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Procédé pour la fabrication de zinc métallique en partant de minerais ou de concentrés de sulfure de zinc*
La présente invention est relative à la production de zino métallique en partant de minerais ou de concentrés de sulfure de zinc. Le procédé suivant l'invention peut s'appliquer égale- ment aux minerais et concentrés contenant d'autres substances métalliques lesquelles peuvent être facilement récupérées par le procédé.
Il est bien connu dans cette technique qu'un concentré grillé,ou autre matière contenant de l'oxyde de zinc,peut être fondu avec du charbon. Mais dans ce procédé connu, les vapeurs de zinc qui sont dégagées sont mélangées avec les oxydes gazeux de carbone, et afin de réduire au minimum la production de "poudre bleue" il est nécessaire de prévoir des condenseurs compliqués et coûteux.
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Alternativement, les vapeurs de zinc sont oxydées, et les fumées d'oxyde de zinc sont recueillies. Avant que du zinc métallique ne puisse en être produit, un second traitement coûteux est nécessaire.
Il a été également prpposer de "souffler" des minerais de zinc/cuivre dans un convertisseur pour la production de fumées d'oxyde de zinc. Dans ce cas également le zinc est obtenu sous forme d'oxyde de zinc impur, et le procédé coûteux de réduction en zinc est de nouveau nécessaire.
La présente invention consiste en un procédé pour la produc- tion de zinc en partant de minerais ou de concentrés de sulfure de zinc, qui comprend le chauffage d'une charge de minerai ou concentré non-grillé avec du cuivre métallique ou un alliage, tel que aU laiton Ou du bronze, contenant des quantités appré- ciables de cuivre, et en l'absence d'un agent réducteur carboné, en réduisant ainsi le sulfure de zinc en zinc métallique qui est volatilisé et condensé avec le zinc présent dans l'alliage de cuivre si un tel alliage a été employé, le cuivre étant converti en une matte de sulfure de cuivre.
D'autres traits caractéristiques de l'invention seront décrits et revendiqués ciaprès dans les revendications jointes à la présente spécif ication.
Le chauffage de la charge peut se faire dans un four élec- trique et de préférence à une température comprise entre 1200 C et 1350 C.
Une quantité appropriée de cuivre à ajouter au minerai est une quantité égale à environ quatre fois la teneur en soufre du minerai .
De cette manière la teneur en sulfure de zinc du minerai ou concentré est réduite rapidement en zinc métallique qui est volatilisé et les vapeurs sont condensées, tandis que le cuivre est converti en sulfure.
Suivant la présente invention, et cela différemment des procédés connus, les vapeurs de zinc sont dégagées sans dilution
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appréciable, et peuvent être condensées sous forme métallique par un simple condenseur, en supprimant ainsi une difficulté principale des procédés existants.
Le zinc métallique obtenu par le procédé contiendra une proportion des métaux volatils tels que du plomb et du cadmium s'ils sont présents dans le minerai ou concentré. Le zinc impur peut être raffiné facilement par des méthodes connues telles que la liquation et/ou la distillation fractionnée.
Le sulfure de cuivre produit pendant le procédé, mélangé avec des sulfures d'autres métaux surtout du fer, est récupéré sous forme de matte de cuivre, contenant jusque 3% de zinc. La teneur en cuivre de la matte récupérée variera avec la quantité de sulfures autres que le sulfure de zinc présents dans le minerai ou concentré original.
Le procédé suivant la présente invention stapplique plus particulièrement à la production de zinc en partant de minerais complexes de zinc ou de concentrés contenant de l'étain et autres métaux. De tels minerais et concentrés fournissent du zinc de qualité inférieure quand ils sont traités par les métho des connues et les autres substances présentes ne sont récupérées partiellement qu'avec difficulté. Par le procédé suivant la présente invention on peut traiter des minerais complexes pour donner un zinc de haute qualité et les autres substances présen tes peuvent être récupérées presque complètement.
De plus, des mitrailles de cuivre et des mitrailles de laiton ou de bronze peuvent être employées dans ce procédé, de sorte que le zinc présent dans les mitrailles est également récupéré.
Si le minerai ou concentré original renferme de l'argent, de l'or ou de l'étain, on ajoute un excès de cuivre métallique ou d'alliage de cuivre en plus de celui requis pour décomposer le sulfure de zinc du minerai ou concentré. De cette manière on forme des "bottoms" de cuivre dans lesquels, ainsi qu'il est bien connu, l'argent, l'or et l'étain seront concentrés.
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Après le premier chauffage, dans lequel la teneur en cuivre de la charge peut se trouver en excès par rapport à celle requise pour remplacer le zinc volatilisé, on n'ajoute qu'assez de cuivre pour maintenir le "bottom" de cuivre à des dimensions appropriées. Le "bottom" de cuivre est tenu dans le four d'une phase de chauffage à l'autre et la matte seule est coulée pour traitement subséquent. Quand la teneur en étain et métaux précieux a augmenté suffisamment dans le "bottom", celui-ci est coulé pour être traité par des méthodes connues pour la récupération de ces éléments.
Que les "bottoms" de cuivre soient désirables ou non, cela dépend non seulement de la composition du minerai ou concentré de zinc. mais également de la teneur en substances non-volatiles du cuivre métallique employé pour la décomposi- tion du sulfure de zinc lui-même.
Le cuivre peut être employé seulement comme réactif, et de@ ce cas la matte de cuivre récupérée est soufflée dans un conver tisseur, de la manière normale, avec addition de flux silicieux si nécessaire, et le "blister" sera retourné au four pour décomposer une nouvelle quantité de sulfure de zinc. Le laitier de convertisseur est traité à nouveau de la manière normale par fusion.
Le plomb, l'étain et d'autres métaux sont enlevés dans le soufflage et sont récupérés dans les fumées de convertisseur, mais les métaux précieux s'accumulent dans le blister et la production de "bottoms" de cuivre est nécessaire pour les enlever.
Il pourrait être à recommander au point de vue économique d'employer des mitrailles de laiton ou de bronze comme réactif.
Dans ce cas, le zinc contenu dans le laiton ou dans le bronze est récupéré d'une manière substantielle sous forme de zinc métallique, en même temps que le zinc contenu dans le minerai. La récupération du zinc des mitrailles de laiton ou de bronze se fait dans ce procédé à une température beaucoup
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plus basse qu'avec les méthodes proposées jusqu'ici dans ce but.
La matte, après soufflage, peut être raffinée sous forme de cuivre commercial de la manière usuelle, par électrolyse ou autrement.
Le cuivre nécessité pour le procédé peut être fourni sous forme de cuivre noir, ou "blister" ou tout autre type de cuivre non-raffiné ou des mitrailles de cuivre. Dans ce cas aussi la matte est travaillée pour avoir du cuivre raffiné.
Le soufre du minerai original quitte le convertisseur sous forme de bioxyde de soufre sous forme concentrée, et peut être récupéré par des méthodes connues sous forme d'acide sulphurique, bioxyde de soufre ou bioxyde de soufre liquide.
Il y a là un avantage considérable, car il est bien connu que beaucoup de concentrés de zinc ont une composition physique et chimique qui fait que la production simultanée d'un gaz riche en bioxyde de soufre et d'un résidu à basse teneur en soufre est une opération difficile et coûteuse. Beaucoup d'installations compliquées et coûteuses ont été érigées en vue d'obvier à ces difficultés.
Le procédé suivant l'invention résoud ce problème. Le minerai est fondu à l'état non-grillé, les pertes en poussière sont négligeables, et le soufre est récupéré d'une simple matte de cuivre. On a ainsi non seulement un moyen plus économique de récupération des substances métalliques, mais également une facilité pour la récupération du soufre.
Dans la réalisation du procédé, on doit ajouter assez de fondant quand c'est nécessaire, pour produire un laitier fluide en partant de toute silice ou autre gangue du minerai ou concen- tré original. Mais d'une manière générale ces minerais et concen- trés donneront surtout du zinc métallique, une matte de cuivre et des "bottoms" de cuivre quand on désire les fabriquer.
Le procédé peut se réaliser d'une manière continue ou inter- mittente. Il est avantageux de travailler d'une manière intermit- tente si plus d'une certaine proportion minimum de carbonates ou
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de pyrites de fer se trouve présente dans le minerai ou concentré de sorte que l'humidité, l'anhydride sulfureux et le soufre pyritique pourront être éliminés avant que la distillation du zinc ne commence.
Le procédé peut être réalisé d'une manière continue en deux phases, le minerai ou concentré sulfuré étant alimenté d'une manière continue vers une première phase et une matte contenant du zinc s'écoulant de la première vers la deuxième phase, où elle est substantiellement dézincifiée par l'addition du cuivre, la matte dézinoifiée étant évacuée de la deuxième phase, le cuivre métallique étant alimenté à l'état fondu dans la deuxième phase pour laver la matte de la première phase de tout zinc et autres substances, le cuivre fond* s'écoulant à contre-courant vers la matte depuis la deuxième dans la première phase, les vapeurs de zinc étant prélevées et n'étant condensées que de la première phase, les "bottoms" de cuivre et tout laitier pouvant se former étant coulés de manière intermittente de la première phase,
la matte dézincifiée de la deuxième phase étant soufflée dans un convertisseur et le cuivre produit étant retour- né à la deuxième étape.
L'opération continue peut se faire soit dans un four divisé soit dans deux fours connectés entr'eux. L'avantage résultant de ce mode d'opération est que la chaleur se conserve et qu'il en résulte une continuité du rendement en zinc.
Le cuivre ou l'alliage de cuivre peuvent être ajoutés à l'état fondu pour économiser des frais de chauffage si on le désire.
Le procédé suivant la présente invention peut être réalisé dans un four quelconque totalement enfermé dans lequel l'énergie thermique est alimentée à un taux suffisant pour élever rapide- ment la charge à une température comprise entre 1200 et 1350 C., et la maintenir à cette température. Le taux de rendement en zinc dépend de la quantité d'énergie fournie. Le four est de préférence prévu avec une lumière de vapeur maintenue au-dessus de 900 C.,
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menant vers un condenseur dans lequel les vapeurs de zinc se condensent sous forme liquide. Cela empêche une condensation prématurée des vapeurs de zinc dans la sortie des vapeurs.
D'une manière spécifique un four à réverbère à sole peu profonde à éléments de résistance chauffés électriquement prévus dans la voûte ou bien un four électrique à induction ayant un creuset cylindrique ou conique et entouré d'un conducteur peuvent être employés dans le procédé.
Le four doit être prévu avec un ou plusieurs trous de coulée convenablement situés pour évacuer la matte de cuivre d'une manière intermittente ou continue et pour évacuer les "bottoms" de cuivre ainsi que tout laitier qui aura pu se former suivant les nécessités.
Le procédé peut également être réalisé dans une cornue chauffée de l'extérieur et faite en substancesréfractairesappro- priées, la matte étant coulée à l'état fondu à la fin de la réaction avec tout laitier ou "bottoms" de cuivre qui auront pu se former.
Les exemples suivants sont donnés pour illuster le procédé, et il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à ces exemples.
La température employée dans ces exemples était comprise entre 1200 C. et 1350 C.
Exemple 1.
100 unités d'une charge consistant en 3 parts de blende de zinc d'Australie (contenant environ 15% de pyrites) et quatre parties de mitrailles de cuivre ont été chauffées ensemble dans une cornue chauffée au gaz. Cela eut pour résultat la formation de 50 unités d'une matte avec 19 unités de "bottom" de cuivre restants, 85% du zinc du minerai étant volatilisés, et la répartition des éléments présents dans la charge entre la matte et le "bottom" de cuivre étant comme suit :
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EMI8.1
<tb> Matte <SEP> "Bottom" <SEP> de <SEP> cuivre
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 66.4% <SEP> 88.5%
<tb>
<tb> Zinc <SEP> 4.6% <SEP> 7.0%
<tb>
<tb> Fer <SEP> 6.5% <SEP> 1.4%
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 21.2% <SEP> 1.0%
<tb>
Exemple 2.
100 unités d'une charge consistant en 3 parties de concentré de zinc d'Australie et 4 parties de mitraille de cuivre, chauffées ensemble dans un four électrique à résistances dans la voûte, avec comme résultat la formation de 62 unités d'une matte avec 15 3
4 unités de "bottom" de cuivre restantes. Le zinc éliminé était 92% de celui contenu dans la charge. La répartition des éléments présents dans la charge entre la matte et le "bottom" de cuivre est comme suit:
EMI8.2
<tb> - <SEP> Matte <SEP> "Bottom" <SEP> de <SEP> cuivre
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 67.85% <SEP> 93.25%
<tb>
<tb> Zinc <SEP> 2.2% <SEP> 2.8%
<tb>
<tb> Fer <SEP> 6.15% <SEP> 1.4%
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 21.6% <SEP> 0.6%
<tb>
Exemple 3.
Dans cet exemple on considère un concentré complexe de zinc.
Une charge consistant en 35 unités de concentré de zinc de Bolivie contenant : et 65 unités de copeaux de bronze, fut chauffée dans une cornue chauffée au gaz. Les produits résultants furent 55 unités d'une matte et 27 unités de "bottoms" de cuivre.
Du zinc équivalent en poids à tout le zinc contenu dans le bronze et 91% de celui contenu dans le minerai a été éliminé.
Les produits restants de la cornue avaient l'analyse :
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EMI9.1
<tb> Matte <SEP> "Bottoms" <SEP> de <SEP> cuivre.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Etain <SEP> 0.8% <SEP> 18.8%
<tb>
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 67.3% <SEP> 73.5%
<tb>
<tb>
<tb> Zinc <SEP> 2.4% <SEP> 0.6%
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> 4.75% <SEP> 1.05%
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 20.04% <SEP> 0.6%
<tb>
Exemple 4.
Une charge consistant en 46 unités de concentré de zinc de Bolivie et 54 unités de cuivre avec 30 unités de laitier de silicate fut chauffée dans un four électrique à induction. Cela eut pour résultat la production de 62 unités d'une matte et de 9 1/2 unités de "bottom" de cuivre, ayant la composition donnée cri-dessous. 96 1/2 % du zinc présent dans la charge furent dis- tillés.
EMI9.2
<tb>
Laitier <SEP> Matte <SEP> "Bottom" <SEP> de <SEP> cuivre.
<tb>
<tb>
Etain <SEP> 0.25% <SEP> 0.2% <SEP> 7.65%
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 2.05% <SEP> 52.65% <SEP> 83.3%
<tb>
<tb> Zinc <SEP> 4.1% <SEP> 1.0% <SEP> 2.2%
<tb>
<tb> Fer <SEP> 9.25 <SEP> 3.7%
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 20*6% <SEP> 1.1%
<tb>
Exemple 5.
Cet exemple montre le mode d'opération dtun procédé en deux phases.
Une charge semblable à celle de l'exemple 1, consistant en 43 unités de blende d'Australie et 57 unités de mitrailles de cuivre fut chauffée afin de volatiliser 75% du zinc, en laissant 37 unités d'une matte et 24 unités de "bottoms" de cuivre.
EMI9.3
<tb>
Matte <SEP> "Bottoms <SEP> ae <SEP> cuivre,
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 62.1% <SEP> 85.0%
<tb>
<tb> Zinc <SEP> 10.6% <SEP> 10.4
<tb>
<tb> Fer <SEP> 6.05% <SEP> 1.4%
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 20.6% <SEP> 0.6%
<tb>
La matte fut alors re-chauffée avec un sixième de son poids en mitraille de cuivre volatilisant 80% du zinc contenu
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dans la mette; la composition de la matte changeant comme résul- tat du remplacement du zinc par le cuivre en:
EMI10.1
<tb> Matte
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 74.7%
<tb>
<tb> Zinc <SEP> 0.4%
<tb>
<tb> Fer <SEP> 3.45%
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 19.05%
<tb>
La volatilisation totale de zinc de l'opération en deux phases fut de 92%.