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MINISTERE DES AFFAIRES ECONOMIQUES
ET DES CLASSES MOYENNES.
LE MINISTRE DES AFFAIRES ECONOMIQUES ET DES CLASSES MOYENNES.
Vu l'arrêté-loi du 8 juillet 1946, prorogeant, en raison des événements de guerre les délais en matière de propriété industrielle et la durée des brevets d'invention;
Vu la requête introduite le 31 janvier 1947 par THE NEW JERSEY ZINC COMPANY
Vu la publication de cette requête au Moniteur Belge des 8 et 9 décembre 194
Considérant qu'il résulte de l'examen des justifications fournies à l'appui de la requêté précitée et des arguments développés dans la lettre de la Sté Ame
Métallurgique de Prayon, en date du 6 janvier 1948 que le brevet n 395.346 pour : rocédé et appareil pour la purification du zinc n'a pu être exploité, par suite de l'état de guerre pendant une période équivalen à deux années d'exploitation normale ;
ARRETE:
ARTICLE 1.- La durée du brevet n 395.346 pour : Procédé et appareil pour la puri- fication du zinc accordé à THE NEW JERSEY ZINC COMPANY pour prendre cours le 29 mars 1933 est prolongée de deux années.
ARTICLE 2.- La prolongation est accordée sous condition de paiement dans le mois de son octroi, de la taxe spéciale prévue à l'article 6 de l'arrêté-loi du 8 juillet 1946, précité.
ARTICLE 3.- le présent arrêté sera annexé au titre du brevet.
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" PROCEDE ET APPAREIL POUR LA PURIFICATION DU ZINC "
La présente invention est relative à la purifica- tion du zinc métallique par distillation et elle a pour but un procédé et un appareil perfectionnés pour séparer du zinc le plomb et autres métaux à point d'ébullition plus élevé que le zinc. Le procédé et l'appareil selon l'invention conviennent particulièrement pour la purifica- tion du zinc par action d'une colonne à reflux telle que décrite dans le brevet français n 735978 du 26 Avril 1932.
Dans la présente description, on a utilisé l'expression colonne à reflux pour désigner une colonne ou une tour dans laquelle la vapeur métallique montante se déplace au con- tact de métal fondu descendant (refluant) , provenant de la condensation de la vapeur montante ; on laisse s'écou- ler à la base de la colonne une quantité importante de métal fondu refluant et la vapeur métallique arrivant au sommet de la colonne est récupérée de façon appropriée.
L'appareil selon l'invention comprend un certain nombre de cornues servant à distiller le zinc métallique , associées avec un certain nombre de colonnes à reflux ; de
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préférence, chaque cornue est pourvue d'une colonne à reflux. La communication entre une cornue et la colonne correspondante permet l'écoulement de la vapeur de la cornue à l'extrémité inférieure de la colonne et l'écou- lement en contre-courant du métal fondu qui reflue de la colonne à la cornue. Chaque colonne à reflux comporte une sortie, près de son extrémité supérieure, communiquant avec un dispositif servant à recueillir et/ou condenser le zinc purifié , lequel est, de préférence, commun à toutes les colonnes ou à un certain nombre d'entre elles.
Le zinc fondu purifié s'écoule dans un réservoir d'où il est enlevé et coulé en lingots ou bien on l'utilise d'autre façon appropriée.
D'autres avantages et particularités de l'inven- tion ressortiront de la description qui va en être faite avec référence aux dessins annexés , dans lesquels :
La figure 1 est une coupe, en élévation et en bout, d'un appareil selon l'invention.
La figure 2 en est une vue en plan , partie en coupe.
La figure 3 en est une vue de côté . partie en coupe, et
Les figures 4 à 12 représentent différentes formes de réalisation de la colonne à reflux.
L'appareil représenté sur les figures 1, 2 et 3 des dessins annexés, comporte un système de four allongé 10 comportant une cloison longitudinale centrale 11 divi- sant l'intérieur du four en deux chambres de chauffe ou laboratoires 12, voisins ou communiquants. Une rangée horizontale de cornues 13 de distillation du zinc est disposée dans chacune des chambres de chauffe 12 . Les
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deux rangées horizontales de cornues sont placées dos à dos , contre la cloison centrale 11 , et sont légèrement inclinées depuis l'arrière jusqu'à l'avant où elles pénétrent dans des ouvertures appropriées , ménagées dans les deux cloisons latérales ou avant du four. Les cornues 13 sont faites en matière réfractaire appropriée telle, par exemple, que du carbure de silicium .
La disposition du four, le montage des cornues dans celui-ci et le système de chauffage du four au gaz, en combinaison avec un récupé- rateur , peuvent avantageusement être établis dans leurs grandes lignes suivant la pratique courante des fours à cornues belges pour le zinc.
L'extrémité extérieure de chacune des cornues 13 est reliée par un coude 14 ( en argile réfractaire ou analogue) à la partie inférieure d'une colonne à reflux.
Chaque colonne à reflux comporte un cylindre 15 , en argile réfractaire ou autre matière réfractaire appropriée , com- portant à sa partie inférieure une ouverture venant en regard de l'extrémité supérieure du coude 14 et communi- quant avec celui-ci . Le dessus du cylindre 15 est fermé par une plaque 16 lutée de façon appropriée au moyen de boue ou matière analogue de façon à éviter l'échappement de la vapeur de zinc. Le cylindre 15 est entouré d'une matière calorifuge appropriée 17 ( telle que des déchets d'oxyde de zinc) maintenue en place au moyen d'une chemise en acier 18 , portée à l'avant du four, de façon appropriée.
Dans le cylindre 15 et à une petite distance au-dessus du fond de celui-ci , se trouve une plaque trans- versale perforée 19 servant à porter une colonne de matière de remplissage en morceaux calibrés 20. La matière de remplissage peut être avantageusement du coke broyé à 18 mm
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ou n'importe quelle autre matière de remplissage inerte, telle que des produits réfractaires, de la brique réfrac- taire, etc... broyés.
Une extrémité d'un tuyau en forme de coude 21 communique avec la partie supérieure du cylindre 15 , appro- ximativement au niveau supérieur de la matière de remplis- sage 20 ou légèrement au-dessus. L'autre extrémité du coude 21 communique avec un tube descendant 22 monté sur une auge fermée ou conduit 23 et communiquant avec celui- ci. Le conduit 23 s'étend sur toute la longueur du four etprésente une légère inclinaison dans la direction d'un puisard ou collecteur 24 pour le métal fondu, de capacité relativement grande, ménagé à une extrémité du four.
Etant donné que le conduit 23 descend le long du four, les tubes descendants 22 sont de plus en plus longs , depuis l'extrémité du four éloignée du collecteur jusqu'au voisi- nage de celui-ci. Chaque tuyau descendant 22 comporte une ouverture de nettoyage disposée immédiatement au-dessus du couvercle 38 du conduit, normalement fermée au moyen d'une bride 25 ou dispositif analogue. Les tubes descen- dants 22 communique avec le conduit 23 par des ouvertures 39 ménagées dans le couvercle 38 du conduit. Chaque ou- verture peut être fermée au moyen d'un registre coulissant disposé à la place de la brique 25 en vue d'empêcher l'échappement de vapeur de zinc de la conduite lorsque l'on nettoie ou que l'on change les cornues ou les colonnes à reflux.
Le coude 21 , le tube descendant 22 et le con- duit 23 peuvent être faits en carbure de silicium ou matière analogue. Le conduit 23 est porté par une auge en tôle 27 garnie intérieurement d'une matière réfractaire appropriée, par exemple de terre glaise ou d'argile damée
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26 . La chaleur est radiée suffisamment pour que toute la vapeur de zinc qui entre dans la conduite se condense en donnant du métal fondu. L'auge 27 aussi bien que les colonnes à reflux, sont portées par une charpente ou des consoles appropriées 37 fixées'aux montants de la charpente du four.
Le récipient collecteur est muni d'un dispositif de chauffage tel qu'un brûleur 28 pour gaz combustible (par exemple de l'oxyde de carbone). Les gaz de chauffage venant du brûleur 28 passent sur la surface du zinc purifié qui se trouve dans le récipient collecteur et s'échappent par une cheminée 29 maintenant ainsi le zinc métallique à l'état fondu, de façon uniforme. Chacun des deux conduits 23 ( sur les côtés opposés du four) amène le métal fondu à un puisard 30 placé d'un côté du récipient collecteur 24 .
Les puisards 30 communiquent avec le récipient collecteur au-dessous du niveau du métal fondu dans ce dernier, de sorte que les produits de la combustion , dans le réci- pient collecteur ne peuvent pénétrer dans l'appareil de condensation. Au-dessus du puisard 30 , un tube 31 monte verticalement au-dessus du conduit 23 . Le tube vertical 31 a une hauteur telle et est construit de telle façon qu'il assure une condensation sensiblement complète, en donnant du zinc fondu , de toute la vapeur de zinc résiduelle qui pourrait passer dans le tube. Le récipient collecteur 24 est muni d'une partie 32 où l'on peut puiser, de laquelle on peut enlever le métal fondu, à volonté, pour le couler ou pour des opérations analogues.
Chaque cornue 13 comporte un godet de chargement 33 communiquant avec la cornue par un coude 34 . Le zinc métallique fondu à purifier est versé au moyen d'une poche
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35 dans une goulotte 36 aboutissant au godet 33 .
Lorsque l'appareil représenté sur les figures 1 , 2 et 3 est en fonctionnement, la vapeur se dégageant des bains de zinc métallique bouillant dans les cornues 13 passe par les coudes 14 dans les colonnes à reflux correspondantes. La vapeur de zinc est purifiée du plomb qu'elle contient, par reflux et/ ou rectification dans les colonnes 10 à reflux ou à rectification. La vapeur de zinc résultante, purifiée sort des colonnes à reflux par les coudes 21 et elle est condensée en donnant du zinc fondu dans les tubes descendants 22 et le conduit 23 . Le zinc fondu purifié s'écoule dans le conduit de chaque côté du four et arrive dans les puisards 30 et, de là , dans le récipient collecteur 24 d'où on le puise à volonté dans la partie 32 .
Du zinc métallique fondu (ayant la teneur à raffiner) est chargé de temps en temps ( ou continuellement si on le désire) dans chacune des cornues ( par les gou- lottes 36 et les godets 33 ) de façon à maintenir un volume sensiblement uniforme de métal fondu dans chacune des cornues. Une certaine proportion (environ 10 à 30 %) de vapeur de zinc entrant dans chacune des colonnes à reflux est finalement ramenée à la cornue correspondante , à l'état de métal fondu , en conséquence de l'action de reflux.
Ce métal fondu qui reflue contient le plomb enlevé de la vapeur de zinc et, du fait de son retour à la cornue, on augmente progressivement la teneur en plomb du métal fondu de cette cornue. Chacune des cornues fonctionne de façon continue jusqu'à ce que la teneur en plomb du métal fondu qui s'y trouve ait progressivement augmenté en donnant un pourcentage si élevé que la vapeur amenée par
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la colonne à reflux correspondante au système de conden- sation , ait une teneur en plomb aussi élevée qu'on peut le tolérer dans le système de condensation. Cette cornue est alors mise hors service et vidée du métal à forte teneur en plomb qu'elle contient et est alors rechargée en zinc métallique fondu ayant la teneur voulue pour la purification.
En partant de la charge initiale d'une cornue en zinc métallique ayant la teneur à purifier, la teneur en plomb du métal fondu qui se trouve dans la cornue augmente graduellement du fait de la distillation et de l'action de reflux et, en conséquence , la teneur en plomb de la vapeur de zinc purifié , allant au système de con- densation et venant de cette cornue, augmente, de façon correspondante. En d'autres termes, la vapeur de zinc ayant le degré de pureté le plus élevé est fournie au système de condensation par une cornue chargée au début ou fraîchement chargée et la pureté de la vapeur de zinc allant au système de condensation diminue progressivement à mesure que la cornue continue à être en service , en la chargeant périodiquement, mais sans la nettoyer.
Dans l'appareil selon l'invention , on obtient du zinc métalli- que purifié uniformément, de façon continue, en combinant ou en mélangeant la vapeur de zinc venant d'un certain nombre de cornues dans les différents stades de la période de fonctionnement, entre une cornue fraîchement chargée et le nettoyage de la cornue où la teneur en plomb du métal fondu qui s'y trouve atteint une valeur maxima déterminée . En pratique, ce résultat est obtenu en net- toyant et en chargeant de nouveau les cornues à la suite les unes des autres, pendant la période de travail. Ainsi,
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avec un four à vingt-quatre cornues ( douze de chaque côté) et une période de travail de huit jours, trois cornues sont nettoyées et chargées de nouveau chaque jour.
En outre, l'amenée de métal condensé mélangé ( provenant des colonnes à reflux d'un certain nombre de cornues de distillation contenant du métal fondu dont la teneur en plomb varie de façon progressive) à une masse relativement grande de métal fondu tend en outre, à uni- formiser le produit purifié, puisé ou retiré autrement du récipient collecteur 24 .
L'exemple spécifique suivant de mise en pratique de l'invention servira à expliquer celle-ci ,mais ne doit être considéré , en aucune façon , comme restreignant ou limitant sa portée. Le four contient vingt-huit cornues, quatorze de chaque côté, du type des cornues à zinc ayant approximativement 1m50 de long et 18 à 25 cm de diamètre interne (section ovale) . Le cylindre en argile réfractaire 15 de la colonne à reflux à 68 cm de hauteur et 19 cm de diamètre intérieur, avec une épaisseur de paroi de 25mm .
L'enveloppe en acier 18 a 33 cm de diamètre et l'espace annulaire entre le cylindre et l'enveloppe est rempli de déchets d'oxyde de zinc. Le zinc métallique à purifier contenait environ 0,06 % de plomb . Approximativement , 1200 kilos de métal ont été volatilisés par journée de 24 heures dans chaque cornue dont approximativement 20 % ont été condensés dans la colonne à reflux et ramenés à la cornue à l'état de métal fondu. Le four, dans son ensemble, produisait ainsi environ 26 tonnes 9 de zinc métallique purifié par jour, lequel a été retiré de l'endroit 3 où se faisait la puisée .
Les cornues étaient chargées à vingt-cinq minutes d'intervalle avec quinze à dix-sept kilos par cornue de métal fondu ayant la teneur soumise
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à la purification , de façon à maintenir un volume sensible- ment constant de métal fondu dans chaque cornue. On nettoyait et chargeait de nouveau cinq à six cornues du four par jour, de sorte que la période de fonctionnement continu ou cycle de chaque cornue était d'environ cinq jours.
Le métal fondu retiré de la cornue, lors du nettoyage, contenait environ 4 % de plomb . Le zinc métallique purifié, retiré du récipient collecteur 24 servant à l'uniformisation, contenait 0,003 % de plomb . La teneur en plomb de la vapeur de zinc envoyée au système de condensation par une cornue nouvellement chargée était approximativement 0,001 % et, par une cornue immédiatement avant son nettoyage , d'environ 0,006 % . Les autres cornues envoyaient au système de condensation de la vapeur de zinc dont la teneur en plomb avait une valeur intermédiaire , variant progressi- vement suivant leur stade respectif ou leur position rela- tive dans le cycle de travail du fonctionnement continu d'une cornue. Quinze à dix-huit tonnes de métal fondu purifié étaient maintenues dans le récipient collecteur 24 .
La construction de la colonne à reflux représentée sur les figures 1, 2 et 3 est simple, peu coûteuse et donne, en pratique , des résultats très satisfaisants. Différentes modifications peuvent être apportées à la construction de la colonne à reflux . Plusieurs de ces modifications sont représentées sur les figures 4 à 12 des dessins ci-joints.
Dans la variante représentée sur la figure 4 , la colonne à reflux est constituée par un empilage de récipients 40 en argile réfractaire, carbure de silicium ou autre matière réfractaire équivalente. Les récipients 40 sont de forme rectangulaire , avec parois latérales 41 biseautées de
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façon telle que les récipients peuvent être empilés les uns sur les autres. Le fond de chaque récipient comporte une fente ou ouverture transversale 42 près de l'une de ses extrémités. La surface supérieure du fond de chaque récipient est pourvue de rainures transversales 43 paral- lèles à la fente 42 , ces nervures augmentant progressive- ment de hauteur depuis l'extrémité voisine de la fente jusqu'à l'extrémité opposée.
Les récipients 40 sont empilés en les décalant de sorte que les fonds de ceux-ci forment une colonne de chicanes horizontales , superposées à travers lesquelles la vapeur métallique monte et le métal fondu descend suivant des parcours en zigzag. Les nervures 43 servent à retenir une faible épaisseur de métal fondu sur les fonds des récipients. L'effet de cascade du métal fondu par-dessus les nervures facilite le contact intime entre la vapeur montante et le métal fondu descendant. Le dessus de la colonne à reflux est fermé par une plaque ou couvercle 44 à travers laquelle passe une tuyère de sortie 45 allant au tube descendant 22 du système condenseur. L'ensemble des appareils empilés 40 est calorifugé de toute manière appropriée, par exemple au moyen de déchets d'oxyde de zinc 17 maintenus en place par une enveloppe en acier 18.
La figure 5 représente une colonne à reflux sans matière de remplissage ou de garnissage , la colonne à reflux est constituée par un tube 46 en argile ou autre matière réfractaire, entouré par un calorifuge 17 , maintenu en place par une enveloppe en acier 18 . Cette colonne, sans matière de remplissage ou de garnissage, doit être relativement haute et étroite en vue d'assurer une purifi- cation appropriée de la vapeur de zinc par reflux et/ou rectification.
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Sur la figure 6, le cylindre réfractaire 15' de la colonne à reflux est garni de sphères ou billes 47 en matière réfractaire qui fonctionnent de façon ana- logue au garnissage en coke calibré mentionné plus haut.
La colonne à reflux des figs 7, 8 et 9 est munie de chicanes 48 superposées, placées à une certaine dis- tance les unes des autres, ayant la forme d'assiettes creuses. Ces assiettes creuses sont rondes avec un segment enlevé et comportent un fond ou une surface supérieure creuse pour retenir des masses de faible épaisseur de métal fondu. Trois axes 49 disposés sous la face inférieure de chaque assiette creuse servent à supporter et à maintenir à l'écartement les assiettes superposées. Les assiettes creuses sont disposées avec leurs segments enlevés décalés de façon à constituer un chemin en zigzag pour l'écoulement en contre-courant de la vapeur et du métal fondu.
Avec une colonne à reflux de ce genre, en fonctionnant de façon continue pendant 7 jours, on a obtenu du zinc métallique purifié contenant moins de 0,002 % de plomb, en partant de zinc à forte teneur en plomb, contenant jusqu'à 1 % de plomb. Le métal fondu dans la cornue de distillation contenait 20 % de plomb après 7 jours de fonctionnement continu.
La fig. 10 représente une colonne à reflux de section transversale annulaire constituée par une âme cylindrique creuse 50 et un cylindre extérieur concentrique 51 . L'âme 50 est fermée à sa partie inférieure de façon à constituer un récipient pour une matière isolante 52 telle que de la poussière de charbon ou analogue. L'âme est suspendue à une plaque annulaire 53 à laquelle elle est fixée, plaque qui ferme la partie supérieure de la
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colonne à reflux annulaire. L'épaisseur de la matière iso- lante dans l'âme peut être modifiée de façon à assurer le degré voulu d'isolement contre la chaleur et un réfri- gérant , tel que de l'air, peut circuler dans la partie non remplie de l'âme.
La colonne à reflux des figs 11 et 12 a la forme d'une tour à barbotage. Chacun des quatre étages ou dispo- sitifs de barbotage de cette tour ou colonne comporte une plaque annulaire inférieure 54 disposée transversalement, munie d'un collier cylindrique central, en saillie vers le haut . Un chapeau 56 , disposé transversalement et à bord tombant , est disposé au-dessus du collier à une certaine distance convenable de celui-ci. Les plaques 54 et les chapeaux 56 sont munis de tiges pendantes 57 et 58 , respectivement , qui servent à supporter et à mainte- nir à l'écartement voulu les éléments superposés. Pendant le fonctionnement de la colonne à reflux , chaque plaque annulaire 54 porte un bain de métal condensé.
Des tubes de trop-plein 59 assurent la communication entre les bains superposés de métal fondu et permet au métal condensé de refluer dans la cornue. L'extrémité inférieure du tube de trop-plein inférieur 59' est recourbée vers le haut en formant siphon contenant'du métal fondu qui empêche la montée de vapeur par ce tuyau. La vapeur métallique, qui monte, barbote sous le bord périphérique des chapeaux 56 à travers les bains de métal condensé qui se trouvent sur les plaques 54 . Le métal fondu condensé descend par les tuyaux 59 d'un bain de métal au suivant et finalement revient'(reflue) à la cornue de distillation de zinc 13 .
Dans chacune des colonnes à reflux décrites ci- dessus, il est préférable de disposer le calorifuge 17
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autour de la colonne à reflux ou de rectification de façon que la zone ou région d'où s'échappe de la colonne la plus grande partie de la chaleur, se trouve à la partie supérieure. En ce cas , le sommet de la colonne fonctionne comme déflegmateur.
Différentes modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté ici en détail sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Ainsi, les colonnes à reflux peuvent être munies de dispositifs chargeurs pour amener le métal fondu à raffiner, à leur partie supé- rieure ou au voisinage de celle-ci, le métal fondu ainsi chargé remplaçant en tout ou partie le métal fondu chargé directement dans les cornues, comme il a été dit plus haut.
On peut utiliser, pour volatiliser le zinc impur à raffiner, d'autres types de cornues. Ainsi le métal impur peut être volatilisé dans un creuset muni de résistances électriques internes, ou bien on peut utiliser une cornue indépendante chauffée extérieurement, au lieu du type particulier de cornue décrit plus haut.