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BREVET D'INVENTION
Procédé pour la fabrication de ciment ainsi que les installations et les nroduits correspondants.
' Pour fabriquer le ciment par les procédés actuels, on opère par exemple de la manière suivante :
La charge (argile 25 % et chaux 75 %) diluée avec de l'eau pour former une nâte est cuite dans un four; on obtient ainsi des clinkers ou scories qui sont ensuite broyés finement en poudre impalpable; cette poudre est emmagasinée dans des silos; puis ensachée en vue de son utilisation dans la préparation des mortiers par exemple.
Ce procédé de fabrication entraîne plusieurs inconvénients :
1 ) la cuisson de la charge s'effectue à une tempéra- ture élevée qui varie en général entre 1450 C et 1600 C; il en résulte une dépense de combustible qui s'accroît très rapidement avec l'élévation de température;
2 ) les clinkers ou scories obtenus sont très durs,
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leur broyage est difficile et nécessite par suite une dé- pense notable d'énergie.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents; elle concerne notamment un procédé pour la fabrication de ciment caractérisé par ce qu'on effectue la cuisson de la charge dans un milieu rendu à la fois légèrement réducteur, aqueux et alcalin, ce qui permet de réaliser cette cuisson à une température dé beaucoup inférieure aux températures actuellement néces- saires, la scorie obtenue étant plus friable, ce qui facilite son broyage.
On peut réaliser dans le procédé conforme à l'in- vention le milieu réducteur à l'aide d'une atmosphère d'hydrogène, d'oxyde de carbone, de gaz à l'eau ou de vapeur d'eau en présence de charbon incandescent, mélangé à la charge, cette vapeur d'eau produisant ainsi elle-même le gaz à l'eau.
Le milieu aqueux est constitué par de la vapeur d'eau qui peut être introduite dans l'atmosphère du four, ou se former dans ce four lui-même, par une réaction qui y prend naissance.
Le milieu alcalin peut être obtenu en ajoutant à la charge un sel de soude ou de potasse par exemple.
On peut réaliser d'une manière très simple et par l'addition d'un seul produit le milieu réducteur aqueux et alcalin; il suffit pour cela d'introduire de l'ammoniaque dans la chambre du four;. ce corps est à la fois alcalin et réducteur; de plus, tant par son action réductrice sur l'oxyde de fer que par son eau de solution il donne naissance à de la vapeur d'eau qui constitue le milieu aqueux.
On peut faciliter l'action du milieu à la fois réducteur, aqueux et alcalin en effectuant cette action en présence de catalyseurs, par exemple de catalyseurs métal- liques tels que fer ou platine. En particulier, le fer
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réduit aide la décomposition d.- l'ammoniaque et facilite ainsi la formation et l'action du milieu à la fois réduc- teur aqueux et alcalin.
Suivant une variante de l'invention, on soumet la scorie, après la cuisson, à une opération de trempe par refroidissement brusque dans le milieu où s'est effectuée la cuisson, c'est-à-dire dans un milieu à la fois légère- ment réducteur, aqueux et alcalin.
Pour faciliter cette opération de trempe ou la remplacer, on peut ajouter à la charge des métaux addition- nels, tels que le nickel ou le cobalt (en particulier on neut ajouter à la charge de l'oxalate de nickel, dans une proportion d'environ 1 % du poids total de cette charge, cet oxalate se décompose sous l'action do la chaleur du four et donne naissance à du nickel en poudre, intimement mélangé à cette charge et qui coopère à la trempe.
Dans le cas où l'opération de trempe serait insuffisamment réussie, ce que l'on constate par l'expan- sion de la chaux qui se traduit par un fendillement des scories, on corrige cette opération de trempe par une opération de revenu.
A cet effet, on fait réchauffer la scorie dans le même milieu, réducteur, aqueux et alcalin, à une température de 100 par eyemple pendant 2 à 3 heures ou à une température de 7000 pendant quelques minutes, puis on opère encore le refroidissement brusque de la charge-
Oh obtient ainsi un ciment de bonne qualité sans qu'il soit nécessaire de le laisser séjourner long- temps dans les silos.
Quoique l'on puisse évidemment varier de multi- ples manières le détail opératoire du procédé, la demande- resse donne ci-après trois exemples détaillés permettant la mise en oeuvre de ce procédé.
Exemple 1
1 - Extraction - On extrait une terre argileuse,
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dans la région de Bruche (Bas-Rhin), par-exemple, et contenant :
74 % de carbonate de calcium
26 % d'argile.
Cet argile a la composition suivante :
19 % Sio2 ( % FE2O3
EMI4.1
7 z ( A1203
2 - Traitement préliminaire - On sèche à l'air libre cette terre argileuse et on la broye finement.
3 -Cuisson - On introduit dans le four une charge de 500 kilogrammes de cette terre argileuse, à la- quelle on a ajouté 6 à 8 % de soude (milieu alcalin) et 1 % d'oxalate de nickel (métal pour trempe).
On amène dans la chambre du four un courant d'hydrogène et de vapeur d'eau (milieu réducteur et aqueux).
Le four est chauffé à une température de 1000 C environ.
Il suffit de maintenir la charge pendant 5 minu- tes environ à cette température.
4 - Refroidissement et défournement - On laisse refroidir dans le four dans la même atmosphère d'hydrogène et de vapeur d'eau. On obtient une scorie noire que l'on défourne, pour l'envoyer aux broyeurs ordinaires.
Exemple II
1 et 2 , mêmes opérations que dans l'exemple I.
3 - Cuisson - On introduit dans le four une charge de 500 kilogrammes de terre argileuse.
On amène dans la chambre du four un courant de gaz ammoniac, ce four ayant été chauffé au préalable à une température de 1000 C environ.
On maintient la charge pendant 10 minutes environ dans le four, cette charge étant introduite froide.
4 - On effectue alors le refroidissement brusque
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de la charge dans l'atmosphère d'ammoniaque. On obtient ainsi une scorie friable gris clair.
Exemple III
1 et 2 , mêmes opérations que dans l'exemple I.
3 - Cuisson - On introduit dans le four une charge de 500 kilogrammes de la terre argileuse, à laquelle on a ajouté 6 à 8 % de soude (milieu alcalin), 1 % d'oxa- late de nickel (métal pour trempe) et 25 % de charbon de bois en poudre.
On fait passer dans la chambre du four un courant de vapeur d'eau surchauffée.
Le four a été amené au préalable à une température de 1000 C environ.
Il suffit de maintenir la charge pendant 5 minu- tes environ dans le four, cette charge étant introduite froide.
4 -Refroidissement et défournement - On laisse refroidir dans le four dans l'atmosphère de gaz à l'eau..
On obtient ainsi une scorie noire, comme dans l'exemple I.
L'invention s'étend évidemment aux procédés ci-dessus définis, quels que soient les installations et appareils employés pour sa mise en oeuvre.
Toutefois, on a représenté à titre d'exemple sur la figure unique du dessin ci-joint un four permettant d'une manière particulièrement commode la fabrication du ciment par le procédé conforme à l'invention.
Ce four comporte un laboratoire mobile 1 dans lequel on introduit la charge par une trémie 8 et qui est muni intérieurement d'un revêtement partiel en nickel, qui forme catalyseur ; le brûleur 5 répartit la chaleur dans la chambre de chauffe 2 limitée par une enveloppe calorifuge 3.
Les gaz de combustion s'échappent par une chemi- née 4.
Les gaz de réaction, par exemple le mélange
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d'hydrogène et de vapeur d'eau (exemple I) sont amenés dans le laboratoire 1 par un conduit .
Le laboratoire communique par sa partie arrière avec un puits de trempe 6 refroidi par un dispositif réfrigérant 7.
Les scories ou clin.'cers sont recueillis en 10, tandis qu'un aspirateur 11 évacue les gaz de réaction en vue de leur récupération.
Au lieu de cuire l'oxydede fer en mélange avec l'argile et la chaux, on peut aussi traiter à part un oxyde de fer naturel, par le procédé ci-dessus décrit et à l'aide de l'installation représentée sur le dessin annexé et ajouter ensuite le produit qinsi obtenu à un ciment fabriqué par les procédés ordinaires ou à un ciment com- plètement éventé, ce qui permet de régénérer ou d'amé- liorer les qualités de ce dernier produit.
Enfin, suivant une autre variante de l'invention, on ajoute à un ciment ordinaire un. oxyde de fer conforme à celui obtenu par le procédé précédemment décrit, par exemple un oxyde de fer ayant des propriétés magnétiques ou des propriétés telles que celui obtenu par voie humide, notamment par précipitation d4un chlorure; cette addition a pour effet de régénérer le ciment ou d'améliorer ses qua- lités, ce qui permet en particulier d'activer son durcis- sement.
L'invention s'étend non seulement aux procédés et Installations ci-dessus décrits, mais aussi aux pro- duits conformes à ceux obtenus par ces procédés; notamment l'invention concerne un ciment caractérisé par une teneur accrue en oxyde de fer à propriétés magnétiques ou obtenu par voie humide.
En résumé, l'invention permet d'obtenir des ciments d'excellentes qualités, tout en facilitant la fabrication ; l'invention permet notamment la réduction de la température de chauffage et par suite du prix de revient du procédé.
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PATENT
Process for the manufacture of cement as well as the corresponding installations and products.
'To manufacture cement by current processes, for example, the following procedure is carried out:
The filler (25% clay and 75% lime) diluted with water to form a layer is baked in an oven; clinkers or slag are thus obtained which are then finely ground into an impalpable powder; this powder is stored in silos; then bagged for use in the preparation of mortars for example.
This manufacturing process has several drawbacks:
1) the firing of the load is carried out at a high temperature which generally varies between 1450 C and 1600 C; this results in an expenditure of fuel which increases very rapidly with the rise in temperature;
2) the clinkers or slags obtained are very hard,
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their grinding is difficult and consequently requires a considerable expenditure of energy.
The object of the present invention is to remedy the above drawbacks; it relates in particular to a process for the manufacture of cement characterized in that the firing of the charge is carried out in a medium made at the same time slightly reducing, aqueous and alkaline, which makes it possible to carry out this firing at a temperature much lower than temperatures currently required, the slag obtained being more friable, which facilitates its grinding.
The reducing medium can be produced in the process according to the invention using an atmosphere of hydrogen, carbon monoxide, water gas or water vapor in the presence of carbon. incandescent, mixed with the charge, this water vapor thus itself producing the gas to the water.
The aqueous medium is constituted by water vapor which can be introduced into the atmosphere of the furnace, or form in this furnace itself, by a reaction which begins there.
The alkaline medium can be obtained by adding a sodium hydroxide or potassium salt to the feed, for example.
The aqueous and alkaline reducing medium can be produced in a very simple manner and by the addition of a single product; it suffices for this to introduce ammonia into the oven chamber ;. this body is both alkaline and reducing; moreover, both by its reducing action on iron oxide and by its water in solution, it gives rise to water vapor which constitutes the aqueous medium.
The action of the medium which is both reducing, aqueous and alkaline can be facilitated by carrying out this action in the presence of catalysts, for example metal catalysts such as iron or platinum. In particular, iron
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reduced aids the decomposition of ammonia and thus facilitates the formation and action of both aqueous and alkaline reducing media.
According to a variant of the invention, the slag is subjected, after baking, to a quenching operation by sudden cooling in the medium where the baking took place, that is to say in a medium that is both light - reducing, aqueous and alkaline.
To facilitate this quenching operation or to replace it, additional metals, such as nickel or cobalt, can be added to the charge (in particular nickel oxalate is not added to the charge, in a proportion of approximately 1% of the total weight of this charge, this oxalate decomposes under the action of the heat of the furnace and gives rise to powdered nickel, intimately mixed with this charge and which cooperates with the quenching.
If the quenching operation is insufficiently successful, which can be seen by the expansion of lime which results in cracking of the slag, this quenching operation is corrected by a tempering operation.
For this purpose, the slag is heated in the same medium, reducing, aqueous and alkaline, at a temperature of 100 per example for 2 to 3 hours or at a temperature of 7000 for a few minutes, then the sudden cooling of load-
Oh thus obtains a good quality cement without having to let it stay for a long time in the silos.
Although the operating detail of the process can obviously be varied in many ways, the applicant gives below three detailed examples allowing the implementation of this process.
Example 1
1 - Extraction - A clay soil is extracted,
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in the region of Bruche (Bas-Rhin), for example, and containing:
74% calcium carbonate
26% clay.
This clay has the following composition:
19% Sio2 (% FE2O3
EMI4.1
7 z (A1203
2 - Preliminary treatment - This clayey soil is dried in the open air and finely ground.
3 - Baking - A load of 500 kilograms of this clayey earth is introduced into the oven, to which 6 to 8% of soda (alkaline medium) and 1% of nickel oxalate (metal for quenching) have been added.
A stream of hydrogen and water vapor (reducing and aqueous medium) is brought into the chamber of the furnace.
The oven is heated to a temperature of approximately 1000 C.
It is sufficient to maintain the charge for about 5 minutes at this temperature.
4 - Cooling and discharge - Allowed to cool in the oven in the same atmosphere of hydrogen and water vapor. We obtain a black slag which we remove, to send it to ordinary crushers.
Example II
1 and 2, same operations as in Example I.
3 - Baking - A load of 500 kilograms of clay soil is introduced into the oven.
A stream of ammonia gas is brought into the chamber of the furnace, this furnace having been previously heated to a temperature of approximately 1000 ° C.
The charge is maintained for about 10 minutes in the oven, this charge being introduced cold.
4 - Sudden cooling is then carried out
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of the charge in the ammonia atmosphere. A light gray friable slag is thus obtained.
Example III
1 and 2, same operations as in Example I.
3 - Firing - A load of 500 kilograms of clay is introduced into the oven, to which has been added 6 to 8% of soda (alkaline medium), 1% of nickel oxalate (metal for quenching) and 25% powdered charcoal.
A stream of superheated water vapor is passed through the oven chamber.
The oven has been brought beforehand to a temperature of approximately 1000 C.
It suffices to keep the load for about 5 minutes in the oven, this load being introduced cold.
4 - Cooling and venting - Allowed to cool in the oven in the atmosphere of water gas.
A black slag is thus obtained, as in Example I.
The invention obviously extends to the methods defined above, regardless of the installations and apparatus used for its implementation.
However, there is shown by way of example in the single figure of the accompanying drawing an oven allowing in a particularly convenient manner the manufacture of cement by the process according to the invention.
This furnace comprises a mobile laboratory 1 into which the charge is introduced through a hopper 8 and which is provided internally with a partial nickel coating, which forms a catalyst; the burner 5 distributes the heat in the heating chamber 2 limited by a heat-insulating jacket 3.
The combustion gases escape through a chimney 4.
Reaction gases, for example mixture
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hydrogen and water vapor (example I) are brought into laboratory 1 by a pipe.
The laboratory communicates through its rear part with a quenching well 6 cooled by a cooling device 7.
The slag or clin.'cers are collected in 10, while a vacuum 11 evacuates the reaction gases for their recovery.
Instead of firing the iron oxide mixed with the clay and lime, it is also possible to treat a natural iron oxide separately, by the process described above and using the installation shown in the drawing. attached and then add the product thus obtained to a cement produced by ordinary processes or to a completely stale cement, which makes it possible to regenerate or improve the qualities of the latter product.
Finally, according to another variant of the invention, an ordinary cement is added. iron oxide in accordance with that obtained by the process described above, for example an iron oxide having magnetic properties or properties such as that obtained by the wet route, in particular by precipitation of a chloride; this addition has the effect of regenerating the cement or improving its qualities, which makes it possible in particular to activate its hardening.
The invention extends not only to the processes and installations described above, but also to the products in accordance with those obtained by these processes; in particular the invention relates to a cement characterized by an increased content of iron oxide with magnetic properties or obtained by the wet process.
In summary, the invention makes it possible to obtain cements of excellent quality, while facilitating manufacture; the invention makes it possible in particular to reduce the heating temperature and consequently the cost price of the process.