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"PROCEDE D'EXTRACTION DE ZINO AU FOUR A CUVE PAR REDUCTION DE MINERAIS ETC. ZINCIFERES PAR SOUFFLAGE EN PRESENCE D'UN COMBUSTIBLE".
La présente invention concerne un procédé d'extraction de zinc au four à cuve par réduction de minerais de zinc ou de pro- duits métallurgiques zincifères par soufflage en présence d'un combustible*' L'extraction de zinc métallique du four à cuve a été souvent essayée.mais n'a jamais été réalisée avec succès* La cause réside en ce que la vapeur de zinc contenue dans une grande quantité de gaz ne se laisse pas liquéfier en zinc métallique et ne peut être queprécipitée sous forme de poussière de zinc à environ 40% de ZnO (figure 1).
0*est pourquoi on a essayé d'obtenir le zino sous forme de poussière de zino et de transformer ensuite cette poussiez re de zinc par refonte ou par redistillation en zinc métallique.
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Cependant,le procède de refonte en usage s.ujourq'hu1.ne donne un rendement et une production suffisants que dans le cas où la poussière de zinc est d'une constitution correspondante. Suivant l'expérience,on peut extraire par fusion de la poussière de zino
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formée com,-.ie produit secondaire dans le procéda aux cornues j uaau' a 95% de sa teneur en zino métallique. Mais avec de la poussière de zinc d'autres provenances,par exemple de la poussiè- re de zino de haut-f ourneauj, on n'arrive pas de cette man12re, un rendement économique par l'extraction par fusion.
Des essais poussés à, fond ont montré que la poussière de zinc est de nature différente suivant la méthode de son obtentions
Pour obtenir un bon rendement de l'extraction par fusion il faut tacher d'obtenir!
I) une haute teneur (plus de 75%) en zinc métallique dans la poussière de zinc;
3) une poussière de zinc aussi lourde que possible.
Pour l'obtention de zinc métallique à partir de poussière de
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zino j'est en outre la reiqt3lla.tian Qui entre en ligne de compte, et dans cette voie il suffit de produire une voussiére de zinc fi- ne ou spécifiquement légère(d'un pojds en vrac inférieur à 2) (voir figure 2),qui doit toutefois avoir également une haute teneur en zinc métallique.
La poussière lourde(figure 3), qui a en même temps une haute teneur en zinc métallique,se présente au microscope nettement comme une pluralité de grains métalliques et possède un poids en vrac élevé,c'est à dire que 1 litre pesé, aprèsavoir été secoué
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pendant une heure, 2 é. 4 kg. Sa densité se monte, à une pression de 25 atmosphères à plus de 3,5,en moyenne environ 5. Cette poussiè- re de zino a le plus de valeur lorsqu'il s'agit d'obtenir par le procédé d'extraction par fusion un maximum possible de rendement en mtal.
La cause principale de la diminution de la valeur de la poussière de zinc est l'anhydride carbonique qui oxyde partiellement
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la vapeur de zinc. Par conséquent il était nécessaire de reconnaitre
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d'abord les sources de formation d'anhydride carbonique dans le processus au four à ouve et de supprimer autant que possible la formation du co2.
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Dans la réduction des minerais de zinc oxydés ou oxydiques par du carbone suivant le processus normal au four à ouve.o'est à dire,lors de l'insufflation de l'air de combustion par des tuyè- ressl'oxygène de l'air brûle avec le carbone contenu dans la charge et fournit de cette manière la chaleur nécessaire à la réduction endothermique de l'oxyde de zinc* Il se produit au sein de la charge traversée par les gaz de combustion et les gaz de réduction les réactions importantes suivantes
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I) 0 + 02 li!I Ctd + 97,8 petites calories..
Cette réaction constitue la source de chaleur du processus total.'
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) 002 + 0 III S 00 - 38,4 petites calories.
Cette réaction fournit le monoxyde de carbone agissant princi- paiement dans le processus de--réduction suivant*-
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3) Zn0 + 00 - Zn + 002 - T4;g petites calories.
Cette réaction est la réaction principale,parce qu'elle libère la vapeur de zinc du minerait
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4) Zn + 0 s* Zn + t0 . 53,5 petites calories.'
Cette réaction est une réaction secondaire,parce qu'elle ne peut se produire qu'au contact direct de l'oxyde de zinc se trouvant à la surface des grains de minerai avec le carbone solide*
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s) a C0 * CC + 0 + 38,4 petites calories.!
Cette réaction (effet de Boudouard) est le renversement de la réaction 2) et elle se produit dans une mesure croissante aux
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températures relativement basses situées entre 1050 et 400c'e 6) Zn + 00 =* ZnO + 00 + 14,9 petites calories.
Cette réaction est le renversement de la réaction 3) à des températures relativement basses*!, Ce sont les réactions 5) et 6) qui sont de la plus haute importance pour la constitution ,de la poussière de zinc obtenue au four à ouve. L'équilibre de la réaction 5) se déplace en vertu de
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son effet thermique positif, à une température décroissante, de plus en plus du côté du 00 * Pour la réaction 6) l'équilibre se déplace, aux températures décroissantes, du coté du ZnO, pour les marnes raisons que dans le cas de la réaction 5). La sensibilité de la vapeur de Zn par rapport au CO2 augmente rapidement* Donc, à une température décroissante, une transformation renforcée du zinc en ZnO correspond une formation accrue de 00 (voir figures 4 et 5).
Puisque déjà au cours de la montée des gaz de réaction dans le fourcuve de la zone chaude, d'une température de 1000 , dans des zones plus froides qui ont des températures infé- rieures à 900 ,il se produit une réoxydation par du CO2 du zinc réduit ,il est nécessaire,pour éviter une altération ou déprécia- tion du zinc,respectivement de la poussière de zinc,d'éviter autant que possible la présence d'anhydride carbonique dans son ambiance; par à une température trop basse l'anhydride carbonique ne peut plus être réduit par du carbone.
D'autre part, il se forme de l'anhydride carbonique par l'effet de Boudouard (réaction 5) une basse température aussi en présence de coke* Par contre,la réaction d'oxydation du Zn par l'anhydride carbonique, étant une réaction nettement exothermique, elle se produit égaiement une température décroissante. Pour obtenir de la poussière de zinc d'une haute teneur métallique, il est par conséquent nécessaire avant tout de supprimer la formation d'anhydride carbonique dans le four cuve.
A cet effet il faut maintenir les températures dans le four à ouve à une hauteur telle que les réactions 5) et 6) ne puissent pas se produire, c'est à dire il faut avoir soin de supprimer par la condui- te du four les conditions de conservation et de formation d'anhydride carbonique.
Lorsque, dans ces conditions,tout le zinc a été mis en liberté sous forme de vapeur, il faut réfrigérer les gaz du four à une basse température(inférieure à 100 ) avec une rapidité telle que toutes les réaction- nuisibles pouvant se produire une température relativement basse ne puissent plus se produire*
Lors de l'insufflation de l'air par les tuyères du four à cuve il se forme,comme il a déjà été mentionné plus haut, de l'anhydride
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oarbonique par la combustion de l'oxygène avec la teneur en car,., bone de la charge.
Il se produit ainsi simultanément une libéra- tion de l'énergie thermique totale du oarbone et cette dernière chauffe l'ambiance par laquelle passent les gaz de combustion, à des températures élevées* Le CO2 formé est par conséquent ré- duit aussitôt en 00 par le carbone incandescent (coke),de sorte que la teneur en anhydride carbonique à 1000 et plus descend au. dessous de 1%. Le CE? formé et, dans une faille mesure, du carbone solide réduisent l'oxyde de zinc de la charge et du zinc métallique est mis en liberté sous forme de vapeur et se aélange aux gaz.
L'anhydride carbonique( formé par la réduction de ZnO est retrans-' formé immédiatement en CO par le coke incandescent. Donc,aussi longtemps que la température est située au dessus de 100000,le zinc mis en liberté ne peut plus être réoxydé en présence de carbone* Puisque ces réactions sont d'autant plus vives que la température est élevée il est recommandable de faire marcher le four au vent chaud.
En outre il est avantageux de soumettre le vent à un séchage préalable,parce que la vapeur d'eau se comporte vis à vis de la vapeur de zino d'une manière nuisible similaire à celle de l'anhydride carbonique* Or,si l'on permettrait à la vapeur'de zinc entraînée par les gaz du four de passer par la charge devenant de plus en plus froide vers le haut et renfermant de l'air, l'anhydride carbonique formé ne serait plus transformé assez rapi- dement en 00 par le carbone incandessent, de sorte que la teneur des gaz en anhydride carbonique en augmenterait* Avec un abaissement ultérieur de la température des gaz par la charge froide l'effet de Boudouard suivant la réaction 5) se produirait au-dessous de 1000 C,
en prenant ensuite des proportions importantes aux températures dé- croissant à partir de 800 C. Il s'ensuit que,pour obtenir une poussière de zinc d'une teneur métallique aussi élevée que possible, les gaz du four doivent %%ne évacués à des températures supérieures à 800 C et être refroidis aussitôt rapidement,utilement au-dessous de'IOOOO, ou bien que la poussière de zino doit 'être retirée du gaz par une séparation mécanique rapide (par exemple à l'aide d'un cy-
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clone) et 'être refroidie à l'abri de l'air. Cette poussière de zino est une poussière de zinc légère, d'un poids en vrac infé- rieur à 2.
La teneur en poussières et cendres volantes varia en- tre 4% et 10% de la quantité de poussière de zinc* La teneur en zinc métallique du produit exempt de poussières et cendres vo- lantes est supérieure à 75%.
Lorsqu'on veut obtenir la poussière de zinc sous une forme lourde(d'un poids en vrac supérieur à 2) et simultanément avec une haute teneur en zinc métallique,il est nécessaire d'éviter,lors de la condensation,un refroidissement brusque des vapeurs de zinc à partir d'une température trop élevée; car plus est élevée la tempé- rature à partir de laquelle on réalise la condensation de la vapeur de zinc en poussière de zinc par refroidissement,plus le grain est fin et partant le poids en vrac moins élevé. Il a été constaté que, pour obtenir un haut pourcentage en poussière de zino lourde,la tem- pérature de départ pour le refroidissement brusque des gaz ren- fermant la vapeur de zinc doit être de 650 , 80000,en moyenne de 700 C.
Les résultats peuvent 'être encore améliorés lorsqu'on inter- cale entre lefour et le dispositif séparateur un régénérateur de poussière dé zinc à chauffage électrique direct ou indirect. Le but d'un tel régénérateur consiste en ce qui suit: I) de vaporiser de nouveau la poussiède de zino déjà. forcée; 2) de réduire de nouveau de l'oxyde de zinc déjà formé;
3) d'empêcher si possible le déplacement de l'équilibre-Boudouard du coté du CO2 et de le déplacer,si possible,du côté du CO, ce qui doit être fait par un apport de chaleur de l'extérieur*
Pour vaporiser de nouveau de la poussière de zinc déjà formée il suffirait en soi de faire passer les gaz par une chambre remplie de Morceaux de chamotte et chauffée de 1'extérieur,ce qui a été con- firmé par des essais. Mais si l'on veut remplir simultanément les buts 2 et 3, il est recommandable de charger le régénérateur de coke ou d'un combustible à pouvoir réactionnel encore plus élevé, à sa.voir du
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semi-aoke ou du charbon de bois.
A cause de la mauvaise conducti- bilité thermique du carbone il est utile,dans le but d'une éco- nomie de ohaleur d'admettre dans le régénérateur dépoussière du combustible chauffé à haute température et d'vacuer du régénéra- teur une quantité correspondante de la charge.
La température qui doit régner dans le régénérateur est préférablement d'environ 700 C. On peut travailler aussi à une température plus basse, par exemple à 650 0,mais dans ce cas on courtplus facilement le danger d'une obstruction par de la poussière de zinc,, Par contre, si on laisse dépasser 800 C la température des gaz entrants.le ré- générateur de poussière ne peut plus remplir sa mission
Dans les essais qui ont conduit à la présente invention la teneur desgaz de sortie en vapeur de zinc était de 4,4 à 5% en volume. Comme il ressort de la figure 6 la vapeur de zinc ne peut se condenser à une telle dilution que seulement au dessous de 675 .
De plus, aux températures supérieures à, 800 C il n'y a que peu de CO2 ,de sorte que le régénérateur de poussière n'arri'- ve pas du tout à remplir le but qui lui incombe 0' est à. dire d'a- baisser la quantité de CO2. Avec un régime de travail à des tempéra- tures supérieures à 800 0 il ne resterait au régénérateur de pous- sière qu'à effectuer la réduction du ZnO éventuellement présent*'
Par conséquent,l'action du régénérateur de poussière consiste en première ligne à abaisser autant que possible la teneur du gaz de sortie en CO2 peu avant la condensation définitive, et ceci à une température de 700 C à laquelle il se formerait beaucoup de CO2 suivant l'effet de Boudouard conformément à la figure 4.
Or ceci est empêché par le nouvel apport de chaleur,grâce auquel la réaction est déplacée du côté du 00,cette réaction étant endothermique (réac- tion 3), En seconde ligne il s'agit de réduire l'oxyde de zinc enve- loppant les particules de poussière,pour favoriser le grossissement de particules de poussière par l'adjonction ou l'adhérence de zino métallique. Troisièment on obtient pour la nouvelle vaporisation de la poussière de zinc déjà partiellement condensée,une concentration
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plus élevée de la vapeur de zinc,ce qui contribue également au grossissement des particules des poussières de zinc lors du refroidi cément brusque subséquent.
Des régénérateurs de poussière de ce relire furent essayés dans les formes d'exécution les plus di- verse?! et on a constata qu'avec une plus grande surface la proportion en poussière de zinc lourde augmenta. Les figures 7 à. 9 représentent quelques formes constructives possibles de régénérateurs de poussiè- re.
Un régénérateur de zinc est constitué généralement par une cham- bre en forme de cuve en fer résistant à la chaleur ou en un autre matériau bon conducteur de chaleur et réfraotaire,chauffée de l'extérieur. Le chauffage du régénérateur peut être réalise aussi en partie par le fait qu'on soumet le matériau de remplissage employé, à un chauffage par soufflage appliqué, en dehors du régéné- rateur ; et qu'on introduit dans ce dernier le matériau ainsi chauffa.
Pour le remplissage le mieux est d'employer un matériau en Morceaux pas trop petits, savoir,d'une grosseur d'environ 60 80 mm,parce qu'autrement la résistance opposée par les dépôts de poussière de zinc augmente trop rapidement et que le remplissage doit être renou- velé trop rapidement pendant le travail. Dans le calcul de la sec- tion transversale d'un régénérateur il faut avoir soin à ce que la température de travail puisse être maintenue aussi uniforme que pos- Bible jusqu'au centre. Par conséquent les dimensions doivent être adaptées dans chaque cas au matériau de construction employé pour la chambre de remplissage.
Aussitôt que lestas ont abandonné le régénérateur de poussiè- re, ils sont refroidisaussi rapidement que possible à partir de la zone des températures dangereuses en les conduisant le long de surfacesfroides ou en projetant la poussière mécaniquement contre les surfaces froides et en la séparant du gaz.
Comme il a été déjà mentionné on peut augmenter àvolonté la proportion en poussiere lourde par l'agrandissement du régénérateur de poussière.Pour des raisons économiques il n'est cependant pas recommandable d'amener si possible toute la poussière à la forme lourde, parée que la poussière résiduelle restant plue légère renferme très peu de ZnO
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après un traitement au régénérateur de poussière et est plus lourde que sans ce traitement,de sorte que lors de la refonte elle peut être rtiéleng4e à la poussière lourde obtenue*
La poussière totale,mélangée,obtenue ,répond encore toujours aux exigences fixées plus haut pour la poussière lourde.
La poussière relativement fine peut être séparée dans des multioyolones et le résidu qui reste encore est utilement retiré par lavage ou recueilli au moyen de filtres-sacs*
Les voies qui ont amené la solution du problème de la prépara- tion de poussière de zinc d'une haute teneur en zinc métallique sont décrites dans les exemples d'exécution ci-dessous qui se sub- divisent comme suit:
I) préparation d'une poussière de zinc légère à haute temeur métal lique,d'un poids en vrac inférieur à 2; 2) préparation d'une poussière de zinc lourde à haute teneur métalli- que,d'un poids en vrac supérieur à 2; 3) a) préparation d'une poussière de zinc lourde à haute teneur métallique, avec intercalation d'un régénérateur de poussière (r.p.) b) augmentation de la quantité obtenue de poussière lourde par l'agrandissement du régénérateur dépoussière; o) augmentation de la quantité obtenue de poussière lourde par le genre du remplissage du régénérateur de poussière.
I) Préparation d'une poussière de zinc légère à haute te- neur métallique d'un poids en vrac inférieur à 2.
La charge se compose par exemple de blende de grillage ag- glutinée a.veo du calcaire, d'une grosseur de morceaux de 8 à 20 mm, et de coke ou d e semi-coke de morceaux d'une grosseur de 10 à 30 mm, mélangés dans un rapport de I : 1 .Pour une teneur en cendres de 10% en chargea 1,6 kg de coke par I kg de Zn. Les composants de la charge sont soumis,en cas de besoin,.au séchage avant le chargement et sont admis dans le four cuve à la température extérieure ou lé- gérèrent préchauffés.
Un four à cuve pour essais avait une hauteur de I, IO m,mesu- rée du gueulard jusqu'au plan des tuyères. Il avait une section
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transversale quadrangulaire de 28 x 28 cm. Dans des buts indus- triels ces dimensions peuvent naturellement être agrandies dans un rapport tel que le passage uniforme d'air par la charge soit assuré.
La quantité d'air admise était de 6 m3 N/kg de Zn ; la quantité de charge passée par le four dans l'unité de tempe était de 250 kg de coke/m au plan des tuyères et -car heure.
L'air fut admis par trois tuyères disposées dans lenme plan , après avoir préchauffé ces dernières à 600 C. L'évacuation gaz se fit à la hauteur du gueulard et la teneur en CO2 était de 0,6%.
Dans un second essai on travailla avec de l'air froid, au lieu d'air préchauffé, et il était nécessaire de disposer l'évacuation des gaz un peu plus bas pour atteindre une température de 1000 C des gaz d'évacuation.
Le procède est exécuté utilement sous pression,parce qu'il faut éviter de toute manière les rentrées d'air aspiré, à cause du danger d'explosions et de la possibilité d'une oxydation après coup de la vapeur de zinc. La surpression de l'air admis dansle four s'l.evait à 200 jusqu'à 400 mm. Pour éviter les aspiration? d'air aussi dans le dispositif séparateur, le registre obturateur précé- dant la cheminée fut réglé de manière qu'à cet endroit il régna encore une surpression de 7 1::. 20 mm.
La charge peut être enfournéeaussi nous une forme briquetée ou cokéfiée, en obtenant dans ce cas, au point de vue de la teneur en ZnO des résultats un peu meilleurs, comme ceci ressort du tableau I) ci-dessous. La résistance des briquettes n'a pas a subir de grands efforts parce que la colonne de charge n'est pas très élevée.
Le détournement peut ''être réalisé à. l'état liquide ou sec; dans le cas d'emploi d'un vent de soufflerie shaud on ne peut éviter une fusion complète des composants de la scorie. Si l'on veut avoir un détournement liquide aven du vent non préchauffé,il est recommandable d.e rétrécir le four 0. ouve à sa nartie inférieure (charge de coke au moins 500 kg par mètre carré au plan des tuyères et par heure) ou de prévoir en cas de nécessité un chauffage addi- tionnel,par exemple un chauffage par résistances dans l'ouvrage du four.
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Pour séparer préalablement les cendres et poussières volantes entrainées(cendres de coke poussières de la charge) il est recomman dable de disposer directement en aval de la sortie des gaz du four %, cuve un séparateur préalable qui retienne les cendres et poussiè- res volantes*
Dans un essai,dans lequel on évacua le gaz à une température de 9760 et ou on travailla sans séparateur préalable, la teneur de la poussière de Zn en zinc total était, à cause de la dilution par les cendres et poussières volantes, de seulement 83,85% et de 77,4% en zinc métallique.
Puisque le reste est constitué par des cendres et poussières volantes entrainées et que cette portion n'est pas u- niforme, tous les résultats indiqués dans la suite sont rapportés à la poussière de zinc pure,donc après déduction'des cendres et poussières volantes. De oette rn anière on obtient une base de compa- raison certaine. La'poussière susmentionnée renferme, suivant ce calcul, 98,1% de Zn total et 90,5% de Zn métallique ,ainsi que 9,5% d'oxyde de zinc* Après l'avoir secouée pendant une heure, la poussiè- re de zinc avait un poids en vrac de 0,67.
Dans le tableau 1) ci-dessous on trouve les résultats de différents essais qui forent exécutés avec de l'air préchauffé, à 6500 jusque 730 C et avec des températures de gaz d'évacuation comprises entre 960 et 970 C. On constate que l'essai 1) donna le maximum de teneur en zinc Métallique* Dans l'essai 2) 1er efroi- dissement fut un peu ralenti par un changement du dispositif sépa- rateur, et on y constate immédiatement un accroissement de la teneur en oxyde de zinc de 9,5% à 14,5%.
Dans les essais 4 et 5 on travailla avec de l'air froid et les températures au gueulard étaient d'environ 600 C. La haute teneur en oxyde dans ces essais montre qu'il est très désavantageux de faire sortir les gaz du four à. des basses températures (voir aussi l'essai 3).
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TABLEAU 1.
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1P : Oarafteristiques -ure : Teneur de la pous- Poids
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<tb> : <SEP> de <SEP> l'essai <SEP> : <SEP> du <SEP> vent:des <SEP> gaz <SEP> Bière <SEP> en, <SEP> en
<tb>
<tb> d'évacua- <SEP> Zn <SEP> : <SEP> Zn <SEP> : <SEP> Zn0 <SEP> : <SEP> vrac <SEP> *
<tb>
<tb> :tion <SEP> total <SEP> mets.1- <SEP> :
<tb> : <SEP> ,¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ligue¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
<tb>
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...... *
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<tb> 1.): <SEP> Air <SEP> chaud,
<tb>
<tb> : <SEP> Refroidissement <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> brusque <SEP> rapide <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb> : <SEP> des <SEP> gaz <SEP> du
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gu-eulprd : 650 976 98.I : 0.5 : 9.5 : 0, b7 -!.¯---..." ....
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<tb>
2.: <SEP> Air <SEP> chaud
<tb>
<tb>
<tb> Refroidissement:
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> : <SEP> légèrement <SEP> ra-
<tb>
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lenti ; ?30 960 : 7 : 85.5 : 14.5 1.66 , .. 'if . III . 11.....
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<tb> 3.: <SEP> Air <SEP> chaud,
<tb>
<tb>
<tb> : <SEP> Refroidissement <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> : <SEP> dans <SEP> un <SEP> four
<tb>
<tb>
<tb> : <SEP> ouve <SEP> rehaussé
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (1.40m <SEP> au <SEP> lieu <SEP> : <SEP>
<tb>
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: de 1.lOm) : 610 663 : 90*3 ; 51.8 48.2 0.75 . ¯¯### #.#. -.¯¯¯¯¯¯ ¯¯.#¯¯ ¯¯¯¯ ¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯
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<tb> 4.: <SEP> Air <SEP> froid,
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<tb> : <SEP> Refroidissement:
<tb>
<tb> : <SEP> au <SEP> four <SEP> cuve <SEP> .
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<tb>
: <SEP> env. <SEP> 20 <SEP> 567 <SEP> : <SEP> 93.1 <SEP> : <SEP> 65.,6 <SEP> : <SEP> 34.4 <SEP> @
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-- 1- ...,.- -y.-.
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<tb> 5.,:Air <SEP> froid,
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<tb> :Refroidissement:
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<tb> : <SEP> au <SEP> four <SEP> cuve,
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<tb> :Briquettes <SEP> co-
<tb>
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<tb> :kéfiées <SEP> de <SEP> mine- <SEP> ; <SEP> :
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> :rai <SEP> de <SEP> zino <SEP> et
<tb>
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:de noke,env. 20 609 : 94.I : 70.1 : 29.4 : O.E3 * La poussière de zinc fut secouée pendant 1 heure danq un réai- pient clos sur un dispositif vibrateur,,
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2) Préparât ion d'une 'BouRsière de zinc lourde a haute teneur métallique d'un poids en vrac de 2.
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La charge etc.,étaient les Mêmes que dans l'exeuple I.
On, - chaussa, seulement la hauteur de la cuve qui avit en tout 1,60 m et à partir des tuyères jusqu'au niveau de chargement 1,40 m. En ou- tre l'évacuation des gaz n'était plus disposée au niveau de char- gement du tour,nais plus bas,latéralement. Le centre de la conduite
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d'évacuation était disposée à 0,85 mm au-dessus des tuyères. Les gaz avaient à. leur sortie une température d' environ 700 C.
Le gaz fut donc évacué très tôt du four et n'entra par conséquent plus en contact avec la charge renfermant de l'air,parce que cette dernière avait subi, à l'endroit indiqué, un préchauffage à un point tel que l'air y contenu était déjà consommé par la combustion*
Par l'évacuation avancée des gaz c'était surtout le séjour de ces derniers dans le four à cuve qui fut fortement raccourci* Le tableau 2 indique les résultats qui furent obtenus par ces essais.
TABLEAU 2.
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<tb>
N <SEP> Caractéristiques <SEP> Température <SEP> des <SEP> Teneur <SEP> de <SEP> la <SEP> poussière <SEP> Poids <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> l'essai <SEP> gaz <SEP> d'évacua- <SEP> en <SEP> en <SEP> vrac
<tb>
<tb>
<tb> tien <SEP> Zn <SEP> Zn <SEP> ZnO <SEP> âpres
<tb>
<tb> total <SEP> métal <SEP> secoue- <SEP>
<tb>
<tb> : <SEP> nique: <SEP> ment
<tb>
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j ' ' 1 1 1 1 6 Air froid 705 95.3 81.3 18.7 3.04
EMI13.3
7. Air froid 744 97.3 88.2 11.8 3.06 blement séch.
L'essai a donna une teneur en ZnO de 18,7% et un poids en vrac de 3.04. Cette teneur est considérablement plue élevée que celle de l'essai 1,ce qui provient du mode opératoire avec de l'air froid et des basses températures en résultant, ainsi que du refroi
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dissement à 700 0 dans le four a auve , Maigre cela les résultats de l'essai 6) montrent clairement que grâce à l'évacuation avancée, b, des températures plus élevées que dans les essais 4 et 5 (tableau I) la formation de ZnO était plus faible* Mais ce qui est surtout surpre- nant c'est le poids en vrac qui était 5 à 6 fois plus élevé par sui- te du refroidissement brusque rapide du gaz d'évacuation retiré du four à, des températures optima.
Oomme il a déjà été mentionné plus haut ce n'est pas la totalité de poussières que l'on obtient sons cette forme lourde,mais 40% en l'oocurence . La poussière obtenue dans la suite contient encore moins de ZnO,mais elle est un peu plus légère*
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%de Zn total 94.3 % de Zn métallique ......... 89.8 % de ZnO.................... 5.7
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Poids en vrac âpres ) secouement )....... 3*1
Cette poussière peut paiement ttre encore désignée comme poussière lourde.
Dans l'essai 7) l'air,qui contenait au jour de l'essai 10 gr de H2O/m3 ,fut préalablement séché au moyen de silicagel jusqu'à une teneur en eau inférieure à 2%.
Le tableau oi-dessus montre clairement que suivant le mode opératoire décrit la teneur en ZnO peut 'être considérablement abais- sée par l'enlèvement de 1'H20. Dans cet essai on obtint également environ 40 de poussière lourde de la composition indiquée,alors que le reste contenait: % de Zn total ............... 99.3 % de Zn métallique........... 96.3 % de ZnO .................... 3.7 3 a) Préparation de poussiere lourde, d'une haute teneur métallique. avec emploi d'un régénérateur de poussière.
Dans les essais 8 à, 13 suivant le tableau 3 il s'agit d'essais exécutés sans et avec régénérateur de poussière, afin de faire ressortir l'influence du régénérateur de poussière. Comme régénérateur de pous- sière (essai II) on utilisa un régénérateur rempli de coke d'une grosseur de cerceaux de 60 à. 80 mm et possédant la forme d'un tube en fer dont les dimensions ressortent de la figure 7.
La composition de la charge était comme d'usage; à savoir, de 1 kg de minerai pour I kg de coke, ou,rapportée la teneur en zinc, de 1 kg de Zn pour 1,6 @g de coke. Seulement dans l'essai 10 ce rap- port fut changé. La hauteur de la cuve variait d'un cas à l'autre et elle est Indiquée pour chaque oas dans la rubrique des caractéristiques d'essaie. Pour le reste, les conditions d'essais au point de vue de l'air insufflé, de la section transversale de la cuve,de la grosseur
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de grain de la charge,etc*,,étaient les marnes que dans les essais précédents; des écarts éventuels sont indiqués dans les caracté- ristiques d'essais, Dans tous les essais,excepté l'essai 12, on insuffla de l'air froid.
TABLEAU 3.
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============--=
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NO :7ers.ctéris:zqtes:empérature du .Teneurs en zinc Poids en :de l'essai gueulard en 0" ZS 1 Zn zoo vrac après total métal- secouement : nique: * .... 11 ..
: 8i :Hauteur de :::; :ou+e . " 1,4 w JSO :9*55:6'7,' :3ûi3: 0.81 , ,. tI . It '....<1- 9. i :.GiI.Ü.' 8uIx't, de cuve ; ; : :1,1 m Charge pré4 :c:.2t,ißée . 400 0 800 ;J3*0"I:6v.9i 1 : 64 . 4: I.66 w 10.:Hauteur de cuve :::: :1.4m; 1 kg de t t : :minerai sur :2 lc .e coke. : 456 :86.5 :364 :63.6: 0*18 j , ; ...... : Température : ûans le r*p t Entrée Sortie 1 t t t i t 1 ¯¯¯¯ t :::::: II.. :Hauteur de cuve :: : : :I.I mm r.1'...1 : 808 : 633 ;94.4 :73.6 36.4 .S8 ........ a...----.L 18 :Hauteur de ouve :0.66 mi Air : chaud 5b5 Ù , t :r..p..1. : 883 : 720 :97.0 :S5.2 : 14.8 1.83 ......
........
.... 181. ,.. ####.#######--############ I3.:Hauteur de cuve :: : : :1.'1 rn; J::'.p.1. : 650 700 :9$8. : D* 8a : 9.15 3.ou #1 1 â
Le tableau 3 montre clairement que sans les caractéristiques de l'invention il faut compter sur l'obtention d'une poussière de zinc ordinaire,de mauvaise qualité, de 35% à 60% de ZnO; comparer les essais 8 à 10.
Suivant l'essai 8 la teneur en ZnO est encore relativement faible, parce que le rapport du coke à l'a.ir était exactement dosé, de sorte qu'on évita une dilution inutile de la vapeur de zinc dans le gaz d'évaouation.oontrairement à l'essai 10. Le mauvais résultat
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de l' essai 9 au point de vue de la teneur en ZnO provient de la formation accrue de CO2 dans la partie supérieure de la cuve,pro- voquée par le préchauffage.
Or,pour montré l'effet produit dans ces conditions par un traitement complémentaire de la -poussière,on fit marcher le régéné- rateur de poussière(suivant la figure 7) dans les essais II à 13 à des températures basses, hautes et moyennes et les gaz d'éve- cuatioa furent soumis ensuite,de la manière usuelle, µ un refroi- dissement brusque rapide dans un réfrigérant tubulaire.
Dans l'essai II le régénérateur de poussière ne fut chauffé que très faiblement,c'eat pourquoi le produit final renfermait en.- core 26,4% de ZnO. Dans l'essai 12 on parvint à descendre une teneur en ZnO de 14,8% ,mais dans ce cas également le poids en vrac 4tait enoore relativement faible. L'essai 13 seulement montre que 11 action complète du régénérateur de poussière se produit lorsque ne dernier est maintenu dans la zone exacte des températures.
La poussière de zinc suivant l'essai 13 est de qualité ,au point de vue de la faible teneur en ZnO de 9,15%, et au point de vue de son poids en vrac élevé, qui atteint celle d'une poussière de zinc obmme on l'obtient par le procéda aux cornues.
3b) Augmentation de la ou antité obtenue de poussière lourde par l'agrandissement du régénérateur de poussière.
Il ressortait du tableau 3 que le régénérateur de poussière crée absolument les conditions nécessaires pour la production d'une poussière de zinc lourde et pauvre en ZnO lorsqu'on le fait travailler dans la zone exacte de températures. Dans les essais I3,I4 et 15 (comparez le tableau 4) on appliqua au travail du four les condi- tions normales au point de vue de la grosseur de grain de la char- ge et du coke. La hauteur du four était dans tous les cas de 1,10 m. On insuffla de l'air froid. La forue et les dimensions des régénérateurs de poussière employas I,II,III rescort des figures 7,8 et 9.
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TABLEAU 4.
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N ,: i t3arab tr- : Température: Teneurs en. zinc Poids: - % en C02 tiques de dur p Z&tc3F<*Zn ZnO en 1 au âpres : 11 essai: entre Sort* met 'vrac f'ú'ûeu-: b le : ::.,., lard: riO,th ... . t .
I3: r.p.1 t 650 700 : 8y.3 :00.85: 9.19y IS 3.0 =2.'8 3.8 * W * * o o 11 , ! Y ry f f ry o .. 1 p f r y 14: 113.i 730 7 1 19:.8 89.0 11.0 3.1 3.3 3.3.
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<tb>
: <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<tb>
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41 .........
15: r.p&:1I1 : 640 : 670 97*5 :88J3:II.>8 : 2.6 :1.6 : 1.4 f 1 f 1 i i
Lorsqu'on remplit, le r.p. de coke, on peut augmenter le rendes;:' ment en poussière lourde par une prolongation du séjour des gaz ren- fermant la poussière de zinc dans le régénérateur de poussière.' Les indications numériques (temps de séjour en secondes,surface extérieure chauffée correspondante et teneur en Zn) ressortent de
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la figure 10* Dans cette figure il fauvoocaprrendre par zinc métal- lique dans la poussière lourde le rapport de la quantité de zinc
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métallique zn nx>xa&1 à la quantité totale du zinc volatilisa dans le four à cuve*
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3c) Augmentation de la Q\Hmt.1 té obtenue da -poussière lourde par le enre du remplissage du régénérateur de '9otls,
sièlI
On a constaté par des essais qu'on peut obtenir des quantités plus fortes en poussière de zinc lourde non seulement par un agran'- dissement du régénérateur de poussière,mais aussi par le genre du remplissage du régénérateur de poussière,de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'employer des régénérateurs très grands,mais qu'au contraire,il est possible d'établir les conditions optima dans chaque cas par la combinaison des deux possibilités.
Dans les essais considérés ci-dessous on a employé la même
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grandeur de/régénérateur a savoir,chaque fois le type le plus pe- tit e4p. 1 désignant r6g6n-4r%tetir de poussière 1 représenté dans la figure 7. Les-autres conditions étaient les mêmes que cel- les que dans les essais 13 à 15.
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Le tableau 5 fiontre clairement qu'avec l'emploi d'une fera-
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nulation convenable et avec un remplissage d'un haut pouvoir réac- tionnel on peut atteindre un poids en vrac très élevé de la pous- sière de zinc qui dépasse de beaucoup celui des poussières de
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zinc des cornues. Les essais 16 et 17 montrent clairement qu'il est impossible d'obtenir des poid8 en vrac particulièrement favora- bles sans ln réduction nécessaire du ZzlO par suite d'un L12nq\1e ou a'une granulation impropre àe la substance réductrice et sans un bon chauffage du rpgénp.rateur.
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TABLEAU 5,
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N : Oaractr1ris-: Température : Teneur en zaç :Poids : % eD, 00:¯- : tiques de' : j¯4zs le ¯¯%¯z¯:Zn : Zn me-:ZnO :en :au û-tâ ra : l'e988.1. :Entr. Sort.. tot talt :vrao lard :le a-,ore i: :r.p.
: :::::: ec 0 u- : -9 1--- - - ---- : -- - .:.me.l.1..-t: - -- : I61R.p.re<nDli ;
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<tb> :de <SEP> fragments-.
<tb>
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:de ChaL10tte : :de rJ0 t :80 mm. : b72 : 6$0 : :97.0: 85.4 :14.6- 2.! : 1.5 :-- -.............- ----¯.t-.
17: R.p.rempli:
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<tb> :de <SEP> coke <SEP> de <SEP> ; <SEP>
<tb>
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:30 ç, fi0 r'l1:i 681 : 669 :94.5: 'r,?r0 :28.0: Z.1 I.8 Is9 #* *¯ @ Y O O IB:R;p. rempli: :: : : :de coke de : :: : : :60 z 80 Illin : 650 : ?00 :98.3 90.85 9-e. 3.0 . 2*8 : 2.8 I9 :R.p.rempl1: :: : : "de o'..,rbon: : :: :: : : 1 .de bois :: : : :de 60 à :80 mi 1. : 664 : 665 :97.8: $8.?' ;Il.3: 4.0 : 3.95 3.3 4: ...... '1' "
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suivant l'invention cn a obtenu les résultats ci-dessous' 1.)En remplissant certaines cnnditlonn on a la. possibilité de produire une poussière de zinc ?à haute teneur ;:f ;a11 doe -oar le traitement de minerais Eu four s. cuve.
3.) Par une évacuation réalisée b. temps et des températures
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déterminées,ainsi que par un refroidissement brusque immédiat il
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est possible de produire une poussière de zinc à haute teneur mé-
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tallique et en même temps lourde.
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3.) Par un traitement complémentaire des gaz d'évacuation contenant de la poussière de zinc et provenant d'un four à cuve, dans un régénérateur de poussière,la, production d'une poussière de zinc à haute teneur métallique et lourde est améliorée et augmentée* Il est possible d'améliorer en même temps de la pous- siére de zinc partiellement oxydée dans le four à cuve.
4.) Par l'application au régénérateur de poussière de tem- pératures de travail optima,l'action du régénérateur est augmen- tée.
Se,) La quantité produite de poussière de zinc lourde peut être augmentée par l'agrandissement du régénérateur de poussière ou par le choix d'une granulation convenable et par le remplissage au moyen d'un combustible d'un grand pouvoir réaction- nel.
6.) L'emploi d'air préalablement séché produit, en combinaison avec toutes les mesures trouvées,un abaissement ultérieur de la teneur en ZnO de la poussière de zinc*
7.) La poussière de zinc produire convient grâce à ses caractéristiques chimiques et physiques pour l'obtention de zinc métallurgique brut par fusion ou pour la distillation après bri- quetage préalable.
Se) Lorsqu'on mélange des poussières de poids en vrac diffé- rents endéans les limites de 2 à 4,il est possible d'augmenter par un accroissement de température le rendement de l'extraction par fusion*
9.) Lorsqu'on veut obtenir du zinc fin, on peut amener la vapeur de zinc directement dans une colonne rectifinatrice d'un type connu,
On emploie pour la distillation préférablement des briquet- tes de poussière de zinc possédant une bnnne duretés On a consta- té que par exemple des briquettes de poussière de zinc d'un # de 20 à 50 mm et d'une hauteur de 20 mm,obtenue moyennant une pression de 300 atmosphères,cédèrent la totalité de leur teneur en zinc métallique..
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La figure II représente la préparation de zinc fin
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à partir de poussibre de zinc produite dnns un foilr cuve* Par 1 est désigne un récipient distillatoire rernpli de briquettes dépoussières de zino 2* Le récipient àistillatoire peut être constitué d'un matériau bon conducteur de chaleur convenable quelconque.
Par 3 est désignée la cha!"lbre de chauffe ou de corn... bustion, par 4 le dispositif de chargeaient,constitue par une doutez ble fermeture à cloche et par 5 le dispositif d'évacuation des résidus,constitues principalement seulement de ZnO. En ¯6 est re- présentée une tubulure de raccordement aboutissant au récipient distillatoire et par lequel la vapeur de zinc peut sortir. Par 7 est désigne un tuyau calorifuge qui relie le four distillatoire à une colonne rectificatrice µ d'un type connu.
La vapeur de zinc
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débarrl!03-?e de plomb,de fer, d'étain etc., et runfer::aan ''T(mtl1cl- lement encore un peu de Od,,sor",* par 9 et est soumise de la .'(tanière connue à l'affinage ultérieur,alors qu'en IO sont recueillies les impuretés provenant de 1. otif.cati.onw Aussi bien dans l'extraction de la JC)è,ssiëro de zinc par fusion que dans la redistillation ou dans l'obtention direc- te de zinc fin partir de briquettes de poussière de zinc il
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est très 1-.i^-oorts-nt que la teneur en ZnO soit très faible,parce que la totalitp du résidu doit "être réintroduite dans le .}l"'ooeSS\1S au four , cuve.
Cette réintroduction est réalisme le mieux par une admixtion du ZnO lors de l'agglutination de la charge du four µ. cuve, sous forme de briquettes de ZnO et de charbon,qui doivent être préalablement confiées*
Dans l'obtention de poussière de zinc par un traitement des
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Jl1iner<?is au four 11 cuve on produisit,par exemple,par kg de zino introduit dans le four à cuve, 7,48 m3 N de gaz d'évacuation renfermant 34,6 % de CO et 1,9% de 00 .qui avaient une puissance
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calorifique de 1030 Ca./3.
Puisque le processus au four W cuve consomme très peu de ohaleur et que la majeure partie du combustible enfourné se retrouve sous forme de 00 dane le gaz d'évacuation,il
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est possible d'employer ce gaz,suivant les besoins de chaque cas, sous une forme épurée, pour:
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le préchauffage de l'air del a soufflerie; le chauffage du régénérateur dépoussiérer
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ltextraction du zinc brut par fusion; la distillation et l'affinage.
Un excès éventuellement restant,peut être employé aussi- s'il n'y a pas d'autres possibilités d'emploi économique- au réchauffage d'une partie des gaz d'évacuation qui sont réinsufflés, à, un état fortement chauffé,dans le four à cuve,pour économiser ainsi un peu de combustible.
Ci-dessous est indiquée l'analyse d'un produit aggloméré qui fut traité au four à cuve, suivant la présente invention;
ZnO 60. 15
SiO2 3. 70
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'èn3 Zizis A1203 1.55
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Mn :3 0 4 0.40 CaO 15.73 MgO 0. 63 PbO 2.13 As 0.055 Sb 0.075 Sn 0.02 CuO 0. 82 Cd traces
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Bat74 5.j39
S libre 0.22
De ce produit aggloméré on produisit, avec l'emploi de 1 kg de coke/kg de produit aggloméré, une poussière de zinc qui avait un poids en vrac de 3.30.
La composition de la poussière était la suivante:
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96,7 % de Zn total
83.2 % de Zn métallique
16,8 % de ZnO
De cette poussière on obtint par extraction par fusion, avec un rendement de 95,5% par rapport la teneur en zinc mé- tallique,un zinc brut de la composition suivante:
Zn 96,96 %
Pb 2,66%
Fe 0,32 %
Cd 0,05 %
As traces
Ou néant
Sn néant
Dans un autre essai d'extraction par fusion les poussières relativement lourdes et relativement légères furent mélangées dans la pr oportion dans laquelle elles étaient obtenues, à savoir 40% d'un poids en vrac de 4,0 et 60% d'un poids en vrac de 2,81.
De ce mélange on a pu obtenir également,sous forme de zinc liquide, plus de 90% du zinc métallique contenu dans la poussière.Une aug- mentation de la température d'extraction par fusion de 500 à 600 C améliore de 1 à. 2% le rendement obtenu avec les poussières ayant des poids en vrac supérieurs , 3, alors que pour les poussières in- férieures à 3,0 l'amélioration du rendement de l'extraction par fusion à 600'c eet d'environ 10% par rapport à celle une tempé- rature de 500 C. Il en ressort qu'il est possible, moyennant un changement de la température d'extraction par fusion,de transfor- mer aussi des poussieures dezinc, dont les poide en vrac ne sont pas situés à la limite supérieure,avec un bon rendement en zinc brut.