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Procédé de traitement de produits minéraux et organiques et installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.
La présente invention concerne un procédé de réduction de produits minéraux ou organiques en vue de leur purification ou de leur transformation, caractérisé par ce qu'on brasse le produit à traiter sur des plateaux superposés et qu'on fait tomber ce produit de plateau en plateau au fur et à mesure de son brassage, tandis que l'on fait circuler le gaz réducteur entre les plateaux, ce qui favorise la réduction par suite de la grande surface de contact entre le gaz rédue- teur et la matière à traiter, ce procédé permettant ainsi de traiter de grandes quantités de produits dans une enceinte d'encombrement réduit.
Suivant un modé de réalisation, on calcine d'abord le produit à réduire pour éliminer les impuretés volatiles en brassant le produit à traiter sur les plateaux superposés et en
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faisant tomber ce produit de plateau en plateau au fur et à mesure de son brassage, tandis que l'on fait circuler les gaz chauds entre les plateaux, on fait ensuite tomber ledit produitsur le
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prcMj.er plateau de réduction et 3'on provoque ous'.i!t 1<1 =,Îtlumticon coufornèrent au paragraphe pr èc.de,t.
Une variante est caractérisée parce qu'on r:.:.;;nÈn't"i 1'3 gaz réducteur par action d'un catalyseur ou de charbon ii1al.:.desce.1.t.
Suivant un premier modc de ¯ a 1= q '¯on,- - 'les fugues provenant de l'enceinte de régénération du gaz réducteur sur les produits à traiter pour les calciner avant l'opération
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de réduction, ce qui améliore le re.T.dei#ut thermique.
Une variante du procédé précédent est caractérisée parce qu'on envoie une partie du gaz réducteur à régénérer sur le produit à réduire, tandis qu'on régénère l'autre partie avant de l'envoyer sur le produit à réduire.
L'invention s'étend également à un procédé de fabrication de l'hydrogène caractérisé parce qu'on envoie un courant de vapeur
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d'eau sur de la magnétite, qui, se combinaùt avec 1 toxgïe ,1.i l'eau, libère l'hydrogène et que l'on. ré8énr cette i.gnétite en la réduisant suivant les procédés conformes à l'un ou l'autre des paragraphes précédents.
L'invention concerne aussi un procédé d'halogénation de produits minéraux ou organiques en vue de leur purification ou de leur transformation caractérisé parce qu'on brasse le produit à traiter sur des plateaux superposés et qu'on fait tomber ce
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produit de plateau en plateau au fur et a assure de son l:r:;.ss;1.G}, tandis que l'on fait circuler 1: .3 lâlo::,5n:r.t entre les rla V :a¯:a ce qui favorise 11blogé.11ttoll" par suite <1* 1¯a cr'!::!..3 3 ::::C' :
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iàsra=1x ou organiques ell vue de leur purification ou de luar transforsiation caractérisé parce qu'on brasse le produit à traiter sur des plateaux superposés etqu'on fait
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tomber ce produit de plateau en plateau au furdet à messre de son brassage, taudis qae l'on fait circuler le gaz chlorurant entre les plateaux, ce qui favorise la chlorubation par suite de la grande surface de contact'entre le gaz chlorurant et la matière à traiter ce procédé permettant ainsi de traiter de grandes quantités de rroduits dans une encente d'encombrement réduite,,
L'invention s'étend à un procédé de calcination de produits minéraux ou organiques en vue de leur purification ou de leur transformation dans lequel on brasse le produit à traiter sur des plateaux superposés et on fait tomber ce produit de plateau en plateau au fur et s mesure de son brassage, tandis que l'on fait circuler les gaz chauds de calcination entre les plateaux, procédé 'de calcination caractérisé parce qu'on peut produire les gaz chauds de calcination à des étages différents de plateaux et à des tempé- ratures bien déterminées pour chacun de ces étages, ce qui permet de régler dans les meilleures conditions la température du produit à traiter, selon les combinaisons que l'on veut produire aux diffé- rents étages.
L'invention s'étend également à un procédé de distillation. de produits minéraux ou organiques en vue de leur purification ou de leur transformation caractérisé parce que l'on brasse le produit à traiter sur des plateaux superposés chauffés intérieurement par une circulation de fluide de chauffeet qu'on fait tomber ce produit de plateau au fur et à mesure de son brassage, les produits de distillation s'élevant à travers les plateaux pour être ensuite condensés.
L'invention s'étend encore à un procédé de séchage de matières solides, caractérisé parce que l'on brasse la matière à déshydrater sur des plateaux superposés, chauffés intérieurement par une circulation de fluide de chauffe et que l'on fait tomber cette matière de plateau en plateau au fur et à mesure de son brassage, la vapeur de déshydration s'élevant à travers les pla- teaux pour être évacuée.
Cas procédés sont applicables, non seulement à un seul produit, tuais également à. un mélange de produits, l'action de purification n pouvant se faire sur un, plusieurs ou sur la totalite
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des produits constituant le llldb.l1ge.
Suivant un mode de réalisation de ltun quelconque des pro- cédés précédents, le gaz de réaction circule de bas en haut en sens inverse du produit traiter, ce qui réalise une circulation
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méthodique et permet de régler au mieux les différences de te#ii>é- rature entre le gaz de réaction et le produit à traiter.
L'invention s'étend d'une manière généra.lo à ces procédés dé rédùctione dfhalogénlittion, de chloruration, de calcination, de distillation ou de séchage des produits -elnùratiz ou. Or#&niu0S.
Liais elle concerne aussi différents sodés de réalisation qui sent ocmmuns à 1'ensemble des procédés précédents*
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Suivant un premier Liode de réalisation des procédés de ré- duction dfhalogBnationl de chlorurztioa, de calcinaFlion, de distal- lation et de séchage, on effectue les opérations précédentes à une pression inférieure à la pression .t:;-.osph6rlque.
L'épaisseur de la couche de produit traité est variable suivant les réactions à effectuer.
Le chauffage du produit est effectué sur une partie des plateaux
Les gaz destinés au traitement du produit sont mis au contact du produit sur une partie des plateaux.
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On chauffe séparéoent chaque plateau ou série de plateaux de façon à obtenir des zones de tem.p6ratures définies sur chaque plateau, ce qui permet d'effectuer diverses réactloiis successives oa simultanées correspondant chacune à une ou plusieurs zones de
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t3rlpératares.
On fait circuler un fluide de refroidissement dans cer- tains plateaux, de manière à absorber de la chaleur sur les plateaux ou les réductions sont exothermiques, ce qui permet de limiter la
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température de réaction et d'assurer Gs::o.ler.1ent la conservation. du :r#t.-'-.riPl utilisé.
On incorpore des catalyseurs au produit à traiter ou pu flui.e :zeü;., de 'ani3re é- favoriser l3s r.:...ctiO.1S et aiiroître laurs vitesses.
On fait airculer un lans de différents produits à traiter de haut en bas dans pluS. '.:1urs anpprells contés et séri'1")
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les uns au-dessous des autres et dans lesquels on fait c@rculer les différents courants gazeux nécessaires, le mélange de produits à traiter circulant par gravité'. o contrôle la vitesse de réduction en faisant varier la n vitesse de brassage des produits traités ,sur ces plateaux, le réglage de la vitesse à une valeur très faible permettant d'effec- tuer des réactions sur des matières pulvérulentes, tout en.rédui- sant l'entraînement des poussières.
On amène les produits à traiter à l'état pulvérulent pour faciliter les réactions qui dev.iennent ainsi plus rapides et plus complètes* L'invention s'étend d'une manière générale à l'ensemble de ces procédés, quels que soient les appareils et les installations pour leur réalisation. Toutefois, l'invention s'étend également à diverses installations permettant une mise en oeuvre particu- lièrement simple et efficace des procédés précédents.
L'invention concerne à cet effet une installation pour la réduction de produits conformément aux procédés précédents et caractérisée par un four de calcination purifiant d'abord le pro- duit à réduire et un four de réduction disposé sous le four de calcination, de faon que le produit à traiter circule par gravité de l'un à l'autre four.
L'invention concerne encore une installation pour la réduction du produit conforme au paragraphe précédent et caractérisé parce que les gaz sortant du four de réduction sont envoyés dans un convertisseur qui régénère le gaz réducteur par action de cata- lyseur ou de charbon incandescent.
L'invention/s'étand aussi à un appareil de distillation ou de séchage caractérisé par des plateaux rotatifs intercalés entre les plateaux fixes, les plateaux rotatifs balayant le produit à distiller pour le faire descendre de plateau en plateau, ces plateaux étant parcourus par un fluide de chauffe pour amener le produit à la température de distillation ou de séchage.
L'invention concerne aussi un procédé pour le traitement des minerais contenant de l'oxyde de fer.
A l'état naturel, les minerais (oxydes, sulfures
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carbonates, etc..) contiennent indépendamment de l'élément métal recherché, un nombre variable de composés métalliques constituant les impuretés; celles-ci sont dans la majorité des cas difficiles à éliminer et de ce fait, l'on ne peut obtenir en définitive l'élé- ment métal qutà un état de pureté s'approchant plus ou moins de la pureté absolue.
C'est ainsi, par exemple que les oxydes de fer obtenus par les procédés habituellement utilisés peuvent présenter une teneur en impuretés de 20% et parfois davantage.
Les procédés de purification ou d'enrichissement connus repo- sent dans la majorité des cas sur l'application de moyens physiques comme cela est réalisé dans les procédés de flottation. ou de sépa- -ration. à l'aide d'un champ magnétique.
Il est reconnu dans ce dernier cas, que la purification - du minerai est très variable, et de toute manière incomplète à moins, que le minerai présente.déjà une ' pureté élevée, comme dans le cas par exemple de la magnétite naturelle,
Cela tient essentiellement à la nature des impuretés à , leur état physique, ainsi qu'à leur combinaison éventuelle avec 'l'élément métal.
Il est possible d'éliminer les impuretés, partiellement ou en totalité, par voies chimiques, en utilisant des réactifs appropriés* Hais cette technique est en pratique fort couteuse et n'est utilisée que pour un affinage du produit brut pour autant que cette opération soit payante.
La présente invention a pour but d'éviter les inconvé- nients précédents, !Elle concerne un procédé pour le traitement des minerais contenant de l'oxyde de fer, caractérisé parce qu'on chauffe le minerai jusqu'à fusion complète, de sorte que les impuretés constituant la guangue sont scorifiées, surnagent la masse dioxyde fondu et sont ainsi aisément séparées de cet oxyde.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, on ajoute au minerai traité un fondant, chaux, soude silice, par exemple*
On choisit ce fondant suivant la nature et la composition des impuretés au point de vue qualitatif et suivant l'importance
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des impuretés au point de vue quantitatif,
Dans la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on amène ".à la fusion complète le minerai avec ou sans addition de réactifs,, et l'on obtient le laitier à la partie supérieure du bain de fusion et l'oxyde fondu, débarrassé de la majorité de ses impuretés, à la partie inférieure.
On opère dans des milieux différents, suivant la' nature de l'oxyde de fer que l'on se propose d'obtenir* a) on opère en mil.ieu ydant pour l'obtention de seequi- oxyde de fer, Par exemple on peut insuffler de l'air ou de l'oxy- gène dans le bain de manière que le .protoxyde soit amené à l'état de sesquioxyde fe2 o3 ou de magnétite fe3 o4.
b) on opère au contraire en milieu légèrement réducteur pour l'obtenrion de protoxyde de fer Feo ou d'oxyde magnétite Pe3 04 de manière à éliminer autant que possible dans ce cas le sesquioxyde de fer.'
Le traitement de l'oxyde, de fer fondu à la sortie du four de fusion dépend de la.'nature de l'oxyde de fer que, l'on veut ob- tenir comme expliqué ci-après :
On soumet l'oxyde de fer fondu :
a) à un refroidissement brusque jusqu'à la température ordinsire à l'abri de l'air pour obtenir Fe3O4, b) à un refroidissement moins, rapide, par exemple, dans le milieu ambiantpour obtenir Fe2O3 c) à un refroidissement rapide et brusque à partir d'une température de 700 minimum, cornue pour Fe3O4. lorsque l'on veut obtenir FeO.
Dans le cas de minerais ,contenant des oxydes métalliuqes volatils, par exemple l'oxyde de zinc, on chauffe d'abord le minerai de manière à éliminer l'oxyde volatil qu'on récupère ensuite par condensation, puis on traite le minerai résiduel par les procédés prédédents.
L'invention concerne aussi un procédé pour l'obtention du fer métal et de ses oxydes à partir de minerai, quelle que soit sa nature, caractérisé parce qu'on réduit d'abord l'oxyde de minerai à l'état de métal ou de sous-oxyde, puis on fond le
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produit réduit, on sépare ainsi le métal ou ôus--ôx de des impuretés et on élimine efficacement ces impuretés sous forme de scories.
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Ce procédé qui, en fzit, se caractérise par la. c3mtainaison des deux opérations en soi-connues (ro1clue,ti O!l, puis fusion) per- met ainsi d'obtenir le fer #à.t=1 ou le sous-oxyde.au ..11fr.:xlmüm possible de pureté, 1s. totalité de la gangue se trouvant effic: cerrffit éliminée. ' L'intention concerne, non seuiement, le procédé ,,61141rel décrit ci-dessus et caractérisé pur 1& co:b;¯nr i son ,5.?nér;;;le des deux a p6r& t Ion en soi connues (rGdt,tetiol1, fusion), :
'mis aussi dtautre-- procédés qui se carket6r!seat par la. combinaison du procédé précédente avec des opérations eoMplénientaireSt
Tout dtabord, l'invention concerne un procédé conforme aux précédents et caractérisé parce que, après avoir séparé le fer métal ou le sous-oxyde, on l'oxyde, de manière obtenir un oxyde à teneur désirée en oxygène.
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On peut aussi, conformément à l'inueigtion, réduire les
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oxydes de, fer -mataI ou le sous-oxyde jusqu'à obtenir 10 peroxyde de fer (sesquioxyde Fe2 0) ctest à diree l'oxydé à teneur maximum en oxygène.
On peut aussi,, conformément à l'invention, réduire les oxydes de fer obtenus conformément aux paragraphes précédents et notamment le sesquioxyde de fer Fe2 O3, de manière à obtenir un oxyde à stade moins oxydé, notamment l'oxyde .magnétique Fe O4.
En définitive, le procédé ci-dessus défini comporte les trois caractéristiques générales suivantes : a) traitement des minerais de fer par la combinaison des deux opérations (réduction, fusion). b) oxydation du fer métal ou des oxydes obtenus suivant le paragraphe précédent'. c) réduction de ces oxydes, de manière à obtenir en définitive l'oxyde à teneur exactement désirée.
Dans la description ci-après on a groupé, en vue de la clarté de'cet ' ' exposée tous les modes de réalisation autour de
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ces diverses opérations successives :
1 - Opération de réduction -
On peut, avantageusement, suivant l'invention, réaliser la réduction du minerai de fer en appliquant à cette réduction des gaz réducteurs à teneurs élevées en oxyde de carbone CO (de préférence supérieure à 60 ); ces gaz réducteurs à haute teneur ont une grande activité et permettent ainsi d'effectuer la réduction à des tempé- ratures relativement basses. De ce fait, on 'réduit au minimum la dépense de calories dans l'opération, de réduction.
On peut évidemment modifier la proportion indiquée ci-dessus à titre dexemple. Notamment, on peut utiliser des gaz réducteurs allant jusqu'à 80 - 90% d'oxyde de carbone CO et même plus.
'En vue d'obtenir ces gaz réducteurs à hau'te teneur en oxyde de carbone, on peut avantageusement les fabriquer en faisant passer de l'oxygène, à lplace d'air, sur le charbon.
On peut, sans sortir de l'esprit de'l'invention, utiliser des gaz réducteurs de compositions très différentes et notamment on . peut utiliser des gaz réducteurs qui contiennent soit de'l'oxyde de carbone CO, soit de l'hydrogène H, soit un mélange d'oxyde de carbone' et d'hydrogène.
Dans ce dernier cas, les gaz réducteurs sont obtenus.par exemple par passage d.e vapeur d'eau sur du charbon incandescent, d'où formation dlun gaz à l'eau riche en oxyde de carbone et d;hydroé- gène?
L'hydrogène introduit dans les gaz réducteurs a,pour effet, également,de réduire dans une grande mesure la caburation du fer et permet ainsi d'obtenir un métal fondu peu carburé*
La mise en oeuvre de la caractéristique ci-dessus du procédé conforme à l'invention conduit ainsi à prévoir dans cette. installa-' tion un générateur de vapeur d'eau*
La vapeur d'eau 'ainsi ôbtenué est appliquée en partie à la fabrication des gaz réducteurs, comme il a été expliqué ci-dessus et en partie à toute autre opération, par exemple au séchage du minerai oxydé.
Cette vapeur d'eau constitue ainsi un moyen de chauffage très'commode pour assurer d'une façon très simple la mise en
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oeuvre industrielle de l'ensemble de l'invention.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on fait passer les gaz réducteur sur le minerai de fer pour le réduire, puis on régénère ces gaz et on les fait passer à nouveau sur le minerai de fer, ces gaz circulant ainsi en cycle fermé, ce qui assure une réduction tout à faitméthodique du minerai et des résultats parfaitement homogène; cette disposition présente ainsi l'avantage important de réduire au minimum possible la. consom- mation de gaz- réducteurs et notamment la consommation du charbon nécessaire à la formation.de ces gaz réducteurs.
Suivant un mode de réalisation de la. caractéristique précédente, les gaz réducteurs riches en oxyde de carbone sont régénérés en partie ou en. totalité par leur passage dans une colonne de Charbon, quelle que soit sa pureté. Notamment ce char- bon peut contenir du souffre¯ sans inconvénient'.
Il convient évidemment d'amener la colonne de charbon dans des conditions telles qu'elle puisse efficacement régénérer les gaz réducteurs riches en oxyde de carbone.
On paut notamment, conformément à la présente invention, amener la colonne de charbon à température convenable pour la régénération, par chauffage extérieur, par chauffage intérieur ou par combustion de cette colonne de charbon elle-même.
Suivant un mode de réalisation de cette caractéristique les gaz provenant du chauffage de la colonne de charbon (gaz de combustionde brûleurs, gaz de combustion de la'colonne de charbon elle-même, etc...)sont réunis aux gaz réducteurs, l'ensemble de ces gaz.étant réduit par la colonne de charbon, cet ensemble étant alors efficacement appliqué à la réduction du minerai de fer traité.
On peut avantageusement régler le chauffage ou la combus- tion de la colonne de charbon de manière à régler la composition du gaz réducteur et par suite son efficacité.
De ce fait, on dispose d'un moyen très simple pour contrôler à tout. instant l'action du gazréducteur sur le minerai traité et par suite dontrôler la réduction suivant le degré auquel on veut obtenir cette réduction (obtention de fer métal ou obten- tion de. sons-oxyde).
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11 y a avantage, conformément à la présente invention , à effectuer ce chauffage et cette combustion de la. colonne de charbon en présence de catalyseur, notamment des oxydes de fer, ce qui permet encore de contrôler la composition du gaz réducteur.
Ce catalyseur constitue un'moyen de contrôle efficace sur la composition des gaz réducteurs et par suite sur leur. action sur le minerai traité dans le 'but expliqué ci-dessus'.
Suivant l'invention, on applique avantageusement les gaz réducteurs chauds sortant 'du four de réduction, pour le chauffage nécessaires aux diverses opérations du procédé, telles que frittage fusion, affinage, etc.. ce qui permet une récupération très poussée des calories. De ce fait, on améliore encore le rendement thermique de l'opération..
Suivant un mode de réalisation 'de cette dernière disposition les gaz réducteurs chauds, sortant du four de réduction et conte- nant encore des teneurs notables en gaz combustible tel que l'oxy- de de carbone, ou l'hydrogène, ou le mélange des deux sont brûlés dans le four de fusion. Dens ces conditions, on obtient ainsi une utilisation totale des résidus des gaz combustibles encore contenus dans les gaz réducteurs. Par exemple si les gaz réduc- teurs, après 1'¯opération de réduction, contiennent encore une certaine teneur en oxyde de carbone (CO) ce gaz combustible brûlé dans le four de fusion est ainsi utilisé efficacement; on réalise ainsi le procédé conforme à l'invention dans les conditions optimum de rendement..
L'invention s'étend évidemmentà la combinaison générale des deux moyens ci-dessus définis (réduction du minerai, fusion du produit réduit), quels que soient les modes opératoires parti- culiers par lesquels on met en contact le minerai-traité d'une part et le gaz réducteur d'autre part.
Toutefois, on effectue avantageusement suivant la pré- sente invention, les opérations de réduction (réduction du . minerai de fer, réduction du sesquioxyde de fer) par brassage sur les plateaux d'un four rotatif, les gaz réducteurs circulant en sens inverse du produit traité, On obtiont ainsi une
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réduction tout à fait méthodique du minerai et des oxydes traités et des résultats tout à fait homogène.
Il y a intérêt pratiquement à calciner le minerai avant de le réduire, de manière à éliminer de suite les impuretés volatiles et à faciliter de ce fait les opérations de réduction cette calcination peut, par exemple, être effectuée, de même que la réduction, par brassage du minerai traité sur le plateau, de , four rotatif, les gaz chauds circulant en sens inverse du produit à calciner, en présente ou non de réactifs, bases NaOH- CaO - acides SO4H2, HCI- 'Halogènes., hypochlorite de chaux, etc*...
2 - Opération de fusion - en , peut effectuer la fusion simplement par chauffage du minerai réduit, dans un four de fusion à sole acide ou basique* Toutefois, il y.avantage, suivant l'invention, à fondre le produit réduit en présence de fondants, facilitant la fusion de la gangue et la formation des' scories, notamment CaO, SiO2. soude MgO, acides*
Après l'opération de réduction de l'oxyde du minerai, on fritte avantageusement le produit métallique réduit, de manière à agglomérer le minerai avant la fusion et à éviter ainsi la. formation de poussières et les pertes correspondantes. Ce frit- tage, du reste facultatif, peut être effectué sans augmenter la consommation de combustibles.
De préférence, on fritte le produit métallique réduit en présente de fondants, tels que des bases (soude CaO, etc...) qui facilitent le frittage.
Comme indiqué précédemment, l'opération de fusion permet de séparer des impuretés sous forme, de scories, soit le métal lui-même, soit le sous-oxyde de ce métal, ces deux pro- duits (métal ou sous-oxyde) pouvant être ensuite, efficacement traités comme il est expliqué ci-après.
3 - Oxydation des produits après réduction et fusion.
Ces produits se présentent, soit à l'étatde métal, soit à l'état de sous-p@yde. On peut opérer de l'une ou l'autre manière ci-dessous décrites. D'abord on peut oxyder suivant l'invention le fer métal ou le sous-xoyde jusqu'à, obtenir l'oxyde de fer magnétique De 304 .
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Après l'obtention de cet oxyde de fer magnétique, on pulvérise à l'état liquide, à l'aide d'un gaz inerte comprimé tel que l'azote puis on coule cet oxyde dans un liquide tel que l'eau ce qui sta- bilise l'oxyde .magnétique et evide son oxydation par l'air.
'Ensuite, l'oxyde magnétique stabilisé est séché, pulvérisé ' à sec, puis livré au commerce.
De même, on peut obtenir le sesquioxyde en opérant l'oxy- dation du métal ou du sous-oxyde éditée 1200 - 1300 C .
On peut aussi,à partir de ces 2 derniers oxydes (oxyde magné- tique Fe3 O4 et sesqui-oxyde Fe2O3 et en opérant par réduction, obtenir des oxydes moins oxygénés; notamment, on peut réduire l'oxyde de fer magnétique Fe3O4. de manière à obtenir le sous- oxydeFeO, que l'on peut stabiliser par refroidissement rapide dans l'eau.
Ces opérations d'oxydation peuvent être effectuées de multiples manières, par tout moyen connu, notamment on peut suivant l'invention, oxyder le .fer métal ou le sous-oxyde par insufflation d'un- gaz oxydante par pulvérisation du produit fondu avec refroidissement à l'air, par peroxydation du métal solide pulvérisé ou broyé en présence d'oxygène; ou autres moyens similaires.
Lorsque la réduction a été poussée jusqu'à l'obtention de fer métal, il y a intérêt, conformément à l'invention à affiner le fer métal obtenu par réduction de lroxyde de'minerai, de manière à éliminer certaines impuretés (carbone, manganèse, etc..) et obtenir. un métal pur, cet affinage étant effectué par exemple par insufflation d'air ou d'oxygène, ou par adjonction de réac- tifs, pels que oxydes de fer (battitures) silicium, aluminium, etc... on recuille enfin le métal affiné, par exemple par coulée dans des lingotières, par pulvérisation, par injection de gaz inertes sous pression, par précipitation directe dans l'eau ou tout autre,moyen en soi connu.
On peut aussi, conformément au procédé général, de l'invention, oxyder le métal aprèsaffinage, ce qui permet d'obtenir des oxydes très purs.
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4 - Opérations diverses -
Comme il a été indiqué précédemment, on .peut effectuer toute réduction des oxydes de fer obtenus par oxydation du fer, Notamment, on peut réduire, comme indiqué ci-dessus, l'oxyde de fer magnétique Pas 04, de manière à le ramener à l'état de protoxyde dé fer Peau
Tontes ces opérations de réduction, comme indiqué d'ailleurs ci-dessus, peuvent être effectuées par brassage sur le plateau d'un four rotatif, les gaz réducteurs circulant en sens inverse du produit traité.
L'invention concerne.aussi quelques opérations secondaires- et caractéristiques qui sont décrites ci-après :
Suivant l'invention, on recueille les gaz brûlés provenant des diverses opérations (frittage fusion, affinage, etc...) et on les régénère en partie ou en totalité, par réduction de ces. gaz 'brûlés, de manière à obtenir des gaz réducteurs et on applique ces gaz réducteurs régénérés à la réduction de l'oxyde de fer.
De ce fait, on récupère à la fois les gaz brûlés et on les utilise efficacement dans la mise en oeuvre du procédé.
On peut aussi, conformémentà la présente invention obtenir- à partir d'air liquide d'une part l'oxygène pour la fabrication du gaz réducteur, d'autre part, l'azote pour la formation d'une atmosphère neutre, par exemple en vue de recueillir et de mettre à l'abri de toute oxydation le métal fondu ou l'oxyde.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on re- ceuille les gaz brûlés provenant des-diverses opérations (frittage, fusion, affinage, etc.. ) et on les applique à des opérations de réchauffage dans l'une ou l'autre des phases du procédé (calcination, vaporisation d'eau etc...) -La présente- invention s'étend : a) aux procédés généraux tels qu'ils ont été décrits dans. le préambule de la présente demander b) à toutes les caractéristiques ci-dessus définies et relatives aux aérations auxiliaires pour la mise en oeuvre des opérations 'essentielles ;
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c) à tous -les modes opératoires c.-dsQf.l3us.
L'invention s'étend non seulement aux procédés ci-dessus et à leurs diverses combinaisons mais aussi aux caractéristiques ci-après décrites et à leurs diverses combinisons possibles.
Les procédés, installations et, appareils conformes .à l'invention sont représentés à titre d'exemple sur .les dessins ci-joints dans lesquels : - La figure 1 représenté un appareil pour la réalisation des procédés conformes à l'invention pour la réduction, 1'oxyda- tion, la chloruration, la distillation, le séchage, etc'...'.
- La figure 2 représente un mode de réalisation du refroidissement des plateaux - La figure 3 représente une installation pour ,la réduction des produits minéraux ou organiques - La figure 4 représente une variante de l'installation de la figure '3 avec un convertisseur pour la régénération des gaz réducteurs.
-'-La. figure 5 représente schématiquement le convertis- -seur utilisé, dans, l'installationde la figure 4. ¯ - Les figures 6 et 7 représentent deux modes de réalisa-. ti on d'une installation de réduction conforme à l'invention.
- La figure 8 représente un appareil de distillation, - La figure 9 représente un appareil de distillation ou de séchage avec pompe à vide.
- Les figures 10 et 11 sont deux coupes verticales schématiques de l'ensemble d'une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention pour le traitement des minerais contenant de l'oxyde de fer.
- La figure 12 est un schéma d'une installation complète pour l'obtention de fer métal et de ses oxydes à partir de minerai.
- Les figures 13 et 14 sont deux schémas des conver- tisseursservant à la régénération des gaz réducteurs.
- La figure 15 est un schéma d'un autre mode de réall- sation d'une installation conforme à l'invention.
- Les procédés de calcination, réduction, oxydation,
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chloruration, sont avantageusement mis en oeuvre dans le four .représenté sur la. figure 1.
Ce four se compose d'un certain nombre de plateaux circu- laires 1, 2 ... 7 horizontaux, superposés, formant soles étagées, complètement indépendants l'un de l'autre.
Les plateaux impairs 1, 3, 5, 7 sont fixes, tandis que les plateaux paires sont mobiles autour d'un axe fictif coinci- dant avec l'axe vertical du four* Des colonnes supportent éga- lement les plateaux mobiles montés sur des galets 13 roulant - sur un rail 14 fixé auxdites colonnes-
Le plateau supérieur fixe 1 qui ferme le four. est recou- vert d'un revêtement calorifuge convenable, évitant les déper- ditions et est pourvu d'un appareil distributeur approprié .. pour le produit à traiter.
Une ouverture 15, mélangée au centre sert à l'évacuation des gaz de réaction. = 'Le plateau inférieur également fixe 7 ferme la calotte d'un massif cylindrique de maçonnerie renfermant le foyer, les carneaux de fumée 30, les conduits 31 d'arrivée de gaz de réaction et la cuve 32 où tombe le produit traité.
Les plateaux mobiles 2, 4, 6 reçoivent leur mouvement de rotation par l'intermédiaire, dtun arbre'vertical 17 portant des pignons dentés 18 qui engrènent avec les couronnes-12, ledit arbre étant commandé par le haut ou par le bas, au moyen d'une transmission appropriée- , Chaque plateau porte, scellées dans sa voute, une série de dents 20 en un produit réfractaire convenable, lesquelles sontconformées et orientées pour déplacer dans le sens voulu le produit étalé sur la sole immédiatement inférieure, soit du centre vers la périphérie, soit de la périphérie vers le centre.
Ainsi, dans l'exemple représenté ici, le plateau couver- ture 1 porte des dents disposées et orientées pour déplacer le produit amené par un distributeur au centre de la sole 2. d'où il tombera sur 'la sole-3 sur laquelle il circulera depuis le centre périphérie et cela, par le seul fait de la rota- tion de la sole 2.
'Ce produit' arrivant à la périphérie tombe par des ouvertures 21 ménagées â cet effet, sur la .sole fixe 3. Les
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dents prévues sous la voute 3 le ramènent depuis la périphérie de la. sole 4 vers un orifice central de chute 34 d'où il tombe sur la sole 5 et ainsi de suite alternativement de sole en sole et de chute en chute par les orifices 24, 25, 26 et 27a
Les gaz de réaction suivent un chemin inverse par les mêmes orifices 27, 26, 25, 24, jusqu'à l'évacuation par l'orifice 15,
La partie inférieure du four comporte des brûleurs, 34 à l'aplomb de l'orifice d'introduction des gaz de réaction..
Pour refroidir les soles, on prévoit une circulation. d'air ou de gaz froid dans les canaux 35 prévus dans les briques de la voute et dans les dents 20 de celle-ci, comme indiqué sur la figure 2.
La circulation du fluide de refroidissement peut être provoquée dans les soles mobiles par exemple à chaque passage des orifices des canaux devant un orifice d'aspiration ou de refoulement approprié ; l'air ou le gaz de circulation ainsi ré- chauffé dans la. traversée desdits canaux pouvant être utilisé dans les usines de traitement des produits.
Le chauffage peut être direct ou indirect suivant la. matière à traiter et peut être effectué sur.un ou plusieurs plateaux ou sur la totalité des plateaux fixes, tous les combus- tibles pouvant être utilisés à cet effet.
La régularisation de la température dans la masse est surtout fonction de l'épaisseur du produit disposé sur les pla- teaux et est d'autant plus parfaite que l'épaisseur du produit est plus faible. Les dents râcleuses 20 permettent d'égaliser les épaisseurs de produits.
On peut aussi effectuer en traitât des matières pul- vérulentes, soit des distillations sèches de sciures de bois ou de menus, soit des fu.si6ns, soit provoquer des entraînements par vapeur d'eau, par des fluides inertes ou par des solvants appropriés.
On peut, dans une certaine mesure, faire circuler l'agent de réaction'dans un cycle fermé, en vue de réduire sa consommation.
De même, on peut effectuer dans un même appareil des réactions simultanées ou successives,-ou alternées par exemple des réactions d'oxydation et de réduction,, même à différentes
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températures; à cet effet, on prévoit des -e** -UO2;ce&iictes des agents oxydants et réducteurs, dans des zones différentes du four.
Pour la. calcination, le chauffage est assuré par des brûllurs 34 situés à la partie inférieure du four, ou éventuellement au ni- veau de chaque sole fixe, les fumées parcourant le four en sens inverse de la matière.
3, La sortie de la dernière sole inférieure, la matière peut être mise au contact des flammes, pour un. traitoment plus énergique.
La clacination peut également être effectuée sur la matière première à laquelle on-ajoute, soit un fondant ou un corps cu un mélange de corps définis, en vue de réaliser des réactions secon- daires. C'est ainsi, par exemple, que l'on peut ajouter des composés chlorurés à un minerai, en vùe de rendre des impuretés minérales, solubles et aisément âliminables par lavage.
On peut aussi purifier de la même manière les produits contenant du zinc. Le zinc est volatisé sous forme d'oxyde direc- tement récupérable à la sortie de l'appareil.
Pour la réduction, on utilise de préférence la matière préalablement calcinée en vue d'éliminer les impuretés volatiles.
Cette matière est, amenée dans le four de réduction 40 conforme à celui représenté sur la figure 1.
Le four de réduction 40 est placé sous le four de calci- nation 41 (figure 3) ce qui permet de supprimer le matériel de manutention d'un four à l'autre, la matière circulantpar gravité.
Le four de réduction 40 estporté à la température désirée.
On fait circuler le baz réducteur comme indiqué précédemment en l'introduisant par l'orifice 31.
Ce gaz réducteur est en général de l'hydrogène. L'hydrogène peut être obtenu par dissociation de la vapeur dteau dans le four- lui-même. A cet effet, on, injecte dans le bas du four, par l'ou- verture 31 de la vapeur d'eau.
Cependant, on peut obtenir des résultats remarquables en effectuant la réduction par l'oxyde de carbone que l'on régénère ensuite dans un convertisseur 42..
A cet effet, on fait passer l'oxyde de carbone CO sur l'oxyde à réduire., dans le four réducteur 40, par exemple de l'oxyde de fer Fe2 O3, La réaction s'effectue de la manière
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suivante : 3 fe2o3 +CO=2 Fe3O4 + CO2
Le gaz carbonique obtenu est ensuite envoyé par une tubulure 45 dans le convertisseur 42 (figure 4) où il se transforme en oxyde de carbone au contact du charbon, incandescent la réaction est la suivante':
CO2+ C = 2 CO
L'oxyde de carbone ainsi obtenu est envoyé en partie par la tubulure 44 dans le four réducteur 40 où il opère la réduction précédente et le cycle recommence.
Le convertisseur.4?. où s'effec- tue la production d'oxyde de carbone à partir du gaz carbonique est constitue avantageusement de la ,manière suivante (figure 5) Il comporte à sa partie supérieure un sas étanche 51 pour l'ali- mentation en continu, du charbon et à la partie inférieure une grille 52 et une porte de décrassage 53. Le convertisseur 42 est chauffé extérieurement par les brûleurs 541 542 543 544 alimentés au gaz ou à tout autre combustible.
Ces brûleurs 54 sont situés à différents étages, ce qui permet de réaliser des zones de températures différentes. le gaz à traiter est amené a. la partie inférieure 55 du convertisseur 42 et chemine de bas en haut à travers le charbon où le catalyseur est maintenu à la température voulue par les brûleurs 54.
Le ainsi traité sort à la partie supérieure du con- vertisseur et est conduit vers le bas par une tubulure 56 pour 'être ensuite dirigé dans un échangeur 57 où il cède tout ou partie de ses calories au gaz devant être traité avant d'être amené à la partie inférieure du convertisseur 42.
A esteffet, le gazdevant-être traité arrive à la partie supérieure de l'échangeur 57 par une tubulure 58 et circule à travers une série de tubes parallèles 59 dans .la. chambre de. re- froidissement 70 du gaz traité.
Pour les 'réductions, on peut également employer connue gaz réducteur un mélange d'hydrogène et d'oxyde 'de carbone sous forme de gazà l'eau par exemple.
Ce gaz de composition x CO+ y H2 peut être fégénéré de la même manière que le gaz CO en passant dans le convertis-
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seur 42.
Suivant la composition des gaz réducteurs et la. tempéra-- ture de réaction, on peut obtenir dans l'exemple de l'oxyde de
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fer Fef 0 toute la gamme des sorts-oxydes, oxyde salin, oxyde diva.- lent ou même le fer pur dont on peut provoquer la fusion.
, Suivant un autre mode de réalisation (figure 6) on utilise les fumées des brûleurs du convertisseur 42 pour effectuer la calci-
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nation préalable de ¯1 'o.:;{yde dans le foyer. à cet effet, les gaz d'écbappeme:1t du convertisseur 42 sont dirigés par la tubulure 46 à l'entrée du four de calcination 41. La circulation du gaz réducteur est assurée pâr un ven'bil:J.-alU' 47.
On. récupère ainsi des càïlor' -,, ce qui conduit 8 un excellent rendement thermique et à une marche très simple de '! tizistaJ¯7 a tian. n effet, le degré de réduction de l'oxyde &tant fonction de la tempérs-turs et de la concentration' en gaz réducteur de la phase gazeuse qui est elle même fonction de la¯ température du convertisseur 42, le fonc- tionnement de l'installation se résume au maintien des températures
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de chaque ràaculorre
Ainsi, dans le cas particulier de la fabrication de la magnétite., à partir du sesquioxyde de fer avec l'oxyde de carbone,
la réduction peut être effectuée aux environs de 600 650 avec une
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composition gazeuse de 4-d doyde de carbone 00 et 60% de gaz carbonique c02'- La température de nlarche du convertisseur est du même ordre, le gaz réducteur effectuant un circuit fermé..
Suivant un.autre mode de réalisation, on envoie un mélange. de gaz carbonique et d'oxyde de carbone dans le .four de réduction (40) figure ; par la tubulure 48. Pour récupérer une partie du
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mélange gazeux après la- réaction dans la. four de réduction 40, on place le. convertisseur 42 en dérivation sur le circuit du four de réduction 40. L'oxyde de carbone obtenu dans le convertisseur 42best ensuite Introduit par la tubulure 49 en quantité voulue et
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déterminée dans le four de réduction 40 avec le mélange d'oxyde de carbone et de-gaz carbonique introduit dans le cycle.
On peut obtenir dans cette installation un oxyde débar- rassé de ses impuretés volatiles par calcination 'qui donne, par réduction, une magnétite très pure. La pureté de cette magnétite.,
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est encore améliorée si le charbon utilisé est du charbon de bois.
La magnétite ''pure régénérée conformément aux procédés précé- dents peut servir à la préparation d'hydrogène. A cet effet, un courant de vapeur d'eau est envoyé sur le magnétite portée au rouge qui s'oxyde en libérant 1 'hydrogène., le produit oxydé étant ensuite régénéré par réduction, les deux opérations pouvant être effectuées dans un même appareil. Comme il a été indiqué précédemment, l'agent réducteur peut être soit l'oxyde de carbone, soit du gaz à l'eau,soit un mélange des deux gaz. L'un ou l'autre de ces gaz réducteurs sont préparés à partir du gaz carbonique ou la. vapeur d'eau dans le con- vertisseur 42.
L'hydrogène produit est très pur du fait que le gaz réducteur peut être lui'même très pur. La magnétite conserve très longtemps ses propriétés. Le rondement thermique de la. transformation est très élevée le chauffage du générateur d'hydrogène pouvant être assuré par les fumées provenant du convertisseur 42, a.insi que par l'excès d'oxyde de carbone provenant de la' conversion du gaz carbonique., ou par l'excès de gaz à l'eau provenant de la vapeur d'eau introduite dans le convertisseur 42; suivant le gaz réducteur utilisé.
La figure 8 représente un appareil pour la mise en oeuvre du procédé de distillation conforme à l'invention.
Cet appareil comporte, comme le four de la. figure 1 des pla- teaux fixes 1, 3, 5, 7 et des plateaux rotatifs 2, 4, 5 tournant en regard des plateaux fixes. Ces plateaux sont creux et sont par- courus par le fluide de chauffe de la. vapeur d'eau par exemple.
Les produits de.distillation mon.tent à la partie supérieure de l'ap- pareil oÙ ils sont évacués 'en vue de leur condensation..Cet appareil est avantageusement utilisé pour la distillation sèche de menus de bois ou de sciures, ainsi que pour le traitement des graines et des déchets ligneux.
Cet'appareil peut également servir de séchoir pour sécher par exemple, en atmosphère neutre. ou réductrice de la magnétite humide ou tous autres produits:
La vapeur d'eau est éliminée à la partie supérieure de l'ap- pareil. Pour diminuer la température de 'séchage, une pompe à vide 64 effectue dans l'enceinte un vide. relatif (figure 9).
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On réalise ainsi des installations permettant d'effectuer toutes sortes' de réactions avec un bilan thermique amélioré grâce aux dispositifs de récupération des gaz de .chauffe et des gaz de réaction.
Les figures 10 et 11 représentent une autre invention pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme é l'invention pour le - traitement des minerais convenant de l'oxyde de fer?
Un four a fusion A est chauffé par des brûleursB alimentés par un conduit d'amenée des gaz C1 et d'arc C2. Ces brûleurs sont réglés de'manière à maintenir dans le four une température de 1700 à 1800 o C.
Le chargement du'minerai traité est effectué en D, immédia- temeat au-dessus du niveau de la. masse fondue dans le four; de ce fait, on réduit au minimum possible, 11 entratnemen t des pous- sières de minerai par les gaz brûlés. Ce chargement est effectué soit de façon continue, soit de façon discontinues
On peut effectuer -ce chargement de multiples .manières : d'abord on peut effectuer au préalable en dehors du four un mélange entre le minerai de fer et le fondant et introduite le mélange ainsi préparé en D dans la chambre du four au-dessus du niveau libre de l'oxyde fondu.
On peut aussi amener directement et séparément en D dans le four d'une part le minerai et d'autre part le fondant.
La cuve du for A présente deux orifices superposés E1 E2 l'un (E1) assure l'évacuation à l'extérieur des scories formées à la surface supérieure du bain, tandis que l'autre (E2) assure l'é- vacuation de'l'oxyde métallique fondu.
Les scories ainsi séparées sont traitées par des procédés connus, -par exemple, par granulation dans une masse d'eau.
Les oxydes fondus sont recueillis par l'orifice E2 et sont alors soumis au refroidissement dans les conditions ci-dessus indiquées; notamment- on fait- subir à ces oxydes un refroidissement brusque de manière à obtenir du Fe3 04 (oxyde magnétique). On peut amener l'oxyde fondu à un état très divisé par action d'un gaz inerte sous pression.
Les fumées provenant de la. combustion du combustible
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des brûleurs B passant à leur sortie de la champre a four A dans des générateurs à inversion G1 G2 où elles. abandonnent leur chaleur sensible qui sert au préchauffée du gaz combustible et de 1,'air comburant pour l'obtention des températures de marche requise suivant des procédés connus.
Dans le cas où le procédé est appliqué aux cendres de pyrites résultant de la combustion du souffre, l'installation con- forme à l'invention et représentée sur le dessin ci--joint, est indépendante du four de grillage des pyrites ou disposée immédiate- ment à la suite du four de grillage. On peut encore obtenir par la combinaison des dispositifs décrits plus hauts, toute la gamme des oxydes de fer.
On peut apporter de nombreuses modifications au procédé et à l'installation ci-dessus décrits à titre d'exemple, notamment on peut utiliser la chaleur sensible des fumées à la sortie des régé- nérateurs Gl @2.pour la. désydration, le préchauffage du minerai à fondre, le séchage du produitfini, etc...
On peut appliquer le procédé conforme à l'invention à-des minerais de fer de natères très différente's, notamment on peut l'appliquer au traitement.des cendres de pyrites que l'on utilise telles que, sans aucun broyage préalable.
Pour la fabrication de la magnétite, à partir du sesquioxyde, il n'est pas nécessaire de maintenir le milieu réducteur par une injection de vapeur d'eau ou d'hydrogène, ou de Co ou de charbon en présence d'air, car, au-dessus de la température de fusion de la magnétite (1500/1600 C) le sesquioxyde de fer se dissocie en magné- tite et oxygène.
Dans ces conditions, il suffit de maihtenir la température du four à 1600 0 minimum. Toutefois, comme il peut se former des solutions solides (Fe304 - Fe2O3), il est bon d'injecter, si nécessaire, dans le laboratoire du four contenant l'oxygène en fusion, un gaz inerte ou un gaz réducteur, en très petite quantité pour réduire la faible quantité de Fe2O3 maintenue en solution solide
Le protoxyde de fer FeO peut être obtenu $ partir de Fe2O3 ou Fe3O4 provenant de la fusion du minerai suivant la- présente inven- tion, en soumettant ces derniers à une réduction par' le CO ou
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l'hydrogène par exemple.
Inversement, en soumettant le protoxyde FeOa une oxydation
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on pourra obtenir à volonté la. magnétite Fe04 ou le, sesquioxy-de a S FeO..
Les minerais contenant un oxyde infusible, comme les carbo- nates alcalino-terreux, ou les hydrates par exemple, ne peuvent être traités.
Pour faciliter la séparation de la gaague et des-oxydes avec ces minerais on peut effectuer la décomposition du carbonate et des hydrates préalablement pulvérisés dans une flamme avant de les amener à une fusion oxydante suivant le-procède ;conformé à l'invention,
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Si ce qui concerne enfin les dispositifs de r6alisktion de la présente invention, tous les'systèmes du four peuvent être utili-
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sés, pourvu qutils soient agencés de manière a.permettre de réaliser la fusion totale du minerai. c'est ainsi, par exemple, que les fours à turbulence, Je:s fours rotatifs, les 1'0.o:1:'g à creusets, :tc. on- peuvent être employés après àtdapti)Lo±ù-.
Dans le cas où l'on dispose d'énergie électrique, le traite-
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ment peut être effectué dans un four électrirue quelconque, d'une manière continue ou discontinue.
-Les figures de 13 à 15 représentent une installation d'en- semble pour l'obtention de fer métal et de ses oxydes à partir des minerais, suivant les procédés conformes à l'invention.
L'installation d'ensemble représentée sur la figure 13 comporte des groupes d'appareils qui se font suite les uns aux autres dans l'ordre correspondant aux opérations du procédé, telles
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qu'elles ont été precédemment décrites* La description ci-après suit l'ordre suivant : 1 - Circulation du .minerai traité, 2 - Circulation des gaz divers.
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Le miner<1 brut amené en 1 et ljrllé en 2 subit en 5 une opération de déshydratation et calcination, cette calcination ayant pour effet de dàbnrasser le minerai mw:5d*n,tercw>t de toutes ses impuretés volatiles* Cette opération de déshydratation et calcination :,. lieu de préférence dans un four rotatifà plateau, le minerai étant brassé
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sur'ce p-lataaae tandis que les gaz de chauffage circulent en sense
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Inverse de ce minera. 1.
Le minerai ainsi déshydraté et calciné est amené en 4 dans. un four de réduction, par exemple, un four rotatif à plateau, le minerai à réduire d'une part, les gaz réducteurs d'autre part, circulant en sens inverse les uns des autres*
Le minerai ainsi réduite par exemple, à l'état de fer métallique ou de sous-oxyde de fer, est fritté en 5, de manière à agglomérer le minerai et à éviter toute formation de poussières et les pertes correspondantes.
Le minerai ainsi aggloméré est alors amené dans un four de fusion 6, dans lequel on peut avantageusement ajouter des fon- dants tels que des bases, pour faciliter la fusion de la gangue et sa séparation. Ce four de fusion permet ainsi de séparer : a) au niveau supérieur les scories ou laitier provenant de la gangue évacuée en 10 et utilisée par exemple pour former des bri- ques d'agglomérés ou toutes autres applications* b) les produits métalliques réduits, ces produits étant consti- tués par exemple par du métal ou par un oxyde du métal..
Le métal fondu est amené en 7 dans un four d'affinage dans lequel on traite par exemple par Insufflation d'air ou par injection de réactifs' tels qu oxydes de fer, battitures, sili- cium, magnésium, aluminium, etc... on recueille enfin en 8 le fer affiné. On peut notamment le recueillis par coulée dans leslingotières, par pulvérisation, par injection de'gazinertes sous pression, par précipitation directe dansl'eau ou tout autremoyen en soiconnu.
, Les scories sont évacuées en 9 et utilisées à tous .buts désirés.
Si'l'on veut obtenir à partir du métal ou du sous-oxyde de fer des oxydes plus oxydes on amène le produit métallique provenant de la fusion 6 dans un four d'oxydation 11 dans lequel on traite ,le produit métallique par tout moyen approprié, notam- ment par insufflation d'un gaz oxydante pulvérisation ou produit fondu avec refroidissement à l'air, peroxydation du métal solide pulvérisé ou brûlé en présence d'oxygène etc...
Notamment,par cette oxydation on peut obtenir de
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l'oxyde de fer magnétique Fe 0 , ,puis ofi pulvérise"cet 'oxyde rmgné- tique liquide Fe04 à l'aide d'un gaz inerte comprimé tel que l'a- zote, puis on coule cet oxyde dans un liquide tel que l'eau , ce
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.qui stabilise l'oxyde EN-gnétique et évite'son oxydation. par l'eau.
Cette opération de séparation de l'oxyde de fer magnatique
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est effectuée en 12. .r¯rès la stabilisation de cet oxyde de fer mgnétique; on le sèche en 13, on le pulvérise à zec par un broyage convenable1 en 14 et enfin on le conditionne en 15, de manière à l'amener à un état ou il peut être directement livré au cOIr...t:1ercè-.
Cn. peut aussi effectuer un broyage sur produit humide. suivi dtun égouttage et d'un séchage.
Les divers gaz qui entrent en jeu dans l'installation précédente circulent de la manière suivante :
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Dtabord un générateur de gaz riches en oxydes de carbone et en hydrogène 16 est alimenté en l'i par un courant da vapeur d'eau provenant d'une chaüd!ère 18 et en 19 par un courant dtoxy- gène provenant de bouteilles d'air liquide 20, Il se forme dans ce générateur un gaz riche en'oxyde de carbone-et-en hydrogène, cette richesse pouvant atteindre 80 à 90% et même plus si néces- saire.
Ce gaz est ainsi envoyé dans le four de réduction 4, l'emploi d'oxygène pour'la. formation de ce gaz réducteur'permet ainsi d'obtenir cette haute teneur en oxyde de carbone permettant
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elle-même la réduction dsns les conditions de basse tempsra.ture et par suite, dans des conditions de rendement thermique optimum.
Les gaz provenant ,de la réduction et sortant du four de réduction 4 enn 21 sont utilisés- en 22, 23 et 24 au chauffage néces- site par les opérations de frittage, de fusion et d'affinage. De ce fait, on dépouille ces gaz de la majeure partie de leurs calo:. ries et on accrott le rendement de l'ensemble du procédé.
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Les fumées sortant de ces a appareils de f 1-ittage, f usion et affinage sont connectées en 25, passent dans le régénérateur du four de fusion 10, puis dans le four de déshydratation et de cal- cination 3; ensuite, dans la chaudière 18 et enfin dans un écono- viseur 26, dans lequel ces gaz sont dépouillés de la majeure
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partie des calories qu'ils contiennent encore;, enfin ces gaz sont évacués en 27 vers la.' cheminée.
Là récupération ainsi effectuée est poussée jusqutà l'ex- trème limite ; on évacue en pratique les gaz à l'atmosphère en 27 à la sortie de l'économiseur 26 à une température. au plus égale à 150 alors que -ces gaz., à leur sortie du four de .fusion étaient à une température de 1750 à 1800 o/De de faite.on obtient une récu- pération très poussée.des calories des gaz réducteurs.
La vapeur produite dans la chaudière 18 peut être utilisée non seulement à la formation du gaz réducteur riche en hydrogène, mais aussi à toutes autres applications nécessitées par l'instal- lation. Notamment, cette vapeur peut être dirigée en 28 vers le séchoir 13 et y assurer en vase clos, par suite du dégagement de chaleur de cette vapeur, 1 le séchage de l'oxyde de fer magnétique humide et-provenant de l'appareil de stabilisation.
La vapeur d'eau dégagée dans cet appareil de àéchage est amenée, en 29 dans un condenseur'. y est condendée, et peut être, en même temps que les eaux de purge, aspirée par une pompe 30 et refoulée en 31 dans l'économiseur 26 et dans .la chaudière géné- ratrice 18.
D'autre part,, la bouteille d'air liquide 20 qui produit l'oxygène amené en 19 dans le générateur de gaz permet ainsi l'obtention de gaz riche en oxyde de carbone et donne naissance en même temps . des quantitée notables d'azote que l'on peut utiliser dans l'installation précédente en tous points nécessaires pour créer une atmosphère neutre, notamment, cet azote peut être utilisé dans l'appareil 12 pour la stabilisation des oxydes magnétiques, ainsi que dans les séchoirs 13 pour séchage de l'oxyde magnétique provenant de l'appareil stabilisation.
En définitive, l'air liquide 20 est totalement, utilisé à la fois par son oxygène et par son azote.
On peut apporter des nombreuses modifications à l'ins- tallation d'ensemble représenté schématiquemet sur la figure 13, Notamment, on peut réaliser de multiples manières un dispositif permettant de régénérer les gaz après première action réductrice sur le minerai. Un régénérateur permettant d'effectuer
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la régénération prévue est représentée sellématiquernent et ü titre d'exemple sur la figure 14.
Ce dispositif régénérateur est constitué essentielleü1ent par une colonne de charbon. 32 chauffée extérieurement: cet apport de cbaleur est destiné à composer les pertes pir le rayonneJnent de l'appareil et à fournir 11 énergie nécessaire aux réactions endothermiques, dont elle est le s ièG3 : réduction du. Goy en CO; due la vapeur d'eau en E2 et GO, crack1!!.!;, 7 rt.y üxo-- carbure .etc....
La colonne de charbon est traversée par le courant de
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gaz à régénérer : cet erfet, la colonne 32 est chargée par de.s couches alternées dé charbon 33 et des catalyseurs 34; par exemple d'oxyde de fer. Ces chargements sont effectués par le sas 35
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disposé à la partie supérieure de la. colonne 3w et permettant l'interruption des charges de charbon et des catalyseurs, sans qu'il se produise pax suite des d6gagerîi-,nts des ga-z de l'éther à l'extérieur.
Le chauffage de la colonne de charbob 32 est assuré par une enveloppe extérieure 35 dans laquelle le chauffage est assuré par exemple par des brûleurs 36 à air ou à oxygène.
Les gaz à régénérer, c'est à dire, les gaz provenant du four de réduction et dans lequel une quantité notable -d'oxyde
2 de.carbone CO a été transformé en gaz carbonique C0. et amené en 37 au bas de la colonne-- de charbon 32. Ce courant gazeux monte verticalement suivant f.ldans la colonne de charbon; le gaz car-
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bonique c02 et réduit dans le charbon à l'état d'oxyde de ààrborie CO :
C + CO2= 2 CO
De même, la vapeur d'eau amenée en 39 est réduite par charbon et transformée en oxyde de charbon et en hydrogène d'après la.formule :
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H0+C-CO+H2
On. obtient en définitive à la partie supérieure da la colonne de' charbon en 38, un gazrégénéré riche en oxyde de carbone et en hydrogène, c'est à dire., un gaz qui a récupéré la majeure partie de ses parties réductrices et peut ainsi être
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utilisé à nouveau dans le four de réduction.,
Dans les convertisseurs, la colonne de charbon remplit donc un rôle essentiellement chimique (réduction), et non thermique (combustion) la chaleur nécessaire pour effectuer les réactions étant fournies par les brûleurs.
Les' fuméesprovenantde la chambre de chauffage 35 et sortant en 40 pouvant être réintroduites en 41 dans le courant d'air de gaz à régénérer, pénétrées avec lui dans la colonne de charbon 32 et accroître ainsi le volume total des gaz à régénérer.
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On accroît ainsi la rendement totv.1 de i'ins.tail a.tiont.
De même, une partie des gaz réducteurs qui sont des gaz
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riches en oxyde de chp-rboi-i et en hydrogène et qui, par suite; ont un pouvoir calorifique très élevé, peuvent être amenés en 42 Ds.ns les brûleurs air ou à oxygène et participent à la combus-
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tion de ces brûleurs en assurant le cl-iÉituf:CL5kre de l'ensemble 35 et par suite le cl-iouffp:ge-de la colonne de charbon 32.
Mi effet 1& r>5G:bnéu?*.tJ.on ôu ga.z traité entrain un accroissement du volume gazeux total, ce qui permet d'utiliser.l'excédent des gaz con- vertis pour toute application auxiliaire, pour le chauffage du. convertisseur lui-même. Le convertisseur de la
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figure 14 comporte enfin un dispositif. 52 d:v.cLZ::tiou des cendres marche continue ou intermittente.
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On peut n pporter de nombreuses modifications axa convertisseur représenté sur la figure schématique 14'. Notamment un autre mode de r6allàauloii.de ce convertisseur est représenté sur la figure 1'5. Ce conuertisse.ur comporte une colonne de charbon 32 à couches alternées de combustible et de catalyseur 32 et11. Ces couches successives de char-
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bon et de ca-talyseur sont chargés par le sas étolliche 35.
Le gaz à régénérer riche-en -1 ggz carbonique CO 3 est amené en 37;. la vapeur d'eau nécessaire à là foriiiation du gaz à l'eau par réduction des vapeurs par le charbon est amenée en 39; le gaz régénéré, sort en- 38,
Au lieu de prévoir un chauffage extérieur du, convertisseur, par une enveloppe extérieure 35, on réalise
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dans le convertisseur de la figure 15 un chauffage, int6rieur
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de la. colonne de charbon. A cet effet, de't4 debou- chant à l'intérieur même de la colonne 32 du convertisseur et assurant ainsi le chauffage à température convenable de cette colonne.
Le fonctionnement d'ensemble de ce convertisseur eat
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tout a fait analogue à celui du convertisseur déj& décrit à l'aide de la figure 14.
'3n variant des modes de c:i.1auff.:;e da convortissur ci- dessus décri[;, on peut réaliser l'apport de C'-ilc?t¯" nécessaire par la combustion directe d'une ps-rtie de la colore de t1ÎiaX 1JDiz 32 soit avec de 1 1 air, soit vec de l'oxygène.
Dans ce cas, le fonctiom:.3-r.ant,dù. C(}l1.v0:;.'tisB':H.ú: se rapproche de celui du -:=zoane dsrs lequel le cho:r ::::1 ra.r¯3iL un double rôle de combustible.et de r6ducteur, aV0, toutefois la. nueiir-e suivante : c'est que 1à réduction ne porte pgs seulement sur les gaz Garboniquesprovet?an de 1, combustion du charbon et sur l'eau pravena¯nt d'une injection éventuelle de vapeur 6galemer-t sur les gaz à convertir qui traversent la- couche de charbon portée à la température de réaction requise' L figure 16 représente un aCl'Gr e schéma d'une iistalla- tion d'ensemble conforme à l'invention: mais très simplifiée.
Cette installation fonctionné à la. manière suivante : le mine-
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rai de fer subit en 4 une réduction da.nd les conditions déjà indiquées; il subit' ensuite la fusion en 6.
Les gaz suivent le circuit suivant : les gas sortant
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du four de réduction 4 en 45 anxiés réduction à -une conceiitration d'environ 60% d'oxyde de charbon et d'hydrogène. ,Ces gaz sont brûlés dans des brûleurs à oxygène 46 et assurent ainsi la fusion en 6 du minerai précédemment réduit.
Les gaz sont ainsi brûles et transformés en gaz non combustibles à sa-voir un gaz carbonique CO2 et vapeur d'eau H2O qui sortent en 47 du'four de fusion.
La pureté des gaz convertis étant surtout fonction de la pureté du charbon utilisée on peut, si des impuretés nuisibles s'accumulent dans le circuit, les éliminer ou maintenir
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.leur pourcente-ge.co,istsnt en effectuant des purges continues 7
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ou discontinues comme indiqué en 48.
Les gaz passent ensuite dans un dépoussiéreur 49 pour se débarrasser des poussières de minerai entraînées,, Ves gaz qu'il convient maintenant de régénérer.. sont admis en 37 dans un convertisseur 50 exactement conforme à celui représente sur la figure 15.
Les gaz régénérés et contenant une proportion de 8 à 90% d'oxyde de carbone et d'hydrogène sortent enfin en 51 et retournent au four de réduction'.
On réalise ainsi un circuit entièrement fermé de circu- lation des gaz.
'En définitive, l'installation de la figure 16 représente des caractéristiques tout à fait similaires à celles de l'instal- ltion de la figure 13. ,
Toutefois, cette installation est fort simplifiée et ne comporte notamment que les deux opérations essentielles ! a) réduction du minerai' b) fusion du minerai réduit.
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Process for the treatment of mineral and organic products and installation for the implementation of this process.
The present invention relates to a process for reducing mineral or organic products with a view to their purification or transformation, characterized in that the product to be treated is stirred on superimposed trays and that this product is dropped from tray to tray. as it is stirred, while the reducing gas is circulated between the plates, which favors reduction owing to the large contact surface between the reducing gas and the material to be treated, this process thus making it possible to process large quantities of products in a space-saving enclosure.
According to one embodiment, the product to be reduced is first calcined in order to remove the volatile impurities by stirring the product to be treated on the superimposed trays and in
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dropping this product from tray to tray as it is stirred, while the hot gases are circulated between the trays, then said product is dropped onto the
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prcMj.er reduction plateau and 3 'we provoke ous'.i! t 1 <1 =, Îtlumticon coufornent in the previous paragraph, t.
A variant is characterized because one r:.:. ;; nÈn't "i 1'3 reducing gas by the action of a catalyst or ii1al carbon :.desce.1.t.
According to a first modc of ¯ a 1 = q '¯on, - -' the leaks from the reducing gas regeneration chamber on the products to be treated in order to calcine them before the operation
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reduction, which improves the thermal re.T.dei # ut.
A variant of the above process is characterized because part of the reducing gas to be regenerated is sent to the product to be reduced, while the other part is regenerated before being sent to the product to be reduced.
The invention also extends to a process for manufacturing hydrogen characterized by sending a stream of vapor
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of water on magnetite, which, combined with 1 toxge, 1.i water, liberates hydrogen and that one. re8enerate this i.gnétite by reducing it according to the procedures in accordance with one or other of the preceding paragraphs.
The invention also relates to a process for the halogenation of inorganic or organic products with a view to their purification or their transformation, characterized by the fact that the product to be treated is stirred on superimposed trays and that this is dropped.
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product from tray to tray as and assures its l: r:;. ss; 1.G}, while we circulate 1: .3 lâlo ::, 5n: rt between the rla V: ā : has what favors 11blogé.11ttoll "therefore <1 * 1¯a cr '! ::! .. 3 3 :::: C':
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iàsra = 1x or organic ell view of their purification or luar transformation characterized because the product to be treated is stirred on superimposed trays and
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fall this product from tray to tray as it brews, slums where the chlorinating gas is circulated between the trays, which promotes chlorubation due to the large contact surface between the chlorinating gas and the material in treating this process thus making it possible to treat large quantities of products in a small footprint,
The invention extends to a method of calcining mineral or organic products with a view to their purification or their transformation in which the product to be treated is stirred on superimposed trays and this product is dropped from tray to tray as and when. s measurement of its stirring, while the hot calcination gases are circulated between the trays, a calcination process characterized by the fact that the hot calcination gases can be produced at different stages of the trays and at temperatures well determined for each of these stages, which makes it possible to adjust the temperature of the product to be treated under the best conditions, according to the combinations to be produced at the different stages.
The invention also extends to a distillation process. of mineral or organic products with a view to their purification or their transformation characterized because the product to be treated is stirred on superimposed trays heated internally by a circulation of heating fluid and this product is dropped from the tray as and when as it is stirred, the distillation products rising through the trays to be then condensed.
The invention also extends to a method for drying solids, characterized because the material to be dehydrated is stirred on superimposed trays, internally heated by a circulation of heating fluid and this material is dropped. from tray to tray as it is stirred, the dehydration vapor rising through the trays to be evacuated.
Case processes are applicable, not only to a single product, also killed to. a mixture of products, the action of purification n being able to be carried out on one, several or on the whole
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products constituting the llldb.l1ge.
According to an embodiment of any of the preceding methods, the reaction gas flows from the bottom to the top in the opposite direction to the product to be treated, which produces a circulation.
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methodical and enables the differences in temperature between the reaction gas and the product to be treated to be best adjusted.
The invention extends in a general manner to these methods of reduction of halogenlittion, chlorination, calcination, distillation or drying of products -elnùratiz or. Gold # & niu0S.
Liais it also relates to various sodas of realization which smells like all the preceding processes *
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According to a first embodiment of the methods for reducing halogenation of chlorurztioa, calcination, distal- lation and drying, the preceding operations are carried out at a pressure lower than the pressure .t:; -. Osph6rlque.
The thickness of the layer of treated product varies depending on the reactions to be carried out.
The product is heated on part of the trays
The gases intended for the treatment of the product are brought into contact with the product on part of the trays.
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Each tray or series of trays is heated separately so as to obtain temperature zones defined on each tray, which makes it possible to perform various successive or simultaneous reactions each corresponding to one or more temperature zones.
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t3rlperatars.
A cooling fluid is circulated in certain trays, so as to absorb heat on the trays where the reductions are exothermic, which makes it possible to limit the heat.
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reaction temperature and to ensure Gs :: o.ler.1ent storage. du: r # t.-'-. riPl used.
Catalysts are incorporated into the product to be treated or flui.e: zeü;., To promote l3s r.:...ctiO.1S ani3re and aiiroître laurs speeds.
We run a lans of different products to process from top to bottom in more. '.: 1st anpprells tales and series' 1 ")
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one below the other and in which the various gaseous streams required are circulated, the mixture of products to be treated circulating by gravity. o controls the reduction speed by varying the stirring speed of the treated products on these trays, adjusting the speed to a very low value allowing reactions to be carried out on powdery materials, while reducing. sant the entrainment of dust.
The products to be treated are brought to the pulverulent state to facilitate the reactions which thus become faster and more complete. The invention generally extends to all of these processes, whatever the apparatus. and the facilities for their realization. However, the invention also extends to various installations allowing a particularly simple and efficient implementation of the above processes.
To this end, the invention relates to an installation for the reduction of products in accordance with the foregoing methods and characterized by a calcination furnace first purifying the product to be reduced and a reduction furnace arranged under the calcination furnace, so that the product to be treated circulates by gravity from one oven to the other.
The invention also relates to an installation for the reduction of the product in accordance with the preceding paragraph and characterized because the gases leaving the reduction furnace are sent to a converter which regenerates the reducing gas by the action of a catalyst or of incandescent carbon.
The invention / extends also to a distillation or drying apparatus characterized by rotary plates interposed between the fixed plates, the rotary plates sweeping the product to be distilled to bring it down from plate to plate, these plates being traversed by a heating fluid to bring the product to the distillation or drying temperature.
The invention also relates to a process for the treatment of ores containing iron oxide.
In their natural state, ores (oxides, sulphides
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carbonates, etc.) contain, independently of the desired metal element, a variable number of metal compounds constituting the impurities; these are in the majority of cases difficult to remove and, therefore, the element metal cannot ultimately be obtained except in a state of purity approaching more or less absolute purity.
Thus, for example, the iron oxides obtained by the processes customarily used can have an impurity content of 20% and sometimes more.
The known purification or enrichment processes rely in the majority of cases on the application of physical means as is done in flotation processes. or separation. using a magnetic field.
It is recognized in the latter case that the purification of the ore is very variable, and in any case incomplete unless the ore already presents a high purity, as in the case for example of natural magnetite,
This is essentially due to the nature of the impurities, their physical state, as well as their possible combination with the element metal.
It is possible to remove the impurities, partially or totally, by chemical means, using appropriate reagents * But this technique is very expensive in practice and is only used for refining the crude product as long as this operation is paying.
The object of the present invention is to avoid the foregoing drawbacks,! It relates to a process for the treatment of ores containing iron oxide, characterized in that the ore is heated until complete melting, so that the impurities constituting the guangue are slagged, float the molten dioxide mass and are thus easily separated from this oxide.
According to one embodiment of the invention, a flux, lime, soda silica, for example * is added to the treated ore.
This flux is chosen according to the nature and composition of the impurities from a qualitative point of view and according to the importance
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quantitative impurities,
In carrying out the process according to the invention, the ore is brought to complete melting with or without the addition of reagents, and the slag is obtained in the upper part of the molten bath and the molten oxide. , stripped of most of its impurities, at the lower part.
The operation is carried out in different media, depending on the nature of the iron oxide which it is proposed to obtain * a) the operation is carried out in a medium ydant to obtain iron seequioxide, For example, can blow air or oxygen into the bath so that the proteoxide is brought to the state of sesquioxide fe2 o3 or magnetite fe3 o4.
b) on the contrary, the operation is carried out in a slightly reducing medium in order to obtain iron protoxide Feo or magnetite oxide Pe3 04 so as to remove as much as possible in this case of the iron sesquioxide. '
The treatment of the oxide of molten iron at the outlet of the melting furnace depends on the nature of the iron oxide which is to be obtained as explained below:
The molten iron oxide is subjected:
a) abrupt cooling to normal temperature away from air to obtain Fe3O4, b) less, rapid cooling, for example, in the ambient environment to obtain Fe2O3 c) rapid and abrupt cooling from a temperature of 700 minimum, retort for Fe3O4. when we want to obtain FeO.
In the case of ores containing volatile metal oxides, for example zinc oxide, the ore is first heated so as to remove the volatile oxide which is then recovered by condensation, then the residual ore is treated with the previous processes.
The invention also relates to a process for obtaining metal iron and its oxides from ore, whatever its nature, characterized because the ore oxide is first reduced to the metal state or of sub-oxide, then the
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reduced product, thus separating the metal or x from impurities and effectively removing these impurities in the form of slag.
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This process which, in fzit, is characterized by the. C3mtainaison of the two operations known per se (ro1clue, ti O! l, then fusion) thus makes it possible to obtain the iron # at.t = 1 or the suboxide.au ..11fr.: xlmüm possible of purity , 1s. all of the gangue being effectively eliminated. 'The intention concerns, not only, the process ,, 61141rel described above and characterized pure 1 & co: b; ¯nr i son, 5.? Nér ;;; the two a p6r & t Ion known per se (rGdt , tetiol1, fusion),:
There are also other procedures which are carried out by this. combination of the previous process with eoMplénientaireSt operations
First of all, the invention relates to a process in accordance with the preceding ones and characterized because, after having separated the iron metal or the suboxide, it is oxidized, so as to obtain an oxide with a desired oxygen content.
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We can also, according to the idea, reduce the
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oxides of, iron -mataI or the sub-oxide until 10 iron peroxide (sesquioxide Fe2 0) is obtained, ie the oxide with maximum oxygen content.
It is also possible, in accordance with the invention, to reduce the iron oxides obtained in accordance with the preceding paragraphs and in particular the iron sesquioxide Fe2 O3, so as to obtain an oxide in a less oxidized stage, in particular the magnetic oxide Fe O4.
Ultimately, the process defined above has the following three general characteristics: a) treatment of iron ores by the combination of the two operations (reduction, smelting). b) oxidation of the iron metal or of the oxides obtained according to the preceding paragraph. c) reduction of these oxides, so as to ultimately obtain the oxide at exactly desired content.
In the following description we have grouped, for the clarity of 'this' exposed all the embodiments around
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these various successive operations:
1 - Reduction operation -
It is advantageously possible, according to the invention, to carry out the reduction of the iron ore by applying to this reduction reducing gases with high carbon monoxide CO contents (preferably greater than 60); these high content reducing gases have high activity and thus allow reduction to be carried out at relatively low temperatures. Therefore, the expenditure of calories in the operation is reduced to a minimum.
The proportion indicated above can obviously be modified by way of example. In particular, reducing gases of up to 80 - 90% carbon monoxide CO and even more can be used.
In order to obtain these reducing gases with a high carbon monoxide content, they can be advantageously produced by passing oxygen, instead of air, over the carbon.
It is possible, without departing from the spirit of the invention, to use reducing gases of very different compositions and in particular one. can use reducing gases which contain either carbon monoxide CO, hydrogen H, or a mixture of carbon monoxide and hydrogen.
In the latter case, the reducing gases are obtained, for example, by passing water vapor over glowing charcoal, resulting in the formation of a water gas rich in carbon monoxide and in hydrogen.
The hydrogen introduced into the reducing gases also has the effect of greatly reducing the carbonization of the iron and thus makes it possible to obtain a molten metal with low carburization *
The implementation of the above characteristic of the method according to the invention thus leads to provision in this. installation of a steam generator *
The water vapor 'thus obtained is applied partly to the manufacture of the reducing gases, as explained above, and partly to any other operation, for example drying the oxidized ore.
This water vapor thus constitutes a very convenient means of heating to ensure in a very simple way the setting.
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industrial work of the whole of the invention.
According to another characteristic of the invention, the reducing gases are passed over the iron ore in order to reduce it, then these gases are regenerated and they are passed again over the iron ore, these gases thus circulating in a closed cycle, which ensures a completely methodical reduction of the ore and perfectly homogeneous results; this arrangement thus has the important advantage of reducing the. consumption of reducing gases and in particular the consumption of the coal necessary for the formation of these reducing gases.
According to one embodiment of the. previous characteristic, the reducing gases rich in carbon monoxide are partially or partially regenerated. all by their passage through a carbon column, whatever its purity. In particular, this charcoal can contain sulfur without inconvenience.
It is obviously necessary to bring the coal column under conditions such that it can efficiently regenerate the reducing gases rich in carbon monoxide.
In particular, in accordance with the present invention, it is possible to bring the coal column to a suitable temperature for regeneration, by external heating, by internal heating or by combustion of this coal column itself.
According to one embodiment of this characteristic, the gases originating from the heating of the coal column (combustion gases from burners, combustion gases from the coal column itself, etc.) are combined with the reducing gases, the all of these gases being reduced by the coal column, this assembly then being effectively applied to the reduction of the iron ore treated.
The heating or the combustion of the coal column can advantageously be adjusted so as to control the composition of the reducing gas and hence its efficiency.
As a result, we have a very simple way to control everything. instant the action of the gas reducing agent on the treated ore and consequently control the reduction according to the degree to which this reduction is desired (obtaining iron metal or obtaining its oxide).
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There is an advantage, in accordance with the present invention, in effecting this heating and combustion of the. column of carbon in the presence of a catalyst, in particular iron oxides, which also makes it possible to control the composition of the reducing gas.
This catalyst constitutes an effective means of control over the composition of the reducing gases and consequently over them. acting on the ore processed for the 'purpose explained above'.
According to the invention, the hot reducing gases leaving the reduction furnace are advantageously applied for the heating required for the various operations of the process, such as sintering, fusion, refining, etc., which allows very extensive recovery of the calories. As a result, the thermal efficiency of the operation is further improved.
According to an embodiment 'of the latter arrangement, the hot reducing gases leaving the reduction furnace and still containing significant contents of combustible gas such as carbon oxide or hydrogen or a mixture of the gases. two are burnt in the melting furnace. Under these conditions, total use is thus obtained of the residues of the combustible gases still contained in the reducing gases. For example if the reducing gases, after the reduction operation, still contain a certain content of carbon monoxide (CO) this combustible gas burnt in the melting furnace is thus used efficiently; the process according to the invention is thus carried out under optimum performance conditions.
The invention obviously extends to the general combination of the two means defined above (reduction of the ore, smelting of the reduced product), whatever the particular procedures by which the ore-treated with a on the one hand and the reducing gas on the other.
However, according to the present invention, the reduction operations (reduction of iron ore, reduction of iron sesquioxide) are advantageously carried out by stirring on the plates of a rotary kiln, the reducing gases circulating in the opposite direction to the product. treated, We thus obtain a
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completely methodical reduction of ore and oxides treated and completely homogeneous results.
It is practically advantageous to calcine the ore before reducing it, so as to immediately remove the volatile impurities and thereby facilitate the reduction operations.This calcination can, for example, be carried out, as well as the reduction, by mixing of the treated ore on the plate, of the rotary kiln, the hot gases circulating in the opposite direction of the product to be calcined, with or without the presence of reactants, bases NaOH- CaO - acids SO4H2, HCI- 'Halogens., lime hypochlorite etc * ...
2 - Melting operation - in, can perform the melting simply by heating the reduced ore, in an acid or basic hearth melting furnace * However, there is advantage, according to the invention, to melt the reduced product in the presence of fluxes, facilitating the melting of the gangue and the formation of 'slag, in particular CaO, SiO2. soda MgO, acids *
After the operation of reducing the oxide of the ore, the reduced metal product is advantageously sintered, so as to agglomerate the ore before melting and thus to avoid the. dust formation and the corresponding losses. This frying, which is optional, can be carried out without increasing the fuel consumption.
Preferably, the reduced metal product is sintered in the presence of fluxes, such as bases (CaO soda, etc.) which facilitate sintering.
As indicated above, the melting operation makes it possible to separate impurities in the form of slag, either the metal itself or the suboxide of this metal, these two products (metal or suboxide) being able to be then, effectively processed as explained below.
3 - Oxidation of products after reduction and fusion.
These products are present either in the state of metal or in the state of sub-p @ yde. One can operate in one or the other way described below. First of all, according to the invention, the metal iron or the sub-xoyde can be oxidized to obtain the magnetic iron oxide De 304.
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After obtaining this magnetic iron oxide, spraying is carried out in the liquid state, using a compressed inert gas such as nitrogen, then this oxide is poured into a liquid such as water which sta - bilise the magnetic oxide and evide its oxidation by air.
Then, the stabilized magnetic oxide is dried, pulverized to dryness, and then delivered to the market.
Likewise, the sesquioxide can be obtained by carrying out the oxidation of the metal or of the suboxide edited at 1200 - 1300 C.
It is also possible, from these last 2 oxides (magnetic oxide Fe3 O4 and sesqui-oxide Fe2O3 and working by reduction, to obtain less oxygenated oxides; in particular, it is possible to reduce the magnetic iron oxide Fe3O4. to obtain the suboxideFeO, which can be stabilized by rapid cooling in water.
These oxidation operations can be carried out in many ways, by any known means, in particular one can according to the invention, oxidize the metal iron or the suboxide by blowing in an oxidizing gas by spraying the molten product with cooling. in air, by peroxidation of the pulverized or ground solid metal in the presence of oxygen; or other similar means.
When the reduction has been carried out until iron metal is obtained, it is advantageous, in accordance with the invention to refine the iron metal obtained by reduction of the ore hydroxide, so as to remove certain impurities (carbon, manganese , etc.) and get. a pure metal, this refining being carried out for example by blowing in air or oxygen, or by adding reagents, such as iron oxides (scale), silicon, aluminum, etc ... the refined metal is finally collected , for example by casting in ingot molds, by spraying, by injection of inert gases under pressure, by direct precipitation in water or any other means known per se.
It is also possible, in accordance with the general process of the invention, to oxidize the metal after refining, which makes it possible to obtain very pure oxides.
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4 - Miscellaneous operations -
As indicated above, any reduction of the iron oxides obtained by oxidation of iron can be carried out. In particular, the magnetic iron oxide Pas 04 can be reduced, as indicated above, so as to bring it back to the state of iron protoxide Skin
All these reduction operations, as indicated moreover above, can be carried out by stirring on the plate of a rotary kiln, the reducing gases circulating in the opposite direction to the treated product.
The invention also relates to some secondary operations and characteristics which are described below:
According to the invention, the burnt gases originating from the various operations (sintering, melting, refining, etc.) are collected and they are partially or totally regenerated by reduction of these. gases' burnt, so as to obtain reducing gases and these regenerated reducing gases are applied to the reduction of iron oxide.
As a result, both the burnt gases are recovered and they are used efficiently in the implementation of the process.
It is also possible, in accordance with the present invention, to obtain, from liquid air on the one hand, oxygen for the production of the reducing gas, on the other hand, nitrogen for the formation of a neutral atmosphere, for example by to collect and protect the molten metal or oxide from any oxidation.
According to another characteristic of the invention, the burnt gases coming from the various operations (sintering, melting, refining, etc.) are collected and applied to reheating operations in one or the other of the operations. phases of the process (calcination, vaporization of water, etc.). The present invention extends: a) to the general processes as they have been described in. the preamble of the present request b) all the characteristics defined above and relating to the auxiliary ventilation for the implementation of the essential operations;
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c) to all the operating modes i.e. dsQf.l3us.
The invention extends not only to the above methods and to their various combinations, but also to the characteristics described below and to their various possible combinations.
The methods, installations and apparatuses in accordance with the invention are shown by way of example in the accompanying drawings in which: FIG. 1 represents an apparatus for carrying out the methods in accordance with the invention for the reduction , Oxidation, chlorination, distillation, drying, etc '...'.
- Figure 2 shows an embodiment of the cooling of the trays - Figure 3 shows an installation for the reduction of mineral or organic products - Figure 4 shows a variant of the installation of Figure '3 with a converter for the regeneration of reducing gases.
-'-The. Figure 5 shows schematically the converter -seur used in the installation of Figure 4. ¯ - Figures 6 and 7 show two embodiments. ti on of a reduction installation according to the invention.
- Figure 8 shows a distillation apparatus, - Figure 9 shows a distillation or drying apparatus with vacuum pump.
- Figures 10 and 11 are two schematic vertical sections of the whole of an installation for the implementation of a process according to the invention for the treatment of ores containing iron oxide.
- Figure 12 is a diagram of a complete installation for obtaining iron metal and its oxides from ore.
- Figures 13 and 14 are two diagrams of converters serving for the regeneration of reducing gases.
- Figure 15 is a diagram of another embodiment of an installation according to the invention.
- The calcination, reduction, oxidation processes,
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chlorination, are advantageously carried out in the oven .represented in the. figure 1.
This oven is made up of a certain number of horizontal circular trays 1, 2 ... 7, superimposed, forming stepped floors, completely independent of each other.
The odd trays 1, 3, 5, 7 are fixed, while the even trays are movable around a fictitious axis coinciding with the vertical axis of the furnace * Columns also support the movable trays mounted on rollers 13 rolling - on a rail 14 fixed to said columns-
The upper fixed plate 1 which closes the oven. is covered with a suitable heat insulating coating, preventing wastage and is provided with a suitable dispensing apparatus for the product to be treated.
An opening 15, mixed in the center, serves to evacuate the reaction gases. = 'The lower plate also fixed 7 closes the cap of a cylindrical masonry block containing the hearth, the flues 30, the ducts 31 for the reaction gas inlet and the tank 32 where the treated product falls.
The movable plates 2, 4, 6 receive their rotational movement by means of a vertical shaft 17 carrying toothed gears 18 which mesh with the crowns-12, said shaft being controlled from above or from below, by means of of a suitable transmission-, Each plate carries, sealed in its vault, a series of teeth 20 of a suitable refractory product, which are shaped and oriented to move in the desired direction the product spread on the bottom immediately below, either from the center to the periphery, or from the periphery to the center.
Thus, in the example shown here, the cover plate 1 carries teeth arranged and oriented to move the product supplied by a distributor to the center of the sole 2. from where it will fall on the sole-3 on which it. will circulate from the center periphery and that, by the sole fact of the rotation of the sole 2.
'This product' arriving at the periphery falls through openings 21 provided for this purpose, on the fixed .sole 3. The
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teeth provided under the vault 3 bring it back from the periphery of the. sole 4 to a central drop orifice 34 from where it falls on sole 5 and so on alternately from sole to sole and drop down through orifices 24, 25, 26 and 27a
The reaction gases follow a reverse path through the same orifices 27, 26, 25, 24, until the evacuation through the orifice 15,
The lower part of the furnace has burners, 34 directly above the orifice for introducing the reaction gases.
To cool the soles, circulation is provided. of cold air or gas in the channels 35 provided in the bricks of the vault and in the teeth 20 thereof, as shown in Figure 2.
The circulation of the cooling fluid can be caused in the movable soles, for example each time the orifices of the channels pass in front of a suitable suction or discharge orifice; the air or the circulation gas thus reheated in the. crossing of said channels that can be used in product processing plants.
Heating can be direct or indirect depending on the. material to be treated and can be carried out on one or more trays or on all of the fixed trays, all fuels being able to be used for this purpose.
The regularization of the temperature in the mass depends above all on the thickness of the product placed on the trays and is all the more perfect as the thickness of the product is lower. The scraper teeth 20 make it possible to equalize the thicknesses of the products.
Pulverulent materials can also be carried out as treatment, either dry distillations of sawdust or small pieces, or fu.si6ns, or cause entrainment by water vapor, by inert fluids or by suitable solvents.
The reaction agent can, to a certain extent, be circulated in a closed cycle, in order to reduce its consumption.
Likewise, simultaneous or successive reactions, - or alternating, for example oxidation and reduction reactions, can be carried out in the same apparatus, even at different
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temperatures; for this purpose, -e ** -UO2; this & iictes oxidizing and reducing agents are provided in different zones of the oven.
For the. calcination, heating is provided by burners 34 located at the lower part of the furnace, or possibly at the level of each fixed hearth, the fumes passing through the furnace in the opposite direction to the material.
3, The output of the last bottom hearth, the material can be brought into contact with the flames, for one. more energetic treatment.
The clacination can also be carried out on the raw material to which is added, either a flux or a body or a mixture of defined bodies, with a view to carrying out side reactions. Thus, for example, it is possible to add chlorinated compounds to an ore, in order to render mineral impurities soluble and easily removed by washing.
Products containing zinc can also be purified in the same way. The zinc is volatized in the form of an oxide which can be recovered directly at the outlet of the apparatus.
For the reduction, the previously calcined material is preferably used in order to remove volatile impurities.
This material is brought into the reduction furnace 40 according to that shown in FIG. 1.
The reduction furnace 40 is placed under the calcination furnace 41 (FIG. 3) which makes it possible to eliminate the handling equipment from one furnace to another, the material circulating by gravity.
The reduction furnace 40 is brought to the desired temperature.
The reducing baz is circulated as indicated above by introducing it through the orifice 31.
This reducing gas is generally hydrogen. Hydrogen can be obtained by dissociation of water vapor in the furnace itself. For this purpose, water vapor is injected into the bottom of the oven, through the opening 31.
However, remarkable results can be obtained by carrying out the reduction with carbon monoxide which is then regenerated in a converter 42 ..
To this end, the carbon monoxide CO is passed over the oxide to be reduced., In the reducing furnace 40, for example iron oxide Fe2 O3, The reaction is carried out as
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next: 3 fe2o3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2
The carbon dioxide obtained is then sent through a pipe 45 into the converter 42 (FIG. 4) where it is transformed into carbon monoxide on contact with the carbon, the reaction being incandescent as follows:
CO2 + C = 2 CO
The carbon monoxide thus obtained is sent in part through the pipe 44 into the reducing furnace 40 where it performs the previous reduction and the cycle begins again.
The converter. 4 ?. where the production of carbon monoxide from carbon dioxide takes place is advantageously constituted as follows (FIG. 5) It comprises at its upper part a sealed airlock 51 for the continuous supply of gas. coal and at the lower part a grid 52 and a scrub door 53. The converter 42 is heated externally by the burners 541 542 543 544 supplied with gas or any other fuel.
These burners 54 are located on different stages, which makes it possible to produce zones of different temperatures. the gas to be treated is brought to a. the lower part 55 of the converter 42 and travels from bottom to top through the coal where the catalyst is maintained at the desired temperature by the burners 54.
The thus treated leaves at the top of the converter and is led downwards by a pipe 56 to be then directed into an exchanger 57 where it gives up all or part of its calories to the gas to be treated before being fed. at the bottom of the converter 42.
In effect, the gazdevant-being treated arrives at the upper part of the exchanger 57 via a pipe 58 and circulates through a series of parallel tubes 59 in .la. room of. cooling 70 of the treated gas.
For the reductions, a mixture of hydrogen and carbon monoxide in the form of a water gas, for example, can also be employed as a reducing gas.
This gas of composition x CO + y H2 can be fegenerated in the same way as CO gas by passing through the converter.
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sor 42.
Depending on the composition of the reducing gases and the. reaction temperature, one can obtain in the example of the oxide of
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iron Fef 0 the whole range of spells-oxides, salt oxide, diva.- slow oxide or even pure iron which can be melted down.
, According to another embodiment (FIG. 6) the fumes from the burners of the converter 42 are used to carry out the calci-
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previous nation of ¯1 'o.:; Danemarkyde in the household. for this purpose, the scaffolding gases: 1t from the converter 42 are directed by the pipe 46 at the inlet of the calcination furnace 41. The circulation of the reducing gas is ensured by a ven'bil: J.-alU '47.
We. thus recovers càïlor '- ,, which leads to excellent thermal efficiency and to a very simple operation of'! tizistaJ¯7 a tian. In fact, the degree of reduction of the oxide is a function of the temperature and of the concentration of reducing gas in the gaseous phase which is itself a function of the temperature of the converter 42, the operation of the installation comes down to maintaining temperatures
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of each ràaculorre
Thus, in the particular case of the manufacture of magnetite, from iron sesquioxide with carbon monoxide,
the reduction can be made around 600 650 with a
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gaseous composition of carbon 4-doyde 00 and 60% of carbon dioxide CO 2 '- The converter temperature is of the same order, the reducing gas carrying out a closed circuit.
According to another embodiment, a mixture is sent. carbon dioxide and carbon monoxide in the reduction furnace (40) figure; through tubing 48. To recover part of the
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gas mixture after the reaction in the. reduction furnace 40, the. converter 42 in bypass on the circuit of the reduction furnace 40. The carbon monoxide obtained in the converter 42 is then introduced through the pipe 49 in the desired quantity and
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determined in the reduction furnace 40 with the mixture of carbon monoxide and carbon dioxide introduced into the cycle.
An oxide freed from its volatile impurities by calcination can be obtained in this installation which, on reduction, gives a very pure magnetite. The purity of this magnetite.,
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is further improved if the charcoal used is charcoal.
Pure magnetite regenerated according to the foregoing methods can be used for the preparation of hydrogen. To this end, a stream of water vapor is sent over the magnetite brought to red which oxidizes releasing hydrogen, the oxidized product then being regenerated by reduction, the two operations being able to be carried out in the same apparatus. As indicated above, the reducing agent can be either carbon monoxide, or water gas, or a mixture of the two gases. Either of these reducing gases are prepared from carbon dioxide or 1a. water vapor in the converter 42.
The hydrogen produced is very pure because the reducing gas itself can be very pure. Magnetite retains its properties for a very long time. The thermal roundness of the. The transformation is very high, the heating of the hydrogen generator being able to be provided by the fumes coming from the converter 42, as well as by the excess carbon monoxide from the 'conversion of carbon dioxide, or by the excess gas to water from the water vapor introduced into converter 42; depending on the reducing gas used.
FIG. 8 represents an apparatus for carrying out the distillation process according to the invention.
This device behaves, like the oven of the. FIG. 1 of the fixed plates 1, 3, 5, 7 and of the rotary plates 2, 4, 5 rotating opposite the fixed plates. These plates are hollow and are traversed by the heating fluid of the. water vapor for example.
The distillation products go to the upper part of the apparatus where they are evacuated with a view to their condensation. This apparatus is advantageously used for the dry distillation of small pieces of wood or sawdust, as well as for the treatment of seeds and wood waste.
This apparatus can also be used as a dryer to dry, for example, in a neutral atmosphere. or reducing wet magnetite or any other products:
The water vapor is eliminated at the top of the appliance. To decrease the drying temperature, a vacuum pump 64 performs a vacuum in the enclosure. relative (figure 9).
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Installations are thus produced which make it possible to carry out all kinds of reactions with an improved thermal balance thanks to the devices for recovering the heating gases and the reaction gases.
Figures 10 and 11 show another invention for carrying out a process according to the invention for the treatment of ores suitable for iron oxide?
A melting furnace A is heated by burners B supplied by a gas supply conduit C1 and arc C2. These burners are set so as to maintain a temperature in the oven of 1700 to 1800 o C.
The loading of the treated ore is effected at D, immediately above the level of the. melted mass in the oven; therefore, the formation of ore dust by the flue gases is reduced to the minimum possible. This loading is carried out either continuously or discontinuously.
This loading can be carried out in multiple ways: first of all, outside the furnace, a mixture between the iron ore and the flux can be carried out and the mixture thus prepared in D introduced into the chamber of the furnace above the free level of molten oxide.
One can also bring directly and separately in D in the furnace on the one hand the ore and on the other hand the flux.
The tank of the for A has two superimposed orifices E1 E2 one (E1) ensures the evacuation to the outside of the slag formed on the upper surface of the bath, while the other (E2) ensures the evacuation of 'molten metal oxide.
The slag thus separated is treated by known methods, for example by granulation in a body of water.
The molten oxides are collected through the orifice E2 and are then subjected to cooling under the conditions indicated above; in particular these oxides are subjected to sudden cooling so as to obtain Fe3 04 (magnetic oxide). The molten oxide can be brought to a highly divided state by the action of an inert gas under pressure.
The fumes from the. fuel combustion
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of the burners B passing at their exit from the furnace field A in inversion generators G1 G2 where they. abandon their sensible heat which is used for preheating the fuel gas and the combustion air to obtain the required operating temperatures according to known methods.
In the case where the process is applied to pyrite ash resulting from the combustion of sulfur, the installation in accordance with the invention and shown in the attached drawing, is independent of the pyrite roasting furnace or immediately arranged. - ment following the toasting oven. It is also possible to obtain by the combination of the devices described above, the whole range of iron oxides.
Numerous modifications can be made to the method and to the installation described above by way of example, in particular the sensible heat of the fumes at the outlet of the Gl @ 2 regenerators can be used. dehydration, preheating the ore to be melted, drying the finished product, etc.
The process according to the invention can be applied to iron ores of very different naters, in particular it can be applied to the treatment of pyrite ash which is used as such, without any prior grinding.
For the manufacture of magnetite, from sesquioxide, it is not necessary to maintain the reducing medium by injecting water vapor or hydrogen, or Co or carbon in the presence of air, because, above the melting temperature of magnetite (1500/1600 C) iron sesquioxide dissociates into magnetite and oxygen.
Under these conditions, it suffices to keep the temperature of the oven at 1600 0 minimum. However, as solid solutions (Fe304 - Fe2O3) can form, it is advisable to inject, if necessary, into the laboratory of the furnace containing molten oxygen, an inert gas or a reducing gas, in very small quantities. to reduce the small amount of Fe2O3 kept in solid solution
Iron protoxide FeO can be obtained from Fe2O3 or Fe3O4 from the smelting of the ore according to the present invention, by subjecting the latter to reduction by CO or
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hydrogen for example.
Conversely, by subjecting the protoxide FeOa to oxidation
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we can get the. magnetite Fe04 or sesquioxy-de a S FeO ..
Ores containing an infusible oxide, such as alkaline earth carbonates, or hydrates for example, cannot be processed.
To facilitate the separation of the gaague and the oxides with these ores, it is possible to decompose the carbonate and the hydrates sprayed beforehand in a flame before bringing them to an oxidative fusion according to the process; in accordance with the invention,
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If finally with regard to the embodiments of the present invention, all the systems of the furnace can be used.
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sés, provided that they are arranged in such a way as to allow complete melting of the ore. it is thus, for example, that the turbulence furnaces, I: s rotary furnaces, 1'0.o: 1: 'g with crucibles,: tc. on- can be used after àtdapti) Lo ± ù-.
If there is electrical energy, the treatment
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This can be done in any electric oven, either continuously or discontinuously.
FIGS. 13 to 15 represent a general installation for obtaining metal iron and its oxides from ores, according to the processes in accordance with the invention.
The overall installation shown in FIG. 13 comprises groups of devices which follow one another in the order corresponding to the operations of the process, such as
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that they were previously described * The following description follows the following order: 1 - Circulation of the treated ore, 2 - Circulation of various gases.
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The crude mineral <1 brought to 1 and ljrllé in 2 undergoes in 5 a dehydration and calcination operation, this calcination having the effect of depriving the ore mw: 5d * n, tercw> t of all its volatile impurities * This dehydration operation and calcination:,. preferably in a rotary plate kiln, the ore being stirred
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sur'ce p-lataaae while the heating gases flow in direction
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Reverse of this minera. 1.
The ore thus dehydrated and calcined is brought to 4 in. a reduction furnace, for example, a rotary plate furnace, the ore to be reduced on the one hand, the reducing gases on the other hand, circulating in the opposite direction to each other *
The ore thus reduced, for example, to the state of metallic iron or iron suboxide, is sintered at 5, so as to agglomerate the ore and to avoid any formation of dust and the corresponding losses.
The ore thus agglomerated is then brought into a melting furnace 6, in which it is advantageously possible to add fluxes such as bases, to facilitate the melting of the gangue and its separation. This melting furnace thus makes it possible to separate: a) at the upper level the slag or slag coming from the gangue discharged at 10 and used for example to form agglomerate bricks or all other applications * b) reduced metal products, these products being constituted, for example, by metal or by an oxide of the metal.
The molten metal is brought at 7 into a refining furnace in which the treatment is carried out, for example, by blowing in air or by injecting reagents such as iron oxides, scale, silicon, magnesium, aluminum, etc. the refined iron is finally collected at 8. It can in particular be collected by pouring into the ingot molds, by spraying, by injection of pressurized gasoline, by direct precipitation in water or any other known means.
The slag is discharged at 9 and used for all desired purposes.
If one wishes to obtain oxides plus oxides from the metal or the iron suboxide, the metal product from the fusion 6 is brought into an oxidation furnace 11 in which the metal product is treated by any means suitable, in particular by blowing in an oxidizing gas, spraying or molten product with cooling in air, peroxidation of the solid metal sprayed or burnt in the presence of oxygen, etc.
In particular, by this oxidation it is possible to obtain
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magnetic iron oxide Fe 0, then ofi pulverizes this liquid magnetic oxide FeO4 with the aid of a compressed inert gas such as nitrogen, then this oxide is poured into a liquid such as water, this
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. which stabilizes the EN-genetic oxide and avoids its oxidation. by water.
This separation operation of the magnetic iron oxide
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is carried out in 12. .r¯rès stabilization of this mgnetic iron oxide; it is dried in 13, it is pulverized with zec by a suitable grinding1 in 14 and finally it is conditioned in 15, so as to bring it to a state where it can be directly delivered to the cOIr ... t: 1ercè-.
Cn. Can also perform wet grinding. followed by draining and drying.
The various gases which come into play in the previous installation circulate as follows:
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First, a gas generator rich in carbon oxides and hydrogen 16 is supplied at the i by a stream of water vapor coming from a heater 18 and at 19 by a stream of oxygen coming from gas bottles. liquid air 20, a gas rich in carbon monoxide-and-hydrogen is formed in this generator, this richness being able to reach 80 to 90% and even more if necessary.
This gas is thus sent to the reduction furnace 4, the use of oxygen pour'la. formation of this reducing gas' thus makes it possible to obtain this high carbon monoxide content allowing
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itself the reduction under conditions of low tempsra.ture and therefore under conditions of optimum thermal efficiency.
The gases flowing from the reduction and leaving the reduction furnace 4 in 21 are used at 22, 23 and 24 for the heating required by the sintering, melting and refining operations. As a result, these gases are stripped of most of their heat. ries and the yield of the entire process is increased.
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The flue gases leaving these a 1-ittage, smelting and refining apparatus are connected at 25, pass into the regenerator of the melting furnace 10, then into the dehydration and calcination furnace 3; then, in the boiler 18 and finally in an economizer 26, in which these gases are stripped of the major
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part of the calories which they still contain ;, finally these gases are evacuated at 27 towards the. ' fireplace.
The recovery thus effected is pushed to the extreme limit; in practice, the gases are evacuated to the atmosphere at 27 at the outlet of the economizer 26 at a temperature. at most equal to 150 whereas -these gases, at their exit from the .fusion furnace were at a temperature of 1750 to 1800 o / De made.on obtains a very thorough recovery.des calories from the reducing gases.
The steam produced in the boiler 18 can be used not only for the formation of the hydrogen-rich reducing gas, but also for any other applications required by the installation. In particular, this steam can be directed at 28 to the dryer 13 and ensure there in a closed vessel, following the release of heat from this steam, 1 the drying of the wet magnetic iron oxide and -from the stabilization apparatus. .
The water vapor given off in this drying apparatus is fed at 29 into a condenser. is condensed therein, and can be, at the same time as the purge water, sucked by a pump 30 and delivered at 31 into the economizer 26 and into the generator boiler 18.
On the other hand, the liquid air cylinder 20 which produces the oxygen supplied at 19 into the gas generator thus makes it possible to obtain gas rich in carbon monoxide and gives birth at the same time. significant amounts of nitrogen that can be used in the previous installation at all points necessary to create a neutral atmosphere, in particular, this nitrogen can be used in the device 12 for the stabilization of magnetic oxides, as well as in dryers 13 for drying the magnetic oxide coming from the stabilization apparatus.
Ultimately, the liquid air 20 is totally used both by its oxygen and by its nitrogen.
Numerous modifications can be made to the overall installation shown schematically in FIG. 13. In particular, a device which makes it possible to regenerate the gases after a first reducing action on the ore can be produced in many ways. A regenerator allowing
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the planned regeneration is shown below and by way of example in Figure 14.
This regenerator device consists essentially of a carbon column. 32 heated externally: this contribution of cbaleur is intended to compose the losses pir the radiation of the apparatus and to supply 11 energy necessary for the endothermic reactions, of which it is the sièG3: reduction of. Goy to CO; due to the water vapor in E2 and GO, crack1 !!.!;, 7 rt.y üxo-- carbide .etc ....
The coal column is crossed by the current of
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gas to be regenerated: this effect, column 32 is loaded with alternate layers of carbon 33 and catalysts 34; for example iron oxide. These loads are carried out by airlock 35
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arranged at the top of the. column 3w and allowing the interruption of the charges of carbon and catalysts, without occurring pax following the release of ga-z ether to the outside.
The heating of the charcoal column 32 is provided by an outer casing 35 in which the heating is provided, for example, by air or oxygen burners 36.
The gases to be regenerated, that is to say, the gases coming from the reduction furnace and in which a significant quantity of oxide
2 de.carbon CO has been transformed into carbon dioxide C0. and brought to 37 at the bottom of the coal column 32. This gas stream rises vertically along f.ldans the coal column; carbon gas
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bonique CO2 and reduced in the carbon to the form of oxide of aarborie CO:
C + CO2 = 2 CO
Likewise, the water vapor supplied to 39 is reduced by carbon and transformed into carbon oxide and hydrogen according to the formula:
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H0 + C-CO + H2
We. ultimately obtains at the upper part of the coal column at 38, a regenerated gas rich in carbon monoxide and in hydrogen, i.e., a gas which has recovered most of its reducing parts and can thus be
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used again in the reduction furnace.,
In converters, the coal column therefore fulfills an essentially chemical role (reduction), and not thermal (combustion) the heat necessary to carry out the reactions being supplied by the burners.
The 'fumes coming from the heating chamber 35 and leaving at 40 can be reintroduced at 41 into the air stream of gas to be regenerated, penetrated with it into the coal column 32 and thus increase the total volume of gas to be regenerated.
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This increases the total yield of i'ins.tail a.tiont.
Likewise, part of the reducing gases which are gases
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rich in chp-rboi-i oxide and hydrogen and which, therefore; have a very high calorific value, can be supplied in 42 Ds.ns air or oxygen burners and participate in the combustion
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tion of these burners by ensuring the cl-iÉituf: CL5kre of the assembly 35 and consequently the cl-iouffp: ge-of the coal column 32.
Mid effect 1 & r> 5G: bnéu? *. TJ.on ou ga.z treated leads to an increase in the total gas volume, which makes it possible to use the excess of the converted gases for any auxiliary application, for heating of. converter itself. The converter
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FIG. 14 finally comprises a device. 52 d: v.cLZ :: tiou des ashes continuous or intermittent operation.
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Numerous modifications can be made to the converter shown in schematic figure 14 '. In particular another mode of r6allàauloii.de this converter is shown in FIG. 1'5. This conuertisse.ur comprises a coal column 32 with alternating layers of fuel and catalyst 32 and 11. These successive layers of char-
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bon and catalytic converter are loaded by the etolliche 35 airlock.
The gas to be regenerated rich in -1 ggz carbon dioxide CO 3 is fed to 37 ;. the water vapor necessary for the foriiiation of the gas to water by reduction of the vapors by charcoal is supplied to 39; the regenerated gas comes out at 38,
Instead of providing external heating of the converter, by an external casing 35,
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in the converter of figure 15 a heater, internal
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of the. coal column. To this end, de't4 opening into the very interior of the column 32 of the converter and thus ensuring the heating to a suitable temperature of this column.
The overall operation of this converter is
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quite similar to that of the converter already described with the aid of figure 14.
'3n varying modes of c: i.1auff.:; E da convortissur above described [;, we can achieve the contribution of C'-ilc? T¯ "necessary by the direct combustion of a ps-rtie 1JDiz 32 stain either with 1 1 air or with oxygen.
In this case, the functiom: .3-r.ant, dù. C (} l1.v0:;. 'TisB': H.ú: is similar to that of -: = zoane dsrs which cho: r :::: 1 ra.r¯3iL a double role of fuel. And of reducer, aV0, however the following light: it is that the reduction only applies to the Garbonic gases providing for the combustion of coal and to the water prior to a possible injection of steam to equalize -t on the gases to be converted which pass through the carbon layer brought to the required reaction temperature 'L FIG. 16 represents a diagram of an overall iistallation in accordance with the invention: but very simplified .
This facility operated at the. the following way: the mine-
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line of iron undergoes in 4 a reduction in the conditions already indicated; it then undergoes fusion in 6.
The gases follow the following circuit: the gases leaving
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reduction furnace 4 in 45 anxied reduction to -a conception of about 60% carbon oxide and hydrogen. These gases are burnt in oxygen burners 46 and thus ensure the fusion in 6 of the previously reduced ore.
The gases are thus burned and transformed into non-combustible gases, namely carbon dioxide CO2 and water vapor H2O which exit at 47 from the melting furnace.
The purity of the converted gases being above all a function of the purity of the carbon used, it is possible, if harmful impurities accumulate in the circuit, to eliminate or maintain them.
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. their percent-ge.co, istsnt by performing continuous purges 7
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or discontinuous as indicated in 48.
The gases then pass through a dust collector 49 to get rid of the entrained ore dust ,, Ves gases which must now be regenerated are admitted at 37 into a converter 50 exactly conforming to that shown in FIG. 15.
The regenerated gases and containing a proportion of 8 to 90% of carbon monoxide and hydrogen finally exit at 51 and return to the reduction furnace '.
A completely closed gas circulation circuit is thus produced.
'Ultimately, the installation of figure 16 represents characteristics quite similar to those of the installation of figure 13.,
However, this installation is greatly simplified and includes only the two essential operations! a) reduction of the ore; b) smelting of the reduced ore.