambre de traitement (A) présente une forme cylindrique et que l'alimentation en gaz (3) se fruit par la partie inférieure. 10. Dispositif selon la revendication 7 et/ou 8, caractérisé par le fait que la chambre de traitement (A') présente une forme conique. 11. Dispositif selon une au-moins des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait que l'alimentation en gaz (3) se fait de telle manière que le gaz pénètre dans la chambre tangentiellement h.la paroi latérale de la chambre (A, A'). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que l'entrée du gaz (3) se fait par une ou plusieures fentes (3-) présentes dans la paroi de la chembre (A, A'). 13. Dispositif selon au-moins une des revendications 7 à lOzt caractérisé par le fait que l'axe longitudinal de la cham bre (A, A') est vertical. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que la chambre de traitement A se réduit en cône vers le bas. 15. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que le plateau (2) se trouve au-dessus du dispositif d'alimentation en gaz (3), dans la partie inférieure de la chambre (A, A'). -. 16. Dispositif selon au-moins une des revendications 13 à 15, caractérisé par le fait que la boue d'oxydes métalliques peut être introduite par le dispositif d'alimentation (1) à la partie supérieure de la chambre de traitement (A). 17. Dispositif selon au-moins une des revendic?tions 13 à 15, caractérisé par le fait que la boue d'oxydes métalliques peut être introduite par le dispositif d'alimentation (1) situé sur le côté de la chambre de traitement (A') 18. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait nue la surface réceptrice est un plateau circulaire.(2). 19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé par le fait que le plateau circulire (2) est pourvu de chevilles métalliques à son bord. 20. Dis@@ritif selon 1 revendication 7 ou 15, car ct@risé p le f@it @ue l@ vitesse de rot@tion du @l@te@u circulaire (2) v@rie entre 150 et 600 tours par minute. 21. Dispositif selon l'une des revendications 7 15 ou 19, c@r@ctérisé par le f@it que le sens de rotation du pla teau récepteur est le même que celui du mouvement tourbil lonnaire du gaz. 22. Dispositif selon au-moins une des revendications 7 à 10, caractérisé par le fit que le dispositif de sortie du gaz est disposé de telle manière à le chambre (A, A') que le gaz Forte tangiellement à îp. paroi de la chambre. 23. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le séparateur (C) est un filtre à tvyaux. 24. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fzit que le séparateur (C) est un séparateur tourbillon naire relié éventuellement à un filtre à tuyaux.