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"Traitement des crasses zincifères"
Cette invention concerne le traitement des cras- ses et a pour objet d'offrir un procédé et un appareil perfectionné pour le traitement des crasses, .
@ Les crasses, au sens de cette invention, compren- nent tous corps contenant du zinc métallique en quantité récupérable économiquement et comprennent les crasses de galvanisation ou zinc dur, les tournures de métal, les rognures et les débris analogues à base'de zinc et d'au- tres alliages contenant du zinc. le s résidus métalliques des opérations de l'affinage du zinc et le s corps analo- gues. L'invention concerne un procédé perfectionné pour récupérer ou retirer du zinc métallique de pureté commer- ciale à partir des crasses et un appareil afin de mettre en pratique le procédé.
Ainsi l'invention implique l'in- troduction des crasses au sommet d'une colonne de garnis- sage chauffée extérieurement: afin de maintenir une zone de fusion approximativement au sommet de la colonne et une zone de volatilisation immédiatement au-dessous de la zone
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de fusion et l'enlèvement de vapeur de zinc de la colonne en un point voisin de la jonction des zones de fusion et de volatilisation.
La colonne comprend de préférence des briquettes de substance charbonneuse, telles que des bri- quettes de combustible cokéfié et peut consister entière- ment en telles briquettes ou en un mélange de telles bri- quettes et de briquettes d'une substance inerte telle que du carbure de silicium, Quand des briquettes charbonneuses sont comprises dans la colonne on peut admettre de l'air près de la base de la colonne en quantité suffisante pour transformer une partie,mais non la totalité du carbone contenu par ces briquettes, en oxyde de carbone.
La colon- ne de garnissage peut descendre progressivement par gra- vité dans une cornue verticale chauffée extérieurement grâ- ce au fait qu'on retire de la base de la colonne et qu'on introduit au sommet de la colonne des quantités sensible- ment équivalentes du garnissage composant la colonne,
Les caractères précédents de l'invention ainsi que d'autres caractères nouveaux se comprennent mieux à l'aide de la description suivante considérée en liaison avec les dessins annexés dans lesquels,
Fig, 1 est une élévation en coupe d'un appareil réalisant l'invention particulièrement destinée à la mise en pratique du procédé de l'invention;
Fig. 2 est une élévation en coupe prise suivant la ligne 2-2 de fig. 1, Fig, 3 est unecoupe en plan du condenseur prise suivant la ligne 3-3 de fig. 1 et
Fig. 4 est une coupe en plan du foyer de la cornue chauffée extérieurement prise suivant la ligne 4-4 de fig.
2.
L'appareil représenté dans les dessins comprend
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une cornue/verticale 10 montée d'une manière appropriée à / rectangulaire ,j. d'un ensemble de foyer principal dont elle est - distante et comprenant généralement une paroi intérieure 11 d'un matériau résistant à la chaleur, tel que des briques réfractaires et, une paroi extérieure 12 d'un matériau mau- vais conducteur de la chaleur, tel que des briques isolan-- tes, La cornue 10 peut avantageusement être construite en briques de carbure de silicium ou en un matériau équivalent résistant à la vapeur de zinc et s'étend vers le baut audelà de l'ensemble de foyer 11-12 à travers un système de foyer auxiliaire dont elle est convenablement écartée,,
cet\* ensemble consistant généralement en une paroi intérieure
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13 de briques résistant à la chaleur ou analogues et une paroi extérieure 14 de briques faites d'un isolant thermi- que ou analogues. En dessous de l'ensemble de foyer 11-12 la cornue 10 se prolonge en un puits de décharge 15 et est munie à son extrémité inférieure de portes de décharge 16.
Un tuyau 17 muni d'une vanne permet l'introduction de 1' air à l'extrémité inférieure de la cornue 10, un peu au- delà des portes de décharge 16 mais en dessous de l'en- semble de foyer 11-12
Juste au-dessus de l'ensemble de fo yer principal 11-12, mais bien en dessous du sommet de la cornue 10, un
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/ 18 tuyau de sortie de vapeur de zinc/communique avec la cor- ¯ nue,,,lrextrémité extérieure ou extrémité de décharge du tuyau 18 est reliée à un condenseur 19 par un tuyau 20.
Le condenseur est généralement du type décrit dans le %ne- vet des Etats-Unis N 1.873.861 au nom de E.H. BUNCE et comprend une chambre,de condensation allongée 21 de sec- tion rectangulaire et faite de briques de carbure de sili- cium ou analogues. Des chicanes espacées 22 sont suspen- dues au toit ou plafond de la chambre de condensation et arrivent jusqu'à faible distance du bas et s'étendent al- ternativement à partir des côtés opposés de la chambre jusqu'à une faible distance des côtés opposés. La chambre- de condensation 21 est munie d'un. carheae vertical ' d'
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admission de vapeur 23 à une extrémité communiquant avec / cheminée le tuyau 20, et une/,;v. 4 l'autre extrémité pour l'é- vacmtion .àes gaz. Ls aarneairJ 23 comporte une ouverture
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l..
J ch . 1 de nettoyage normalement fermée 25, et la ::: 1.; 24 compor- te un registre 26 permettant de commander l'écoulement de gaz évacués qui-la traversento La chambre de condensation comporte un trou de coulée 27 pour le métal fondu, à la
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S/ cheminée même extrémité que la iL..) bzz t/ cheminée Des ouvertures 28 destinées aux brûleurs de com- bustible s'étendent à travers les parois 'des extrémités opposées de la carcasse du foyer principal. Il y a trois ouvertures de ce type dans chaque paroi terminale, elles sont placées de telle sorte que les produits gazeux de combustion venant des brûleurs sont dirigés dans des di- rections opposées contre les parois opposées de la cornue (fi g, 4).
Des trous convenables 29 s'étendent au travers des parois-latérale s opposées de la carcasse de foyer prin- cipal pour permettre l'installation de thermocouples ou de dispositifs analogues. Les conduits verticaux ou boisseaux 30 font communiquer le s chambres de chauffe des ensembles
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de foyer principal et auxiliaire. Les chambres de chauffe des ensembles de foyer principal et auxiliaire comportent
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des 9.J:':lé.aú:r3 d'évacuation de gaz 31 et 32, respectivement!: / cheminée communiquant avec une '1: ¯.' commune 331 et muniz de re- "-\ gistres 34 et 35 respectivement, Le sommet de la cornue -- 10 est normalement fermé par une plaque amovible 36.
Dans la mise en pratique de l'invention dans l' appareil représenté sur les dessins, la cornue 10 est ini- tialement remplie d'un garnissage approprié de façon à présenter une colonne garnie. La colonne garnie peut être faite de briquettes ou de solides de forme équivalente, de façon à donner la porosité habituelle dans de telles colonnes. La colonne peut par exemple être composée uni- quement de briquettes ou d'aggloméré de substance charbon- neuse, telle que par exemple les agglomérés de combusti- ble cokéfié produits par le procédé décrit dans le brevet des Etats-Unis N 1.941.462 au nom de E.H. BUNCE ou un mé- lange de telles briquettes ou de briquettes de carbure de silicium ou d'un matériau inerte similaire, ou seulement de briquettes de carbure de silicium ou d'un matériau i- nerte similaire.
Les briquettes ou agglomérées peuvent ê- tre d'une taille et d'une forme convenables quelconques, la briquette bloc en forme de coussin convenant bien dans ce but. Dans un but de simplicité, la demanderesse d'un bout à l'autre de cette spécification emploie le mot bri- quettes dans un sens générique afin de désigner toutes les formes solides, quelle que soit la manière dont elles sont', obtenues, d'une dimension et d'une forme permet- tant de réaliser la colonne garnie considérée.
La colonne garnie se trouvant dans la cornue 10 est chauffée (par les brûleurs se trouvant dans les ouver- tures 28) jusqu'à ce que cette partie de la colonne qui se trouve en-dessous de l'ouverture d'évacuation de vapeur de zinc 18 soit à une température suffisamment élevée pour volatiliser le zinc fondu, et cette partie de la colonne située au-dessus de l'orifice 18 est à une température suffisamment élevée pour fondre le zinc sans volatilisa- tion.
Les crasses à traiter sont alors introduites au som- met de la colonne et le zinc et les autres métaux se trou- vant dans les crasses fondent et coulent ou s'égouttent par gravité à travers la colonne jusqu'à ce qu'ils attei- gnent cette partie située en dessous de l'orifice 18, dans laquelle le zinc est volatilisé, et la vapeur de zinc ré- sultante s'écoule par le conduit d'évacuation 18 dans le condenseur 19 où elle se condense, Ainsi, dans la colonne
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garnie chauffée extérieurement on maintient une zone de fusion au sommet et immédiatement en dessous une zone de volatilisation, le conduit d'évacuation de la vapeur de zinc résultante étant situé approximativement à la jonc- tion des deux zones.
La zone de fusion du sommet de la co- lonne est chauffée par les,produits gazeux de combustion passant par les ouvertures 30 dans la chambre de chauffe de l'ensemble de foyer auxiliaire. Une régulation appro- priée des registres 34 et 35 régit la quantité de gaz de chauffage s'écoulant .par les boisseaux 30 afin de mainte- nir la différence de température recherchée entre les zo- nes de fusion et de volatilisation, Des thermocouples ou d'autres types de pyromètres, convenablement placés dans les orifices 29, servent à indiquer avec précision l'état thermique régnant à l'intérieur des chambres de chauffe et de là de l'extérieur de la cornue 10 sur toute la longueur de celle-ci.
Dans l'appareil de la construction représen- tée dans les dessins, dans lequel la cornue verticale 10 a approximativement 0 m,30 x 0 m,60 de section, et où la zone de fusion de la colonne garnie a de 0 m,90 à 1 m, 50 de long, l'extérieur de la cornue de trouvant à l'inté- rieur de l'ensemble de foyer principal peut être chauffé à environ 1000 C et l'extérieur de la cornue se trouvant à l'intérieur de l'ensemble du foyer principal peut être chauffé à environ 1200 à 1300 C afin de créer et de main- tenir les zones de fusion et de volatilisation de l'inven- tion.
L'intérieur de la cornue et l'intérieur de la colon- ne garnie n'atteignent pas naturellement ces températures en raison de l'absorption de chaleur par la fusion du zinc dans la zone de fusion et par la volatilisation du zinc fondu dans la zone de volatilisation,
Quand des conditions normales de fonctionnement sont établies la colonne garnie est chauffée extérieurement comme on l'a expliqué ci-dessus ela colonne est amenée à descendre progressivement dans la cornue par la soustrac- tion d'une quantité convenable du garnissage qui la compose par les portes de décharge 16 et par l'introduction d'une quantité équivalente de garnissage (y compris les crasses à traiter) au sommet de la colonne, la plaque 36 étant temporairement enlevée dans ce but, Dans l'appareil repré- senté sur le dessin,
le garnissage est retiré à la main à la base de la colonne mais on comprend que la base de la colonne peut être munie d'un système mécanique d'enlèvement approprié. Tout ou partie du garnissage retiré de la base, selon qu'on le désire, peut être rechargé au sommet. Les
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crasses peuvent être mélangées avec le garnissage intro- duit au sommet de la colonne, on peuvent être introduites séparément. Les charges de crasses peuvent être faites con- venablement toutes les 30 ou 40 minutes, et le chauffage de la zone de fusion de la colonne est réglé de façon que la quasi totalité du zinc et des autres métaux se trouvant dans les crasses est fondue pendant cette période.
A mesu- re que le zinc et les autres métaux se trouvant dans les crasses fondent dans la zone de fusion, ils s'écoulent dans la zone de volatilisation et le zinc est volatilisé.
Une source commune de crasses est ce qu'on appel- le le "zinc dur" provenant d'opérations de galvanisation, Quand le bain fondu de galvanisation est suffisamment usé ou épuisé, lè zinc dur s'accumulant au fond se solidifie, habituellement en une grande masse, et est vendu dans cet état. Le zinc dur contient habituellement des boulons, des crochets et des objets semblables soumis à la galvanisa- tion qui se sont détachés et par suite se sont perdus dans le bain. Ces articles sont inclus dans le zinc dur solidi- fié et sont fréquemment employés pour le manipuler. Pour la mise en pratique de l'invention, les masses de zinc dur sont brisées en morceaux de taille convenable pour être chargés dans la cornue verticale seuls ou mélangés avec du garnissage neuf.
Le contenu métallique des crasses, autre que le zinc, et une température d'ébullition supérieure à celle du zinc, comme par exemple le fer, le cuivre, le plomb, l'é- tain, etc.. reste avec le garnissage et est évacué de la base de la cornue en même temps que le garnissage retiré, sous forme d'un résidu métallique granuleux. Les crasses de galvanisation contiennent habituellement du fer, ainsi qu'un mélange hétérogène d'objets métalliques tels que boulons,crochets etc...
Le résidu métallique provenant de telles crasses contenant du fer peut être aisément récupé- ré du garnissage retiré par séparation magnétique, Quand les crasses comprennent des alliages de zinc, les métaux associés dans l'alliage, tels que le cuivre, le plomb, l'é- tain etc; accompagnent en proportion importante le fer dans les résidus métalliques et peuvent être sélectivement ré- cupérés des quantités concentrées par la séparation magné- tique,
Le bas de la cornue 10 n'est pas ordinairement fermé hermétiquement, mais simplement fermé par les portes 16, permettant ainsi l'entrée d'une quantité sensible d'air.
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Si les portes 16 sont hermétiquement fermées, il est a- vantageux d'introduire une quantité commandée d'air dans le bas de la cornue par le tuyau 17. Quand l'air est ain- si admis ou introduit dans le bas de la cornue, la colon- ne garnie doit comprendre suffisamment de carbone, c'est- à-dire de briquettes de combustible cokéfié, pour trans- former la totalité de l'oxygène de l'air en oxyde de car- bone et de préférence la quantité de carbone contenue dans la colonne doit excéder considérablement celle qui est nécessaire pour transformer en oxyde de carbone la tota- lité de l'air pénétrant dans la cornue. L'oxyde de carbone ainsi formé, et l'azote contenu dans l'air, produisent un courant ascendant désirable dans la colonne garnie.
Quand la cornue fonctionne sans que les portes soient herméti- quement fermées, le seul air qui soit introduit est celui
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/ cheminée qui circule sous l'action du tirage de la 1 :: , Dans ces fi conditions, il n'est pas nécessaire d'introduire de l'air #par le tuyau 17. L'air venant d'une source quelconque, pénétrant au bas de la cornue produit une dilution par l' oxyde de carbone et l'azote de la riche vapeur de zinc, ce qui peut être désirable quand on produit du zinc en poudre ou de l'oxyde de zinc à partir de la vapeur de zinc, mais est indésirable quand on condense de la vapeur de zinc en zinc métallique . Le courant dirigé vers le haut d'oxyde de carbone et d'azote empêche en tout cas la vapeur de zinc de refouler et de se condenser sur le gar- nissage plus froid ou bien de produire des fumées au bas de la colonne.
La présence de briquettes charbonneuses dans la charge produit des conditions réductrices à la fois dans . les zones de fusion et de volatilisation de sorte que la formation de croû.tes d'oxyde ou de scories par oxydation au cours de la fusion est réduite au minimum et que toutes scories pouvant être forcées dans la zone de fusion sont réduites dans la zone de volatilisation.
Dans l'appareil du dessin, le tuyau d'évacuation de vapeur-de zinc 18 est incliné vers le haut et a un an- gle suffisant pour assurer un avancement vers le bas de la colonne garnie sans qu'on obstrue d'une manière gênan- te le tuyau. L'extrémité d'entrée du tuyau de communica- tion 20 peut être munie d'une chicane 37 du type persien- ne afin d'empêcher toutes parties du garnissage qui l'en- toure ,de pénétrer dans le condenseur. Tout arrangement approprié de chicanes peut être utilisé naturellement dans ce but. La vapeur de zinc est condensée dans la chambre
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21 du condenseur et le zinc fondu qui en résulte est enle- vé de temps en temps par le trou de coulée 27.
Le zinc mé- tallique ainsi récupéré des crasses est habituellement d'un degré intermédiaire et peut être affiné dans une ou des co- lonnes d'affinage afin d'obtenir du zinc métallique d'une grande pureté. La vapeur de zinc provenant de l'orifice d'évacuation 18 peut être transformée directement (sans con- densation) en un métal d'une grande pureté par affinage.
Ou bien, la vapeur de zinc provenant de l'orifice d'évacua- tion 18 peut être condensée en zinc en poudre ou bien peut être grillée pour donner de l'oxyde de zinc.
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/ débarrassé On peut obtenir du zinc(Fr d'impuretés à t- point d'ébullition supérieur à celui du zinc (tel-, que le plomb) en maintenant dans une section ou zone de la cornue et de la colonne garnie située immédiatement en dessous du conduit d'évacuation de vapeur de zinc 18 une température telle que la vapeur de zinc s'y condense partiellement mais que les crasses fondues s'écoulant vers le bas n'ar- rivent pas à se solidifier. La température de cette zone de la colonne garnie est intermédiaire entre les tempéra- tures des zones de fusion et de volatilisation et peut être maintenue d'une manière adéquate quelconque.
Sauf en ce qui concerne la quantité relativement faible de carbone qui est oxydée en oxyde de carbone par l'air pénétrant ou envoyé dans le bas de la cornue, le gar- nissage composant la colonne est inerte. Le garnissage sert à supporter les crasses jusqu'à ce qu'elles soient fondues, et à distribuer le zinc fondu en pellicules rela- tivement minces sur les surfaces,de formes solides du gar- nissage, favorisant par ce moyen la volatilisation. De plus, les vides de la colonne garnie forment des canaux permettant l'évacuation aisée de la vapeur de zinc jusqu' au conduit d'évacuation qui lui est destiné et également du courant gazeux ascendant qu:Vexiste quand on admet de l' air à la base de la colonne.
Le garnissage sert également à conduire de la chaleur depuis la paroi chauffée de la cornue jusqu'à l'intérieur de celle-ci et le carbure de silicium et la substance charbonneuse conviennent particu- lièrement bien à ce but. Comme on l'a mentionné précédem- ment, le garnissage retiré peut être rechargé, généralement après que tout résidus métallique récupérable se trouvant dans le garnissage retiré en a été séparé.