<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE DE REDUCTION ELECTROTHERMIQUE DU ZINC.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de ré- cupération du zinc métallique et d'autres métaux à partir de matières zinci- fères.
Le procédé et le dispositif suivant l'invention conviennent par- ticulièrement à la production directe du zinc à l'état métallique à partir de matières zincifères contenant des proportions relativement faibles de zinc, et surtout lorsqu'il est combiné avec d'autres métaux tels que le plomb, le cuivre et le fer. Des exemples types des matières qui peuvent être traités d'une manière efficace et économique sont les scories zincifères des fours de grillage du plomb et l'invention est décrite plus particulièrement en tant que s'appliquant au traitement de ces scories mais ses principes s'appliquent également au traitement d'autres matériaux zincifères.
Les opérations de récupération du zinc dans les scories des fours de grillage du plomb ont consisté jusqu'à présent en premier lieu à volatili- ser et à recueillir un oxyde de zinc impur et, en second lieu, à réduire l'o- xyde de zinc à l'état métallique par un procédé électrolytique ou pyrolytique.
Bien qu'il ait été antérieurement préconisé de récupérer le zinc métallique à partir des matières zincifères par leur fusion électrique ou en présence d'un bain de scories fondues, aucune de ces solutions n'a donné de résultats satisfaisants. Au contraire, on a obtenu des résultats satisfaisants en appli- quant les principes de l'invention à des opérations d'essai à l'échelle in- dustrielle.
L'invention consiste à récupérer le zinc métallique et autres mé- taux à partir des matières zincifères en maintenant à l'état fondu une masse de scorie liquide en y faisant passer un courant électrique ou à travers une couche de coke ou autre matière carbonée déposée sur sa surface, en faisant arriver les matières zincifères à l'état solide ou fondu dans la masse de sco- rie liquide, en répartissant un agent carboné réducteur en grains sensiblement sur toute la surface de la masse de scorie liquide, en évacuant de la surface
<Desc/Clms Page number 2>
de la masse de scorie liquide un mélange gazeux contenant du zinc à l'état de vapeur,
et en évacuant la scorie liquide de la masse de scorie liquide dans une zone éloignée de celle dans laquelle on y fait arriver les matières zincifères dans ladite masseo
On condense le zinc du mélange gazeux en faisant passer ce mélan- ge en contact intime direct avec du zinc liquide. Lorsqu'on traite des ma- tières contenant du plomb, une notable portion du plomb passe à l'état de va- peur avec le mélange gazeux qui est évacué de la masse de scorie liquide et se condense à l'état métallique avec le zinc dans le condenseur.
L'invention est décrite ci-après en se référant au dessin annexé, qui représente une installation et un dispositif convenant à la récupération du zinc dans la scorie des fours de grillage du plomb et autres matières zin- cifères d'après les principes de l'invention, et sur lequel la fig. 1 est une élévation schématique d'une installation pour la mise en oeuvre de l'invention. la fig. 2 est une élévation latérale, avec coupe partielle, d'un four électrique suivant l'invention, la fig. 3 est une vue de l'extrémité de coulée du four électri- que de la fig. 2, la fig. 4 est une coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la fig. 2, la fig. 5 est une vue de l'extrémité de chargement du four élec- trique de la fige 2, la fig. 6 est une coupe verticale partielle de l'extrémité de coulée du four, suivant la ligne 6-6 de la fig. 3 et la fig.
7 est une élévation de détail partielle, à plus grande échelle et avec coupe partielle, d'une électrode du four avec les disposi- tifs d'étanchéité et de refroidissement qui l'accompagnent.
L'installation dont la fig. 1 représente une élévation schéma- tique comporte un four électrique A à six électrodes alimentées en courant triphasé par des transformateurs B, un chariot C à scorie que soulève un monte-charge D et qui se déverse dans le trou de chargement du four, un dis- tributeur de coke E alimenté par une soute F au moyen d'un élévateur G et de tiroirs de distribution H, des trous de coulée respectifs I et J de la sco- rie et de la matte, des condenseurs à zinc K du type interne décrit dans le brevet des Etats-Unis n 2 070 101 du 9 Février 1937, des laveurs de gaz L, une pompe à gaz M, un réservqir collecteur de liquide N et un bac de dépôt 0.
Le four électrique représenté spécialement sur les fig. 2 à 6 comporte une enveloppe horizontale cylindrique 10, pouvant être garnie d'une couche de briques réfractaires 11 et dont le fond est formé par des blocs de charbon 12. Le four peut être refroidi extérieurement par des jets d'eau, une double enveloppe d'eau, etc. Ce refroidissement est particulièrement dans la région du niveau de la scorie et immédiatement au-dessus et au-des- sous de ce niveau. La scorie arrive à une extrémité du four par un trou 13 situé au-dessus du niveau le plus élevé de la scorie et la scorie épuisée est évacuée par un bloc de coulée 14a refroidi par l'eau, situé à l'autre extrémité du four.
Le bloc'de coulée 14a comporte de préférence plusieurs , trous 14b à des hauteurs différentes, de façon à pouvoir faire descendre le niveau de la scorie lorsque le fond du four s'abaisse par érosion et oxyda- tion en service. Un bloc de coulée 14c comportant des trous de coulée 14d permet l'évacuation de la matte et du fer à des hauteurs différentes du fond du four. Le coke est introduit dans le four, de préférence à l'extrémité d'en- trée de la scorie, par un trou 15, au moyen d'un mécanisme 16 à palettes ac- tionné par un moteur et répartissant le coke d'une manière sensiblement uni- forme sur le bain de scorie contenu dans le four.
On peut aussi faire arriver des matières zincifères solides dans le four d'une manière analogue, bien que
<Desc/Clms Page number 3>
la répartition de ces matières soit limitée de préférence à une région voi- sine de l'extrémité d'arrivée de la scorie du four.
Le four est alimenté en courant électrique triphasé par six é- lectrodes en charbon 20,. représentées plus en détail sur la fig. 7.
Des orifices latéraux 17 d'échappement des vapeurs aboutissent chacun à un condenseur interne, tel qu'il est représenté schématiquement sur la fig. 1.
La position verticale des électrodes 20 peut être réglée indé- pendamment au moyen de mécanismes de support et de levée, non représentés.
Les électrodes sont refroidies du côté du four par des doubles enveloppes annulaires 21, remplies d'eau. Elles sont rendues étanches par des chemises cylindriques 22, dirigées vers le bas, dont les extrémités supérieures sont serrées autour de l'électrode au moyen de garnitures étanches 23 et dont les extrémités inférieures comportent des garnitures étanches 24 en contact de frottement étanche avec la surface intérieure d'une enveloppe cylindrique 25 formant un réservoir deau. L'eau de refroidissement arrive à la partie in- férieure de la double enveloppe de refroidissement 21 par un tuyau d'admis- sion 26 et en sort par un tuyau de sortie 27. Une charge d'eau constante est maintenue dans le réservoir 25 par un tuyau d'alimentation 28 et un tuyau de sortie 29.
Une couronne de refroidissement auxiliaire 30, disposée au point où l'électrode est exposée en premier lieu à l'action de l'air, a pour effet d'éviter d'une manière avantageuse la formation d'une portion en forme de col dans l'électrode, du fait de son oxydation superficielle.
Pour faire fonctionner le four, on y fait arriver la scorie d'u- ne manière continue ou semi-continue, en maintenant un bain de scorie fondue d'une hauteur de 25 à 50 cm de préférence par l'arrivée de la quantité d'é- nergie nécessaire, en évacuant la scorie épuisée de préférence d'une manière semi-continue et en soutirant périodiquement le zinc liquide des condenseurso
Au cours d'une opération type, on charge la scorie, fondue à une température de 1100 -1150 C et en provenance des fours-de grillage du plomb, dans des bennes à scorie qu'on soulève dans une position convenant à la cou- lée dans le four à travers un couloir en fonte et le trou de chargement 13.
On charge d'une manière sensiblement constante du coke en grains, d'une grosseur comprise de préférence entre 9,5 et 19,0 mm, par le distribu- teur de coke 16, avec un débit au moins équivalent à la teneur en zinc de la scorie, par exemple d'environ 7,5% du poids de la scorie chargée pour une sco- rie contenant 14% de zinc.
On règle la quantité d'énergie en fonction de la quantité de sco- rie introduite dans le four, 600 à 650 kw/h environ par tonne de scorie étant nécessaires pour une scorie contenant 12% de zinx et une quantité un peu plus forte pour des scories plus riches. On règle la position des diverses électrodes de façon-que l'intensité et la tension par rapport à la terre soient sensiblement les mêmes pour les six circuits des électrodes.
On règle le vide des condenseurs de façon à faire régner dans le four une pression légèrement positive d'environ 25 mm d'eau. Une caractéris- tique des condenseurs de Weaton-Najarian consiste dans l'action de "respi- ration" provoquée par le mouvement de va-et-vient du métal fondu. Par exem- ple, alors que la pression moyenne à l'intérieur du four est de 25 à 50 mm d'eau, on observe souvent des pressions instantanées de plus ou moins 127 mm d'eau.
Au fur et à mesure que le zinc se condense et s'accumule dans le condenseur, le degré de vide qui est nécessaire pour évacuer le gaz dans le condenseur augmente. Par suite, le degré de vide relevé au manomètre pour un débit de gaz donné est une indication de la quantité de métal contenu dans le condenseur et de l'instant où il convient de faire couler le métal hors du condenseuro On effectue généralement la coulée des condenseurs lorsque le vide atteint 355 à 381 mm de mercure, le vide diminuant d'environ 25 mm cha- que fois qu'on évacue 680 kgs de métal. On fait passer le métal qui s'écoule
<Desc/Clms Page number 4>
des condenseurs dans un four collecteur dans lequel l'excès de plomb se dé- pose et duquel on coule le zinc en lingots.
Le métal est de bonne première qualité occidentale et contient environ 1% de plomb.
Lorsqu'on traite des scories de four de grillage et des matières contenant du plomb, on récupère une fraction appréciable de la teneur en plomb. La fraction de plomb récupérable qui passe dans le condenseur sous la forme de vapeurs de plomb se condense directement à l'état de plomb métalli- que avec le zinc dans le condenseur. 50% environ du plomb récupérable se condensent directement à l'état de plomb métallique avec le zinc dans le condenseur. Ce plomb se sépare facilement du zinc au cours de l'opération suivante de dépôt et de classement qui s'effectue dans le four de dépôt.
Ce plomb ayant subi un simple raffinage pour éliminer le zinc, consiste en plomb mou de première qualité du commerce. Une portion du plomb de la charge sort du four à l'état de vapeurs de sulfure de plomb et passe dans le conden- seur avec les gaz non condensables. On sépare le sulfure de plomb du courant de gaz par lavage dans le dispositif de lavage et d'épuration du gaz et on le fait passer dans le bac de dépôt 0, fig. 1. Ces matières solides peuvent subir un second traitement dans le four de grillage ou par tout autre moyen approprié, pour recueillir la portion récupérable restante.
La coulée de la scorie s'effectue proportionnellement à la quan- tité de scorie introduite. On mesure la hauteur de la couche de scorie en introduisant une barre par un trou percé dans la voûte du four. La consom- mation de scorie est d'environ 80% du poids de la scorie de la charge lors- qu'elle contient 12 à 13% de zinc.
La température de la scorie à sa sortie du four, déterminée au moyen d'un pyromètre optique, est d'environ 1350 à 1400 C.
La matte et le fer ont tendance à se déposer au fond du four dont on peut les évacuer périodiquement par un trou de coulée à un niveau approprié.
Les compositions types de la scorie du four de grillage et de la scorie traitée sont les suivantes :
EMI4.1
<tb> Pb <SEP> Cu <SEP> Isol. <SEP> SiO2 <SEP> FeO <SEP> CaO <SEP> MgO <SEP> S <SEP> Zn <SEP> Al2O3 <SEP> Ag
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> % <SEP> % <SEP> SiO2 <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> %
<tb>
EMI4.2
---------- %-------------1------------------------------------
EMI4.3
<tb> Scorie <SEP> des <SEP>
<tb> fours <SEP> de <SEP>
<tb> grillage <SEP> 2,65 <SEP> 0,56 <SEP> --- <SEP> 26,0 <SEP> 35,4 <SEP> 8,1 <SEP> 4,1 <SEP> 2,6 <SEP> 12,9 <SEP> 3,8 <SEP> Traces
<tb>
<tb> Scorie
<tb> traitée <SEP> 0,10 <SEP> 0,11 <SEP> 32,3 <SEP> ---- <SEP> 35,3 <SEP> 10,8 <SEP> 6,5 <SEP> 1,5 <SEP> 2,8 <SEP> 9,
0 <SEP> ---
<tb>
La composition de la scorie traitée et des mattes varie notable- ment suivant la composition des matières chargées. Une composition type de la matte est la suivante :
EMI4.4
<tb> Pb <SEP> Cu <SEP> Isol. <SEP> Fe <SEP> S <SEP> Zn <SEP> Ni-Co
<tb>
EMI4.5
--¯¯¯----¯¯----¯------
EMI4.6
<tb> Matte <SEP> de
<tb>
<tb> fer <SEP> compo-
<tb>
<tb>
<tb> site <SEP> 1,6 <SEP> 7,8 <SEP> 0,2 <SEP> 58,1 <SEP> 27,4 <SEP> Tr.
<SEP> 1,9
<tb>
En général, le procédé et le dispositif suivant l'invention per- mettent de récupérer sous la forme de billettes de zinc 75% au moins du zinc de la scorie chargée dans le four et 90% du plomb, ainsi que les divers mé- taux précieux susceptibles de se trouver dans la matte, suivant la teneur en ces métaux des matières chargées dans le four, avec une consommation d'énergie
<Desc/Clms Page number 5>
de 800 kw/h par tonne de scorie contenant 14% de zinc, et une consommation de coke ne dépassant pas 7,5 % du poids de la scorie. Lorsqu'on charge des matières zincifères dans le bain de scorie sous forme solide, la consomma- tion d'énergie à laquelle on doit s'attendre est un peu plus forte.
Le mot "scorie" tel qu'il est employé sans autre qualification au cours de la présente description, ne doit pas être considéré comme dési- gnant seulement les produits résiduels ou de rebut d'opérations métallurgi- ques antérieures, mais désigne également des produits minéraux réfractaires, liquides à la température de l'opération, quelle que soit leur provenanceo Par exemple, la masse de "scorie" peut être obtenue en fondant des minerais de silicate de zinc de qualité inférieure dans un four du type du cubilot et en chargeant la masse fondue ainsi obtenue dans le four de réduction suivant l'inventiono
Il convient que la grosseur de la majeure partie du coke chargé dans le four soit sensiblement uniforme,
de façon à permettre de le répartir plus uniformément sur la surface de la scorie contenue dans le four et d'évi- ter les difficultés mécaniques auxquelles donne lieu éventuellement le dis- tributeur de cokeo L'application du procédé et le fonctionnement du disposi- tif suivant l'invention sont extrêmement souples et peuvent être facilement adaptés à 'des variations considérables de la nature et de la composition des matières zincifères chargées dans le four, ainsi qu'aux variations du débit d'alimentation, les principaux facteurs de réglage consistant dans la quanti- té d'énergie fournie et dans la vitesse de chargement du coke.