Transformation en chaux calcique ou dolomitique

Les fours sont au cœur du procédé de fabrication en transformant les roches carbonatées en un oxyde (chaux calcique ou dolomitique) qui offre de nombreuses propriétés exploitables par les clients.

 

  

 

 


 

La transformation chimique nécessite des quantités importantes d'énergie et est réalisée dans des installations industrielles de grande taille. Différents types de technologies sont utilisées : principalement, les fours rotatifs et les fours verticaux.

 

 

 

En savoir plus sur les fours rotatifs

Le four rotatif consiste en un long tube incliné d'environ cent mètres de longueur, alimenté par des pierres allant de 50 mm à moins de 3 mm.

 

La rotation et l'inclinaison du tube rotatif obligent la charge de pierre à rouler du haut vers le bas. La charge occupe seulement 10 % de la section transversale du conduit ; le reste est occupé par les flux gazeux. 

 

La charge reste dans le four rotatif pendant 6 à 8 heures. À l'intérieur, elle subit une montée progressive de la température avant d'atteindre la zone de décarbonatation où elle est soumise à une température élevée. Cela se produit à proximité du brûleur où le combustible est injecté. Les fours rotatifs utilisent habituellement des brûleurs qui permettent d'injecter plusieurs types de combustibles simultanément. Le profil de la flamme peut être adapté en ajustant les réglages du brûleur.

Les fours rotatifs génèrent une chaux à réactivité contrôlée et assurent une décarbonatation totale pour une valeur de CO2 résiduelle très faible. Ces fours servent à l'élaboration de produits spéciaux tels que la chaux à faible teneur en soufre ou la chaux calcique/dolomitique réactive spéciale et contribuent à optimiser les ressources.

 

En savoir plus sur les fours verticaux

Fours droits à alimentation mixte

Les fours droits à alimentation mixte correspondent généralement à un groupe de fours dans lesquels le calcaire (ou la dolomie) est mélangé à une charge de combustibles solides. L'air de refroidissement de la chaux est insufflé à la base en guise d'air de combustion du combustible mélangé aux pierres que l'on introduit au sommet du four. Ces fours sont soumis à de brusques montées de températures. La charge est soumise à des conditions de surcuisson. Ces fours servent à produire de la chaux à très faible réactivité, voire de la dolomie frittée. 

Dans d'autres fours droits, le combustible est injecté via des lances latérales à l'intérieur de la charge, directement dans la zone de calcination, ce qui génère une intense montée des températures.

Fours annulaires droits

Les fours annulaires droits sont une évolution des fours droits. Pour injecter d'autres types de combustibles dans le four, ce dernier comporte des chambres de combustion externes sur deux niveaux : 4 ou 5 chambres à chaque niveau selon la capacité du four. Dans ce type de four, un cylindre interne crée une zone annulaire externe par laquelle passe la charge, d'où son appellation de « four annulaire ».

La recirculation du gaz dans le cylindre central vide implique que la longueur effective de la zone de décarbonatation peut être prolongée vers le bas en-dessous des brûleurs inférieurs. Cela permet de produire une chaux plus réactive, ce qui n'est pas possible pour un four droit classique.

Four à flux parallèle régénératif (PFR)

Le four PFR est un four droit à hautes performances composés de 2 ou 3 cuves reliées entre elles par un carneau de liaison central. L'énergie est fournie par un jeu de lances qui sont plongées dans la charge. Certains fours sont équipés de 19 lances ; les fours modernes ont, quant à eux, 33 lances dans chaque cuve. Les fours PFR fonctionnent par alternance de deux cycles : un cycle de cuisson, puis un cycle de préchauffage. Lorsqu'une cuve est en cycle de cuisson, elle reçoit de l'énergie de l'extrémité des lances tandis que l'autre cuve est en cycle de préchauffage. Environ toutes les 12 minutes, l'injection du combustible cesse, inversant l'activité des cuves : la cuve en mode de cuisson passe en mode de préchauffage et vice versa. La température des pierres augmente de façon cyclique au fur et à mesure qu'elles descendent dans le four pendant la phase de préchauffage jusqu'à ce qu'elles atteignent le niveau de l'extrémité des lances. Il s'ensuit une phase de calcination à température variant de 900 °C à 1 100 °C, pendant une période de 9 heures ; ce qui assure la production de chaux réactives. Le préchauffage cyclique combiné à la réutilisation des gaz dans les parties supérieures des cuves dotent ces fours d'une excellente efficacité thermique.

Comparaison des technologies des fours

Production

Les capacités des équipements de calcination industrielle varient : les fours droits offrent une production quotidienne d'environ 60 tonnes de produits finis ; les fours PFR les plus récents (comme ceux que Lhoist a commencé à utiliser au Brésil en 2008) délivrent jusqu'à 800 tonnes par jour ; les fours rotatifs dotés de préchauffeurs verticaux produisent jusqu'à 1 250 tonnes par jour.

Rendement énergétique

La performance énergétique des fours industriels modernes varie également : de 55 % pour les fours rotatifs avec préchauffeurs et jusqu'à plus de 80 % pour les fours droits PFR.

Capacité du chargement

La capacité du chargement en pierres du four dépend du type de technologie utilisée. Les fours droits ne peuvent pas calciner des granulométries fines et reçoivent généralement des pierres comprises entre 25 mm et 180 mm. Les fours rotatifs sont compatibles avec des granulométries plus fines afin d'assurer des opérations en carrière optimisées et durables.

Le choix du four repose sur la qualité des produits requis par les marchés ainsi que par l'évolution équilibrée des carrières et l'optimisation des ressources naturelles. Pour sélectionner une technologie pour un four donné, une compréhension des caractéristiques du produit calciné requis par les clients est essentielle tout comme la connaissance des propriétés des pierres disponibles dans nos gisements.