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Procédé d'extraction de métaux non-ferreux des minerais sulfurés
La présente invention concerne le grillage de mine- rais sulfurés, tels que les blendes de zinc ou les pyrites, plus particulièrement les pyrites cuivreuses; en vue de trans- former à l'état de sulfate les métaux non-ferreux qu'elles contiennent et d'extraire ensuite ce sulfate par dissolu- tion ou par d'autres moyens.
Elle a pour but d'améliorer le rendement en sulfa- tes de métaux non ferreux, dans ce genre de procédés, par le contrôle simultané de la température et de la concentra- tion en anhydride sulfureux au cours du grillage. Ce grilla-
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ge peut, bien entendu,s'effectuer dans un four à pyrites de type connu quelconque, y compris les fours rotatifs, les fours à cuve et différents types de fours mécaniques.
Pour plus de simplicité, on étiolera donc ici le mot "four" pour désigner un appareil quelconque de ce genre, dans le- quel on effectue le grillage.
Dans son brevet n 380.435, la demanderesse a décrit et revendiqué un procédé de grillage de pyrites ou de sulfure ferreux à l'aide d'air, dans lequel on contrôle la température de la zone de combustion du sulfure ferreux en y introduisant un gaz relativement froid consistant en anhydride sulfureux et/ou azote.
On a constaté qu'il peut être avantageux de traiter des minerais sulfurés à teneur en cuivre et/ou zinc ou au- tres métaux non-ferreux, en vue de la production de soufre et/ou d'anhydride sulfureux, et d'oxyde de fer, en même temps que s'effectue la transformation en sulfates du cui- vre et/ou zinc ou autre métal non ferreux, en soumettant ces minerais à un grillage oxydant à une température déter- minée, eten présence d'une concentration voulue en anhydride sulfureux qu'on peut obtenir en remettant en circulation une partie des gaz à teneur en anhydride sulfureux qui s'é- chappent de la partie supérieure du four, après les avoir enrichis en anhydride sulfureux de toute manière voulue.
La concentration en anhydride sulfureux des gaz ve- nant en contact avec les matières en cours de sulfatation doit être de 20% au moins, la température étant maintenue entre 600-800 C et, de préférence, à 700 C environ. Aux tem- pératures plus basses, c'est-à-dire de 600 C environ, ou moins, les sulfates de cuivre et de zinc se forment lente-
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ment, et il se forme en outre des quantités appréciables de sulfate de fer susceptibles d'entraîner des complications au cours de l'extraction subséquente des sulfates non ferreux.
D'autre part, à des températures plus élevées, de l'ordre de 800 C ou davantage, la formation de sulfates, de cuivre et de zinc aussi bien que de fer, se ralentit. A la températu- re optimum de 700 C, le degré de sulfatation du cuivre croit rapidement de pair avec l'augmentation de la concentration en anhydride sulfureux jusqu'à 25% environ, et reste ensui- te sensiblement constant.
La présente invention comprend donc un procédé sui- vant lequel on traîte les minerais sulfurés, tels que les pyrites, les pyrites grillées ou autres matières convenables contenant du cuivre et/ou du zinc entièrement ou partielle- ment à l'état de sulfures, à une température de 600-800 C et en présence d'un gaz contenant de l'oxygène libre ainsi que 20% au moins d'anhydride sulfureux, en vue de transformer les métaux non ferreux en sulfates, cette concentration en anhydrides sulfureux étant obtenue, de préférence, en con- centrant et remettant en circulation une partie des gaz éva- cués du four, ou en concentrant des gazà faible teneur en anhydride sulfureux obtenus de toute autre source disponible.
L'invention ne concerne que le traitement de mine- rais ou matières contenant suffisamment de soufre ou de sulfu- re métallique pour entretenir la température de réaction nécessaire, l'air de combustion et/ou l'anhydride sulfureux étant chauffés au préalable, si on le désire. Lorsqu'on traite des minerais sulfurés tels que des pyrites, par exem- ple, on peut exécuter le procédé de sulfatation suivant l'invention dans le même four que celui dans lequel a lieu A
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l'oxydation des minerais, mais on peut également exécuter le procédé dans un appareil séparé et l'appliquer, éven- tuellement, aux résidus ou concentrats sulfureux ou oxy-sul- fureux provenant d'autres opérations.
On décrira maintenant l'invention,avec référence aux dessins annexés, dans son application au grillage de py- rites dans un four à cuve. On charge les pyrites au sommet du four et on introduit l'air de combustion et des quantités convenables de gaz riches en anhydride sulfureux, à un ou plusieurs niveaux du four, séparément ou ensemble. La pre- mière phase du procédé s'accomplit dans la zone supérieure du four, et c'est pendant cette phase que commence l'oxyda- tion des pyrites avec production d'oxyde de fer, d'anhydride sulfureux et, éventuellement, d'une certaine quantité de soufre libre. On règle, de préférence, la température de cette phase du procédé par un apport de gaz relativement peu chaud, qu'on obtient en refroidissant les gaz évacués du four.
Il se peut qu'au cours de cette phase, des métaux non ferreux tels que le cuivre et le zinc restent inoxydés à l'état de sulfure, ou qu'ils se transforment entièrement ou partielle- ment à l'état d'oxyde. Durant la deuxième phase du procédé, qui s'effectue dans les parties inférieures du four, a lieu la sulfatation des métaux non-ferreux, simultanément avec une oxydation complète ou sensiblement complète des sulfures restants. On maintient la témpérature à 600-800 C, et la con- centration d'anhydride sulfureux à 20% au moins. Lorsqu'on maintient la température à 700 C durant cette phase et que la température maximum de la phase d'oxydation est de 850 C, les gaz introduits peuvent, de préférence, consister en un mélange d'un volume d'air et d'un tiers de volume d'anhydride sulfureux à 100%.
Il peut être nécessaire de soumettre ce
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mélange d'air et d'anhydride sulfureux à un chauffage préa- lable afin de maintenir la température de réaction, l'im- portance de ce chauffage préalable variant suivant le pour- centage de soufre, à l'état de sulfure, que contient le mine- rai partiellement grillé qui entre dans cette phase. Pae exem- ple, pour 5% de soufre il faut un chauffage préalable à 310 C environ, pour 10% de soufre 170 C environ, et pour 15% de sou- fre une température de 35 C approximativement. Par un régla- ge convenable de la température et de la composition des gaz, on peut créer une troisième phase suffisamment énergique pour oxyder complètement toutes traces de sulfure.
On peut situer cette phase dans une zone du four soit supérieure soit infé- rieure à celle de sulfatation. De cette manière on détermine donc les conditions relatives à la température et à la con- centration en anhydride sulfureux et on oxygène dans chacune des phases, par une addition convenable d'air de combustion et d'anhydride sulfureux concentré à un ou plusieurs niveaux du four. Dans le mode d'exécution le plus simple, on intro- duit l'une avec l'autre les quantités nécessaires d'air de combustion et d'anhydride sulfureux concentré,dans l'extré- mité inférieure du four où la température est de l'ordre de 400-600 C. La température et la concentration en anhydride sulfureux croissent de manière continue à mesure que les gaz circulent de bas en haut, en contact avec les pyrites.
A un niveau intermédiaire, la température augmente suffisamment (à 600-800 C, par exemple) pour que la sulfatation s'accom- plisse, l'oxydation des pyrites nouvellement chargées ayant lieu dans la partie supérieure du four, où la température s'accroît encore davantage (à 800-1000 C, par exemple).
Il est nécessaire d'introduite avec l'air de combus-
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tion une quantité suffisante d'anhydride sulfureux pour empê- cher que la température n'augmente démesurément dans la par- tie supérieure du four. Ce mode d'exécution simple du procédé présente l'inconvénient que¯les conditions régissant l'oxy- dation dans la partie inférieure du four sont incapables d'as- surer l'élimination de l'entièreté du sulfure, lequel reste donc comme impureté dans le minerai-grillé.
On décrira maintenant deux modes d'exécution préfé- rés de l'invention, avec référence aux dessins annexés.
Dans le cas de la Fig. 1 comme dans celui de la Fig. 2, on introduit dans un four à cuve 1 des pyrites en 2 et de l'air de combustion en 3. On retire en 4 les pyrites grillées, les gaz évacués du four passant, à travers un dépoussiéreur 5 et un refroidisseur 6, vers une installation 7 de concentration d'anhydride sulfureux. On peut effectuer la concentration de l'anhydride sulfureux de toute manière connue ou convenable, par liquéfaction ou par lavage à l'aide d'un dissolvant ap- proprié, par exemple, suivi d'un chauffage et/ou d'une réduc- tion de pression, destinés à assurer la récupération du gaz dissous.
On peut permettre à une partie des gaz de con- tourner l'installation de concentration, de manière à pouvoir régler cette concentration, et on peut retirer une quantité convenable d'anhydride sulfureux du circuit, à une allure correspondant à celle du chargement de pyrites franches, et utiliser de toute manière avantageuse l'anhydride sulfureux ainsi prélevé, pour la fabrication d'acide sulfurique, par exemple.
Dans le cas de--,la Fig. 1 on divise en deux parties l'anhydride sulfureux concentré. Comme c'est indiqué en 8, on en introduit une partie à un niveau intermédiaire du four, n
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tandis qu'on introduit l'autre partie dans le fond du four avec l'air de combustion, comme c'est indiqué en 9. La distil- - lation du soufre instable contenu dans les pyrites et l'oxy- dation du sulfure ferreux résultant de cette distillation commencent dans la partie supérieure du four, la température d'oxydation étant réglée au mmyen de l'anhydride sulfureux introduit en 8 et remis en circulation.
Dans la partie infé- rieure du four, le minerai partiellement ou complètement oxy- dé se trouve soumis à des conditions de sulfatation qu'on détermine à l'aide de l'air de combustion et de l'anhydride sulfureux remis en circulation en 9. On peut soumettre ces gaz à un chauffage préalable, si on le désire.
Suivant la Fig. 2, l'anhydride sulfureux qu'on re- met en circulation en vue de régler la phase de sulfatation est introduit dans le four à un niveau 10, situé en contre- bas du point 8 auquel on introduit les gaz destinés à régler la température de la zone d'oxydation. On ajoute une cer- taine quantité d'air de combustion en 11, c'est-à-dire au meure niveau que les gaz d'anhydride sulfureux admis en 10, et on laisse pénétrer en 3 le restant de l'air de combustion.
De cette manière, on établit dans le four trois zones dis- tinctes. Dans la zone supérieure, maintenue à la température de 800-1000 C, s'accomplit l'oxydation des pyrites. La zone intermédiaire, maintenue à 600-800 C, assure la sulfatation des métaux non-ferreux tels que le zinc et le cuivre. Dans la zone inférieure, qu'on maintient à 400-700 C environ et dans laquelle le gaz n'a qu'une concentration très faible en anhydride sulfureux, les conditions oxydantes qui en résul- tent sont suffisamment énergiques pour éliminer des matiè- res oxydées et sulfatées pratiquement toute trace de sulfu- re.