Brevet FR2559572A1 — publié le 19850816

l La présente invention concerne une installation pour la calcination continue d'hydroxyde d'aluminium, comportant un dispositif de séchage du produit à calciner, un dispositif de calcination à deux étages et un dispositif de refroidissement. En outre l'invention concerne un procédé pour la fabrication d'hydroxyde d'aluminium calciné. La calcination d'hydroxyde d'aluminium a été effectuée jusqu'à maintenant principalement dans deux dispositifs de calcination différents, à savoir dans des fours tubulaires rotatifs ou bien dans ce qu'on appelle des systèmes stationnaires, par exemple dans des cyclones ou dans des calcinateurs à lit turbulent. De la manière la mieux connue et la plus utilisée, la calcination s'effectue dans un four tubulaire rotatif. Le four tubulaire rotatif permet la production de toutes les qualités d'alumine jusqu'à des alumines spéciales contenant la phase-" pure. Lors d'une calcination dans des fours tubulaires rotatifs, le rapport entre l'énergie consommée et la quantité de produit formé est défavorable jusqu'à une proportion d'environ 80 % de la modification-e par suite du mauvais effet de transmission d'énergie ( il ne se produit pas un mélange suffisamment intense entre le courant de gaz chaud et la matière). Par contre on réalise une économie importante d'énergie en effectuant la calcination d'hydroxyde d'alumi- nium en alumine ayant une teneur en phase-t inférieure à % dans ce qu'on appelle des réacteurs à lit turbulent. Ainsi lors de la calcination d'alumine dans un réacteur à lit turbulent, on peut réaliser une économie d'environ 25 à % sur la consommation spécifique de combustible. Des oxydes d'aluminium à forte teneur en phaseq, c'est-à-dire avec des teneurs en phase-t supérieures à 80 %, ne peuvent cependant pas être produits de façon continue dans de tels calcinateurs. En effet, à cause des hautes températures nécessaires, il se produit des phases qui provoquent des dépôts et des frittages de l'alumine et qui peuvent ainsi obstruer le calcinateur. Dans la demande de brevet allemand DE-AS 1 184 744, on a décrit conformément à l'exemple 3 une installation dans laquelle il est prévu en amont d'un four tubulaire rotatif un échangeur de chaleur à cyclones à trois étages. Avec cette installation connue, la consommation spécifique de chaleur doit être réduite, et notamment il doit se produire à l'aide d'un brûleur placé dans le conduit aboutissant à l'étage à cyclones un échauffement de courte durée de l'hydroxyde d'aluminium jusqu'à une température qui déclen- che le processus de conversion exothermique dans la modi- fication->, ce processus se déroulant ensuite automatique- ment. L'amorçage du processus de conversion s'effectue dans un système à cyclones. Le four tubulaire rotatif placé en aval sert dans ce cas seulement de volume de réaction pour la conversion automatique, se déroulant ensuite, de l'hydroxyde d'aluminium. Au moyen du brûleur prévu dans le four tubulaire rotatif, on compense exclusivement les pertes calorifiques engendrées. La proportion maximale de phase-" qu'il est possible d'obtenir est seulement de 70 %, comme indiqué dans l'exemple 3. L'invention a pour but de créer un procédé et une installation qui permettent de fabriquer d'une manière parti- culièrement rentable des alumines comportant toutes les modi- fications exploitables. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'une installation de calcination continue d'hydroxyde d'aluminium qui est caractérisée en ce que le premier étage du dispositif de calcination se compose d'un calcinateur à lit turbulent en amont duquel est disposé un réchauffeur d'air et en aval duquel est disposé un cyclone de retenue tandis que le second étage se compose d'un four tubulaire rotatif en aval duquel est placé le dispositif de refroidissement. La combinaison conforme à l'invention d'un calcinateur à lit turbulent et d'un four tubulaire rotatif procure l'avantage qu'une telle installation est d'une construction compacte. Le calcinateur à lit turbulent rempla- ce la partie, défavorable en ce qui concerne l'exploitation de l'énergie, du four tubulaire rotatif qui sert de sécheur et de pré-calcinateur. La partie restante est limitée au domaine des hautes températures. Des fours tubulaires rotatifs existants peuvent par conséquent être raccourcis à environ un tiers de leur longueur d'origine. Des instal- lations existantes à fours tubulaires rotatifs peuvent également être transformées de façon qu'une partie du four puisse être utilisée comme une zone de chauffage et que la partie suivante puisse être utilisée comme refroidisseur. Selon une autre particularité de l'invention, le cyclone de retenue comporte deux vannes de décharge du calcinat, une des vannes de décharge étant reliée directe- ment par l'intermédiaire d'un conduit avec le four tubulaire rotatif tandis que l'autre vanne de décharge est eliée direc- tement par l'intermédiaire d'un conduit au dispositif de refroidissement. Du fait de la liaison directe entre le cyclone de retenue et le dispositif de refroidissement, il est possible de contourner le four tubulaire rotatif comme une partie de l'installation lorsque le second étage du dispositif de calcination n'est pas nécessaire pour la production de qualités déterminées d'alumine. Selon une autre particularité de l'installation conforme à l'invention, il est prévu qu'une vanne de décharge disposée sur le cyclone de retenue soit reliée par l'intermédiaire d'un conduit à un dispositif de refroidis- sement qui est indépendant du dispositif de refroidissement placé en aval du four tubulaire rotatif. L'avantage parti- culier de cet agencement conforme à l'invention consiste en ce que le premier étage du dispositif de calcination peut être utilisé comme un dispositif de calcination autonome mais représente cependant simultanément, en combinaison avec le four tubulaire rotatif, un autre dispositif de calcination permettant notamment de produire une qualité d'alumine qui est différente de celle du produit sortant du premier étage. Le procédé de conduite de l'installation conforme à l'invention est caractérisé en ce que la calcination de l'hydroxyde d'aluminium est effectuée dans deux étapes successives,et notamment dans la première étape dans un calcinateur à lit turbulent en amont duquel est placé un réchauffeur d'air et en aval duquel est placé un cyclone de 25595 72 retenue, sous forme d'oxyde d'aluminium ( alumine) conte- nant un pourcentage de phase ou modification -c de O à- environ 80 %, et dans la seconde étape dans un four tubu- laire rotatif sous la forme d'alumine contenant un pourcen- tage de phase ou modification -0 jusqu'à 100 %, la calcina- tion dans la première étape étant effectuée à une tempéra- ture plus basse que dans la seconde étape. L'avantage particulier de la division du procédé de calcination en deux étapes consiste en ce que la calcination effectuée dans la première étape avec le calcinateur à lit turbulent en amont duquel est placé un réchauffeur d'air et en aval duquel est placé un cyclone de retenue peut être effectuée avec une consommation d'énergie spécifique particulièrement basse car le courant de matière et le courant de gaz s'écou- lent dans la même direction et il se produit ainsi un mélange intime favorable entre le gaz et la matière à calciner. Alors que par exemple la production d'une phase ou modification -t pure dans un four tubulaire rotatif de construction classique nécessite une consommation spécifique de chaleur d'environ 4600 kJ/kg A1203, il suffit de consommer dans l'installation conforme à l'invention environ 3200 kJ/kg ce qui permet une économie d'environ 30 % sur l'énergie thermique. La calcination dans la seconde étape est effectuée avantageusement dans un four tubulaire rotatif, qui est raccourci pour le procédé à la partie correspondant aux hautes températures. Les phases frittées apparaissant aux températures élevées lors de la production d'alumines ayant un pourcentage de phase-O de 80 à 100 % et qui provoquent des dépôts et des agglomérats, ne peuvent pas provoquer une obstruction d'un four tubulaire rotatif. Du fait du brassage mécanique se produisant dans un four tubulaire rotatif, les agglomérats sont avantageusement désagrégés et éliminés de sorte qu'on obtient un produit homogène. La division confor- me à l'invention du procédé en deux étapes permet-en outre une économie importante d'énergie dans le cas d'alumines fortement calcinées. Lors de la production d'une phase ou modification-O pure dans un four tubulaire rotatif de construction classique, la consommation spécifique de chaleur s'élève à environ 5250 kJ/kg A1203 alors que, lors d'une calcination en deux étapes effectuée conformément à l'invention, d'abord dans un calcinateur à lit turbulent et ensuite dans un four tubulaire rotatif, il suffit d'utiliser environ 3900 kJ/kg. Cela signifie une économie de presque % en énergie thermique. Une variante du procédé consiste à diviser la matière calcinée dans la première étape en deux courants partiels, un des courants partiels étant soumis dans un four tubulaire rotatif à une autre calcination et le second courant partiel étant refroidi dans un dispositif de refroi- dissement, et notamment indépendamment du produit à refroi- dir sortant du four tubulaire rotatif. L'avantage particu- lier de l'invention consiste en ce qu'il est possible, avec deux dispositifs séparés de refroidissement d'alumine, de produire simultanément l'une à côté de l'autre deux qualités d'alumine, et notamment des qualités d'alumine ayant une teneur en phase-X jusqu'à environ 80 % et une alumine spéciale ayant une teneur en phase-c jusqu'à 100 %. Une autre caractéristique du procédé conforme à l'invention consiste en ce que l'air chargé en poussière d'alumine sortant du four tubulaire rotatif et du dispositif de refroidissement est introduit dans le réchauffeur d'air, l'introduction de l'air chargé en poussière dans le réchauf- feur d'air étant effectuée à l'extérieur de la zone de flammes d'un brûleur. On évite ainsi avantageusement que la poussière soit soumise d'une manière non contrôlable à une autre calcination et que des fractions de phase-O( indésirables parviennent dans le produit final. 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 la figure 1 et la figure 2 représentent schématiquement des exemples de réalisation de l'installation conforme à l'invention. L'installation de calcination conforme à l'inven- tion se compose d'un dispositif de séchage d'une structure connue 1, qui est relié par l'intermédiaire d'un conduit 2 à un calcinateur à lit turbulent 3. Celui-ci est en communication du côté d'entrée, par l'intermédiaire d'un tuyau 6, avec un réchauffeur d'air 4 et du côté de sortie, par l'intermédiaire d'un tuyau 8, avec un cyclone de retenue 9. Le réchauffeur d'air 4 et le calcinateur à lit turbulent 3 sont respectivement équipés d'un dispositif à brûleur 5, 7. Le cyclone de retenue 9 comporte du côté de sortie un conduit tubulaire 14 de liaison avec le dispositif de séchage 1 et en outre deux vannes de décharge 10 et 12 dont l'une, 10, est-reliée par l'intermédiaire d'un tuyau 11 à un four tubulaire rotatif 15 et l'autre, 12, est reliée par l'intermédiaire d'un tuyau 13, à un dispositif de refroidis- sement de structure connue 18. Le four tubulaire rotatif 15 est équipé d'un dispositif à brûleur 16 et il est relié par l'intermédiaire d'un conduit d'évacuation d'air 23 comportant une vanne d'arrêt 24 avec le réchauffeur d'air 4. La sortie de matière 17 du four tubulaire rotatif 15 débouche dans le dispositif de refroidissement 18. Du dispo- sitif de refroidissement 18 partent des tuyaux d'évacuation d'air 19, 19a et 19b qui sont chacun pourvus de vannes d'arrêt 20 et 21 et qui aboutissent respectivement au four tubulaire rotatif 15 et au réchauffeur d'air 4. Une variante d'équipement de l'installation conforme à l'invention comporte deux dispositif de refroidis- sement indépendants 18 et 18'. Dans ce cas, une vanne de décharge 12 du cyclone de retenue 9 est reliée directement par l'intermédiaire d'un conduit 13' avec le dispositif de refroidissement 18', qui n'est pas placé en aval du four tubulaire rotatif 15. Dans la suite on va décrire de façon plus détaillée le procédé de conduite de l'installation conforme à l'invention. Comme le montre la représentation de la figure 1, l'hydroxyde d'aluminium ( hydrate d'alumine) obtenu pour la calcination est initialement séché d'une manière connue dans un dispositif de séchage 1 et ensuite il est transféré de façon continue par l'intermédiaire d'un conduit tubulaire 2 2559572 ' dans un calcinateur à lit turbulent 3. I1 se produit aussi- tôt un tourbillonnement total des particules et on est assuré d'un contact intime avec le gaz chaud. Le temps de séjour dans le calcinateur s'élève en moyenne à moins d'une seconde. Le calcinateur à lit turbulent 3 est placé en aval d'un réchauffeur d'air 4 dans lequel de l'air est préchauffé à l'aide d'au moins un brûleur 5 et est canalisé par l'intermédiaire d'un conduit 6 dans le calcinateur à lit turbulent 3 de façon à maintenir la turbulence de la matière déposée dans le lit. Le calcinateur à lit turbulent 3 est équipé d'un dispositif à brûleur 7 qui fournit l'énergie nécessaire pour la calcination. Sous l'effet du courant de gaz chaud qui est produit dans le calcinateur à lit turbulent 3, la matière calcinée ou précalcinée, qui est appelée le calcinat, est canalisée par l'intermédiaire d'un conduit 8 jusque dans un cyclone de retenue 9 à isolation thermique, qui comprend sous forme d'un ensemble un cyclone en dessous duquel est disposé un récipient de retenue en forme de silo. Dans le cyclone, la matière est séparée du gaz chaud et elle se rassemble dans le récipient de retenue. Dans ce récipient, la réaction exothermique de formation de la phase-d amorcée dans le calcinateur à lit turbulent continue à se dérouler. A la sortie du cyclone de retenue 9, le calcinat s'écoule de façon continue, conformément à l'invention, dans deux vannes d'arrêt 10 et 12 et il parvient par l'intermé- diaire de la vanne 10 dans le conduit 11 et par l'intermé- diaire de la vanne 12 dans le conduit 13. Au moyen des vannes 10 et 12, il est possible très avantageusement de régler la vitesse de décharge et par conséquent le temps de retenue dans le cyclone 9, qui a une influence sur le processus de calcination de la phase- ". Le gaz chaud sortant du cyclone de retenue 9 est introduit dans le dispositif de séchage 1 par l'intermédiaire d'un tuyau 14 en vue d'une utilisation additionnelle de l'énergie thermique. Conformément à l'invention, une installation telle que celle de la figure 1 peut fonctionner de telle sorte 2559572 ' qu'on obtienne trois variantes du procédé, en fonction de l'ouverture des vannes 10 et 12 et en fonction de la marche des dispositifs à brûleurs 5, 7 et 16. La première variante opératoire sert à produire une qualité exempte de phase-(. Pour la production de cette qualité, il est suffisant d'échauffer l'air dans le réchauf- feur d'air 4. Pour la calcination d'une phase-y pure dans le calcinateur à lit turbulent 3, l'air est chauffé dans le réchauffeur 4 jusqu'à environ 800C. Le dispositif à brûleur 7 du calcinateur à lit turbulent 3 n'est alors pas mis en service. Le temps de séjour dans le cyclone de retenue 9 n'a aucune influence, dans cette variante opératoire, sur le degré de calcination. Ce temps de séjour s'élève générale- ment à quelques minutes. Ce temps avantageusement court est suffisant pour une homogénéisation complète du calcinat. La vanne 10 du cyclone de retenue 9 est fermée et l'alumine passe par l'intermédiaire de la vanne 12 dans le conduit 13 de façon à parvenir, en contournant le four tubulaire rotatif qui n'est pas en marche, dans le dispositif de refroidis- sement 18 qui constitue un refroidisseur d'alumine connu. L'air chargé en poussière qui sort du dispositif de refroidissement 18 est introduit par l'intermédiaire d'un conduit 19, de la vanne ouverte 20, et d'un conduit 19a dans le réchauffeur d'air 4. Dans la zone 22 du réchauffeur d'air 4, on fait en sorte que les particules de poussière ne pénètrent pas dans la flamme d'un brûleur et ne subissent pas ainsi une calcination supplémentaire. La vanne 21 prévue dans le conduit 19b est fermée. La seconde variante opératoire sert à produire une alumine ayant une teneur en phase-" pouvant atteindre %, par exemple de l'alumine métallurgique. Dans cette variante opératoire, de l'air chauffé dans le réchauffeur 4 est canalisé jusque dans le calcinateur à lit turbulent 3, dont le dispositif à brûleur 7 est également en marche. La température dans le calcinateur à lit turbulent monte à des valeurs d'environ 1300 C, qui produisent une conversion partielle de l'hydroxyde d'aluminium en une modification-" de l'alumine. On peut agir sur le degré de calcination par le temps de séjour dans le cyclone de retenue 9. Pour un temps de séjour d'environ 30 minutes, on atteint un degré de calcination avec une proportion de phase-" d'environ 80 %. Dans cette variante opératoire, la vanne 10 est fermée comme dans la variante décrite précédemment et le four tubulaire rotatif 15 n'est pas en marche. Dans ce cas également, la totalité de l'alumine produite est introduite directement par l'intermédiaire de la vanne 12 et du conduit 13 dans le dispositif de refroidissement 18. L'évacuation de l'air à partir du dispositif de refroidissement 18 est effectuée comme dans la seconde variante opératoire. Dans la troisième variante opératoire, il est possible de produire une qualité d'alumine dont le pourcen- tage en phase ou modification-& est compris entre 80 et 100 %. Initialement, il se produit une précalcination comme dans la seconde variante opératoire, mais cependant avec la différence que le temps de séjour dans le cyclone de retenue 9, d'environ 30 minutes, qui permet la formation de la phase ou modification désirée, est complètement utilisé et que l'évacuation du calcinat est effectuée par l'intermédiaire de la vanne 10 dans le conduit 11. La vanne 12 est alors fermée. Dans le four tubulaire rotatif 15, il se produit maintenant la calcination finale jusqu'à ce qu'on obtienne la qualité d'alumine désirée. L'évacuation des fumées est cependant différente dans ce cas des variantes précédemment décrites par le fait que les fumées chargées en poussière sortant du dispositif de refroidissement 18 sont introduites par l'intermédiaire de la vanne ouverte 21 et du conduit 19b dans le four tubulaire rotatif 15 et parviennent par l'inter- médiaire du conduit 23 et 1l vanne 24 ouverte dans le conduit 19a qui aboutit au réchauffeur d'air 4. Dans ce cas la vanne est fermée. La figure 2 représente une installation conforme à l'invention, qui est équipée d'un autre dispositif de refroi- dissement 18', relié avec la vanne 12 du cyclone de retenue 9 par l'intermédiaire du conduit 13' et indépendamment du dispositif de refroidissement 18 placé en aval du four tubulaire rotatif 15. Une telle installation permet, en addition aux trois variantes opératoires déjà décrites, une quatrième variante conforme à l'invention en vue de produire simultanément deux qualités d'alumine. Le déroulement du procédé dans la première étape correspond à la seconde variante opératoire décrite ci- dessus. Dans la seconde étape du procédé, le calcinat sor- tant du cyclone de retenue 9 s'écoule de façon continue par l'intermédiaire des deux vannes 10 et 12 et suivant des quantités respectivement prédéterminées de façon à parvenir par l'intermédiaire du conduit 11 dans le four tubulaire rotatif 15 et par l'intermédiaire du conduit 13' dans le dispositif de refroidissement 18'. Dans le four ubulaire rotatif, le calcinat est soumis à un degré supérieur de calcination, de manière à obtenir en fonction de la qualité imposée un pourcentage de phase-( de 100 %. Le calcinat transféré par l'intermédiaire du conduit 13' dans le dispo- sitif de refroidissement 18' est directement refroidi et on obtient une alumine ayant un pourcentage de phase- infé- rieur à 80 %. L'air déchargé des deux dispositifs de refroi- dissement 18 et 18' peut, par combinaison des débits d'air sortant des conduits 19 et 19' par l'intermédiaire des vannes et 21, être réparti en correspondance aux proportions pondé- rales obrenues et aux besoins. REVENDICATIONS 1. Installation de calcination continue d'hydroxyde d'aluminium, comportant un dispositif de séchage de la matière à calciner, un dispositif de calcination à deux étages et un dispositif de refroidissement, caractérisée en ce que le premier étage du dispositif de calcination se compose d'un calcinateur à lit turbulent (3) en amont duquel est placé un réchauffeur d'air (4) et en aval duquel est placé un cyclone de retenue (9) et en ce que le second étage se compose d'un four tubulaire rotatif (15) en aval duquel est placé le dispositif de refroidissement (18). 2. Installation selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le cyclone de retenue (9) comporte deux vannes de décharge (10 et 12) pour le calcinat, une des vannes de décharge (10) étant reliée directement par l'inter- médiaire d'un conduit (11) au four tubulaire rotatif (15) et l'autre vanne de décharge (12) étant reliée directement par - l'intermédiaire d'un conduit (13) au dispositif de refroidis- sement (18). 3. Installation selon la revendication 2, caracté- risée en ce qu'une vanne (12) disposée sur le cyclone de retenue (9) est reliée par l'intermédiaire d'un conduit (13') à un dispositif de refroidissement (18'), qui est indépendant du dispositif de refroidissement (18) placé en aval du four tubulaire rotatif (15). 4. Procédé pour la calcination continue d'hydroxyde d'aluminium dans une installation conforme aux revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la calcination de l'hydroxyde d'aluminium est effectuée en deux étapes successives, et notamment dans la première étape dans un calcinateur à lit turbulent en amont duquel est placé un réchauffeur d'air et en aval duquel est placé un cyclone de retenue, sous forme d'oxyde d'aluminium ( alumine) contenant un pourcentage de phase ou modification -0 de O à environ 80 %, et dans la seconde étape dans un four tubulaire rotatif sous la forme d'alumine contenant un pourcentage de phase ou modification -a jusqu'à 100 %, la calcination dans la première étape étant effectuée à une température plus basse que dans la seconde étape. 5. Procédé pour la calcination continue d'hydroxyde d'aluminium conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que la matière calcinée dans la première étape est divisée en deux courants partiels, un des courants partiels étant soumis à une autre calcination dans le four tubulaire rotatif et le second courant partiel étant refroidi dans un dispositif de refroidissement, et notamment indépendamment du produit à refroidir sortant du four tubulaire rotatif. 6. Procédé pour la calcination continue d'hydroxyde d'aluminium selon une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'air chargé en poussière d'alumine sortant du four tubulaire rotatif et des dispositifs de refroidissement est introduit dans le réchauffeur d'air, l'introduction de cet air dans le réchauffeur d'air étant effectuée à l'exté- rieur de la zone de flamme d'un brûleur.