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" PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES ET APPAREILS POUR L'EPURA-
TION DU MINERAI DE ZINC " La présente invention est relative a un procédé perfectionné pour 1 épuration des minerais de zinc et autres, et aux appareils utilisés pour le dit procédé et son but est d'établir des moyens perfeotionnés et une méthode perfac- tionnée pour effectuer cette épuration d'une manière plus efficace, laquelle avait, jusqu'à présent, été effectuée principalement par des moyens éleotrolytiques.Le bit prin- cipal de 1$,invention consiste à établir une méthode pour re- tirer, du sulfite ou du carbonate de zinc, ou d'autres mine- rais de zinc, les composés de plomb et de cadmium et les autres composés qu'on y trouve fréquemment et qui, ordinai- rement,
se volatilisent rapidement lorsque le minerai de zinc est chauffé. Un autre objet consiste à établir une méthode perfectionnée pour 1 épuration des minerais de zinc par application de la chaleur. Un autre objet consiste à
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établir une méthode perfectionnée pour l'épuration des mi- nerais de zinc, suivant laquelle le minerai broyé est chauffé en présence d'un agent réducteur. Un autre objet consiste établir une méthode perfectionnée pour l'épuration des mine- rais de zinc, par l'application de la chaleur en étages sépa- rés, le résidu obtenu dans l'un des étages étant traité dans l'étage de chauffe suivant du procédé.
Une carac téris- tique importante de l'invention consiste dans la découverte que l'épuration des minerais de zinc peut âtre obtenue par une modification des appareils de frittage utilisés pour les minerais de fer et analogue. D'autres objets de l'invention se rapportent aux différentes caractéristiques du procédé et de l'appareil, qui apparaitront plus clairement ci-après.
Le minerai de zinc exista le plus fréquemment sous forme de sulfure de zinc (ZnS) et, dans la réalisation de la présente invention, ce minarai est d'abord broyé à l'état suffisamment fin pour pouvoir passer au travers d'un tamis de dix mailles, c'est-à-dire un tamis présentant dix divisions par pouce, et le minerai tamisé est alors grillé dans le four usuel de grillage, à une température allant de 1600 à 1800 degrés Fahrenheit, pour en retirer la plus grande partie du soufra (environ 90 %). Il a été trouvé dans la pratique, qu'environ 27% du soufre peut être retiré,sans grandes difficultés, par cette opération de grillage. La quantité de soufre ( 3% à 5 % ) laissée dans le minerai fait partie de l'agent réducteur nécessaire dans une phase ultérieure du procédé.
L'opération de grillage convertit le sulfure de zinc,' dans le minerai, en oxyde de zinc (ZnO) et libère l'anhydride sulfureux (S02) . Cet anhydride sulfu- reux est généralement enlevé du four da grillage et oombiné avec de l'eau et de l'oxygène pour former de l'acide sulfu- rique (H2SO4 )..
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L'oxyde du zinc produit dans le four de grillage est enlevé de ce dernier pour être broyé et tamisé après quoi il est introduit dans un appareil de frittage, par une trémie, de préférence en même temps qu'une quantité de minerai préa- lablement traité et lequel est enlevé de la décharge de ce même appareil ou d'un autre appareil de frittage.Le mi- nerai broyé et tamisé venant du four de grillage et les ma- tières brutes prises la décharge de l'appareil de frittage, sont intimement humidifiées d'eau avant d'être introduites dans les auges de l'appareil de frittage, pour faciliter le passage de la chaleur à travers la matière broyée et pour favoriser le procédé de réduction.
Le minerai placé alors dans les auges de l'appareil de frittage est convoyé, dans ces auges, à une vitesse relativement faible, par ,exemple seize centimètres à la minute,vers une coupole de frit- tage équipée de brûleurs à gaz ou autres brûleurs, pour pro- duire une haute température dans celle-ci, de préférence unes température comprise entre 2600 degrés F. et 2800 degrés F.
De préférence, un certain nombre de brûleurs est prévu dans cette coupole, les premiers de ceux-ci étant alimentés en air et huile ou gaz pour produire une flamme oxydante, tan- dis que les autres de la série sont alimentés en vapeur et huile ou gaz à l'eau pour former une flamme réductrice et pour entraîner la production d'hydrogène libre, dont il est fait usage pour libérer le minerai de zinc de l'oxyde de cadmium oontenu dans celui-ci.De préférence, une couche, de cinq centimètres d'épaisseur, de fin minerai de zinc est placée au-dessus d'une couche, d'un centimètre et demi en- viron, de minerai brut. Le minerai brut est placé dans le fond pour empêcher l'engorgement des ouvertures prévues dans le fond des auges.
Les flammes en-dessous de la coupole de frittage
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pénètrent dans le minerai contenu dans les auges de l'appareil jusqu'à une profondeur de deux centimètres et plus, avec ce résultat que les portions supérieures du minerai, dans les auges de frittage, se trouvent substantiellement libé- rées des composés de plomb et de cadmium. Le plomb est expulsé de la couche de minerai traversée par les flammes et s'accumule en partie, sous forme de sulfate, dans le minerai qui se trouve en-dessous (tandis qu'une partie s'échappe à l'air, par le ventilateur et la cheminée).
De même: le cad- mium se trouve expul sé de la couche supérieure et s'amoncelle partiellement dans la couche inférieure sous forme de sul- fate et de sulfure, tandis qu'une partie s'échappe. L'oxyde de zinc dans la couche supérieure n'est pas expulsé dans le temps limité pendant lequel le minerai est exposé à la flam- me. Il semble que le plomb et le cadmium dans la couche su- périeure sont réduits et alors volatilisés pour se combiner à nouveau, à l'état de vapeur, avecle soufre et l'oxygène pour former les sulfates et les sulfures dans la couche in- férieure. De cette manière, les masses supérieures de ma- tière broyée qui se trouvent dans les auges de l'appareil de frittage, sont substantiellement libérées des composés de cadmium et de plomb.
Suivant la présente invention, cette partie supérieure du minerai est raclée ou enlevée de toute autre manière de la couche inférieure de minerai dans les auges, avant que ces dernières n'arrivent à la fin de leur trajectoire supérieure dans l'appareil. Le minerai de zinc enlevé de cette façon est alors distillé avec le carbone pour obtenir un zinc libre.
Les matières qui restent à la partie inférieure des auges sont déversées à l'extrémité arrière de l'appareil et sont tamisées, les matières brutes étant séparées et rame- nées à l'extrémité d'entrée de l'appareil, comme mentionné
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plus haut, en vue de protéger les auges et d'empêcher l'obstruction des ouvertures dans le fond des dites auges, tandis que les matières fines sont introduites dans une trémie en même temps qu'une certaine quantité de carbone, de préférence sous forme de charbon anthracite finement di- visé. Le mélange déchargé par cette trémie est alors élevé par un convoyeur, arrosé d'eau, et introduit dans un autre appareil de frittage similaire, dans lequel a lieu la se- conde phase du procédé.
Au cours de cette seconde phase éga- lement, la couche supérieure de minerai est libérée du plomb et du cadmium, lesquels sont réduits et rejetés dans la couche inférieure ou dans l'air, dans lesquels on les re- trouve sous forme de sulfate et de sulfure, comme au cours de la première phase. Si on le désire, les Matières déchar- gées par le second appareil de frittage peuvent être à nou- veau tamisées, après quoi les matières brutes sont ramenées à l'extrémité d'entrée du second appareil, tandis que les matières fines sont mélangées avec du carbone et introdui- tes dans un troisième appareil de frittage.
En exécutant le procédé par un certain nombre de degrés successifs, tout le zinc, pratiquement, contenu dans le minerai, peut être libéré des composés de cadmium et de plomb, et, en même temps, l'anhydride sulfureux qui est libéré dans les diffé- rents appareils de la série, peut être enlevé et utilisé pour la fabrication d'acide sulfurique. Les vapeurs des sulfates de plomb et de cadmium peuvent également être récu- pérées (par un séparateur Cottrell) en vue de leur utilisa- tion.
Bien que différents types d'appareils peuvent être utilisés pour l'exécution du procédé décrit ci-dessus, les dessins annexés montrent, à titre d'exemple, une forme d'e- xécution d'un appareil de frittage adapté dans ce but.
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Dans ces dessins, Fig. 1 montre une vue d'éléva- tion latérale de l'appareil de frittage.
Fig. la montre une vue d'élévation latérale d'un second appareil de frittage, agencé pour recevoir les ma- tières déchargées par la première machine montrée en Fig.l.
Fig. 2 est une vue ea coupe, à plus grande échelle, suivant la ligne 2-2 de Fig. 1.
Fig. 3 est une vue en coupe, à. plus grande échel- le, de l'un des dispositifs de découpage et de raclage pour l'enlèvement des matières à la partie supérieure des auges de frittage, et
Fig. 4 est un tableau schématique du procédé réalisé suivant la présente invention.
Comme montré dans les dessins annexés, l'appareil comporte deux machines de frittage 10 et 10a montrées en Fig. 1 et la respectivement, et qui sont de construction si- milaire, de sorte que la description de l'une suffira pour les deux machines. Chaque machine de frittage comporte plu- sieurs auges de fribtage 12 Montées de façon à suivre une trajectoire sans fin et forment une série à peu près conti- nue, chaque auge étant logée à proximité immédiate de celles qui la précèdent et qui la suivent dans la série, sauf à l'extrémité de décharge de la machine où un espace 13 est prévu pour permettre à chaque auge de tomber sur une courte distance afin de faciliter l'expulsion du contenu de celles- ci.
Les auges de frittage 12 sont supportées par un bâti 14 comportant plusieurs montants verticaux 15 et un certain nombre d'éléments transversaux 16. Ce bâti 14 sert de sup- port pour certaine éléments formant voie et destinés à coo- pérer avec des galets 17 montés . rotation sur des tourillons 18 s'avançant latéralement des deux côtés opposés de chaque auge. Dans la partie horizontale supérieure du trajet des
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auges de frittage; les galets 17 coopèrent avec des voies horizontales 19 présentant des flasques latéraux 19a fixés aux supports 20 boulonnés aux éléments longitudinaux laté- raux 21, comme montré en Fig. 2.
A leur extrémité arrière, les voies 19 sont oourbées vers le bas de façon semi-circu- laire, en 19a,et sont agencées pour coopérer avec les ex- trémités semi-circulaires 22a , tournées vers le haut, des éléments de voie inférieurs 22 fixés aux éléments verticaux
15 du bâti. Les voies inférieures 22 sont inclinées vers le bas, vers l'extrémité avant de la machine et sont alors re- oourbées vers le haut, en un demi-cercle, comme montré en 22b, guidant de cette manière les auges de frittage dans leur dé- placement vers le haut, à l'extrémité avant de la machine.
Chaque galet ou rouleau 17 présente un bourrelet annulaire 17a dépassant le bord des voies 19 et 22, de sorte que tout déplacement latéral des auges est empêché. Le déplacement des auges de frittage 12 sur les voies 19 et 22 est effectué par une paire de roues d'entraînement 24 montée sur un arbre transversal 25 tournant dans des coussinets 26 fixés aux élé- ments longitudimaux 27 adjacents à l'extrémité avant de la machine.
Les roues d'entrainement 24 sont pourvues de dents 24a disposées par paires, les dents d'une paire étant espa- cées de celles de la paire suivante adjacente, de telle ma- nière que les dents s'engagent derrière les galets 17 des auges 12, comme montré en Fig. 1, lorsque les auges de frit- tage ont roulé, par gravité, depuis l'extrémité arrière jusqu'à l'extrémité avant de la machine, après quoi les auges de frittage sont relevées concentriquement par les portions courbées 22b de la voie inférieure pour être alors ramenées à l'extrémité avant des voies horizontales supérieures 19, où les auges de frittage sont repoussées en arrière par les auges suivantes qui sont continuellement élevées par les roues
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d'entraînement 24.
Les roues d'entraînement 24 sont action- nées par une grande roue dentée 28 fixée sur l'arbre 25 et agencée pour engrener avec; un pignon 29 fixé sur un arbre au- xiliaire 30 dont les coussinets sont portés par des éléments verticaux 15 du bâti.
L'arbre 30 porte une roue à vis 31 engrenant avec une vis sans fin 32 fixée à l'extrémité arrière d'un arbre longitudinal 33. L'arbre 33 est connecte à son extrémité avant par des pignons d'angle 34 à un arbre transversal 35 qui peut être entraîné par un moteur électrique ou tout autre disposi- tif approprie d'entraînement. Ce mécanisme d'entraînement actionne les roues d'entraînement 24 de telle manière que les auges de frittage se déplacent en arrière, à une allure rela- tivenient lente sur la voie supérieure horizontale 19, comme expliqué précédemment.
Lorsqu'une auge de frittage 12 at- teint les extrémités arrière de la partie horizontale des
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voies 19, elle L, 0-i,.br-,, par gravite, d'une distance correspond- dant à l'espace 13, de façon à être vidée des matières qu'elle contient,
Les auges de frittage 12 sont pourvues de parois latérales 12a s'étendant vers le haut et réunies par des barres transversales 12b , les parois 12a présentent des épau- lements sur lesquels s'appuient les, extrémités opposées des grilles 12csur lequel le minerai broyé est déposé.
Les auges de frittage sont ouvertes à leurs extrémités de sorte que lorsqu'elles se trouvent à la suite les unes des autres sur les voies supérieures 19, comme montré en Fig. 1, elles for- ment une auge ininterrompue pour la réception du minerai broyé. Dans la partie située en dessous des auges de frit- tage montées sur la voie supérieure 19, est logée une enve- loppe 37 constituant une chambre de dépression 38, les bords supérieurs des parois de l'enveloppe 37 étant réunis
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à un bâti rectangulaire 39 appuyé sur et fixé à des rebords intérieurs 21a des éléments latéraux du bâti et qui consti- tuent un entonnoir pour diriger les matières, vers le bas, dans la chambre 38.
La chambre 38 est pourvue d'un tuyau 40 débouchant à la partie inférieure de celle-ci, et connecté à une pompe aspirante ou autre dispositif approprié pour main- tenir une dépression dans la chambre 38, de façon a ce que l'anhydride sulfureux et autres gaz dont le minerai est li- béré et qui ne sont pas condensés et déposés dans celui-ci, sont attirés dans la chambre 38 et de là à l'extérieur par le tuyau 40.
Afin d'obtenir l'étanchéité entre la chambre de dépression et les auges de frittage pendant que ces dernières se'trouvent dans la partie supérieure de leur trajectoire, une plaque d'étanchéité 41, de nature plus ou moins flexible, est/montée le long de chaque bord latéral du bâti 39, les dites plaques 41 étant maintenues en place par des éléments de ser- rage 42 engageant des tiges filetées.43. En ajustant les élé- ments de serrage 42, les bords supérieurs des plaques d'é- tanohéité 41 peuvent être amenées à engager de la manière Voulue les gorges 44 formées sur les éléments latéraux des auges de frittage, sur les faces inférieures de celles-ci, comme montré en Fig. 2, de telle manière que les gorges dans les auges successives se présentent en alignement parfait.
L'étanohéité est ainsi obtenue, de sorte que les gaz s'échap- pant des auges de frittage peuvent être appelés vers le bas dans la chambre de dépression, sans perte appréciable.
Les matières broyées et humidifiées qui doivent être traitées dans les auges de frittage, sont introduites dans oes dernières par une trémie 45 montée sur des prolonge- ments du bâti, à proximité de l'extrémité avant de la machine.
Les matières relativement brutes déchargées par l'appareil de frittage sont introduites à l'extrémité d'entrée de celui-ci
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par une trémie auxiliaire 46 montée à proximité de la tré- mie 45. Pendant que les auges de frittage se déplacent en dessous des trémies 45 et 46, les dites auges se remplis- sent de sorte que la. surfa.ce supérieure de la matière conte- nue dans celles-ci se trouve au niveau des bords supérieurs de leurs parois latérales 12a et, après avoir été remplies, les auges de frittage se déplacent vers l'arrière sur les voies 19 et sont amenées successivement en dessous de la coupole de frittage 48 dont les parois s'étendent vers le bas et se terminent à proximité immédiate des surfaces supé- rieures des auges de frittage.
La ooupole 48 est recouverte d'une couche de matière réfractaire comme montré en 48a et est pourvue de plus leurs brûleurs 49 destinés à produire la température relativement élevée, mentionnée précédemment, dans la coupole de frittage. En sortant de la coupole de frittage, les auges 12 continuent leur trajectoire en arrière, 'au-dessus de la chambre de dépression 38 jusqu'à ce que, à proximité de l'extrémité arrière de la macbàne, elles at- teignent le dispositif de raclage 50 par lequel la partie su- périeure de la matière broyée, qui se trouve dans chaque auge de frittage, est enlevée.
Chaque dispositif de raclage 50 comporte une plaque de raclage 51, dont le bord inférieur engage dans la matière broyée 52 à l'intérieur des auges de frittage, comme montré en Fig. 3, ces râcloirs étant montés en position fixe de façon que leur bord inférieur divise la matière dans les= ,auges, suivant un plan horizontal déterminé.
Si on le désire, le plan ou la rampe 51 peut être réglable de fa,çon que la matière dans les auges de frittage puisse être raclée à des profondeurs différentes. Comme les auges se déplacent en arrière, la portion supérieure 52 de la ma- tière dans chaque auge est repoussée vers le haut, sur la partie supérieure du plateau ou rampe 51 et est transportée
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sur celle-ci au moyen de plusieurs éléments convoyeurs 53 portés par une chaîne transporteuse 54 montée sur des roues à chaîne 55. Ces roues à chaîne sont fixées sur des arbres 56, dont l'un est entraîné de façon que les chaînes 54 soient dé- placées dans le sens indiqué par les flèohes 57.
Il est à noter que les rampes 51 sont inclinées vers le haut et vers l'arrière et également latéralement, de sorte que les quan- tités de minerai d'oxyde de zinc qui sont amenées sur celles- ci sont éventuellement déchargées de l'extrémité supérieure de la rampe 51 dans un tuyau de ohute 58 agencé d'un côté de la maohine et qui évacue le minerai d'oxyde de zinc pour son traitement subséquent de séparation du zinc métallique.
Chaque auge de frittage, après avoir dépassé l'extrémité inférieure du dispositif 50, tombe par gravité dans l'espace 13 et décharge ainsi automatiquement ce qui reste de son contenu sur un tamis 59 agencé au-dessus d'une trémie 60. Les matières brutes qui ne peuvent traverser le tamis sont enlevées de la partie inférieure du tamis et trans- portées, par des moyens appropriés, ?. la trémie d'alimenta- tion 46 à l'entrée de la première machine, tandis queles matières fines qui tombent dans la trémie 60 sont mélangées, dans celle-ci, avec une certaine q antité de carbone, de préférence sous l'orme de oharbon anthraoite et intimement hu- midifiées d'eau, en vue de leur traitement dans un appareil subséquent de frittage, de la série.
Entre chaque paire adjacente de machines de frit- tage du groupe, est disposé un dispositif élévateur 61, destiné à élever le mélange de matière déchargée et de oar- bone qui tombe de la trémie 60 dans une ouve ouverte 62, d'où elle est ramassée par les augets 63 du dispositif élévateur 61. Les augets 63 sont portés par des chaînes sans fin 64 et sont maintenus en position verticale lorsqu'ils sont por-
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tés par les maillons supérieurs de ces chaînes de sorte que les quantités de matière ramassées par les augets sont transportées vers le haut et déversées dans la trémie 65 à l'extrémité supérieure du dispositif élévateur, comme montré particulièrement en Fig. 1a.
La trémie 65 déverse la, matière dans un conduit de chute qui l'amené à la trémie 54 alimentant la machine de frittage suivante de la série. Les chaînes 64 du 'dispositif élévateur sont montées sur des roues à chaînée 67 lesquelles, à. l'extrénité supérieure du dispositif;sont montées sur un arbre 68 entraîné par une source motrice ap- propriée. Des coussinets pour les arbres des roues . chaînes 67 sont montés str les éléments latéraux 69 du bâti, lesquels s'étendent vers le haut, en position inclinée, et sont sup- portés par le bâti 14 de la machine de frittage adjacente.
De cette manière, un certain nombre de machines de frittage, similaires à celles ordinairement employées pour le frittage du minerai de fer, conviennent pour la réalisation du présent procédé, en y apportant les caractéristiques décrites ci- dessus.
Bien qu'il n'a été donné ici qu'un seul exemple du procédé perfectionné et une seule forme de construction d'un appareil pour l'exécution de celui-ci, il est bien entendu que le procédé perfectionné peut être réalisé de différentes manières et que différentes formes d'appareils pourront être utilisées, sans s'écarter du domaine des revendications qui suivent.
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