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Perfectionnements à la récupération du zinc de matières zincifères contenant du fer, et appareil convenant pour cette opération.
L'invention concerne la récupération du zinc de matières zincifères contenant du fer, ainsi qu'un appareil convenant pour cette opération.
Un des buts de l'invention est de créer un procédé pour récupérer le zinc des écumes qui se séparent des bains de zinc fondu utilisés pour la galvanisation du fer.
Un autre but de l'invention est de créer un appareil qui puisse avantageusement servir à l'exécution de ce procédé et qui puisse également être utilisé dans d'autres cas où on peut désirer introduire du métal fondu dans une chambre de four maintenue à l'abri de l'air pendant son fonctionnement.
Lors de la galvanisation du fer à chaud pour produire, par exemple, des t8les de fer galvanisées, on plonge la tôle de fer dans un bain de zinc fondu après l'avoir recouverte d'un fon-
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dant approprié. Une petite quantité de fer de chaque tôle se o dissout dans le zinc liquide et forme un composé intermétallique de fer et de zinc. Ce composé flotte à la surface du bain et on l'enlève de temps en temps par écumage. Ces écumes, qui sont appelées communément 'm'écumes de zinc", ont un point de fusion d'environ 700 C (1300 F) comparé à environ 421 C (790 F) pour le zinc.
Les compositions des écumes varient, mais en général, elles contiennent environ 6% de fer, et d'ordinaire des impuretés telles que le plomb qui peuvent être présentesdans le bain. Une analyse type des écumes comprend µ% de fer, 1% de plomb et le reste de zinc.
Suivant la présente invention, pour récupérer le zinc des écumes de zinc contenant du fer et du zinc, on chauffe l'écume fondue dans un récipient de manière à évaporer les va- peurs de zinc de l'écume et faire en sorte que le fer contenu prenne la forme solide, puis on élève la température du contenu du récipient de manière à faire fondre le fer qui s'y est accu- mulé, et ensuite on évacue le fer fondu du récipient.
Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, on fond l'écume de zinc et on la charge dans une chambre de four de manière à y former un bain de fusion assez profond, ayant une surface supérieure libre étendue. On chauffe ensuite ce bain dans la chambre dans des conditions non-oxydantes, de pré- férence par de la chaleur radiante appliquée vers le bas sur sa surface libre, pour élever suffisamment sa température pour en évaporer le zinc, tout en retenant le fer et le plomb dans l'écume. On conduit les vapeurs de zinc venant du four de pré- férence dans un condenseur à zinc où on les refroidit pour les précipiter sous forme de zinc liquide, qu'on peut évacuer de temps en temps du condenseur et couler pour former des barres de zinc métallique.
A mesure que l'évaporation progresse, l'écu- me fondue se sature rapidement du fer qu'elle contient, qui se sépare sous forme solide et se dépose comme résidu au fond du
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bain de fusion. On introduit de temps en temps des écumes fraî- ches dans la chambre, jusqu'à ce qu'il se produise une accumula- tion suffisante de résidu pour que son enlèvement soit justifié.
Ce résidu, qui contient environ 85% de fer mélangé à du zinc ou mélangé à un alliage zinc-plomb si l'écume contient du plomb, possède un point de fusion extrêmement élevé, voisin de 1425 C (2600 F). Il adhère fortement au fond et aux parois de la chambre du four et ne peut être enlevé par des moyens mécaniques sans difficultés considérables et dégâts de destruction du revêtement coûteux du four et sans d'abord refroidir le four puis l'ouvrir.
Pour enlever le résidu, conformémentà la présente invention, on élève la température du four à un point suffisant pour fondre le résidu, par exemple aux environs de 1500 C (2750 F) puis on l'éva- cue du four pour en débarrasser ce dernier. Après l'évacuation du résidu, le cycle déja décrit des opérations peut se répéter.
De cette manière, il est possible de récupérer plus de 90% du zinc contenu dans les écumes chargées dans le four.
Dans l'exemple cité plus haut du mode d'exécution du pro- cédé conforme à l'invention, il est à remarquer pour effectuer l'évaporation, on élève la température de l'écume fondue à une valeur inférieure au point de fusion du résidu, de manière à maintenir celui-ci à l'état solide et le laisser déposer, ce qui a pour résultat que la matière voisine de la surface de la masse fondue renferme un maximum de zinc. Si on chauffe l'écume à une température telle que le constituant fer soit continuellement à l'état fondu, non seulement il serait nécessaire de consommer une plus grande quantité d'énergie dans le four et le revêtement du four se détériorerait rapidement, mais la partie fondue de la masse renfermerait une teneur en zinc progressivement décrois- sante.
Cette diminution de teneur provoque une diminution pro- gressive de la vitesse d'évaporation du zinc et exige de nettoyer de temps en temps la chambre du four pour en enlever l'écume, qui, @
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sous forme d' agrégat, contient une grande quantité de zinc. Il en résulterait une opération coûteuse et inéconomique à d'autres points de vue, ce qui tendrait l'opération irréalisable. On a trouvé que le chauffage de l'écume à une température de 925 à 1100 C (1700 à 2000 F) pour effectuer l'évaporation assure les meilleurs résultats au point de vue de l'exécution d'une opération satisfaisante et économique.
L'invention a également pour objet un appareil pour l'éva- poration du zinc de matières zincifères contenant du fer, à l'abri de l'air, qui comprend une chambre de four, des moyens d'introduire la matière fondue dans la chambre pendant qu'on maintient celle-ci à l'abri de l'air, ces moyens comprenant une paire de compartiments dont l'un est à l'abri de l'air, un passage partant du dessus du fond de ce compartiment vers la chambre du four pour faire passer la matière fondue du compartiment dans la chambre, un passage pour charger au début la matière fondue dans l'autre compartiment, un passage mettant les deux compartiments en communication pour produire un courant de matière fondue du compartiment dans lequel la matière est chargée vers le comparti- ment à l'abri de l'air,
passage qui s'ouvre dans le compartiment mentionné en dernier lieu en un point situé en dessous du point où débouche le passage conduisant de ce compartiment à la chambre du four, et des moyens de chauffage capables de maintenir la ma- tière en fusion dans le compartiment dans lequel elle est chargée à l'état fondu.
Les dessins annexés représentent, une construction préfé- rée d'appareil pour l'exécution du procédé de l'invention.
Dans ces dessins:
La fig.1 est une coupe suivant la ligne 1-1- de la flg.2, certaines parties étant vues en élévation;
La fig.2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la fig.l, et Les flgs.3 et 4 sont respectivement des coupes suivant les
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lignes 3-3 et 4-4 de la fi g. 2,
Comme le montrent les dessins,le four possède une partie de corps inférieure qui comprend une enveloppe métallique 1 et une partie formant couvercle amovible qui comprend une enveloppe métallique 3. L'enveloppe métallique 1 est pourvue au voisinage de son bord supérieur d'une bride horizontale 5 qui s'étend de façon continue sur les quatre côtés de l'enveloppe et qui porte elle-même des brides verticales espacées 7 qui s'étendent de même sur les quatre côtés de l'enveloppe.
L'enveloppe 3 du cou- vercle du four est munie d'un support ou bride 9 s'étendant vers l'extérieur,qui règne de façon continue sur les quatre côtés de l'enveloppe. Ce support porte un élément en forme de rigole 11 muni de bords descendants 13 et une bride médiane 15 s'étendant vers le bas, l'élément 11 et la bride 15 régnant aussi de façon continue autour de l'enveloppe. Comme on le voit clairement sur la fig.2, les brides dirigées vers le haut s'introduisent dans les espaces compris entre les brides 15 et les bords descendants 13.
Les espaces entre les brides 7 et la partie de l'enveloppe 1 située au-dessus de la bride 5 peuvent être remplis d'huile ou de sable dans lesquels plongent la bride 15 et le bord 13 voisin de l'enveloppe. On forme ainsi un joint à labyrinthe pour exclure la présence d'air dans les deux enveloppes lorsque le couvercle est en place.
La chambre du four 17 est munie d'un revêtement 19 cons- truit en matériaux réfractaires appropriés, par exemple du car- bure de silicium ou un mélange d'argile-graphite. Comme on le voit, le revêtement est supporté et doublé par un remplissage 21 qui peut être formé de briques réfractaires.
Les murs latéraux opposés du revêtement 19 aont construits de manière à former des étagères 23 au voisinage du dessus de la chambre du four. Sur ces étagères reposent des blocs 25 de ma- tières réfractaires à la chaleur, isolants électriques,comme de
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l'oxyde d'aluminium, AlgOg. Sur ces blocs reposent des plateaux
27 de matières conductrices de l'électricité telles que du graphite. Des résistances de chauffage 29 fixées à ces plateaux s'étendent entre les plateaux placés sur les côtés opposés de la chambre du four, et peuvent être également en graphite, la dispo- sition étant telle que les plateaux 27 relient les résistances de manière que le courant électrique les traverse en série.
Comme on le voit, les résistances aux extrémités de la rangée de ré- sistances sont reliées à des prolongements 31 passant à travers des ouvertures des parois du four, isolés électriquement de ces parois, vers l'extérieur de l'enveloppe 1, les prolongements dé- passant à l'extérieur de l'enveloppe étant munis de bornes 35 qui sont reliées à la source de courant alimentant les résistances
Au-dessus du revêtement 19 reposent des plaques se recou- vrant placées transversalement par rapport au four, formées de préférence de graphite, qui agissent pour réfléchir la chaleur vers le bas. Sur la voûte du four formée par ces plaques, repose une couche 39 de matière isolante constituée de préférence de carbone granulé.
L'enveloppe 3 du couvercle amovible du four, contient, comme on le voit, une arche centrale 41 de matière réfractaire reposant sur des appuis 43 en matière réfractaire, maintenus dans l'enveloppe 3 par les brides 45 qui y sont fixées et quinrègnent le long des quatre côtés à l'intérieur de l'enveloppe au voisi- nage de leurs bords inférieurs.
Comme on le voit, une conduite 47 traverse les parois de la chambre du four pour faire passer les vapeurs de zinc dans un condenseur 49, muni d'une cheminée 51 contenant un registre ou vanne réglable 53 pour régler la pression dans le condenseur et la chambre du four.
Pour permettre de charger la chambre du four, d'écumes de zinc fondues, l'enveloppe 1 est munie d'une annexe 55 garnie de maçonnerie réfractaire ou matière analogue en forme d'entonnoir 57
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dans lequel.on peut verser l'écume fondue au moyen d'une louche.
L'ouverture de sortie 59 de l'entonnoir aboutit à une chambre intérieure 61 formée dans la maçonnerie réfractaire. Cette chambre est divisée en deux compartiments par une plaque 63 de matière réfractaire s'étendant du dessus de la chambre jusqu'au voisinage de son fond 65, de manière à laisser un passage 67 en dessous de la plaque. Un conduit 69 menant du compartiment situé à droite de la plaque 63 sur la fig.2, traverse les parois du four et débouche dans la chambre du four bien au-dessus de son fond. Pendant la marche, quand on verse l'écume fondue dans l'entonnoir 57, elle débouche dans la chambre du four par le con- duit 69 et la remplit jusqu'au niveau désiré.
Quand on arrête l'opération de chargement, il reste dans la chambre 61 une masse de matière fondue dont le niveau supérieur est déterminé par la hauteur du conduit 69 au-dessus du fond 65 de la chambre. Comme la plaque 63 plonge dans cette masse, elle met le conduit 69 à l'abri de l'air.
Des moyens de chauffage appropriés sont prévus pour empêcha. l'écume de zinc fondue dans le compartiment situé à gauche de la plaque 63 sur la fig.2 de se solidifier lorsqu'on arrête l'opéra- tion de chargement. Ces moyens de chauffage comprennent, dans la forme de réalisation représentée de l'invention, un brûleur 71 projetant une flamme dans le compartiment et muni d'une conduite 73 d'alimentation de gaz combustible et d'une conduite d'alimenta- tion d'air 75, aboutissant respectivement à des sources de gaz et d'air sous pression. La flamme peut être réglée par les vannes 77 placées sur ces conduites. La chambre 61 est munie avantageuse- ment d'une ouverture 79 pour l'allumage du mélange de gaz et d'air.
Les produits de combustion de la flamme s'échappent de la chambre par le conduit 59 et l'entonnoir 57 dans l'atmosphère.
Pendant la marche, la chambre du four 17 peut être remplie d'écumes de zinc fondues de la façon décrite plus haut, jusqu'à un @
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certain niveau A. On fait passer dans les résistances une quantité suffisante de courant pour qu'elles rayonnent de-la chaleur direc- tement vers le bas et par l'intermédiaire des plaques de voûte 37 de la chambre du four pour chauffer la surface de la masse fondue à une température d'environ 925 à 1090 C (1700-20000F) et pro- voquer l'évaporation rapide du zinc de la surface, et son passage par le conduit 47 dans le condenseur 49 où les vapeurs de zinc se condensent en zinc liquide et se rassemblent au fond du con- denseur.
On peut de temps en temps décharger le zinc fondu du condenseur par le trou de coulée normalement bouché 81 et le cou- ler en barres.
On ajoute de temps en temps de l'écume de zinc fondue dans la chambre du four jusqu'à ce qu'il s'accumule au fond de la chambre une masse de résidu, par exemple jusqu'au niveau C; à ce moment, on augmente la quantité de courant passant dans les ré- sistances de chauffage de manière à élever la température de la charge du four à environ 1500 C (2750 F) pour fondre la matière qui s'y est accumulée. Lorsqu'elle est fondue, on la décharge de la chambre du four par le trou de coulée normalement fermé 83.
En pratique, mais sans y apporter aucune limitation, la chambre du four peut avoir 1,30 mètre de large (4 1/3 pieds) sur 2.70 m. de long (9 pieds) de manière que la masse d'écumes fondues qui s'y trouve présente une surface supérieure libre d'ét due considérable. Au début, on remplit la chambre sur une pro- fondeur d'environ 60 cms (24 pouces) et lorsque le résidu accu- mulé remplit le fond de la chambre sur une profondeur d'environ 45 cms (18 pouces), on fait fondre ce résidu et on le décharge de la chambre du four.
Le conduit 69 a de préférence une ouverture et une lon- gueur telles qu'aucune évaporation notable de zinc ne se produise dans le compartiment de la chambre 51 situé à droite de la pla- que 63 sur la fig.2, ou au moins qu'il ne s'y produise qu'une évaporation insuffisante pour que le fer contenu dans ce compar-
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timent se sépare. On maintient la matière de ce compartiment à l'état fondu par la chaleur venant du compartiment,situé à gauche de la plaque 63 sur la fig.2 et par la chaleur venant de la cham- bre du four par le conduit 69. Pour une chambre de four ayant les dimensions données plus haut, on obtient des résultats satisfai- sants en donnant au conduit 69 un diamètre d'environ 10 cas (4 pouces) et une longueur de 75 cms (30 pouces).
Il est évident qu'on traite l'écume de zinc dans la cham- bre du four dans des conditions non-oxydantes pour éviter l'oxyda- tion des vapeurs de zinc. Pour débarrasser la chambre de l'air qu'elle contient au début, on prévoit des conduites en matières réfractaires 85, telles que carbure de silicium ou graphite, pas- sant de l'extérieur du four à travers ses parois et débouchant dans la chambre du four. Ces conduites peuvent communiquer par une tuyauterie 87 avec une source appropriée d'azote sous pression qui passe par les conduites 85 réglées par des vannes d'arrêt 89.
On règle de préférence le registre 53 de manière à maintenir la chambre du four juste au-dessus de la pression atmosphérique de manière à éviter des rentrées d'air dans la chambre.
Bien entendu, des modifications importantes peuvent être apportées au procédé et à la construction de l'appareil décrits sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS @
1) Procédé de récupération du zinc des produits dénommés écumes de zinc" contenant du zinc et du fer, caractérisé en ce qu'on chauffe l'écume fondue dans un récipient de manière à éva- porer le zinc contenu dans les écumes et à faire prendre au fer contenu la forme solide, puis on élève la température du conte- nu du récipient de manière à fondre la quantité de fer accumu- lée et on décharge ensuite le fer fondu du récipient.