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U;i'ROC:;:IDJi 3T ¯:'i :tß 3T .'Ui3 L. -.ùKI'il11xic DU ZINC"
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La. présente invention concerne, d'une on e;éné- rale, la fusion de minerai de zinc et vise lus Jarticuliè- rment un procadG et un appareil pour la lÎroauction cle inc m6talliue, ou d'oxyde de zinc, dans un four électriuue con-
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tinu.
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Le procédé de l'invention est continu et peut être divisé, 0 elodo, en trois parties: :2reJuiàre1Hent, le tral- tement du minerai de zinc pr';9aratoire;1eo"t sa livraison au
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four; secondement, le traitement de la matière dans le four
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;Jour la yxoduction de vapeur de zinc et, txoisir.iement, le traitement de la v<:1peur de zinc pour la production soit de /,
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zinc métallique ou d'oxyde de zinc. Le procédé peut être mis en pratique dans un appareil de l'un quelconque des ty- pes ci-après spécifiquement décrits.
Suivant le procédé préféré décrit ici, on soumet d'abord le minerai de z.inc à un frittage.. Le minerai est par cela même rendu poreux, ainsi que résistant à l'écrase- ment et à l'attrition dans les. conditions auxquelles il se trouvera exposé, dans son traitement subséquent, et il de- vient également relativement bon conducteur de l'électricité spécialement lorsqu'il est chauffa aux températures auxquel- les il est soumis dans l'opération de réduction. Le fritta- ge peut avantageusement être effectué concurremment avec une opération de désulfuration qui ' réduit la teneur ' ensoufre du minerai de préférence à environ un demi pour cent, ou même ,moins.
On broie ensuite le minerai fritte, et on le crible pour le réduire en grains d'à peu près la grosseur de grains de murs ou de pois, afin de rendre la masse uniforme et d'assurer une charge très perméable. On le mélange ensuite avec du coke ou de la hou'ille, ou autre matière carbonacée, granulée et il est alors prêt à être livré au four.
Le four employé pour la mise en pratique du procéda est du type vertical à cuve, dans lequel la charge est intro- duite à la partie supérieure' et descend par gravité à, travers le four en un,,courant continu,,
La charge entrante est d'abord préchauffée dans une section supérieure du four, ou autre préchauffeur con- venable, qui peut être chauffée par une flamme de gaz ou de pétrole. Ce préchauffage sèche La. charge et la porte pres- que à la température à laquelle elle est soumise à un trai- tement ultérieur dans. la zone de réduction du four.
Le pré- chauffage peut s'effectuer en une seule pha.se ou en deux phases.
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La charge préchauffée descend ensuite, dans le four, à une zone où elle passe entre des électrodes vertica- lement espacées entre lesquelles des courants électriques convenables passent, à travers la charge connue résistance, , pour chauffer cette charge à une température suffisante pour libérer la vapeur de zinc, mais insuffisante pour ion- dre ou scarifier la charge ou son -résidu, ou pour volatiliser en quantité notable celles des impuretés dont la présence dans la vapeur de zinc tend à la formation de poudre bleue dans les condenseurs.
Dans la réduction ae minerai de zinc conformément à l'invention, il est important que la rduc- tion s'effectue entre des limites de température plutôt étroites parce que, si la température est trop basse, la vitesse de réduction est diminuée tandis que, si la tempé- rature est trop élevée, des impuretés telles que sulfures métalliques, silice, etc..., seront volatilisées, ce qui est préjudiciable en ce sens que cela gêne la condensation de. la vapeur de zinc en zinc métallique, ou contamine le produit lorsqu'on fait de l'oxyde de zinc; de plus, avec une température trop élevée, il peut se produire une scari- fication gênant une opération continue et régulière.
La température optimum, dans. le four décrit ici, approche de 11000 C., tandis que dans la pratique antérieure, en faisant , usage de creusets ou moufles à zinc, la température dans ces derniers s'élève ordinairement à environ 13500 C.
,
Le résidu épuisé de la charge descend ensuite, sans scarification ni fusion, à une zone située au-dessous des électrodes inférieures du four, où il se refroidit de manière à être facilement déchargé, de la partie inférieure du four.
La réduction du minerai de zinc dans le four s'effectue dans une atmosphère d'où l'air est exclu. A cette fin, le four peut être fermé en hautou en bas'au
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tant en haut qu'en bas., s oit mécaniquement soit par la pré- sence d'une colonne suffisante de matière relativement froide à la partie supérieure et à la. partie inférieure.
Tout af-
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flux nota/blé d'air donnerait naissance à de l* anhydride car- bonique qui tend à oxyder la vapeur de zinc et donne naissan-
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ce à de la poudre bleue. iris , aux températures indiquées,
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avec exclusion d'air,. avec des minerais convenablement r:r6..., parés et avec une bonne condensation, le rapport du métal â, 1 poudxe bleue est même plus satisfaisant que dans. le pro- cédé au creuset actuel. En tant qu'on le saahe, on n'a ja- mais atteint jusciu''à présent un rapport industriel, entre métal et poudrebleue, dans un four électrique du type con- tinu.
La vapeur de zinc. dégagée de la charge est livrée par des tuyaux à tuyère convenables soit à des. condenseurs,
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si le produit désiré- est du zinc métallique, soit à des, moyens d'oxydation et à des dispositifs. collecteurs, d'oxyde de aine.
Les moyens d'oxydation c ons is tent de préférence en des tuyaux ou conduits dans lesquels de 1+ air est admis, l'ad- mission d'air étant contrôlée de façon à produire de 1*oxyde de zinc avec accompagnement d'un refroidissement modéré.
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L'o7,yde de zinc est ensuite amené â la chambre sacs usuelle, (tans laquelle il est recueilli. Si l'on fait usage de con- denseurs ils peuvent être de type bien connu quelconque. par le traitement préféré de la vapeur ae zinc,
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on produit un o<:yc7c de zinc ayant une grosseur moyannb de particule comprise antre quatre dixièmes de micron et un quart de micron, grosseur qui a été trouvée satisfaire très 'bien aux exigence:
.' Pour le traitement de caoutchouc.,
Par le- -Limitation de lu température à laquelle on
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met le 2Y-Oc'd, en Pa'tiiue, 1e produit est également pryti- quement exempt de soufre, ce qui est un avantage marqué, spécialement dans le cas d'oxyde de zinc dont il est fait
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usage pour la fabrication de peinture.
On décrira en particulier l'invention, à titre d'exemple, en regard des dessins ci-joints sur lesquels :
Fig. la est une 'élévation schématique, partie en coupe, d'une installation pour la mise en pratique du procède de 1.'invention;
Fige. 1 à 10 représentent une disposition préfé- rée de four, et de dispositifs y associés, pour la mise en pratique du procédé.
Fig. 1 est une élévation, en coupe, du four ;
Figs. 2 et 3 siont des coupes horizontales suivant
2-2 et 3-3, respectivement, Fig. 1.
Fig. 4 est une coupe horizontale suivant 4-4,
Fig. l, représentant la disposition adoptée lorsqu'on fait usage du four pour la production d'oxyde ae zinc.
Fig. 5 est un détail en coupe verticale suivant
5-5, Fig. 6, des moyens prévus pour supporter les sections. du four.
Fig. 6 estun plan de Fig. 5.
Fig. 7 est une élévation latérale d'une variante de moyen de support, appliquée à la section supérieure du .four.
Fig. 8 est un plan u'une disposition pareille à celle représentée à la fige 4, sauf qu'une batterie de con- denseurs. est représentée.
Fig. 9 est un schéma des circuits électriques et
Fig. 10 est un détail, partie en coupe, d'une des électrodes et desa monture.
En ce qui concerne d'abord le achéma de Fig. la, le minerai de zinc, contenu d ans la trémie 101, est livré à un dispositif de grillage et de frittage, représenté comme cdns istant en une série de plateaux 102,à fonds perforés, dis- ,posés pour se déplacer horizontalement au-dessus d'une caisse
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vent 106 reliée, par un tuyau "1.Q:i, 8. une source quelconque convenable, d'aspiration. Le minerai estchauffé, et le soufre qui s'y trouve est allumé, par le brûleur à pétrole
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lés . .Les opé;wti ons die '11 et d e f ic îgtage -'- être effectuées dans une machine du type Dwight-Lloyd, par exemple.
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On pou8se le frittage jusqu'à, un point où la teneur en soufre est de "!'6féJ:ence réduite à un demi pour cent, ou moins.
Le minerai fritté passe ensuite à un broyeur 106 où il est broya? par des cylindres 107, à la grosseur de grains de mais, ou de pois, et il tombe dans une trémie 108 d'un dispositif mélangeur 109 auquel des granules ae coke
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ou autre matière parbonac6e sont livrés par le convoyeur 110.
La charge ainsi préparée est livrée à la trémie 111 du convoyeur 112 qui la livre à la partie supérieure du four.
La charge préparée est préchauffée, comme cela est représenté sur le schéma, en deux phases : d'abord par le
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préchauffeur 113 et, en second lieu, par le 1>récfiau(feur .1L., dans le premier à une température d'environ. 6000 C. et, dans. le second, à 9U0-lt7to Co ,, Le dispositif distributeur rotatif 115 est commandé
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par des moyens électriques, indiqués schéiàatiuuenient par les conducteurs 116, de manière à maintenir le four plein.
La charge préchauffée descend continuellement, par
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gravité, a une zone du four située entre les électrodes an- nulaires 117 et Ils. Du courant, de.préférence alternatif, est fourni ± ces électrodes par le transformateur 119. Le passage du courant entre les électrodes et à travers la charge (le minerai fritté chauffé mélangé, avec du charbon,
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pour sa réduction, étant x ëlal.tivement bon conducteur de lié,. lectricité tout en.offrant cependant une résistance suffisante pour le but visé) chauffe la charge uniformément à la
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température désirée, que l'on peut contrôler en râlant l'é- nerie du courant électrique.
La haute perméabilité de la charge ,due à la nature granulaire et à la porosité au
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minerai fritté, est un facteur avantctdux en ce sens qu'elle fat que la vapeur de zinc filtre librement a travers la charge.
La charge épuisée, non fondue, descend par gravité au-dessous de l'électrode inférieure 118 dans une section 120 où elle se refroidit. La portion inférieure de cette
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matière re ose sur une cuvette 1'>rn*nt j Dint hydraulique, 7.Z, laquelle de l'eau est fournie par une source l<àJ.,.
L'eau est maintenue a un niveau convenable par une ouverture 1;'3 d'où elle coule dans un tuyau L.4. La iiati.>re iJ.i!LllS""e est enlevée par un racloir 125 qui la fait tomber sur un convoyeur 126,
La vapeur de zinc ainsi produite peut être mani-
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pulée de l'une ou l'autre de deux façons, 118 psut être retirée, par des tuyaux 1. tuyère, dans ues Conc.C.J3eurs tels par exemple lue ceux indiques 8c1dr!Jatic;;.L1eJ!;ent en L-, 7, ou bien elle peut être livrée à aes moyens qui la convertissent en fumée d'oxyde de zinc. Les condenseurs peuvent être du
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type usuel et être montas de la manière usuC11a9 il n'cst donc pas nécessaire de les aécrire davantage.
Pour la conversion de la vapeur ae zinc en oxyde,
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cette vapeur est livrée à un tuyau l..,8, os elle est '.llanG:e avec une quantité, contrôlée d'air pénétrant dans ce tuyau
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-travers une ouverture hw9 contrôlée par un e0istre 130. Le zinc est par cela même brûlé en oxyde de zinc dans l'ex- trémité inférieure du tuyau 128. Un ventilateur aspirant, à vitesse variable, 131 aspire l'oxyde de zinc du tuyau 128 et le livre , par l'intermédiaire d'un séparateur 132, à la chambre à sacs 133 dans laquelle des sacs 134 sont sus- pendus pour le recueillir, de la manière bien connue.
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Le procède est un procède continu, commentant avec le traitement du minerai brut et son mélange avec du coke ou son équivalent, se poursuivant par le traitement de la charge
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dans le four vertical, cosmie décrit, et se terminant avec la production soit de zinc métallique soit d'oxyde de zinc, comme on le désire, et 1'* enlèvement du résidu épuisé de la partie inférieure du four-.
On peut mettre le procédé, en pratiqua dans une
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variété de types d''appareils qui peuvent varier selon l'é- chelle sur laquelle on opère; mais on a trouvé- que l'appareil représenté aux fige. 1 à 10 est particulièrement utile pour le traitementde la charge'préparée. Les différences prin-
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cipales entre cet appareil et celui représente schématL;'1Jcl- 1=ient 2. la ?ig. la sont l'établissement du four ver-uical en sections',et l'usaé.e àe paires d'électrodes chicanées, deux , choses qui présentent un avantage spécial dans de grandes installations.
On a également trouvé que, dans ce type de four, la charge elle-même, concurremment avec le lent mouve- ment de dedans en dehors des gaz. ae réduction dégages, offre un obstacle suffisant a l'entrée,d'air à la partie supérieure
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et là la partie inférieure du i'Jur et qu'il ,lest pas 110C6:::'- saire d'avoir recours à des fermetures, mécaniques telles, que celle représentée à la Fig. la.
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On va i2,inteiiant décrire !la construction spécifique. de la disposition préférée de four et de dispositifs y asso- ciés.
Le corps du four représenté aux figs. 1 à 10 est fait
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d'une série de se r.tions " ,, .Q" D et :if a ont chacune est in- d.51t;;nd;::U, lel1t supportée et ce corps est de préférence pourvus en haut, d'une section de uéphauffag--, désignée ri et supportée d'une façon similaire. Ce préchauffeur possède un
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tube central en matière 'réflractair:e, 10, qui est chauffé ex- .' . par les l ç ,aolibuation à'un brûieur terieurement par les pdju'its de y,ooinbustion.dtun 1
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11' (Fig. 2), produits qui, en raison de la présence de chicanes cJnvenables 12, prévues à cet effet, vent en hélice, ou suivant un chemin tortueux, à travers le carneau
11.
La charge de minerai et ae charbon est livrée au tube 10 par un aispositif livreur convenable quelconque, tel qu'un tuyau de décharge 13 diapos;: pour être mis en rotation par l'engrenage 14,le tuyau de décharge 13 étant relié à une trémie 15 à laquelle la charge est livrée par la cande trans- porteuse lô et l'élévateur 17.
Comme cela a été dit ci-dessus, la cuve du four est formée de sections dont chacune est supportée séparément sur des colonnes, en acier, profilé 18 (représentées au nombre de trois à la fig. 3) au. moyen de consoles 19. Chaque console porte des tiges pendantes 30 qui, comme c'est représenté à. la Fig. 5, sont isolées de la face horizontale de la console par des plaques isolantes 21 et des manchons ou fourreaux 22'.
A leurs extrémités supérieures, les sont pourvues d'écrous 22 qui reposent sur une pièce de section en U, 23, entre laquelle et lea plaques isolantes se trouvent de forts ressorts 24 (voir Fig. 5).
Comme c'est représenté à la fig. 7, les écrous 22 peuvent reposer directement sur les plaques isolantes 21 sans l'interposition de ressorts, et on peut employer cette construction sur les sections D. Les aeux construc- tions offrent le moyen d'ajuster- les sections.
Comme c'est représente aux figs. 5 et 7 , les tiges 20, filetées à leurs extrémités inférieures, passent à travers, et supportent au moyen d'écrous, des couronnes. coniques 25 supportant elles-mêmes une couronne en maçonne- qui supporte, à son tour, le cylindre en maçonnerie 27 et la couronne 28. Les couronnes. 26 et 28 sont tronao- niques à leurs. bords inférieur et supérieur, respectivement, de sorte qu'il existe, entre des sections contiguës, une
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ouverture ou espace annulaire de la former allant en se rétré- cissant, représentée.
La maçonnerie employée pour former les parties. 26, 27 et 28 est de préférence faite de brigues de magnéaie fondue qui présentent les caractéristiques non seu- lement d'être très réfractaires mais aussi d'être résistantes. à la pénétration des vapeurs de zinc.
.Comme c'est représente à l'égard des sections. B, C, E et F, il est prévu une chemise ou enveloppe 29 qui, supportée sur la couronne conique 25 et s'élevant jusqu'à la périphérie externe de la couronne 28, est espacée du tube en maçonnerie 27. L'espace intervenant est garni de minerai de chrome pulvérisé qui est très réfractaire et qui. consti- tue également un moyen efficace d'empêcher la passage de la vapeur de zinc.
On voit ainsi que la cuve du four est faite d'une série de sections espacées, séparément supportées, ce qui permet la dilatation ou la contraction de ces sections et offre également un ou plusieurs espaces à travera lesquels de la vapeur de zinc peut sortir pour passer directement aux condenseura, si l'on veut faire du zinc métallique, ou aux carneaux d'oxydation, si l'on veut fabriquer de l'oxyde de zinc. A travers cet ou ces espaces annulaires, passent également les pyromètres 30.
Dana les espaces annulaires existant entre lea sections ,sont situés les moyens pour enlever du four les vapeurs, de zinc, Comme c'est représenté aux figs. 1 et 4., des tuyères 31, présentant des extrémités: 32 en forme de secteur, sont situées autour du four, avec une maçonnerie convenable entre elles. Les bouts internes de ces tuyères et la maçonnerie des couronnes 26 et 27 de sections adja- centes sont formées de façon à assurer: des joints étanches' un lut convenable, tel qu'un aiment qui peut être fait de magnésie fondue et d'un liant, étant employa aux endroits
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où c'est nécessaire.
Les bouta externes des tuyères 31 pénètrent dans les aondui te dans lesquels la vapeur de zinc eat oxydée par de l'air admis à travers des ouvertures convenables. Ces conduite sont relies par leurs extrémités supérieures à une chambre à sacs, ou autre moyen collecteur convenable,
Dans le cas ou l'on veut faire du zinc métallique, on dispose autour de la cuve du four une série de condenseurs
34x (voir Fig. 8) dont les bouts internes sont assujettis entre les couronnes adjacentes 26 et 28 de sections conti- guës et sont lutés en place de la manière décrite ci-dessus à l'égard des tuyères 32.
Afin que les ouvriers puissent avoir facilement accès à la cuve pour faire couler le zinc métallique ou pour faire des réparations e des ajustements il est prévu une cage 34, portée par un bati ou wagonnet U monté sur une voie circulaire s'étendant autour du four*des moyens convenables, de préférence actionnés électriquement, étant prévus pour élever et faire descendre la cage,.
Au bas de la cuve, il existe une section de dé- charge, E, qui peut être soit cylindrique, comme c'est re- présenté, ou aller en s'effilant, et au-dessous de l'extré- mité inférieure de laquelle se trouve une table de décharge tournante, µµ,pour l'enlèvement du résidu. On pourrait, bien entendu, faire usage de tout autre moyen convenable as- surant un enlèvement continu du résidu.
La disposition des électrodes est représentée schématiquement à la fig. 9, où A représente la cuve du four.
.Près du haut du four, se trouvent trois électro- des, H et I, en charbon ou en graphite, espacées à envi- ton 120 les unes dea autres avec leurs extrémités s'éten- dant, comme c'est représenté aux figs,. 1 et 3, à l'intérieur de la périphérie de la cuve de façon à venir en contact avec
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la change du four.
A la partie inférieure du four, sont situées une
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série correspondante d'électrodes et 1* it comme c'eat représenté, sont décalées de 1800 par rapport aux ' a- 7Leatxodea correspondantes ,s , et .s de sorte que les élec- trodes supérieure et inférieure de chaque paire sont situées sur des c8tés opposée de la cuve, Il est donc évident que
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le courant passe de fi à 1?- obliquement os diagonalement à travers la charge, comme le fait le courant de à à H' et de I à I'.
Chacun de ses circuits possède sa propre source distincte d'énergie électriqueµ représentée ici sous la
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forme de trois tranaformateurap ji! et J?p dont chacun est connecté va tiea lignes principales de transmission de- nergie va courant alternatîf . chaque circuit étant pourvu de dispositifs de contrôle convenables àb Ë* .0 t c-- pEléfé- rence automatiqueup pour contrôler son voltage et aon am- pérage..
On peut faire usage soit de courant alternatif ou de courant continu, mais de préférence de courant al-
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ternatif monophaaa, et il ss,t évident qu'on peut faire usages pour chaque cireuit,1 d courants engendrés indépen- damment,, Les chemina des courants:, indiqués: d'une façon générale par les lignes ponctuées (ris. 9) se croissent les uns les autres quelque part à peu près au milieu de la charge, entre les électrodes.
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Le xésuLt.t de cette disposition est gue, va mesure que la charge descend à travers:
le four, chaque portion de cette charge est soumise à Inaction de l'un ou l'autre
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de cee, eourantni, de sorte que toute la masse est uniformément portée, et maintenue, 'à toute température désirée* Les éleetro,des aont d.e préféxence de section carrée ou rectangulaire et sont disposées âfiebe-une de le'ma arêtea en hautt comme c'est représenta aux figs. 1 et s, de aorte
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quelles n'offrent pas d'obstacle notable à la descente de la charge à travers le four, tout en offrant un contact étendu avec cette charge.
Comme cela eat représenté à la fig, 10, les élec- trodes peuvent être montées dans des porte-électrode 50, portés par des montants 51 qui sont eux mêmes supportés par la couronne conique 25 mais sont isolés de celle-ci par un isolant La maçonnerie, dans les sections et D, est construite de faon à ménager des ouvertures convenables pour les électrodes, En Résumé* l'invention comprend 1
1 .
Un procédé. de traitement de minerai de zinc dans un four continu, à cuve, chauffé électriquement, pour la production de vapeur de zinc et sa conversion en zinc métallique ou en oxyde de zinc, selon qu'on le désire, pro- cédé essentiellement caractérisé par le fait qu'on chauffe électriquement une charge très perméable et coulant libre- ment, composée de minerai fritté granulaire et de matière carbonacée granulaire, à une température suffisante pour distiller le zinc, mais insuffisante pour fondre ou scorifier le résidu, ce procédé pouvant d'ailleurs tre caractérisé, en outre, par le fait que a) On maintient la température au-dessous du point de distillation des aulfures dans le minerai,
grâce à quoi il se dégage une vapeur sensiblement exempte de soufre et (ou) que : b) On soumet la charge à un préchauffage pour aug- menter aa conductibilité électrique, avent qu'elle pénètre dans la zone de fusion électrique.
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