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"Procédé et appareil pour la fusion du zinc"
L'invention concerne'la production de zinc métallique par la fusion de matières premières contenant du zinc.
Jusqu'il y a quelques années, la production de zinc métalli- que par les procédés pyrométallurgiques s'opérait invariablement par l'emploi de creusets ou moufles réfractaires hermétiques rela- tivement petits, qui s'étendent directement dans de petits con- denseurs individuels. Dans ces creusets, la libération de zinc à l'état de vapeur, des résidus solides, requiert une réaction réductrice à haute température, avec une absorption considérable de chaleur. La chaleur nécessaire pour entretenir la réaction est engendrée par la combustion, en dehors des creusets, de combus-
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tibles tels que au charbon, au coke ou du gaz, la chaleur étant transmise aux charges à travers les parois refractaires des creusets.
Le condenseur, qui est luté dans l'extrémité frontale du creuset et qui s'étend en aehors de la zone de chauffage jusque dans de l'air de refroidissement, n'est rien de plus qu'une prolongation rétrécie du creuset ou chambre de libération du zinc, et les vapeurs de zinc libérées dans le creuset entrent directement dans le condenseur, où elles sont refroidies et condensées en un bain de zinc liquide. Un four à zinc est une batterie de ces petits creusets individuels et de ces condenseurs, qui sont agencés horizontalement, sont enfermés dans une enceinte en briques réfractaires et sont chauffés comme un ensemble.
Chaque creuset et son condenseur, utilisés dans ce procédé usuel, constituent essentiellement une chambre unique et les conditions existant dans le condenseur dépendent des conditions existant dans le creuset. Non seulement une quantité suffisante de chaleur pour entretenir la réaction réductrice doit être amenée dans le creuset à travers ses parois, mais les vapeurs déve- loppées dans le creuset doivent se trouver dans un état condensable, de sorte que, lorsqu'elles atteignent le condenseur et sont refroi- dies, la teneur en zinc peut s'y condenser sous la forme d'un bain de zinc liquide, pouvant être soutiré manuellement de temps à autre .
Une des limitations de ce procédé conventionnel consiste en ce que les gaz de combustion ou de chauffe doivent être scrupu- leusement isolés de la charge dans les creusets, puisque l'ad- mission de tels gaz provoque la formation de poudre bleue ou particules de zinc non fusionnées dans le condenseur, au lieu de zinc liquide. Ainsi par exemple, dès qu'un creuset se fissure et que des gaz de chauffe pénètrent dans la charge, les vapeura ne se condenseront pas en se fusionnant à l'état liquide. En vue d'éviter la perte de zinc sous forme d'oxyde, la charge est
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rapidement extraite du creuset en pareil cas.
Une autre limitation du procédé usuel consiste en ce que la nature des charges doit être soigneusement contrôlée, et pour ob- tenir des résultats satisfaisants il faut employer des creusets de très faible section transversale, qui ne peuvent donc traiter que de faibles charges. Les minerais de zinc et matières réduc- trices, qui sont introduits dans les creusets, doivent être de bonne qualité et se trouver en condition physique choisie. De nombreux genres de matières zincifères ne conviennent pas. De plus, l'introduction des charges dans les nombreux creusets, leur déchargement et le soutirage du zinc liquide des petits condenseurs sont des opérations compliquées qui exigent beaucoup de travail sous une température élevée, en présence de poussières et fumées, qui rendent les conditions de travail insupportables.
Encore un autre inconvénient du procédé traditionnel consiste en ce qu'il exige beaucoup de combustible parce que tout le CO engendré dans le creuset est brûlé dans l'air et perdu, et la majeure partie de la chaleur développée par la combustion autour des creusets est perdue. Seulement une partie relativement faible de la chaleur est transmise à travers les parois des creusets et dans les résidus mauvais conducteurs thermiques, pour être utili- sée pour la réaction de la charge.
Ces limitations du procédé usuel de fusion du zinc ont été depuis longtemps reconnues par les hommes du métier et divers moyens ont été essayés en vue d'y porter remède. Un perfectionne.- ment, comportant l'emploi de creusets verticaux a été décrit dans les brevets américains 1678.607, 1680.726, 1712.132, 1712.133, 1811.910, 1832.354, et 1832.356, et a servi dans une certaine mesure à séparer le four, qui élimine le zinc des résidus, du condenseur et à permettre un certain degré de contrôle indépendant de ces deux phases du procédé.
Ce perfectionnement n'a toutefois aucunement créé un système satisfaisant de fusion du zinc, puisque
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le four d'élimination du zinc doit encore produire des vapeurs de zinc dans une enceinte à l'abri des gaz de combustion, afin que la vapeur puisse être condensée sous forme de zinc liquide lorsqu'elle atteint le condenseur. Cette nécessité limite encore le procédé à l'emploi de creusets ou moufles de section transver- sale relativement faible, et à l'utilisation de genres determinés de matières premières, tandis que le procédé exige encore une préparation coûteuse et des méthodes de chauffage indirect à grande perte.
S'il existe un aspect dominant du problème de la fusion du zinc par un équipement comparable en capacité à celui utilisé pour la fusion du plomb et du cuivre, c'est le problème de l'ame- née de la chaleur dans une charge poreuse de dimensions apprécia- bles, sans aide de gaz de chauffe se déplaçant rapidement. L'uti- lisation de la charge comme résistance électrique, de façon à en- gendrer la chaleur dans la charge même, est une solution pour certains types de minerais, mais ne donne pas de résultats satis- faisants et économiques pour des minerais à bas point de fusion ou à faible teneur en zinc.
Par ailleurs, si la chaleur pouvait être engendrée par la combustion de combustible en contact direct avec le minerai, le zinc pourrait être rapidement éliminé des ré- sidus, tel que le prouvent les très forts tonnages de zinc élimi- nés du minerai dans un espace réduit par le procédé mécanique de production d'oxyde de zinc.(Voir l'article de Breyer dans "The Mining Magazine", Londres, Avril 1936). L'élimination rapide du zinc par le chauffage direct permettrait l'emploi de modèles de fours, qui ne devraient pas tenir compte de la nécessité d'y don- ner des caractéristiques de moufle, et qui auraient une grande ca- pacité de traitement de minerais et résidus volumineux et mauvais conducteurs de la chaleur.
La production de zinc dans de telles conditions n'a toutefois été réalisée par aucun procédé connu.
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Un objet important de l'invention consiste à établir un procédé perfectionné pour la fusion du zinc, qui permet la libé- ration de zinc d'un résidu par la réduction de matières premières zincifères dans la même chambre dans laquelle se produit la combus- tion de combustibles, et qui permet de récupérer du zinc metalli- que liquide du mélange obtenu de vapeur de zinc, composés de zinc en suspension, et gaz de combustion.
Un autre objet de l'invention consiste à créer un procédé perfectionné de fusion du zinc et un appareil pour sa mise en oeuvre, qui permettent le traitement de charges réellement grandes de matières premières zincifères et de combustibles, qui permettent l'emploi de minerais ou autres matières zincifères aussi bien de mauvaise que de bonne qualité, ainsi que de combustibles peu coû- teux,, qui réduisent la main d'oeuvre requise pour la fusion du zinc, et qui améliorent sensiblement les conditions de travail des ouvriers.
Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un procédé de fusion du zinc comportant plusieurs phases qui sont exécutées dans des chambres séparément contrôlées, de façon à éviter les limitations imposées par les procédés connus aux opérations de libération et de condensation du zinc.
Un autre objet consiste à prévoir un procédé pour produire à la fois du zinc métallique et de l'oxyde de zinc comme produits séparés, par la réduction par chauffage de la même charge de matière première zincifère.
Un autre objet consiste à créer un procédé de fusion du zinc à partir de matière première, dans lequel la chaleur de réduction est fournie par combustion dans la chambre de libération, et qui engendre des produits gazeux ayant une teneur en zinc relative- ment élevée, dont on peut condenser du zinc métallique.
Un autre objet consiste à établir un procédé de fusion du zinc dans lequel des fumées zincifères sont libérées de la ma- tière première dans une chambre chauffée par combustion interne,
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et dans lequel les fumées obtenues sont soumises à une réduction rapide et sont conditionnées en vue de la condensation efficace dans une chambre contrôlée indépendamment de l'appareil de libéra- tion du zinc.
Encore un autre objet de l'invention consiste à prévoir un procédé de fusion du zinc comportant des méthodes et des moyena nouveaux et perfectionnés pour extraire efficacement du zinc de gaz dilués ou riches contenant de la vapeur de zinc.
Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un appareil nouveau et perfectionné destiné à être utilisé pour la fusion du zinc selon les procédés décrits et revendiqués.
Encore un autre objet de l'invention consiste à prévoir un procédé qui peut être contrôlé et être adapté à des conditions variables de marche, et qui permet de produire du zinc métallique à partir de divers types de matières premières zincifères.
Il a été constaté que les particularités et avantages décrits ci-dessus, ainsi que d'autres, peuvent être réalisés par une nou- velle série d'opérations et d'appareils séparément contrôles. Il a été découvert que l'introduction d'un four de conditionnement des fumées entre l'appareil d'élimination du zinc et le condenseur permet que l'élimination de zinc de la matière première, d'une part, et la condensation du zinc, d'autre part, peuvent être réali- sées indépendamment dans des enceintes qui sont soumises à des con- trôles individuels chimique , thermique et mécanique, et que la suppression ainsi obtenue des limitations imposées jusqu'à.pré- sent aux opérations de fusion du zinc, peut être mise à profit pour modifier la phase d'élimination ou la phase de condensation, ou ces deux phases,
de telle sorte que du zinc métallique peut être produit pratiquement par son élimination des minerais ou analogues, dans une chambre où se produit une combustion.
Le procédé selon l'invention comprend au moins trois phases différentes qui, bien que se trouvant en relation intime entre
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elles, sont susceptibles d'être contrôlées individuellement et variées endéans de larges limites. Dans la première phase, du zinc est dégagé de matière première zincifère dans un four, par l'action de matière réductrice carbonée, la chaleur de réduction étant fournie par la combustion dans la chambre du four. La tem- pérature dans celle-ci est, de préférence, maintenue à une valeur relativement élevée, pour influencer favorablement la composition des fumées et permettre die grands débits, et les opérations concer- nant l'élimination du zinc sont.de préférence contrôlées de façon à obtenir des concentrations de zinc relativement élevées dans les fumées sortant du four..
La charge est préchauffée jusqu'à environ la température de réaction, avant son introduction dans la dite chambre. Le gaz entretenant la combustion est de préférence pré- chauffé et il peut être enrichi en oxygène en vue d'augmenter la teneur en zinc des fumées. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, une grande partie de la chaleur nécessaire à la réduction continue dans le four, est fournie par la réoxydation, ou la combustion d'une partie de la vapeur de zinc et de l'oxyda de carbone qui ont été précédemment engendrés par la charge.
Lorsqu'on utilise certaines matières premières, et dans certaines conditions.de travail, il est également avantageux de produire du zinc métallique et de l'oxyde de zinc comme produits séparés, à partir de la même charge, en traitant les fumées relativement ri- ches engendrées pendant la première période de la réduction, pour l'obtention de zinc métallique conformément au procédé selon l'in- vention, et en brûlant ensuite les fumées plus diluées engendrées plus tard, de façon à obtenir de l'oxyde de zinc.
Les fumées engendrées au cours de la première phase du pro- cédé contiennent des quantités variables de vapeur de zinc, d'pxy- de de carbone, d'anhydride carbonique, d'azote, et de zinc réoxydé en suspension. La teneur en anhydride carbonique et en zinc réoxydé dépend grandement du degré de réoxydation permis dans le four, et
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peut varier d'une faible à une très forte proportion lorsque la réoxydation est utilisée comme source principale de chaleur pour la réaction.
Ces fumées, se trouvant dans une condition excluant la condensation satisfaisante, sont expulsées du four par la pres- sion des produits de la réaction et sont amenées dans une chambre fermée de conditionnement, contenant une charge perméable aux gaz, composée d'une matière réductrice active très chaude, tel que du coke,, charbon de lignite ou charbon de bois. La matière réduc- trice a été préchauffée, désoxydée et dégazifiée avant d'entrer en contact avec les fumées du four.
Pendant l'écoulement des fu- mées à travers cette matière, on évite l'entrée de quantités ap- préciables d'air ou autres gaz, à l'exception de ceux provenant du four d'élimination, et de la chaleur est fournie par d'autres moyens que la combustion dans la chambre, pour entretenir et com- pléter la réduction des constituants réductibles des fumées, à l'état gazeux ou de suspension. La chambre de conditionnement pré- vue à cet effet présente une grandeur appropriée à la capacité du four d'élimination de zinc qui y est raccordé, ce qui soumettra les fumées qui la traversent, à des conditions de chauffage et de réduction pendant un laps de temps suffisant pour effectuer la réduction sensiblement complète de leur teneur en CO2, H2O et oxyde de zinc.
Sa charge de matière réductrice est maintenue aisé- ment perméable aux fumées de façon a permettre de grands débits et à empêcher des pertes excessives de pression entre le four d'éli- mination et les condenseurs.
Par la réduction finale des matières oxydées dans les fumees, avec ou sans autres traitements spéciaux, des fumées dont il eût sinon été impossible d'obtenir du zinc liquide sont amenées, dans ce four de conditionnement, à un état condensable. Le traitement dans l'appareil de conditionnement permet de fournir des vapeurs complètement réduites et exemptes de poussières à la phase suivante du procédé, à savoir la phase de condensation. En outre, si les
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matières quittant la four d'élimination ne sont pas uniformes, elles peuvent être traitées de façon variable et égalisées par un contrôle convenable de la chambre de conditionnement, qui peut être équipée pour traiter une alimentation variable et débiter un produit uniforme.
Selon une forme d'exécution du procédé, des déchets de zinc, tels que rebuts de zinc, mitraille de zinc, pièces coulées en coquille et analogues, peuvent être redistil- lés par la chaleur sensible des gaz conditionnés sortant de la chambre, ce qui produit à la fois le refroidissement des vapeurs pour la condensation et l'enrichissement des gaz chargés de vapeur pendant le parcours vers l'appareil de condensation. Les gaz quittant la chambre de conditionnement peuvent aussi être soumis au traitement par le chlorure de sodium ou autres chlorures, ou autres flux de surface ou réducteurs de la tension superficielle, afin d'améliorer la coalescence.
Selon encore une autre forme d'exécution, des traces de soufre et d'autres substances qui sont nuisibles pour la condensation et la qualité du produit métallique peuvent être enlevées en amenant les gaz en contact, dans la cham- bre de conditionnement, avec de la mitraille de fer, de cuivre ou d'autres "précipitants", en éliminant ainsi les impuretés qui se- raient sinon condensées avec, ou imprisonnées par les vapeurs de zinc qui se condensent.
La condensation des gaz chargés de vapeurs et complètement réduits, qui quittent le four de conditionnement, peut être ef- fectuée dans divers types de condenseurs. Lorsque les gaz contien- nent très peu de vapeur de zinc, on peut utiliser avec avantage deux condenseurs en série, à savoir un condenseur de liquide et un condenseur de poudre. Dans le condenseur de liquide, en plus de tout refroidissement qui peut avoir eu lieu, par exemple par redistillation de zinc après réduction, les vapeurs sont mises en contact avec du zinc métallique fondu, pour tirer profit des effets d'évaporation.
Elles sont ensuite refroidies au-dessous du point de saturation pour recueillir le produit liquide,, après
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quoi elles sont de préférence refroidies rapidement dans le condenseur de poudre pour déposer leur teneur résiduelle en zinc sous la forme de poussière de zinc ou poudre bleue. Cette poudre peut être ramenée dans la partie supérieure de la chambre de conditionnement, pour être redistillée par la chaleur sensible des gaz,, en les enrichissant jusqu'à un point où est condensé un pourcentage plus élevé de liquide et un pourcentage plus faible de poudre. Ce système viendra finalement en équilibre et tout le métal sera récupéré sous forme de liquide.
Lorsque les gaz dans le condenseur de poudre sont très dilués et exigent une grande per- te de chaleur à travers ses parois,, celles-ci peuvent être refroi- dies par air, tandis que l'air chaud peut ensuite être employé pour la combustion des gaz combustibles, si de tels gaz sont utili- sés pour chauffer le four de conditionnement, ou pour le soufflage du four d'élimination du zinc, ou pour préchauffer les produits solides amenés à l'un ou l'autre de ces fours.
Grâce à l'emploi du procédé décrit ci-dessus d'une façon générale, il est possible de libérer du zinc de résidus par n'im- porte quel processus bien approprié à la matière première particu- lière utilisée et à la disponibilité de combustible ou d'énergie électrique, cette libération se faisant sous la forme de fumées relativement concentrées et sans prendre en considération la condensabilité des fumées quittant le four d'élimination. Ce procédé pourrait être défini comme étant une concentration du zinc par grillage, avec réduction subséquente du métal en suspen- sion gazeuse, dans un four séparé.
Par son emploi, tous les avan- tages de la concentration du zinc par grillage sont obtenus, tout en supprimant la mauvaise économie thermique et le coût de cueil- lage, de manutention et de retraitement qui résultent du procédé ordinaire, dans lequel les gaz sont refroidis, le zinc et les autres matières en suspension sont séparés et recueillis, conden- sés et retravaillés dans un autre four comme une charge pour l'ob- tention de métal ou oxyde.
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L'importance de la souplesse du nouveau procédé sera faci- lement comprise par les spécialistes. Etant donné que l'elimina- tion du zinc du résidu peut être opérée dans des fours à chauffa- ge direct, le problème de l'amenée économique de chaleur dans une masse de minerai poreux et de charbon a trouvé sa solution.
Seul le conditionnement final des fumées obtenues, qui s'opère dans la chambre de conditionnement, doit être accompli par des méthodes de chauffage indirect, plus coûteuses. Dans cette cham- bre de conditionnement, la transmission de la chaleur se fait principalement à des gaz et des solides en suspension extrêmement fine, qui permettent des taux élevés de transmission à cause de leur vitesse et se réduisent aisément parce qu'ils sont très finement divisés. Le procédé est exempt des autres limitations inhérentes à l'emploi habituel de creusets. De grandes charges de matières brutes zincifères, pouvant pratiquement être de n'im- porte quelle qualité et n'importe quelle condition physique, peu- vent être traitées d'une manière satisfaisante, tandis que pour. la combustion on peut utiliser des combustibles peu coûteux et facilement obtenables.
On peut faire usage de fours mécaniques traitant cent tonnes, ou plus, de charge de zinc par jour, et les fumées produites sont conduites à travers des colonnes de condi- tionnement à contrôle précis, pour y être traitées, ces fumées étant ensuite amenées à des condenseurs, où elles se condensent sous forme de zinc liquide.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressorti- ront de la description de quelques exemples de réalisation,, donnée ci-après avec référence aux dessins annexés illustrant des appa- reils appropriés à la mise en pratique de l'invention.
Dans ces dessins:
Fig. 1 est une vue d'élévation frontale, partiellement en coupe, d'un ensemble complet pour la fusion du zinc, comportant un four d'élimination du zinc, une chambre de conditionnement et
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un système de condensation, ainsi que des moyens pour produire de l'oxyde de zinc de la charge même qui est utilisée dans le four d'élimination.
Fig. 2 montre un autre ensemble d'appareils, utilisable au lieu de celui montre en Fig. 1.
Fig. 3 est une vue en coupe verticale d'un système spécial de condensation, faisant partie de l'ensemble selon Fig. 2.
Fig 4 montre une autre forme du four d'élimination du zinc, en combinaison avec une autre forme de four de conditionnement et un condenseur.
Dans la mise en pratique de l'invention au moyen d'appareils des types illustrés aux dessins, l'élimination de zinc de résidus est opérée dans une chambre de four désignée d'une façon générale par A, et les fumées de celle-ci, contenant du zinc et des compo- sés de zinc en suspension, passent dans une chambre de conditionnement B où leurs constituants réductibles sont réduits et les fu- mées sont mises en condition appropriée à la condensation. De la chambre B, les gaz chargés de zinc s'écoulent dans l'appareil condenseur C, où du zinc métallique est recueilli. Chacune de ces phases ou étapes de traitement est soumise à un contrôle individuel et est adaptée au meilleur rendement de l'ensemble sous des condi- tions variables de travail, tel qu'il sera décrit ci-après d'une façon plus detaillée.
Selon une forme de réalisation de l'invention, il peut être fait usage d'un four modifié à grille mobile, tel qu'illustré en Fig. 1, pour effectuer l'élimination de zinc du résidu. Le four comporte des parois réfractaires appropriées 10 qui délimitent des chambres dans le four,:lesquelles chambres sont séparées par des arches 29, et entourent une grille mobile sur laquelle la charge de matière brute zincifère, de matières réductrices et de combustible, est déversée d'une façon continue. La grille 12 compor- te plusieurs sections reliées entre elles, formant une bande trans-
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porteuse continue, les sections étant établies en une matière résistant à la chaleur et étant espacées de façon à permettre le passage de gaz comburant, mais à empêcher le passage de matière en briquettes.
La grille 12 passe sur des roues à chaîne appro- priées 14 et 16, et sous son brin supérieur sont agencées des boî- tes à air 18, 20, 22 et 24 qui se trouvent à des intervalles appropriés le long du four et qui servent à amener sous la grille des courants réglés de gaz comburant, tel que l'air. La grille passe sous des trémies 26 et 28, la première pour le combustible en briquettes et la dernière pour des briquettes de matière pre- mière zincifère et de matière réductrice carbonée. Entre ces trémies, la grille traverse une chambre 30 d'allumage du combusti- ble.
Au-delà de la trémie 28 se trouve une chambre de combustion additionnelle 32 pour amener la charge à la température de réac- tion, et derrière cette chambre sont situées de plus grandes chambres d'élimination du zinc, 33 et 34, dans lesquelles se pro- duisent la combustion et la réduction de la charge. Dans les pa- rois des chambres d'élimination du zinc, au-dessus de la grille, des entrées de gaz comburant sont prévues, par exemple tel que membre en 33a et 34a, dans un but qui sera décrit dans la suite.
Pendant le fonctionnement du four, lorsque la grille se dé- place sous la trémie 26, un lit de combustible est déversé sur la grille et est ensuite amené dans la chambre d'allumage 30 où il s'allume, tandis que les gaz de combustion sont evacués par une cheminée appropriée 36. Le lit de combustible allumé est conduit sous la tremie 8 pour la charge, et des briquettes de matière première zincifère, tel que du minerai zincifère, et de matière réductrice, tel que du coke, sont déposées en ce point sur le lit de combustible allumé. Les couches de matières sont alors amenées dans la chambre de combustion 32 où la charge complète est portée à une température de réaction, les gaz étant enlevés de cette chambre par une cheminée 38.
En continuant son déplacement,
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la grille amène les matières allumées, à une température de réac- tion, dans les chambres d'élimination du zinc 33 et 34, où se pro- duisent une combustion continue, la génération de chaleur, et une réduction continue de le matière première zincifère, avec déve- loppement de fumées chargées de zinc.
Dans le processus préféré d'élimination du zinc en A, Fig. 1, un volume relativement faible d'air ou autre gaz comburant est introduit de bas en haut dans la charge à travers la grille 12, ce volume étant suffisant pour maintenir la grille relativement froide et entretenir une réduction active dans la partie inférieure de la charge. L'oxygène restant qui est nécessaire à la combustion pour maintenir les matières bien au-dessus de la température de réduction, est' fourni en introduisant de l'air ou un gaz énrichi en oxygène, de préférence préchauffé autant que possible, dans la chambre A en un point situé au-dessus de la charge, où la vapeur de zinc et l'oxyde de carbone déjà engendrés seront en partie réoxydés pour former de l'anhydride carbonique et des particules d'oxyde de zinc en suspension.
De cette façon, la teneur en zinc des fumées quittant le four peut être fortement augmentée par rap- port au procédé dans lequel la chaleur requise pour la réaction de réduction est fournie pratiquement en totalité par la combustion de carbone. En supposant qu'il n'y ait pas de pertes de chaleur et que toutes les matières de réaction soient préchauffées à la tempé- rature de réaction, la réduction serait maintenue de façon conti- nue, sans combustion de carbone, par la réoxydation de moins de la moitié de la vapeur de zinc et de l'oxyde de carbone.
Dans la pra- tique, si l'on utilise un four d'élimination du type à grille mo- bile, une partie de la chaleur nécessaire pour entretenir les réac- tions est fournie par la combustion de carbone et le restant est fourni par la combustion de vapeur de zinc et d'oxyde de carbone, et des fumées contenant une proportion relativement élevée de zinc et de composés de zinc sont délivrées continuellement par les sec-
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tions 33 et 34 de la chambre A, à travers des conduits d'évacua- tion thermiquement isoles 40 et 4. Les fumées sont ainsi amenées dans les chambres de conditionnement ± où le traitement est pour- suivi, tel qu'il sera décrit ci-après, en vue de les mettre en condition convenable pour la récupération de leur teneur en zinc.
En plus de la chambre d'élimination du zinc A, la grille mobile traverse avantageusement au moins une chambre 35 située au-delà de la chambre 34 et séparée de celle-ci par une arche 29.
En vue d'obtenir la meilleure efficacité -au point de vue de la production de métal, la charge sur la grille 12 est maintenue dans les chambres 33 et 34 jusqu'à ce que la vitesse de réaction commen- ce à ralentir, ce qui peut se présenter après extraction d'environ les trois quarts de la teneur en zinc, et la charge est ensuite amenée dans la chambre 35 où elle est grillée par insufflation d'air par-dessous la grille. Les fumées de cette chambre sont amenées par le conduit 44 vers un brûleur E pour la production d'oxyde de zinc.
Dans ce système, les proportions de zinc metalli- que et d'oxyde de zinc, qui sont produites à partir de le charge, peuvent être variées endéans de larges limites, selon les condi- tions du marché, etc., et il est possible de satisfaire aux deman- des de deux produits, en se servant du même four et des mêmes matières premières.
La réduction qui s'opère dans les chambres de réduction 33 et 34 permetl'utilisation de divers types de résidus de zinc et de combustibles comme matières premières, et la production de grands volumes de fumées pour la récupération de zinc métallique.
La température dans ces chambres est maintenue à une valeur élevée pour favoriser la réduction rapide et le maintien de pressions suffisantes pour refouler les fumées à travers les autres étages du système. Un équilibre convenable entre les pressions dans les chambres 33 et 34 et les chambres voisines 32 et 35 peut être réa- lisé en prévoyant un échappement approprié dans cette dernière.
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L'appareil de conditionnement employé dans la deuxième phase du procédé selon l'invention peut être pratiquement le même, que l'on utilise un four d'élimination du zinc du type illustré en Figures 1, 2 et 4 ou d'un autre type. Il comprend, de préférence, une colonne de coke granulé ou autre matière réductrice carbonée active, chauffée à une température sensiblement au-dessus du point de réduction d'oxyde de zinc, anhydride carbonique et vapeur d'eau,
et fonctionnant de telle façon que de tels composés se trouvant dans les fumées entrant dans la colonne soient réduits pratique- ment en totalité et que les gaz ainsi obtenus à la sortie du dit appareil se trouvent en condition convenable pour obtenir une condensation efficace de zinc liquide dans la phase de condensa- tion du procédés La matière réductrice carbonée est logée dans une chambre hermétique à laquelle de la chaleur peut être fournie, soit par combustion de combustible à l'extérieur de la chambre et transmission de la chaleur à travers ses parois, soit en faisant de la colonne elle-même une résistance dans un circuit élastique et en engendrant la chaleur requise par voie électrique dans la chambre même.
Des moyens sont prévus pour l'alimentation de coke préchauffé et désoxydé au sommet de la colonne,, et pour enlever la matière réductrice à la base de la colonne, avant que son efficaci- té pour le conditionnement des fumées n'ait sensiblement diminué.
La colonne elle-même doit présenter un espace considérable pour effectuer des réactions réductrices, et sa capacité de chauffe doit être grande, de façon à assurer une réduction parfaite des composés oxydés se trouvant dans les fumées et à permettre le pas- sage de quantités considérables de gaz. Plus les températures maintenues dans la colonne sont élevées, plus son volume peut être faible par unité de volume de fumées à traiter. Si le coke est chauffé à environ 1200 C, il faut prévoir environ 50 à 100 pieds cubes (1,4 à 2,8 m3) de volume d'appareil de conditionnement par 1000 pieds cubes (8 m ) de gaz sortant par minute.
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La chambre de conditionnement 46 représente une construction typique à chauffage électrique, tandis que la chambre 200 de la Fig. 4 représente un type approprie de construction à chauffage extérieur. En Fig. 1, la chambre 46 possède des parois hermétiques comportant un blindage métallique extérieur 52 et un revêtement intérieur de briques ou autre matière réfractaire 54. A son extré- mité supérieure,, cette chambre présente une section rétrécie 56 qui est normalement fermée par une valve rotative 58 permettant d'introduire à volonté de la matière solide dans la chambre. mais empêchant normalement l'accès d'air à la chambre. Par la valve 58, la chambre communique avec une trémie 60 destinée à recevoir de la matière de conditionnement déversée depuis une plate-forme de chargement 62.
Le sommet de la trémie 60 est normalement re- couvert d'une porte mobile 61 qui peut être ouverte pour permettre l'introduction de matière dans la trémie depuis un chariot 64. La partie inférieure de la chambre 46 présente un col rétréci 66 qui est également fermé normalement par une valve rotative 68, par laquelle la matière peut être déchargée de la chambre dans un ré- cipient approprié placé sur une plate-forme 70. Etant donne que les fumées provenant du four d'élimination du zinc et passant par le conduit 40 traversent la chambre de bas en haut et que la ma- tière de conditionnement est introduite au sommet de celle-ci, la disposition décrite prévoit des colonnes descendantes qui assurent une utilisation efficace de la matière qu'elles contiennent et permettent une adaptation aisée de la vitesse d'écoulement aux exigences du processus.
Chaque chambre de conditionnement peut comporter un échappe- ment 71 partant de la partie supérieure de la chambre et contrôlé, par exemple, par une soupape 71a pour régler le flux des gaz d'échappement.. Ceci a pour but de permettre d'évacuer les gaz oxydants pouvant être introduits dans la partie supérieure de la chambre par la charge, afin d'éviter que ces gaz ne passent dans
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l'appareil de condensation avec les gaz chargés de zinc.
Les moyens de chauffage montrés en Fig. 1 comportent une série supérieure d'électrodes 72 qui pénètrent dans la matière à l'inté- rieur de la chambre, ainsi qu'une série inférieure d'électrodes 74. Si la chambre contient une colonne de coke, on peut faire passer du courant électrique par ces électrodes et le coke pour faire monter la température de la matière jusqu'à la valeur voulue et pour maintenir cette température pendant que les fumées du four d'élimination traversent la chambre. Ce mode de chauffage de la colonne permet un contrôle rapide des températures et conditions de réaction régnant dans celle-ci. La chaleur requise dans la co- lonne est la chaleur engendrée par la réoxydation dans le four d'élimination, plus toutes les pertes qui se produisent après que les fumées ont quitté le four.
Puisque les matières qui sont ré- duites sont composées de gaz et de composés très finement divisés se trouvant en suspension, la réduction est très rapide et la transmission de chaleur, soit par le coke chauffé électriquement, soit à travers les parois de la chambre de conditionnement, est très efficace. Grâce aux grands débits de matière par unité de volume de l'appareillage, et à la liberté de choix des matières dans les diverses phases du procédé, les opérations sont économi- ques et efficaces par comparaison aux procédés de fusion connus.
En plus d'une matière réductrice telle que le coke, lignite, charbon de bois et charbon activé, on peut introduire d'une façon similaire. des quantités contrôlées de zinc,; par exemple sous la forme de poussière de zinc, rebuts de zinc, mitraille de zinc, zinc moulé en coquille et analogues, dans la partie supérieure de la chambre de conditionnement et les redistiller au moyen de la chaleur sensible des gaz préalablement réduits. On peut également introduire des "précipitants" ou agents favorisant la condensation, tels que décrits ci-dessus. Ces pratiques accélèrent la condensa- tion subséquente de zinc fondu à partir des gaz, et purifient en morne temps les dites quantités de zinc introduites dans la chambre.
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Depuis les chambres de conditionnement 46 et 48, qu'elles soient du type décrit ou d'autres types qui seront décrits ci- après, des gaz chargés de zinc, complètement réduits et condi- tionnés, sont évacués par des conduits 82 et 84 vers des appareils de condensation C qui peuvent être d'une construction appropriée quelconque ou, si les gaz sont relativement pauvres en vapeur de zinc, d'une construction spécialement adaptée à la récupération efficace de zinc métallique, par exemple comme illustré en Fig. 2 ou 4.
Dans l'exemple illustré en Fig. 1, l'appareil condenseur com- prend des chambres 76 et 78 pourvues de chicanes intérieures qui obligent les gaz à passer en zig-zag par les chambres et à se con- denser sur les parois, pour s'accumuler dans un collecteur 88, dont le zinc liquide peut être soutiré à travers une ouverture 90 située au niveau de la plate-forme 92. Les chambres sont refroi- dies, par exemple, par des ailettes 79 ou autres moyens de refroi- dissement. Les gaz résiduels dont le zinc a été condensé sont ex- traits des condenseurs par des conduits 94 et 96 et évacués pour être utilisés comme gaz de combustion ou pour d'autres usages, par exemple par le conduit 99 qui reçoit également les gaz de combus- tion de la chambre 32 du four à grille mobile.
Il convient de noter que les conduits 40 et 42 venant du four d'élimination du zinc entrent dans les chambres de conditionnement 46 et 48 en un point où les gaz entrants viennent immédiatement en contact avec de la matière de conditionnement très chaude. Cela est important pour le fonctionnement satisfaisant, puisque de cette façon on évite le refroidissement des fumées, on soumet celles-ci au traitement de conditionnement dans les conditions optima et on empêche les pertes de zinc qui pourraient, sinon, se produire en quantités inadmissibles par suite de la mise en contact des fumées avec de la matière plus froide.
L'application du présent procédé permet de libérer, à partir do la charge métallifère dans le four d'élimination du zinc, des
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fumées contenant des gaz de combustion jugés préjudiciables jus- qu'à présent, et de conditionner ces fumées avant leur introduc- tion dans l'appareil de condensation, de telle sorte que la pré- sence des dits gaz ne soit plus préjudiciable et que l'on obtienne uno production efficace de zinc liquide. Comme déjà indiqué,, ce procédé permet des variations du type d'appareils utilisés pour chaque phase. Diverses variantes avantageuses sont illustrées aux Figs. à 4.
La Fig. montre un ensemble dans lequel un four à souffle- rie du type formant du laitier est utilisé pour l'élimination du zinc de minerai zincifère, et dans lequel un appareil spécial de condensation est employé pour augmenter la production de zinc mé- tallique à partir de fumées à teneur en zinc relativement faible.
En Fig. 2, le four d'élimination est désigné par 100 et est cons- truit d'une façon bien connue, de manière à former une chambre A dans laquelle se produit la reaction d'une charge de combustible, minerai et matière réductrice. Un creuset 102 est situé à la base de la chambre du four, et un puisard 104 communique avec le creu- set pour collecter du plomb et de la matte si le minerai contient du plomb et des matières donnant lieu à la formation de matte. Un collecteur 106 pour l'insufflation de gaz entretenant la combustion entoure le four et est relié à une série de tuyères 108 pour l'in- sufflation d'air ou autre gaz, de préférence préchauffé, dans la charge.
La matière solide constituant la charge est déversée dans la chambre du four depuis un réservoir 110, à travers un col rétréci 112 contrôlé par une valve 114. Les gaz chargés de zinc quit- tent la chambre du four par une ouverture 116 et un carneau 118 relié à une chambre de conditionnement 10. La chambre 120 montrée en Fig. 2 est construite comme les chambres 46 et 48 de la Fig. 1, bien que d'autres types d'appareil de conditionnement puissent être utilisés à sa place. Les fumées conditionnées quittent la chambre 120 par un carneau 156 situé près de l'extrémité supérieure de la
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chambre, et passent ensuite dans l'appareil condenseur montré d'une façon plus détaillée en Fig. 3.
Le condenseur montré en Figs. et 5 comprend un condenseur de liquide et un condenseur de poudre. La chambre C est un conden- seur de zinc liquide similaire à ceux montrés en Fig. l. La cham- bre D est un condenseur de poussière de zinc ou poudre bleue, comportant de grandes surfaces métalliques de refroidissement 150 et de nombreuses chicanes 15 pour extraire tout le zinc restant dans les gaz réduits. Elle est pourvue de moyens transporteurs, par exemple un transporteur à vis 154, placés à sa base ou partie en forme de trémie, de sorte que la poudre recueillie peut être ramenée continuellement ou par intermittence dans la chambre de conditionnement, en vue de sa revolatilisation par la chaleur sen- sible des gaz précédemment réduits.
Les gaz conditionnés fournis par B entrent dans C par l'ouverture 156. Le métal fondu se conden- se en C et peut être soutiré par le trou de coulée 158. Les gaz partiellement condensés passent ensuite dans le condenseur de poudre bleue D, où le restant du zinc est extrait en raison du re- froidissement intense. Les gaz non condensables, ayant une grande valeur comme combustible,. quittent ce condenseur par le carneau 160 pour être utilisés dans un but approprié quelconque, tel que dans les fours de dégazification et de désoxydation pour la charge métallifère et le coke de la chambre de conditionnement.
On peut ég@ lement les brûler dans des régénérateurs ou récupérateurs pour pré- chauffer l'air de soufflage pour le four A, ou bien les utiliser pour chauffer indirectement la chambre de conditionnement B, au lieu du système de chauffage par résistance électrique illustré en Fig. .
Les matières de charge introduites dans le four à soufflerie
100 sont préchauffées, dégazifiées et libérées de substances qui oxydent rapidement la vapeur de zinc, avant d'être introduites dans la chambre de combustion du four. Les matières peuvent être pré-
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parées de cette façon par l'emploi d'un appareil communiquant avec le reservoir 110 et comportant une trémie 130 pour recevoir de la matière zincifère, tel que du minerai, et des matières carbonées, tel que du charbon, un four 13 pour le traitement préliminaire de ces matières, un brûleur 134 et un conduit 136 reliant une extrémité du four 132 au reservoir 110. La matière contenue dans la trémie 130 est amenée au four 132 par un conduit 138, le flux étant contrôlé par une vanne rotative 140.
Le four 132 est monté à rotation autour de son axe longitudinal, par exem- ple au moyen d'une chaîne 142 passant sur une roue a chaîne 144 entourant le four. De cette façon, les matières solides traversant le four sont maintenues en agitation et leur désoxydation et déga- zification préliminaires sont facilitées. Le brûleur 134 pénètre axialement dans le four par une de ses extrémités, de aorte que les matières solides s'approchant du brûleur sont traitées a fond avant de quitter le four par le conduit 136. Les gaz du four s'é- chappent par une cheminée 146. Les matières solides entrant dans le conduit 136 sont amenées dans le reservoir 110, par exemple au moyen d'un transporteur à vis 148.
Grâce à l'emploi d'un appareil de ce typeun mélange convenablement dosé de minerai et matière carbonée, désoxydés, dégazifiés et préchauffés, peut ère introduit à la vitesse désirée dans le réservoir 110, depuis lequel ces ma- tières peuvent être chargées dans la chambre du four A, à travers le col rétréci 112, en abaissant simplement la valve 114. La ma- tière de conditionnement introduite dans les chambres E peut être degazifiée, désoxydée et préchauffée, et puis chargée dans ces chambres, au moyen d'un appareil similaire.
Comme combustible pour le brûleur 134, on peut employer du charbon pulvérisé, de l'huile ou des combustibles gazeux, mais il est préférable d'utiliser des gaz résiduels fournis par la phase de condensation du procédé, à cause de l'avantage économique qui en résulte. On comprendra que le brûleur 134 peut communiquer
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d'une façon quelconque avec un conduit d'évacuation des gaz d'un appareil condenseur, tel que le conduit 160 de la Fig. 3.
Un autre ensemble d'appareils applicable pour la réalisation du procédé perfectionné est illustré en Fig. 4. Dans ce cas, la chambre d'élimination du zinc A. est un four à chambre rotative, comportant un tube allongé 300 débouchant dans des collecteurs appropriés 302 et 504 et monté à rotation autour de son axe lon- gitudinal. Une extrémité du four se trouve à un niveau plus élevé que l'autre, de sorte qu'une charge de matière solide introduite dans le four se déplace graduellement dans le sens de sa longueur pendant sa rotation. Le four est habituellement supporté par des paliers rotatifs espacés, tels que 306 et 308, et est mis en rota- tion par des moyens moteurs tels qu'une couronne dentee 10 en- tourant le four et un pignon 312 se trouvant en engrènement avec cette couronne.
Divers moyens peuvent être utilisés pour intro- duire dans le four la charge préchauffée comprenant de la matière zincifère et de la matière réductrice carbonée et du combustible, par exemple à travers un tuyau incliné 314. Le collecteur 504 à l'extrémité inférieure du four est pourvu de moyens 16 pour in- troduire du gaz comburant, de préférence de l'air très chaud, dans le four, ainsi que d'un récipient 18 pour recevoir les matières de réaction, après leur passage à travers le four. Le collecteur 302 communique avec une sortie 320 par laquelle les gaz chargés de zinc passent du four à une chambre de conditionnement B qui est, dans ce mode de construction, pourvue d'une cornue verticale 00 à chauffage indirect.
Ce type de four rotatif est avantageux pour réaliser l'élimi- nation du zinc de matières premières de mauvaise qualité. En cours d'opération, on adopte une inclinaison et une vitesse de rotation du four telles que la charge soit soumise pendant un temps consi- dérable aux conditions de réaction. La rotation constante du four maintient un degré d'agitation et de malaxage des constituants de
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la charge, qui favorise une élimination poussée de leur teneur en zinc..
Les conditions de chauffage et de soufflage exigées par ce type d'opération sont relativement modérées à cause du fait qu'il peut être adapté à la réoxydation d'une forte proportion de la vapeur de zinc et de l'oxyde de carbone qui sont initialement li- bérés de la charge, avant que les gaz ne quittent le four, de sor- te que les exigences endothermiques de la réaction de réduction sont sensiblement compensées par la réoxydation du zinc et de l'oxyde de carbone, L'appareil produit donc des gaz à teneur en zinc relativement élevée, et les gaz se trouvent dans un état tel qu'on peut les faire passer par une chambre de conditionnement B selon l'invention, pour y être mis en contact avec de la matière réductrice pendant qu'on apporte de la chaleur, de façon à les amener dans un état condensable.
Le four de conditionnement selon Fig. 4 comporte une cornue verticale 200 similaire à la cornue verticale à coke usuelle, qui comprend une ou plusieurs chambres de conditionnement B et est chauffée indirectement par la combustion de gaz. Une colonne de coke 202 ou d'une autre matière réductrice est maintenue dans la chambre B, tandis que de la matière réductrice dégazifiée et déso- xydée est introduite dans la chambre par exemple par une trémie 204, comme montré en Fig. 2. Un échappement 71 contrôlé par une soupape peut communiquer avec la partie supérieure du four, dans le but décrit avec référence à la Fig. 1. La matière réductrice usée et souillée est de temps en temps extraite du four par la soupape à fermeture étanche 206 prévue à la base.
Des carneaux de combustion 208 s'étendent verticalement le long des parois de la chambre B, de sorte que la chaleur engendrée dans les carneaux par combustion peut être efficacement transmise à la charge. Les carneaux 208 communiquent avec un conduit supérieur 210 et un conduit inférieur 212, qui amènent du combustible gazeux approprié fourni par une tuyauterie 214, de préférence des gaz sortant du
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système de condensation du zinc, tandis qu'ils communiquent éga- lement avec un conduit supérieur 216 et un conduit inférieur 18, qui reçoivent du gaz comburant, tel que de l'air, des chambres de préchauffage 20 et 222 respectivement.
De cette façon, la combus- tion peut se produire alternativement depuis l'extrémité supérieure et depuis l'extrémité inférieure des carneaux, et les gaz de combus- tion peuvent s'échapper à travers la chambre inactive 220 ou 222, de sorte que les gaz comburants que l'on fait passer ultérieurement à travers la chambre sont préchauffés avant leur utilisation. Une cornue de ce type a été décrite d'une façon plus détaillée dans le brevet américain 1908.632.
Le système condenseur montré avec l'appareil selon Fig. 4 comprend des chambres de condensation C et D raccordées entre elles, servant respectivement à la condensation de zinc liquide e de zinc en poudre. Les fumées du four d'élimination du zinc sont amenées dans la chambre de condensation B par le carnèau 320 et passent de bas en haut à travers la colonne de matière réductrice ou autre matière de conditionnement,.en contre-courant avec le mouvement de la matière de conditionnement. Une quantité de chaleur suffi- sante pour entretenir et compléter les réactions dans la dite cham- bre est utilement amenée par les carneaux 208, mais sans introduire de la matière oxydante dans la chambre, ni diluer les gaz traver- sant celle-ci.
Les gaz conditionnés quittent la chambre B par un carneau 224 et entrent ensuite dans le condenseur de liquide C. Dans celui-ci, les gaz s'écoulent d'abord à travers une section 230 dans laquelle ils sont refroidis rapidement jusqu'à approximativement leur tempé- rature de saturation,, par contact intime avec du zinc liquide ou solide. Le refroidissement en 30 peut être réglé par des moyens réfrigérants 232, de telle sorte qu'une partie de la teneur en zinc des gaz est condensée et s'écoule vers le bas sur des chicanes ou analogues, en contact avec les vapeurs montantes.
De la section
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230, les gaz pénètrent dans un condenseur 240, dans lequel le zinc liquide est recueilli, et passent ensuite dans le condenseur de poudre D, dans lequel les vapeurs résiduelles de zinc sont recueillies sous la forme de poudre ou poussière de zinc. Les gaz restants, qui contiennent une forte proportion d'oxyde de carbone, quittent D par un carneau 242 et peuvent être retournés à la cornue 200 en vue de leur combustion. La poudre bleue recueil- lie en D est retournée continuellement ou par intermittence à la zone supérieure de la chambre de conditionnement B ou à la section de refroidissement 230 du condenseur C, le dispositif prévu dans ce dernier cas comportant un transporteur à vis 244, tel qu'illus- tré en Fig. 4.
Si on le désire, le préchauffage de l'air utilisé pour brûler les gaz dans les carneaux 208 ou pour d'autres usages, peut s'opérer en obligeant l'air à traverser des ouvrages en tôle métallique entourant les condenseurs C et D.
Le procédé perfectionné selon l'invention peut être modifié de beaucoup d'autres manières que celles mentionnées ci-dessus, du moment qu'il soit rendu exempt des limitations inhérentes à la pra- tique usuelle de la fusion en creusets. Ainsi par exemple, on peut utiliser avec de bons résultats un four à arc dans la première pha- se du procédé, à savoir celle de l'élimination du zinc, surtout lorsqu'il faut extraire des minerais, non seulement des métaux volatils tels que le zinc, mais aussi des éléments non volatils.
Une grande liberté existe également dans le choix des appareils, traitements et contrôles pour la deuxième phase, à savoir le condi- tionnement, ainsi que pour la troisième phase, dans laquelle les fumées conditionnées sont converties en produits zincifères désirés.
Il va de soi que le procédé et les appareils perfectionnés peuvent être réalisés de diverses manières,, sans se départir de l'esprit de l' invention.