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La Sté dite : I.G. Farbenindustrie Aktiengesellschaft à Francfort s/Main (Allemagne) Procédé d'obtention d'alumine, de ciment Portland et d'anhydride sulfureux. Convention Internationale: Demande de brevet allemand : I.75.081 IV b/12 m déposée le 22 mai 1943.
Il est connu d'obtenir de l'alumine et du ciment Portland à partir d'argile et d'autres matières brutes contenant de l'alumine par désagrégation à la chaux et au coke dans le four rotatif, de telle sorte qu'à partir de la brique recuite on puisse extraire l'alumine à l'aide d'une lessive de carbonate sodique et qu'on transforme le résidu de lixiviation en brique de ciment Portland par une nouvelle cuisson. Comme composé calcaire on peut également utiliser du gypse de sorte qu'au cours de la cuisson de désagrégation on obtienne en même temps de l'anhydride sulfureux. On n'obtient toutefois par ce procédé que des bri- ques très pauvres en alumine,, ce qui influence défavorable- ment le prix de revient de l'alumine.
C'est pourquoi on a tendu à réaliser, par une cuisson brutale à environ 1350-14009- C et refroidissement lent subséquent, un effrit- tëment'spontané de la brique en une poudre fine, afin de diminuer quel que peu les frais par suppression de la mouture. Mais une teneur plus faible en alumine dans la brique recuite agit aussi défavorablement sur les propriétés du @
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ciment à obtenir. Le résidu laissé après lixiviation contient alors notamment trop peu de chaux, de sorte que dans la brique du ciment Portland il ne peut pas se former une quantité suffisante du composé le plus important : le silicate tricalcique.
Il est,vrai, possible d'améliorer ultérieurement le résidu de lixiviation à l'aide de calcaire, mais cette amélioration exige une nouvelle opération coûteuse et le mélange ne peut jamais devenir aussi intime que lorsque la chaux se trouve de prime abord dans la masse. Il est naturellement possible d'écarter les inconvénients mentionnés en enrichissant en alumine le mélange soumis à l'attaque par addition par exemple de bauxite.
Mais, indépendamment du fait que, de cette façon, l'avantage propre du procédé consistant à n'employer que des matières premières indigènes est à nouveau supprimé, la cuisson dans le four rotatif est d'autant plus difficile à exécuter à la température d'attaque nécessairement élevée par suite de la formation aisée de grumeaux et par suite d'une attaque accrue du revêtement du four à cause d'une fraction croissante en phase fondue dans le produit de frittage, que la teneur en alumine est plus élevée.
Dans un autre procédé connu, on attaque l'argile, après un traitement de recuit approprié, par de l'acide sulfurique et le sulfate d'aluminium impur obtenu est transformé par cuisson, conjointement avec du sulfate calcique et du coke, en aluminate calcique.
On n'obtient toutefois ainsi pas de ciment Portland mais seulement une substance siliciée à côté d'une masse de carbonate calcique. La difficulté au cours de ce procédé réside surtout en ce qu'avec le sulfate d'aluminium qui s'obtient comme solution à environ 40 %, on entraine une grande quantité d'eau dans le processus, de sorte que ce n'est que d'une manière compliquée et coûteuse, par évaporation, par séchage et par mouture, qu'il est possible de fabriquer, à partir de la solution, un produit qui puisse être mélangé avec les autres composants.
De plus, ainsi que dans le procédé susmentionné, une dif- ficulté particulière réside dans la maîtrise du processus
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de cuisson, par suite de la grande aptitude de la masse à être fondue.
On a trouvé actuellement qu'on peut éviter les difficultés inhérentes aux procédés décrits et obtenir des avantages surprenants lorsque, conformément à l'invention, on combine les procédés de telle sorte que de l'argile ou une autre matière première contenant de l'alumine ou de l'acide silicique, tels que par exemple les cendres de charbon, ou les schistes provenant du lavage, et du sulfate d'aluminium sont attaqués en commun par du sulfate calcique et du coke, avec la possibilité d'introduire également le sulfate d'aluminium comme solution à environ 40 %, telle qu'elle se forme au cours de l'attaque de l'argile par l'acide sulfurique, immédiatement dans le mélange pulvérulent des autres composés.
La teneur en lessive de sulfate d'aluminium peut alors"varier entre 20 et 40 % environ dans le mélange, lequel peut être réalisé dans une vis sans fin ou dans un tambour à granuler, pour une quantité allant jusque 35% environ et dans un malaxeur violent pour des teneurs plus élevées.
Dès qu'il se forme alors des produits granuleux, le mélange peut être employé immédiatement; autrement il ne le sera qu'après passage au travers d'une boudineuse ou d'une rape à argile, etc. Dans chaque cas on obtient des produits qui sans apparition de phénomènes d'adhérence ou de cuisson peuvent être aisément déshydratés soit au cours même de l'opération dans le four par la chaleur des gaz d'évacuation, soit par un processus de séchage séparé de sorte que les grandes difficultés qui s'opposaient jusqu'ici au traitement de la lessive de sulfate d'aluminium peuvent désormais être surmontées.
Le fait que le mélange n'est plus introduit dans le four à l'état de poudre mais bien sous forme granulée, permet d'obtenir les avantages connus, tels qu'une plus faible teneur en poussière dans les gaz d'évacuation, un meilleur chauffage préalable du matériau et une marche régulière du four.
Comme avantage particulier du procédé on a été surpris de constater que dans de tels mélanges, déjà à @
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une température de cuisson d'environ 1100 -1200 C., le rendement en alumine soluble dépasse 80%.'A des'températures plus élevées il décroît à nouveau pour ne remonter qu'au cours de la cuisson jusqu'au frittage suivi d'un refroidissement lent. Grâce à cet effet tout à fait inattendu on est à mâme d'effectuer le processus de cuisson à 1100 C déjà, c'est-à-dire donc loin en-dessous de la température de frittage de la brique, ce qui fournit un produit d'attaque poreux pouvant être facilement moulu.
De cette manière, non seulement on épargne de l'énergie en combustible et on ménage la maçonnerie du four, mais on évite toutes les difficultés dans la conduite du four,qui se présentent lorsque des produits fondant facilement par eux-mêmes doivent être cuits aux températures de frittage.
En particulier,sans tenir compte de l'aptitude de la masse au frittage, on peut régler la teneur en alumine et en chaux, de telle sorte que le résidu de lixiviation possède la composition optima pour la cuisson subséquente du ciment, de sorte qu'on peut obtenir des ciments aux propriétés particulièrement éminentes.
Exemple.- 16,8 parties d'argile sèche, 59,2 parties d'anhydrite et 4,3 parties de coke sont moulues et mélangées et on y ajoute 19,7 parties d'une solution de sulfate d'aluminium brut contenant 10,2 % de Al2O3, et telle qu'elle a été obtenue par lixiviation'd'argile recuite à l'aide d'acide sulfurique à 40 %. Les composants sont intimement mélangés dans une vis sans fin et finalement moulés dans une rape à argile. Les produits moulés obtenus sont alors séchés à des températures de 200 C et ensuite introduits dans un four rotatif pour y tre'cuits à 1150 C dans des conditions légèrement réductrices.
Le produit peut tre facilement désagrège et est lessive par une solution de carbonate sodique à2 %,après mouture. 82 Yo de l'alumine contenue dans le produit recuit passe alors en solution. Après séparation de la lessive d'aluminate de sodium, la farine de brique est envoyée à travers un second four à cuisson et ainsi transformée en une brique de ciment de haute valeur, tandis qu'à partir
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de la lessive d'aluminate on précipite l'alumine de façon connue à l'aide d'acide carbonique.
Si au lieu des températures de chauffage de 1150 C indiquées, on utilise des températures considérablement supérieures ou inférieures, le résultat est moins favorable.
Pour un chauffage à 1000 C seuls 84 % environ de l'alumine peuvent .être lessivés, tandis qu'à 1300 C la fraction lessivable tombe déjà à 56 % et qu'à 1400 C elle tombe à 40 %.
.Ce n'est que par un refroidissaient lent durant deux heures' jusqu'à 1100g C que dans ce dernier cas la fraction lessi- vable du produit recuit peut remonter à 80 %.
Revendications.
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1/ Procédé d'obtention d'alumine, de ciment Portland et 'd'anhydride sulfureux à partir de matières premières contenant de l'alumine, de sulfate calcique et de coke avec un dosage des composants tel qu'outre le silicate dicaloique il se forme de l'aluminate calcique soluble dans une solution de carbonate sodique, caractérisé en ce qu'on ajoute du sulfate d'aluminium et qu'on cuit le mélange à environ 1100-1200 C après quoi, le résidu obtenu après la lixiviation'de'l'alumine est transformé en ciment au cours d'une seconde cuisson selon une méthode connue en soi.
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The company known as: I.G. Farbenindustrie Aktiengesellschaft in Frankfurt am Main (Germany) Process for obtaining alumina, Portland cement and sulfur dioxide. International Convention: German patent application: I.75.081 IV b / 12 m filed May 22, 1943.
It is known to obtain alumina and Portland cement from clay and other raw materials containing alumina by lime and coke disaggregation in the rotary kiln, so that from alumina can be extracted from the annealed brick using sodium carbonate lye and the leaching residue is transformed into Portland cement brick by further firing. As a limestone compound, it is also possible to use gypsum so that during the disintegration firing, sulfur dioxide is obtained at the same time. However, only bricks which are very poor in alumina are obtained by this process, which adversely affects the cost price of the alumina.
This is why we have tended to achieve, by brutal firing at about 1350-14009- C and subsequent slow cooling, a spontaneous crumbling of the brick into a fine powder, in order to reduce somewhat the costs by removing of the grind. But a lower alumina content in the annealed brick also acts unfavorably on the properties of the @
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cement to be obtained. The residue left after leaching then contains in particular too little lime, so that in the Portland cement brick, a sufficient quantity of the most important compound cannot be formed: tricalcium silicate.
It is, indeed, possible to further improve the leaching residue with the aid of limestone, but this improvement requires an expensive new operation and the mixing can never become so intimate as when the lime is first present in the mass. . It is of course possible to eliminate the drawbacks mentioned by enriching the mixture subjected to attack with alumina by adding, for example, bauxite.
But, regardless of the fact that in this way the inherent advantage of the process of using only indigenous raw materials is again eliminated, the firing in the rotary kiln is all the more difficult to carry out at the temperature d. The attack necessarily high due to the easy formation of lumps and due to an increased attack on the furnace coating due to an increasing melt fraction in the sinter product, the higher the alumina content.
In another known process, the clay is attacked, after an appropriate annealing treatment, with sulfuric acid and the impure aluminum sulphate obtained is transformed by firing, together with calcium sulphate and coke, into calcium aluminate. .
However, Portland cement is not obtained in this way, but only a silicon substance next to a mass of calcium carbonate. The difficulty during this process lies above all in that with the aluminum sulphate, which is obtained as a solution of about 40%, a large quantity of water is entrained in the process, so that it is only in a complicated and expensive manner, by evaporation, drying and milling, that it is possible to manufacture, from the solution, a product which can be mixed with the other components.
In addition, as in the aforementioned method, a particular difficulty lies in controlling the process.
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cooking, owing to the great aptitude of the mass to be melted.
It has now been found that it is possible to avoid the difficulties inherent in the methods described and to obtain surprising advantages when, in accordance with the invention, the methods are combined such that clay or other raw material containing alumina or silicic acid, such as for example coal ash, or shales from washing, and aluminum sulphate are attacked in common by calcium sulphate and coke, with the possibility of also introducing the sulphate aluminum as about 40% solution, as formed during attack of the clay by sulfuric acid, immediately in the powder mixture of the other compounds.
The aluminum sulphate lye content can then "vary between about 20 and 40% in the mixture, which can be carried out in a worm or in a granulating drum, for an amount of up to about 35% and in a violent mixer for higher contents.
As soon as granular products are formed, the mixture can be used immediately; otherwise it will only be after passing through an extruder or a clay grater, etc. In each case, products are obtained which, without the appearance of adhesion or curing phenomena, can easily be dehydrated either during the operation in the oven by the heat of the exhaust gases, or by a separate drying process. so that the great difficulties which hitherto opposed the treatment of aluminum sulphate lye can now be overcome.
The fact that the mixture is no longer introduced into the oven in powder form but indeed in granulated form, makes it possible to obtain the known advantages, such as a lower dust content in the exhaust gases, a better preheating of the material and regular operation of the furnace.
As a particular advantage of the process, we were surprised to find that in such mixtures, already at @
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at a firing temperature of about 1100 -1200 C., the yield of soluble alumina exceeds 80%. At higher temperatures it decreases again and only rises during firing until sintering followed by slow cooling. Thanks to this completely unexpected effect, we are able to carry out the firing process at 1100 C already, that is to say, far below the sintering temperature of the brick, which provides a product porous attack that can be easily ground.
In this way, not only is fuel energy saved and the masonry of the furnace is spared, but all the difficulties in operating the furnace which arise when products which easily melt by themselves have to be baked in the oven are avoided. sintering temperatures.
In particular, regardless of the sinterability of the mass, the alumina and lime content can be adjusted so that the leach residue has the optimum composition for the subsequent curing of the cement, so that it is possible to obtain cements with particularly eminent properties.
Example - 16.8 parts of dry clay, 59.2 parts of anhydrite and 4.3 parts of coke are ground and mixed and 19.7 parts of a solution of crude aluminum sulphate containing 10 are added thereto. , 2% Al2O3, and as obtained by leaching annealed clay with 40% sulfuric acid. The components are intimately mixed in a worm and finally molded in a clay grater. The molded products obtained are then dried at temperatures of 200 ° C. and then introduced into a rotary oven to be baked there at 1150 ° C. under slightly reducing conditions.
The product can be easily broken down and is leached with a 2% sodium carbonate solution, after milling. 82% of the alumina contained in the annealed product then goes into solution. After separation of the sodium aluminate lye, the brick flour is sent through a second baking oven and thus transformed into a high-value cement brick, while from
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from the aluminate lye, the alumina is precipitated in a known manner using carbonic acid.
If instead of the indicated heating temperatures of 1150 C, considerably higher or lower temperatures are used, the result is less favorable.
For heating to 1000 C only about 84% of the alumina can be leached, while at 1300 C the leachable fraction already drops to 56% and at 1400 C it drops to 40%.
It is only by cooling slowly for two hours to 1100g C that in the latter case the leachable fraction of the annealed product can rise to 80%.
Claims.
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1 / Process for obtaining alumina, Portland cement and sulfur dioxide from raw materials containing alumina, calcium sulphate and coke with a dosage of components such as in addition to dicaloic silicate it is forms calcium aluminate soluble in a sodium carbonate solution, characterized in that aluminum sulfate is added and the mixture is cooked at about 1100-1200 C after which the residue obtained after the leaching of 'the alumina is transformed into cement during a second firing according to a method known per se.