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Procédé de distillation en vue d'obtenir du zinc et des métaux semblables
L'invention présente concerne un procédé en vue d'obte- nir du zinc et des métaux semblables volatile qu'on peut récupérer par distillation tels que Cd, Hg etc..à partir de minerais, combinaisons de métaux, produite métallurgiques et résidus de toutes sortes Le but de l'invention est de rendre les procédés de distillation existant jusqu'à présent
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plus économiques, en particulier du point de vue thermique et de rendement en métaux.
L'invention consiste en ce que la réduction et la vaporisation du métal se font dans un moufle inséré dans le four rotatif et tournant avec celui-ci, les résidus du moue fle étant évacués, autant que possible à l'abri des gaz, dans la chambre du four tournant et les matières de réduction y étant brûlées sous l'influence de gaz oxydiques, la chaleur de combustion servant en même temps immédiatement au chauf- fage du moufle.
Le moufle peut consister en un corps creux ou en plu- sieurs corps creux, mis en communication l'un avec l'autre.
L'exécution du ou des corps creux peut être différente, ils doivent cependant être, autant que possible, à l'abri de l'air entourant et être insérés dans le four tournant de manière qu'une jonction impérative avec celui-ci consiste ou puisse être établie. Pour obtenir l'abri mentionné, l'on peut prée voir aux endroits de transition de la matière depuis le mou- fle à la chambre du four et vice-tersa, des dispositifs agis- sant comme des sas, tels que des hélices, serpentins ou ana- logues.
Quelques formes de réalisation d'une installation de four tournant se prêtantà l'exécution du procédé sont repré* sentes comme exemples dans le dessin. Il y fait voir:
Figures 1, 3 et 5, chacune ,un four tournant d'une exécution différente, en coupe longitudinale.
Figures 2, 4 et 6 des coupes transversales selon les lignes A-B, C-D, E-F des figures 1, 3 et 5.
Dans les formes de réalisation selon figures 1 à 4, un moufle 2 consistant d'une matière résistant surtout à la chaleur p.e. alliage de fer spécial, carborundum, graphite
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etc., est inséré dans le fouro tournant autour d'un axe horizontal ou légèrement incliné de façon qu'il prenne part au mouvement du four. L'insertion peut p.e. être faite par des piliers en maçonnerie 3, disposés en étoile.
La matière ou le mélange sont alimenté à l'aide d'un tuyau 4, au lieu duquel on peut également se servir de n'importe quel autre dispositif d'alimentation, p.e. rigole à secousses ou ana- logues. La charge arrive de la chambre du four tournant dans le moufle 2 par un serpentin A, La chambre intérieure du moufle est divisée en deux compartiments, 2a et 2b, se- lon figures 1-2 par une cloison 6, selon figures 3-4 par un tuyau 7 ayant à la circonférence intérieure une spire 8 qui aide à ramener, au dedans du compartiment 2b, la matiez re venant du compartiment 2a, Selon figures 1 et 5, les résidus du moufle sont amenés du compartiment 2b par un serpentin 9 de l'intérieur du moufle dans la chambre du four.
Les deux compartimenta 2a et 2b ne sont en communi- cation que par une fente 10 qui permet un passage de la ma- tière du compartiment 2a au compartiment 2b, Une tuyauterie 11, jointe en 12 au moufle à l'étanchéité des gaz et ayant à l'intérieur du moufle un ou plusieurs orifices pour leur réception, sert à évacuer les vapeurs de métal et les gaz de réduction, dégagés dans le moufle.
La tuyauterie mène à un condenseur 13, établi à l'intérieur du four et joint à celui-ci de façon impérative Un tuyau 14 mène depuis le condenseur 13 hors du four et sert à enlever les gaz de réduction et les vapeurs de métal non condensés On peut arranger à l'extérieur du four, d'une manière connue, une chambre pour séparer le poussier de zinc, En outre on peut maintenir, par un ventilateur ou par tirage naturel, un vide modique dans le condenseur ou dans le moufle. Les
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gaz et les vapeurs de réduction, sortant du four par le tuyau 14, peuvent être utilisés d'une manière connue pour le chauffage du moufle en les laissant passer, combinés le cas échéant avec une flamme de chauffage, en 15 dans le four tournant.
Dans ce cas, il se recommande de joindre le tuyau qui ramène les gaz d'échappement du condenseur, à la partie tournante du four de sorte qu'on évite un joint entre le tuyau qui tourne et une tuyauterie fixe, car le tuyau 14 venant du condenseur tourne avec le four. Un vide se produit alors par l'air de combustion du brûleur 15' et agissant comme injecteur, voir figure 5, Devant le serpen- tin 5 allant de la chambre du four dans le moufle, on peut prévoir un anneau de retenue 16 dans le four,
Comme il a déjà été mentionné plus haut, le moufle est divisé, dans les formes de réalisation selon figures 3 et 4, par un tube intérieur en deux parties. Le tuyau d'évacuation 11 pour les vapeurs de métal est en communi- cation aveo le compartiment 2a du moufle par une ou plu- sieurs tubulures 18.
Dans cette exécution, il est avanw tageux de transporter la matière dans le moufle extérieur à rencontre des gaz de chauffage, passant par le four, et de la ramener dans le moufle intérieur dans le sens du cou- rant des gaz. Le compartiment extérieur du moufle, repré- sentart la zone de réduction principale, est ainsi chauffé extérieurement par les gaz de chauffage et intérieurement par la matière ramenée dans le compartiment 2b, Dans ce cas, le tuyau extérieur 2 exposé à la température plus éle vée, se composera de préférence, complètement ou en partie, d'une matière résistant particulièrement à la chaleur telle que le carborundum, tandis que pour le tuyau intérieur 7 du moufle un simple alliage de fer p.e. pourra suffire.
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Au lieu du serpentin 5, 9 selon figure l, transportant la matière du moufle dans la chambre du four ou vice-versa, on peut aussi employer une hélioe 20 telle que la figure 3 fait voir à titre d'exemple pour le dispositif d'évacua* tion. Pour soustraire les pas d'héliceà l'influence des gaz du four, on peut les entourer de maçonnerie ou les arranger à l'extérieur du four. Un tuyau mènera alors du compartiment 2b du moufle à l'hélice extérieur et une secon- de conduite de retour de l'hélice dans la chambre du four tournant.
Cet arrangement présente l'avantage que l'hélioe est accessible pendant la marche,,
Le mode de fonctionnement du procédé selon figures 1-4 se développe alors comme suit:
Le mélange de la matière contenant du métal, p.e. de l'oxyde de zinc ou de la blende grillée avec un agent de réduction tel que coke, éponge ou copeaux de fer, est intro- duit dans le four tournant par un dispositif d'alimentation quelconque 4. Par suite du mouvement du four, la matière chemine le long de la sole jusqu'à l'anneau de retenue 16.
Par un orifice dans cet anneau, la charge parvient dans le dispositif d'alimentation, p.e. le serpentin 5, Lors du che- minement indiqué, le mélange subit un chauffage préliminai re, produit par les gaz d'échappement du four. Les gaz du four contenant en outre généralement dans cette partie du four encore un peu d'oxygène, le chauffage préliminaire s'effectue aussi en partie par une combustion directe d'une partie de l'agent de réduction ajouté.
Si, dans certains cas, cette combustion doit être évitée, p.e. en employant du fer comme moyen de réduction, le chauffage préliminaire du mélange par les gaz du four peut aussi se faire indi rectement, en allongeant p.e. le dispositif alimentant la
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matière dans le moufle, tel que le serpentin 5, jusque l'entrée de chargement du four. Dans ce cas, la matière ne vient pas en contact direct avec les gaz d'échappement* La matière chargée par le serpentin 5 dans le comparti- ment 2a chemine le long du moufle, dans la direction de la flèche x, et parvient alors par la fente 10 dans l'au- tre compartiment 2b du moufle et qui est formé par le tuyau intérieur 7.
La matière retourne dans le comparti- ment 2b jusqu'auprès de son entrée, les résidus étant éva- oués par un dispositif approprié p.e. le serpentin 9, l'hélice 20 ou analogues dans la chambre du four tournant.
Dans celui-ci, ils cheminent le long de la sole, jusqu'au bout d'évacuation du four. Une atmosphère contenant de l'oxygène étant maintenue dans la chambre du four, les matières de réduction que les résidus contiennent encore, surtout le coke, sont brûlés de sorte qu'une grande partie de la chaleur que nécessite le procédé s'opérant dans le moufle est produite des résidue mêmes immédiatement à l'endroit de sa consommation, La division du moufle en deux compartiments mentionnée ci-dessus contribue à cette exploitation de la chaleur et la rend plus parfaite, car les résidus du moufle passent trois fois par la zône du moufle, c'est-à-dire une fois dans le compartiment 2a dans la direction x, puis dans le compartiment 21 en sens opposé en parcourant le même chemin presqu'entier en arrière,
et enfin dans le four tournant, à l'extérieur du moufle, chou minant de nouveau dans le sens x,
A la zone de réduction principale dans le compar- timent 2a du moufle, il est donc cédé de la chaleur depuis la chambre du four entourant le moufle en ce que les agents de réduction, contenus encore dans les résidus, sont brûlés, en outre .depuis le compartiment 2b dans lequel une réduo-
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tion n'a lieu qu'en une moindre mesura Quand il s'agit de matières très faciles à distiller, telles que matières contenant du poussier de zinc, du mercure ou du cadmium, on peut se contenter souvent d'un seul passage par le moufle et en évacuer les résidus dans la chambre du four au bout du moufle dirigé vers le bout de décharge de celui= ci.
L'agent de réduction, contenu dans le résidu , est alors brûlé dans la zone du four se trouvant entre ce bout du moufle et l'endroit de décharge du four. La tem- pérature obtenue dans le moufle, en employant cette forme d'exécution, est conformément moindre. Les dispositifs d'alimentation et d'évacuation 5, 9 ou 20 garantissent un joint, très étanohe aux gaz, entre le moufle et la chambre du four. La transition des vapeurs de métal depuis le moufle dans la chambre du four auprès du dispositif d'a- limentation du moufle, peut aussi être empêchée ou diminuée en maintenant dans le moufle, à l'aide de la conduite d'aspiration, un vide modique.
Les vapeurs de métal, pro- duites dans le moufle, entrent dans le tube 11 par son bout ouvert, le cas échéant aussi par des orifices informé' diaires du tube 11 et dans les formes d'exécution selon figures 3 et 5 par des tubulures 18. Depuis ce tube 11; elles passent dans le condenseur 13 -où le métal se con- dense sous forme d'un bain liquidée Le métal condensé peut être évaoué de façon continue ou périodiquement par une conduite 21, Dans les exemples de réalisation, la conduite 21 est prévue au bout du condenseur en regard du moufle, elle peut cependant aussi être arrangée à un autre endroit du condsseur, p.e. à sa face frontale dirigée vers le bout d'alimentation du tour.
Les gaz obtenue à la fin de la condensation quittent le condenseur par la conduite 14
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L'exécution suivant figures 5 et 6 se distingue des formes selon 1 à 4 en ce qu'au lieu d'un moufle divisé à l'intérieur en deux compartimente, plusieurs moufles sont disposés en parallèle, avantageusement sous forme de tubes droits, parallèles à l'axe du four. Chacun de ces tubes pourrait aussi être divisé à l'intérieur, de sorte que chacun servirait au transport de la charge dans l'un et l'autre sens.
Pour simplifier la chose, on peut cependant aussi employer quelques uns des tubes ou seulement un pour le retour de la matière, tandis que les autres, aux- quels on peut donner un petit diamètre pour mieux transfé rer la chaleur, servent au transport de la matière en avant Les tuyaux du moufle, surtout s'ils sont faits d'alliages spéoiaux, peuvent aussi être exécutés en une spire allant et revenant. L'arrangement du moufle selon figures 5 et 6 se prête particulièrement pour des installations à four plus grandes
La disposition du condeseur à l'extérieur du four, voir p.e. le condeseur annulaire 13', figure 5, sera sur tout avantageuse s'il s'agit de métaux, dont le point de condensation est très bas.
Pour d'autres métaux, il se recommandera d'arranger la chambre de condensation dans la sone de chauffage préliminaire du four puisqu'on peut pro- fiter alors de la température uniforme régnant dans cette zone pour maintenir la température de condensation, Dans ce cas, la chambre de condensation sera tenue, le cas ée chéant, par une couche d'isolement, à une température un peu plus basse que la zone de réchauffement préliminaire.
En général, il sera bon de faire l'addition d'agents de réduction, p.e. de coke, de prime abord aussi grande qu' il y ait encore assez de combustible dans les résidus pour
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garantir une combustion vive dans le four tournant et pour y volatiliser les métaux contenus encore dans les résidus du moufle. Eh tant que la chaleur dégagée ne suffit pas pour soutenir l'opération du moufle, on peut prévoir en 15' un chauffage additionnel à l'aide de poussier de charbon, gaz, huile ou analogues.
Si l'on emploie comme agents de réduction des substances difficiles à brûler, p.e. du fer, des carbures etc.,, on peut ajouter du combustible aux ré- sidus du moufle à leur sortie du dispositif d'évacuation, p.e. en y soufflant du coke ou du charbon en gros grain par le brûleur 15' en vue d'aider la combustion depuis les résidus du moufle et la volatilisation des restes de métal.
Tandis que les quantités de métal liquide, formées dans le condenseur, sont évacuées par un dispositif 21, prévu dans la paroi du four, d'une façon continua ou discontinue comme mentionné plus haut, on peut aussi soutirer les métaux pro- venant de la réduction et non vaporisés dans le moufle, par exemple le plomb, par le dispositif 22.
Les avantages techniques et économiques du procédé formant l'objet de l'invention comparé aux services à mou- fle en vogue jusqu'à présent sont les suivants:
1) L'exécution en marche continue signifie une diminua tion importante de la main d'oeuvre très coûteuse et mal- saine du service à moufle usité
2) Le mouvement continuel et l'agitation du mélange de matières de réduction dans le moufle. permettent une réduc tion à des températures basses, puisque le sur chauffage des parois du moufle et nécessité par égard au noyau du moufle plus froid est éliminés Le mouvement du mélange augmente en outre la vitesse de réduction, de sorte que la vaporisas @ tion par unité de temps et de surface de moufle devient son* sidérablement plus grande.
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3) L'excédent de coke se trouvant dans les résidus est utilisé immédiatement pour l'opération du moufle par la com- bustion dans la chambre du four. Le dégagement de cette chaleur se produit dans une zone longue à une température uniforme de sorte que les désavantages du chauffage par flammes, causant un surchauffage par endroits, sont évités.
4) Dans ce procédé, on est à même, du point de vue é- oonomique, de travailler aveo un grand excédent de coke dans le moufle et d'empêcher ainsi la formation de scories. cet excédent est alors utilisé directement pour le procédé par la combustion dans le four tournant.
5) On est à même dans ce procédé de réchauffer la ma- tière par chauffage direct, les gaz d'échappement de cette zone et nuisiblesà la condensation n'y parvenant pas dans l'installation de condensation mais étant évacués avec les gaz d'échappement du four. En même temps, les vapeurs de métal déjà volatilisées dans cette zone peuvent être récura pérées des gaz d'échappement.
6) Pour des raisons économiques, il est avantageux de ne pas mener à fin la réduction dans le moufle, mais de n'y réduire et vaporiser à l'intérieur que de 60 à 90% des mé- taux, Après l'évacuation du moufle les quantités restantes de métal sont réduites des résidus et brûlées dans le four tournant et récupérées des gaz d'échappement, ON peut donc obtenir les résidus de four définitifs avec une teneur en métal beaucoup moindre qu'au moyen des procédés antérieurs.
Le nouveau procédé permet ainsi le travail de dis- tillation continu d'une manière économique et qu'on n'avait pas réussit d'obtenir jusqu'à présent à cause de l'appareil lage* On y réduit et vaporise dans le moufle seulement une partie plus ou moins grande des métaux et récupère le con- tenu en métal qui reste sous forme d'oxyde par volatilisa-
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tion en utilisant les quantités d'agents de réduction se trouvant encore dans le résidus. En même temps, on y obw tient un chauffage uniforme du moufle qui était impossible antérieurement.
Tandis que dans le service de moufle usuel, on avait besoin en général, pour la production de zino,de 200 à 250 % de combustible. rapportésà la matière brute, l'on peut exécuter la distillation selon le nouveau procédé avec une consommation totale de combustible de 40 à 70 %, ou, si de 10 à 40 % de la matière sont récupérés sous forme d'oxyde et sont retournée dans l'opération du moufle, aveo une consommation totale de combustible de 60 à 100 %.