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La présente invention a trait au grillage de concentrés de sulfu- res métalliques par la technique des lits fluidifiés, et a pour objet des perfectionnements apportés au procédé et à l'appareil de traitement de bouil- lies à base de sulfures métalliques dans des fours à griller qui travaillent suivant le principe des couches ou lits fluidifiés.
Plus particulièrement, cette invention concerne l'introduction à l'intérieur d'un four à griller à lit fluidifié,de bouillies de sulfures mé- talliques pouvant avantageusement contenir des particules de boues et/ou des matières solubles dans l'eau de telle manière que l'action d'aggloméra- tion des boues et des matières solubles dans l'eau devienne un avantage, plut8t qu'un inconvénient, pour le traitement basé sur la technique des couches ou lits fluidifiés. En d'autres termes, un but particulier de l'in- vention est d'empêcher la formation de masses solides de dimensions exagé- rées susceptibles autrement de s'accumuler dans le lit fluidifié et de for- mer, au lieu de telles masses, de très petits agrégats, ce qui présente de nombreux avantages du point de vue du procédé et du traitement.
Jusqu'à ce jour, les bouillies de sulfures métalliques ont norma- lement été refoulées à l'intérieur du four à griller à lit fluidifié par un tube d'alimentation horizontal disposé dans la paroi du four en un point situé soit au-dessous de la surface du lit turbulent, soit juste au-dessus de cette surface. Etant donné que,-dans un cas comme dans l'autre, la dés- hydratation de la bouillie doit s'effectuer dans le lit fluidifié lui-même, c'est de la turbulence du lit que dépend la désagrégation des particules individuelles dont sont composées les masses de bouillie à mesure que le sé- chage de ces masses s'effectue.
En d'autres termes, tant que l'eau est le seul agent d'union de la bouillie, sa disparition par évaporation dans le lit de grillage laisse les particules individuelles libres de se placer dans le lit à la façon d'éléments séparés, en fournissant ainsi au lit une matière nouvelle dont la distribution des grosseurs de particule est essen- tiellement la même que celle de la bouillie.
Ainsi, lorsque les concentrés de flottage normaux de sulfures sensiblement exempts de boues sont amenés au lit de grillage sous forme de bouillies aqueuses dont la teneur en matiè- res solubles dans l'eau n'excède pas celle qui se présente normalement sous forme de réactifs de flottage résiduels et d'impuretés, la oonversion de la bouillie en particules solides séparées est ininterrompue et, bien que ceci ait comme résultat un fonctionnement relativement régulier du four à griller, l'entraînement des poussières est souvent excessif.
Au contraire, si la bouillie soumise au traitement contient cer- tains types de matières donnant des boues et/ou de matières solubles dans l'eau, telles qu'un ou plusieurs sels, la bouillie, même après un séchage complet, ne se désagrège pas de la manière décrite plus haut et une forte proportion de la nouvelle matière ainsi introduite s'agglomère; les agré- gats ainsi formés tendent à augmenter de volume et à rester dans le lit sous forme de trop gros agrégats qui réduisent sa fluidité et rendent le traitement inopérant.
En d'autres termes, les boues et les matières solu- bles dans l'eau se comportent à la façon de substances adhésives liant les grains et agrégats entre eux dans les masses de bouillie, en empêchant ain- si les particules d'être désagrégées par l'action turbulente du lit flui- difié, même après une déshydratation complète et un grillage subséquent.
Non seulement l'action adhésive des matières sus-mentionnées s'effectue en- tre les grains ou particules de la bouillie fraîche, mais elle peut aussi provoquer une agglomération entre la bouillie fraîchement introduite et les particules dont est composé le lit fluidifié auquel cette bouillie est ajoutée. Il s'ensuit qu'un tel apport ininterrompu de bouillies de ce gen- re au lit provoque la formation de proportions accrues d'agglomérés sous forme de trop gros agrégats, par opposition à la grosseur désirable des par-
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ticules des lits fluidifiés utilisés pour le grillage des sulfures, à sa- voir environ 4,75 mm.
Il est ainsi évident que la formation, à l'intérieur du lit fluidifié, de proportions croissantes d'agrégats ayant plus d'envi- ron 4,75 mm ne peut avoir comme résultat qu'une réduction finale de la flui- dité du lit, ce qui met fin à l'opération de grillage.
La formation de gros morceaux agglomérés de la manière décrite ci-dessus est en outre aggravée par l'une et l'autre des deux méthodes clas- siques par lesquelles s'effectue l'alimentation des bouillies du type au- quel a trait l'invention. Par exemple, lorsque.les bouillies de sulfures métalliques contenant des boues ou des sels sont introduites dans un lit fluidifié en un point situé au-dessous de la surface de ce lit, des sulfu- res ont tendance à se déposer et à former des excroissances dures et partiel- lement grillées sur la tuyère d'alimentation. De telles excroissances pro- voquent fréquemment l'engorgement du tube d'alimentation et font obstacle au fonctionnement régulier du four à griller. Un inconvénient plus grave réside toutefois dans l'effet de ces excroissances sur la fluidité de la couche.
En effet, elles se rompent et s'accumulent dans le lit avec les autres morceaux trop gros, ce qui tend à réduire la fluidité du lit. D'une part, si l'introduction de la bouillie est effectuée horizontalement dans le four en un point situé au-dessus de la surface du lit fluidifié, une pro- portion considérable de la bouillie tombe simplement ou dégoutte ou s'écou- le de l'orifice du tube d'alimentation, qui est nécessairement place près de la paroi du four à griller. La partie du lit voisine de cette zone est un peu moins turbulente que le centre de la couche, en raison d'un effet dit "de paroi", et il est donc particulièrement désavantageux que la bouil- lie tombe à cet endroit.
De plus, comme les gaz entourant la tuyère d'ali- mentation possèdent, une température voisine de celle régnant dans le lit en cours de grillage, la bouillie en cours de dégouttage provoque le dépôt graduel d'un amas de matière solide et dure sur la tuyère, formant ainsi une masse ou excroissance solidifiée qui tombe dans le lit, dont la turbu- lence et la fluidité diminuent encore. A la longue, la répétition de ce processus supprime toute turbulence du lit dans la zone voisine de la tuyè- re d'alimentation, et il en résulte la formation d'un gros talus de sulfu- res bruts qui s'étend du lit au tube d'alimentation et dont le volume va en augmentant de la paroi, ou du bord du lot, au centre du lit, à mesure que l'opération continue. Ce talus inactif diminue la surface effective de la sole et, par suite, la capacité de travail du four.
Le fait d'introduire de l'air comprimé, conjointement avec la bouillie, dans le tube d'alimenta- tion n'apporte guère de remède à cet état de choses et présente souvent l'inconvénient supplémentaire de faire mouvoir la bouillie à une vitesse suffisante pour qu'elle vienne heurter la paroi opposée du four, où elle forme des excroissances dures de sulfures bruts qui, finalement, tombent dans le lit et effectuent une nouvelle réduction de sa fluidité.
Les effets nuisibles de la boue ou des matières solubles dans l'eau, telles que des sels contenus dans la bouillie de sulfure introduite dans le four à griller à lit fluidifié, sont cumulatifs, étant donné que la turbulence de la couche est le seul facteur qui permettrait aux excroissan- ces ou agglomérés possédant initialement des dimensions exagérées d'être désagrégées lorsque la bouillie est introduite directement dans le lit. La présence de ces excroissances dans le lit fluidifié a pour effet de rédui- re ou même détruire sa fluidité et sa turbulence, qui se traduit non seule- ment par un accroissement de la tendance à la formation d'une quantité plus grande d'agglomérés, mais aussi par une diminution des possibilités de dé- sagrégation de tels agglomérés une fois formés.
De tels effets cumulatifs suppriment finalement la fluidité du lit, et il devient nécessaire d'arrêter le four pour le nettoyer.
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Des recherches ont abouti à cette découverte qu'il est possible de surmonter en grande partie de telles difficultés éprouvées dans le fonc- tionnement du four, et d'obtenir d'autres avantages, en procédant conformé- ment à la présente invention.
L'invention envisage de griller les concentrés de sulfures métal- liques dans un lit fluidifié dans lequel on prépare une bouillie en mélan- geant des concentrés de sulfures métalliques et des boues avec un liquide aqueux. La bouillie est projetée sur une distance suffisante dans et à travers l'espace libre et chaud qui surmonte le lit fluidifié pour produire un grand nombre de très petits agrégats mouillés, formés de particules de concentré liées par les boues et le liquide de la bouillie. Si l'excès de liquide aqueux de la bouillie se sépare de celle-ci par suite de la forma- tion des agrégats mouillés, ce liquide se vaporise complètement dans l'espa- ce libre surmontant le lit fluidifié, et sa vapeur, entraînée par les gaz chauds s'élevant dudit lit empêche le liquide libéré d'atteindre et mouiller la matière fluidifiée.
Les agrégats fraîchement formés suivent un chemin assez long, à l'intérieur de l'espace libre surmontant le lit pour que leur temps de séjour dans cet espace assure l'élimination de leur humidité, cel- le-ci se séparant desdits agrégats par évaporation pendant qu'ils parcourent le chemin en question à travers l'espace libre surmontant le lit, au contact des gaz chauds, ce qui a pour effet de sécher les agglomérés et de les em- pecher dtatteindre et d'humidifier la couche ou lit fluidifié.
Le mélange résultant de vapeurs et de gaz s'échappe de la partie supérieure de l'espa- ce libre surmontant le lit, et les agrégats séchés tombent sur le lit pour y être grillése Les agrégats du lit fluidifié sont ainsi continuellement maintenus à l'état sec, ce qui les empêche de s'unir entre eux pour donner des morceaux trop gros susceptibles de réduire la fluidité du lits Les agrégats séchés sont grillés d'une manière autogène dans le lit fluidifié et conservent en général la même grosseur et la même forme physique pendant toute l'opération de grillage, ce qui assure une fluidité uniforme du lit.
Les agrégats calcinés résultants sont retirés du lit fluidifié.
Selon une forme de réalisation actuellement préférée de ltinven-- tion, un tube d'alimentation en bouillie traverse une ouverture de la paroi supérieure du four de grillage à lit fluidifié et est dirigé vers le centre de la surface de cette couche. Il est ainsi possible, le cas échéant en ayant recours à un courant de même sens d'air comprimé, de communiquer au courant de bouillie des vitesses telles qu'il en résulte la formation d'un jet finement divisé, sans risque qu'il se forme des excroissances de sulfu- res bruts sur les parois du four. Les agrégats ainsi formés à partir de la bouillie finement divisée présentent alors une très grande surface par rapport à leur volume, au cours de leur descente à travers les gaz chauds s'élevant en contre-courant de l'espace libre du four surmontant le lit.
Ces facteurs favorisent la déshydratation des agrégats de bouillie au cours de leur chute et excluent toute tendance de ces agrégats à s'unir entre eux pour former des morceaux trop gros au moment où ils atteignent le lit. Les agrégats séchés sont ainsi obtenus sous forme de particules dont la gros- seur varie entre les limites d'une large échelle, ce qui donne une nouvelle matière à lit fluidifié qui est extrêmement satisfaisants pour le maintien de la fluidité. De plus, lorsque le tube d'alimentation en bouillie est maintenu dans une position verticale, la bouillie n'a pas tendance à dégout- ter et à constituer ainsi des dép8ts sous forme d'excroissances de matiè- re dure sur l'extrémité du tube, qui reste ainsi en tout temps net, en per- mettant un fonctionnement régulier et continu du four à griller.
La caractéristique de séchage des agrégats de bouillie obtenus conformément à l'invention sera mieux comprise si on la compare avec un pro- cédé à deux stades qui consisterait à soumettre une bouillie de sulfure à
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un traitement de séchage nettement distinct, avant de l'introduire dans le four à griller sous forme d'éléments solides secs, Une façon de réaliser le séchage consisterait à projeter la bouillie à l'état finement divisé verticalement vers le bas à l'intérieur d'une tour de séchage, par pulvéri- sation, en contre-courant avec les gaz chauds montant à l'intérieur de la tour, et à recueillir la matière séchée à la base de la tour. La matière séchée serait alors transférée au four de grillage à lit fluidifié à l'aide d'un transporteur mécanique ou pneumatique.
Selon la présente invention, l'espace libre du four à griller à lit fluidifié est utilisé a titre de tour de séchage, ce qui est avantageux du point de vue de la simplicité du fonctionnement.
La propriété de liant que possèdent la boue ou les matières solu- bles dans l'eau contenue dans la bouillie peut être mise à profit lorsque des bouillies de sulfures contenant de telles matières sont introduites dans le four par son sommet, en ce sens que les particules de la bouillie proje- tée à l'état divisé et les agrégats nouvellement formés pendant la descente desdites particules à travers l'espace libre du four se comportent comme des noyaux collecteurs auxquels adhèrent les poussières qui sont véhiculées par les gaz montants, ces gaz ramenant ainsi lesdites poussières au lit fluidifié.
Cette action mutuelle qui se produit entre les particules de la bouillie projetée à l'état divisé et les agrégats fraîchement formés d'une part, et les poussières véhiculées par les gaz du four d'autre part, semble jouer un rôle doublement avantageux dans le processus du grillage, étant donné que l'adhérence des poussières à la bouillie et aux agrégats humides a non seulement pour effet d'éliminer efficacement ces poussières, comme telles, de l'installation, mais aussi de former des surfaces relativement sèches sur les agrégats de bouillie, en les empêchant de s'agglomérer davan- tage avant d'avoir été complètement déshydratés au cours de leur descente à travers l'espace libre.
Bien que l'invention concerne le grillage à lit fluidifié des concentrés de sulfures métalliques en général, des recherches ont établi que le présent procédé est particulièrement applicable au traitement de concentrés obtenus à partir des minerais de nickel, de cuivre, de zinc, d'or, de fer, etc.,,,
Une des sources principales du nickel, à l'heure actuelle, est le minerai de Sudbury bien connu du Canada. Les métaux de ce minerai, et plus spécialement le nickel, le cobalt, le cuivre et le fer, y sont présents sous forme de sulfures. Les constituants nickélifères du minerai consistent en grande partie en une pyrrhotite qui contient environ 0,5 à 1 % de nickel (sur la base du poids de la pyrrhotite), sous une forme qu'il n'est pas pos- sible de séparer de la pyrrhotite par des traitements mécaniques connus.
La présence de cette fraction de pyrrhotite réduit nécessairement l'analy- se du nickel d'une charge pour fours à griller à une valeur si faible qu'el- le devient inutilisable et provoque un accroissement correspondant de la quantité de fer qu'il est nécessaire d'éliminer sous forme de scories dans l'opération de fusion,
Dans une des applications de la présente invention, la majeure partie - sinon la totalité - du nickel, du cobalt et du cuivre que contient un concentré consistant principalement en le type de pyrrhotite sus-mention- né est amenée à un état qui permet l'extraction du métal sous forme d'un sulfate soluble dans l'eau extrêmement utile, laissant un résidu de fer sous forme d'un oxyde insoluble dans l'eau qui est également très utile et qui peut, si on le désire,
être de pureté suffisante pour pouvoir être utilisé comme source de minerai de fer de grande qualité. Le fer peut être extrait séparément par des méthodes connues, et il en est de même du nickel, du co- balt et du cuivre.
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Les concentrés de pyrrhotite peuvent être obtenus à partir du mi- nerai nickélifère par l'un quelconque des procédés bien connus, mais il faut que la grosseur des particules de sulfure nickélifère soit telle qu'on évite sensiblement l'effet dit "de grillage à coeur", qu'on décrira plus loin, Des recherches ont montré qu'on peut éliminer cet effet dans une gran- de mesure en faisant usage, dans le procédé, d'un concentré dont 90 % en- viron au moins passent à travers un tamis à maille de 74 microns.
Des recherches et essais ont aussi établi que, pour que le nickel contenu puisse être amené à un état soluble dans l'eau, il est nécessaire qu'un sel d'un métal alcalin tel que le sodium soit en contact avec les par- ticules de pyrrhotite pendant que s'effectue leur grillage. Le sulfate de sodium semble être le réactif le plus propre à être utilisé à cette fin, en raison de son abondance.
On prépare une bouillie en mélangeant la solution de sel et les particules de concentré pour en obtenir une pâte de la consistance la plus propre à faciliter l'alimentation en bouillie du four de grillage, La bouil- lie est chargée dans un four à griller à lit fluidifié. Bien que les par- ticules de concentré soient dispersées dans la bouillie chargée dans le four, elles tendent à s'agglomérer sous forme de petits agrégats.
Ceci se produit de la manière suivante :la bouillie est refoulée sous pression, à partir d'un réservoir, à l'aide d'un tube d'injection a- boutissant dans l'espace libre de la portion supérieure du four. On provo- que la pénétration de la bouillie dans le four sous forme d'un jet divisé, qu'on obtient soit en faisant usage d'un tube d'injection terminé par une 'tuyère ou buse pulvérisatrice de construction appropriée, soit en mélangeant de l'air comprimé avec la bouillie dans le tube d'injection. Dans l'un et l'autre cas, il est nécessaire que la bouillie pénètre dans la partie supé- rieure de l'espace libre présent dans le four sous forme d'une.-pluie de gouttelettes de bouillie dont la plus grosse ne doit pas excéder la gros- seur tolérable maximum des particules dont est composé le lit fluidifié.
On peut obtenir la grosseur désirée pour les agrégats en réglant convenablement les facteurs variables qui interviennent à ce stade, entre autres la consistance de la bouillie, le diamètre du tube d'injection, la pression et le volume d'air comprimé injecté dans le tube. Pendant le sta- de de séchage extrêmement rapide, la solution saline est portée à une con- cent¯ration telle qu'elle se comporte comme un liant propre à formerin situ des agglomérés de particules de concentré, sous forme de petits agrégats.
Les agrégats ainsi nouvellement formés sont maintenus en suspension dans. l'espace libre pendant un temps suffisant pour être parfaitement séchés, - vant d'atteindre le lit fluidifié. L'agitation ou turbulence du lit, et par suite des agrégats, suffit à les empêcher d'adhérer ou coller les uns aux autres, et l'on est ainsi sûr que la grosseur des particules du lit sera comprise à l'intérieur de l'échelle la plus favorable, n'excédant pas environ 3 mm.
Le grillage du lit fluidifié des agrégats secs formés in situ est réalisé dans une échelle de température favorable. On a obtenu d'excellents résultats à une température supérieure à environ 600 C et ne dépassant pas environ 700 C. Les réactions du processus de grillage s'effectuent d'une façon autogène et l'on obtient la température désirée en réglant le taux d'alimentation et, si nécessaire en injectant de l'eau dans la zone libre.
La quantité d'air admise au lit fluidifié doit être au moins celle qu'exige le débit de la charge correspondant à la stoechiométrie désirée, et des es- sais indiquent qu'on peut obtenir des produits calcinés satisfaisants lors- que le taux d'admission d'air excède cettr -raleur dans une proportion attei- gnant 300 %.
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Les avantages particuliers qu'offre l'application d'agrégats de particules de concentré de pyrrhotite agglomérées par un squelette de sul- fate de sodium sont mis en évidence lorsqu'on considère le comportement d'a- grégats de ce genre dans un lit fluidifié. En ce qui concerne le lit flui- difié du point de vue mécanique, chacun des agrégats-est une entité distinc- te et, comme telle, est soumis à l'uniformité de la température et du milieu gazeux résultant de la turbulence constante d'un lit fluidifié. D'autre part, les particules de l'agrégat restent en contact avec le même squelette de sel constituant l'agent d'union pendant toute la durée du traitement, un tel contact prolongé étant essentiel pour permettre au sel sodique de jouer un rôle satisfaisant en tant que réactif chimique.
En dépit de l'efficacité du sel en tant que liant de particules dans un agrégat individuel, les agré- gats n'ont pas tendance à adhérer les uns aux autres pendant le traitement de grillage à lit fluidifié. En d'autres termes, les agrégats ne s'agglo- mèrent pas en masses, et l'on évite ainsi une réduction de la fluidité-du lite
Le grillage sélectif en sulfate de la pyrrhotite nickélifère est basé sur les relations thermodynamiques qui existent entre les sulfates des métaux présents dans un concentré riche en ce minérai. Lorsque le grillage est réalisé dans des conditions pratiques, les stabilités thermodynamiques des sulfates métalliques diminuent dans l'ordre suivant : cobalt, nickel, cuivre et fer.
Comme ces stabilités sont des fonctions directes tant de la température que des pressions partielles des oxydes sulfurés présents dans le système, le réglage convenable de ces facteurs peut provoquer la formation d'un système dans lequel les sulfates de cobalt, de nickel et de cuivre sont thermodynamiquement stables, alors que ceux du fer ne le sont pas. De plus, s'il est fait en sorte que la pyrrhotite et d'autres minéraux de sulfures métalliques contenus dans le minerai soit soumis aux réactions de grillage à une allure satisfaisante, dans le même système, les produits finals desdi- tes réactions sont des produits calcinés composés essentiellement d'oxyde de fer et des sulfates de cobalt, de nickel et de cuivre. En d'autres ter- mes, le fer est rendu insoluble dans l'eau, alors que le nickel, le cobalt et le cuivre sont rendus solubles dans l'eau.
Les sulfures de cobalt et de cuivre des concentrés de pyrrhotite peuvent très facilement être convertis en leurs sulfates, et ainsi rendus solubles dans l'eau, lorsque des concentrés de ce genre sont grillés dans des conditions appropriées de température et de milieu gazeux. Le sulfure de nickel manifeste une forte tendance à éviter la formation de sulfates, ainsi qu'il a été mentionné. Sa nature réfractaire semble être due à des causes telles que les suivantes
1) L'aptitude du sulfure de nickel à donner naissance à des fer- rites de nickel relativement stables, de composition variable;
2) L'effet de "grillage à coeur" grâce auquel le nickel d'une particule de sulfure de fer-nickel tend à se concentrer dans le noyau de sulfure résiduel de la particule chaude à mesure que s'effectue le grillage.
L'accroissement progressif de la proportion de nickel du sulfure résiduel s'accompagne d'une diminution de la tendance du sulfure de nickel à parti- ciper aux réactions de grillage nécessaires. Ceci est dû, canpartie, à la nature dense et plus fortement protectrice de l'oxyde de fer qui se forme pendant les derniers stades de l'oxydation de la particule. L'effet est une fonction directe de la grosseur de la particule. En d'autres termes, l'effet de "grillage à coeur" est d'autant plus faible que la particule de concentré est plus petite, et ceci assure une conversion sensiblement com- plète du sulfure de nickel contenu dans la particule en sulfate de nickel désiré, au acars du grillage.
Une telle conversion est assurée s'il est
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fait usage de concentrés extrêmement fine dont la grosseur de particule est, par exemple, de l'ordre de celle précédemment spécifiée.
Bien que le principe de la réduction de la grosseur des particules soit généralement appliqué lorsqu'on désire accroître le taux de la réaction qui intervient entre des solides et des gaz, le but visé par la présente invention n'est pas tant d'accroître la vitesse de la réaction que d'empê- cher l'oxydation sélective des sulfures de fer nickélifères, dont le résul- tat est un "enriohissement du coeur".
L'effet d'enrichissement du coeur est cumulatif. En effet, lorsque le fer d'une particule de concentré est retiré du sulfure de nickel pour former une couche d'oxyde de fer, le coeur de la particule a tendance à concentrer le nickel de manière à produire un rapport entre le nickel et le fer se rapprochant du rapport qui, lors de l'oxydation, donnerait naissance à des couches de protection denses, de fer- rite de nickel entre le sulfure de nickel et la couche d'oxyde de nickel.
De plus, les sulfures riches en nickel sont beaucoup plus difficiles à oxy- der que les sulfures pauvres en nickel.
Un avantage encore plus important que présente l'application de particules de pyrrhotite à un état extrêmement divisé réside dans leur apti- tude à être amenées à un état favorisant leur agglomération, ce qui est es- sentiel pour la mise en pratique de cette invention. Ainsi qu'on le verra plus loin, cette tendance des concentrés de pyrrhotite finement broyée à former des agglomérés est amplifiée par l'action de liant du sulfate de so- dium ajouté.
En général, les essais indiquent que la concentration des addi- tions de sel nécessaires semble dépendre à un certain degré de la teneur en nickel de la pyrrhotite. La fonction chimique principale du sulfate de so- dium est de rendre instable les ferrites de nickel. Ce résultat est proba- blement effectué par un échange entre le sulfate de sodium et le ferrite de nickel, en quelque sorte selon la réaction exprimée par l'équation hypothé- tique suivante
NiFe2O4 + Na2SO4 = Na2Fe204 + NiS04
Il ressort de cette équation que le comportement effectif du sul- fate de sodium dépend dans une grande mesure de l'intimité du contact entre ce sel et les particules de sulfure en cours de grillage,
ainsi que du main- tien d'une relation gaz-température qui assure les conditions dans lesquel- les le sulfate de nickel reste stable. Ainsi, bien que la quantité néces- saire de sulfate de sodium ajouté à la pyrrhotite dépende de la concentration du nickel, la portion du sulfate de sodium qui est effective dans la réac- tion ci-dessus est limitée par la mesure dans laquelle cette portion reste en contact avec les particules de minerai en cours de grillage. Comme on le verra plus loin, cette limite est atteinte avec des additions d'environ 5 % de Na2SO4, sur la base du poids du concentré sec de pyrrhotite. Au de- là de ces proportions, des additions supplémentaires sont sans effet en rai- son des limitations de la surface des particules.
Le sulfate de sodium se comporte aussi à la façon d'un support ou, dans un sens, d'un catalyseur, pour la réaction de sulfatation. Le sul- fate de sodium Na2S0, contenu dans le four emprunte le SO3 résultant de l'oxydation de SO2 tandis qu'il passe en mélange avec un excès d'air à tra- vers le lit.
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Na2S04 + S03 Na80?
Il se forme ainsi du pyrosulfate de sodium qui constitue en soi un agent de sulfatation énergique.
La stabilité du pyrosulfate est une fonction inverse de la tempé-
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rature et une fonction directe de la teneur en SO3 des gaz qui l'entourent.
Du point de vue qualitatif, les mêmes conditions s'appliquent pour les sul- fates de nickel, de cobalt et de cuivre. Dans un but de simplicité, on peut considérer les deux réactions d'équilibre suivantes :
EMI8.1
(1) Na2S04 + S03. > Na2S207 (2) N10 S03 >- NiS04
Le sulfate de nickel est plus stable que le pyrosulfate de so- dium indiqué par les réactions. On peut supposer qu'un des agglomérés, par exemple au cours de son traitement de grillage, se trouve soumis à des con- ditions variables de température et de concentration en SO3 ou, en d'autres termes, à des conditions qui ne sont pas toujours favorables à la formation de sulfates.
Il semble raisonnable de supposer que, bien que l'aggloméré soit situé dans une zone favorable à la sulfatation, les réactions (1) et (2) progressent l'une et l'autre vers la droite pour donner naissance à la fois à du pyrosulfate de sodium et à du sulfate de nickel. Lorsqu'un tel aggloméré arrive dans une zone moins favorable, la réaction (1) s'inver- se, ce qui rétablit la teneur en S03 nécessaire pour que la réaction (2) progresse vers la droite. De cette façon, le sulfate de sodium agit comme agirait SO3, c'est-à-dire comme une réserve ou "stabilisateur" qui assure une concentration locale adéquate de l'agent de sulfatation. Bien entendu, cette action s'ajoute au rôle du sodium pour empêcher la formation de fer- rites.
Les fines résultant du grillage peuvent avantageusement être ra- menées au lit fluidifié. Les fines elles-mêmes peuvent être séparées de toute manière appropriée du mélange gazeux s'élevant du lit, par exemple en faisant passer le mélange à travers un ou plusieurs cyclones. Les fines recueillies dans les cyclones peuvent être ramenées à l'intérieur du lit, ce qui s'obtient par exemple en les refoulant à l'intérieur du lit à l'ai- de d'un transporteur à vis enveloppé. Le retour des fines au lit offre plusieurs avantages importants. En premier lieu, il contribue à maintenir dans le lit une proportion faible mais essentielle de matière fine pour as- surer des conditions favorables au maintien de la fluidité. En second lieu, il permet d'enrichir le lit fluidifié de quantités supplémentaires de gaz de sulfatation.
Ces gaz résultent de la décomposition, à la température du lit, des sulfates de fer qui ont été engendrés pendant le passage des pous- sières à travers les zones les plus froides du système, telles que l'espace libre du four surmontant le lit, et dans les conduits aboutissant à l'appa- reil de récupération des poussières et traversant cet appareil. En troisiè- me lieu, les particules des poussières qui ont été soustraites au traite- ment par le lit fluidifié en raison de leur entraînement prématuré par les gaz sont ramenées à ce lit pour y subir un traitement de grillage et de sulfatation supplémentaire.
Ainsi qu'il a été indiqué précédemment, les produits calcinés ré- sultant du grillage sélectif du sulfate sont des agglomérés qui conservent essentiellement leur identité géométrique originelle. Ces agglomérés peu- vent être soumis aux opérations de manutention subséquentes, y compris un lavage à l'eau, sans perdre leur forme ou leur dureté. Toute la matière soluble dans l'eau peut en être extraite par un traitement aqueux, sans qu'il soit nécessaire de les soumettre à aucun autre traitement supplémentaire, tel qu'un broyage ou une autre forme de désagrégation.
Ceci constitue un avantage distinct sur le type classique de produit calciné qu'on obtient à partir de sulfures de nickel finement broyés, en ce sens que, dans toutes les opérations subséquentes du procédé, telles que le lessivage, la filtra- tion et le séchage, sont grandement facilités par la présence de proportions relativement.'faibles de matière fine.
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Ces caractéristiques de l'invention, et d'autres, seront mieux comprises par la description donnée ci-après en se référant aux dessins an- nexés, dans lesquels :
Figure 1 est une vue de côté schématique, avec coupe verticale partielle, d'une forme d'appareil illustrant un mode de mise en pratique de l'invention;
Figure 2 est une coupe par la ligne 2-2 de figure 1, à travers la sole du four;
Figure 3 est une coupe par la ligne 3-3 de figure 2 et représente, vue de dessus, la surface du lit fluidifié reposant sur la sole;
Figure 4 est une coupe par la ligne 4-4 de figure 2 représentant une boite à vent placée au-dessous de la sole et une série de distributeurs d'air disposés au-dessus de la sole;
Figure 5 est un détail à plus grande échelle de figure 4, repré- sentant quelques-uns des distributeurs d'air immédiatement adjacents à un tuyau d'évacuation partant de la sole et aboutissant à une boite à vent.
On se référera d'abord à la figure 1. L'appareil représenté com- prend un tuyau 10 à robinet d'alimentation en bouillie, débouchant dans la paroi supérieure d'un réservoir à niveau constant 12 qui est pourvu dans sa partie supérieure d'un tuyau de trop-plein 14 servant à assurer la cons- tance du niveau 16 de la bouillie 18 à l'intérieur du réservoir, Du fond du réservoir 12 part un tuyau de décharge 20 ¯sur lequel est montée une pom- pe à bouillie 22 refoulant la bouillie dans un tuyau 24 à robinet pourvu d'un raccord 25. Un tuyau à air 26 relie un compresseur d'air 28 au tuyau d'alimentation en bouillie. Le tuyau d'alimentation en bouillie est pourvu d'une branche verticale qui traverse un couvercle amovible 30 d'une hotte 32 montée centralement autour d'un trou d'homme 33 au sommet d'un four de grillage 34.
Le four de grillage à lit fluidifié représenté schématiquement est généralement rectangulaire en élévation et en section transversale, cet ap- pareil comportant des parois calorifugées latérales (figures 2 et 3), indi- quées en 36 et 38, extrêmes 40 et 42, et une paroi supérieure 44 (figure 1).
La sole 46 du four à griller (figures 1 et 2) comprend trois plaques démon- tables 48,50 et 52, sur la face supérieure desquelles sont assujetties une série de tuyères à air espacées les unes des autres et s'étendant vers le haut.
Le fond du four se termine par une boîte à vent ou distributeur d'air 56 (figures 1 et 4) qui possède une forme généralement triangulaire en section verticale (figure 4). Cette boite est composée de parois laté- rales 58 et 60 et de parois extrêmes 62 et 64. Un tuyau de distribution d'air 70 (figures 1 et 2), pourvu d'un robinet 72, s'étend le long du côté opposé de la boite. Des branchements de sortie 74, 76 et 78 relient le tuyau de distribution d'air 70 à trois compartiments 82, 84 et 86 formés par des cloisons 88 et 90 (figures 1 et 2). Les branchements d'entrée sont pourvus de compteurs à.robinet 92, 94 et 96 (figure 2) servant à régler et mesurer les quantités d'air introduites dans les compartiments.
Les plaques de sole 48, 50 et 52 (figure 2) s'étendent en travers des compartiments et sont respectivement pourvues de tuyaux de décharge 100, 102 et 104, qui sont disposés centralement et dont l'extrémité supérieure s'élève légèrement au-dessus des plaques (figures 4 et 5). Les tuyaux de décharge descendent verticalement à travers les compartiments 82, 84 et 86, et au-dessous desdits compartiments, où ils sont pourvus de robinets 106, 108 et 110 respectivement. Près de son extrémité inférieure, chacun des com-
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partiments est pourvu d'un tuyau 114 de décharge à robinet (figure 4) par lequel s'effectue l'évacuation des matières solides.
L'appareil de grillage est pourvu (figure 1) d'un tuyau 116 d'é- vacuation des produits calcinés, lequel traverse la paroi extrême 40 et occupe une position propre à maintenir un niveau prédéterminé favorable 110 d'un lit fluidifié 120 formé de la matière agglomérée soumise au traitement au-dessous de l'espace libre 122. Un tuyau 124 de décharge de fines et de gaz relie la portion supérieure de l'appareil à un séparateur 126 de fines et de gaz, tel qu'un cyclone, celui-ci pouvant être avantageusement relié à un second séparateur 128 de fines et de gaz, tel qu'un autre cyclone, par un tuyau 130. Une cheminée 132 part du second cyclone et débouche à l'air libre.
Il est avantageux de ramener les fines, séparées des gaz de l'ap- pareil dans les cyclones, audit appareil, en vue d'un nouveau traitement.
A cette fin (figure 1), des tuyaux de descente 134 et 136 vont des cyclones 126 et 128, respectivement, à un tube d'alimentation latéral 138 pourvu d'u- ne vis transporteuse mécanique 140. L'extrémité de décharge du tube se rac- corde à la portion inférieure du lit fluidifié 120.
Les buses à air 54 peuvent être de toute construction appropriée.
Celles du présent appareil représentées plus en détail à la figu- re 5 affectent la forme d'accouplements ou raccords de tuyau ordinaires 144, montés sur les extrémités supérieures de tubes 146 fixés de la manière re- présentée aux plaques 48, 50 et 52. Leurs extrémités inférieures sont fixées dans les trous 148 répartis à des distances d'axe en axe de 10 cm dans les plaques 48, 50 et 52, de la manière représentée. Les extrémités supérieures des tubes 146 s'ajustent dans des portions verticales 150 des raccords.
Les extrémités supérieures desdites portions verticales sont fermées par des bouchons 152 ; etles extrémités inférieures des portions inclinées 154 des raccords sont pourvues de bouchons semblables 156, chacun de ces bouchons présentant toutefois un petit trou ou passage à jet central 168 permettant à de très fins courants ou jets d'air de s'échapper vers le bas dans une direction faisant un angle aigu avec la verticale. Bien que ceci n'ait pas été représenté sur le dessin, les buses à air sont toutes tournées dans la même direction dans la pratique actuelle.
Comme les passages 158 sont tournés vers le bas, les fines du lit de matière fluidifiée ne peuvent pas tomber dans ces passages et les obstruer.
De plus, comme les bouchons 156 sont placés au-dessus des plaques de la so- le, la matière située près desdites plaques n'est pas influencée par les gaz fluidifiants et reste statique lorsque les produits calcinés sont éva- cués par le tuyau d'évacuation 116. Il en résulte la formation d'une couche morte 160. Ceci est un avantage du fait que cette couche agit de manière à isoler les plaques. Ainsi qu'il sera indiqué plus loin, cette couche peut par ailleurs être considérée comme composée d'une couche supérieure 162 faite d'agrégats de la dimension normale, et d'une couche inférieure 164 contenant des agrégats plus gros, si de tels agrégats sont présents. Les deux couches tendent à varier l'une par rapport à l'autre pendant les opé- rations tant en ce qui concerne leurs dimensions que leur contour.
Le four est équipé d'un ou plusieurs brûleurs 180, 182, tels que des brûleurs à huile ou à gaz, servant à chauffer la chambre pour l'amener à la température convenant pour la mise en marche de l'opération de grilla- ge. Ces brûleurs sont avantageusement placés juste au-dessus de la surface du lit 120,
Il est extrêmement désirable de pouvoir régler la température de l'opération, à la fois à l'intérieur du lit et dans l'espace libre surmon-
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tant le lite Comme le grillage s'effectue de façon autogène, le lit dégage une chaleur exothermique qui monte avec les gaz de grillage à l'intérieur de l'espace libre. On peut effectuer un certain réglage de la température du lit en faisant varier le taux d'alimentation en bouillie provenant d'en haut et le taux d'introduction d'air au-dessous de la sole du four.
Pour réduire la température du lit, on a proposé de le mouiller aussi à l'aide d'eau, un courant d'eau étant à cet effet déversé sur le lit ou introduit à l'intérieur du lit. Ceci présente toutefois l'inconvénient que la matiè- re humide tend à s'agglutiner et par suite à réduire la fluidité du lit.
On peut éviter cet inconvénient en introduisant un ou plusieurs courants d'eau, à l'intérieur de l'espace libre et en faisant en sorte que toute l'eau ainsi introduite s'évapore avant qu'elle ait atteint le lit.
A cette fin, l'appareil (figure 1) peut comprendre par exemple un tuyau d'alimentation d'eau principal 190, pourvu dtun robinet et d'un raccord 192 qui relie le tuyau à un tuyau de distribution latéral 194, lui- même pourvu de branchements d'alimentation à robinet 196, 198 et 200. Les branchements latéraux 196 et 200 s'étendent verticalement à travers la por- tion périphérique du couvercle de trou d'homme 30, leurs extrémités libres 202 et 204 étant dirigées vers l'extérieur de façon que des courants d'eau 206 et 208 projetés par ces tuyaux puissent être dirigés à l'écart, et gé- néralement le long des côtés, du courant de bouillie conique projeté à par- tir du tuyau d'alimentation 24. L'eau ou la composition liquide (et par sui- te la viscosité) de la bouillie ne sont pas modifiées sensiblement lorsqu'on opère de cette manière.
Le tuyau de branchement médian 198 est relié au tuyau d'alimentation en bouillie 24 afin que, si on le désire, une quantité 'd'eau supplémentaire puisse être ajoutée à la bouillie pour refroidir l'es- pace libre. La construction représentée présente l'avantage que les raccords 25 et 192 permettent aux tuyaux de branchement de bouillie et d'eau d'être démontés en bloc avec le couvercle. Des tuyaux d'alimentation d'eau peuvent déboucher dans l'espace libre en tout autre lieu approprié de sa portion supérieure, pourvu que l'eau projetée dispose d'un temps suffisant, au cours de sa descente, pour s'évaporer avant d'atteindre le lit fluidifie.
Des ouvertures obturables (non représentées) sont prévues dans les parois de la chambre, à divers niveaux, pour l'introduction d'une matiè- re calcinée propre à'faciliter la mise en marche, pour l'insertion de ther- mocouples servant à relever et régler la température régnant dans le lit et dans l'espace libre qui le surmonte, pour l'observation, l'inspection, etc.
On peut faire fonctionner l'appareil décrit de la manière suivan- te
Des agrégats préalablement calcinés de concentré sont introduits dans l'appareil par une ou plusieurs des ouvertures obturables (non repré- sentées) de manière à constituer un lit d'amorçage ou de mise en marche.
Un tel lit est nécessaire pour amorcer l'opération de grillage qui suivra.
En d'autres termes, il faut que la matière à griller soit mélangée dans l'appareil avec une matière ayant déjà été grillée. Avant d'introduire les concentrés de sulfures bruts, il faut que le lit de mise en marche soit porté à une température suffisamment élevée pour permettre à l'opération de grillage de s'entretenir d'elle-même. A cette fin, les brûleurs à huile ou à gaz 180, 182 (figure 1) sont utilisés pour fournir la chaleur préliminai- re. Lorsque le lit a été porté à la température nécessaire pour commencer la combustion des sulfures, on ferme ces brûleurs.
On forme la bouillie 16 en mélangeant les concentrés avec une so- lution aqueuse de sulfate de sodium, puis on fait passer cette bouillie (fi- gure 1) à l'intérieur du réservoir 12 par le tuyau d'alimentation 10. Une quantité suffisante de bouillie est introduite dans ce réservoir pour pro-
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voquer le déversement continu de la bouillie par le tuyau de trop-plein 14 à l'effet de maintenir la masse de bouillie contenue dans le réservoir à un niveau prédéterminé 16. On fait travailler la pompe 22 à une vitesse constante prédéterminée, pendant que le compresseur 28 alimente d'air, sous une pression prédéterminée, le tuyau d'alimentation en bouillie 24.
Les facteurs variables qui interviennent dans le fonctionnement sont réglés de façon que la bouillie admise par le tuyau d'alimentation s'étale'et soit projetée vers le bas sous forme d'un jet à l'intérieur de l'espace libre 122. Comme cet espace est fortement chauffé, la bouillie projetée à l'état divisé est soumise à un séchage immédiat qui provoque l'agglomération des particules de concentré au cours de leur passage à travers ledit espace.
Il peut être utile de considérer plus en détail les faits relatifs à la bouillie 18, à partir du moment où elle est admise par le tuyau 24 et commence son parcours vers le lit 120. Comme l'extrémité libre et ouverte du tuyau 24 descend verticalement à l'intérieur de l'espace libre 122, au sommet de cet espace, la bouillie est projetée vers le bas et latéralement- - au moins initialement - sous forme d'un courant conique à travers les gaz de grillage à haute température s'élevant du lita A mesure que la bouillie s'étale, elle se divise en une multitude de gouttelettes ou globules ténus.
Quelques-uns de ces globules sont des gouttes de liquide libérées de la bouillie ; d'autres sont des particules de concentré unies entre elles par du liquide retenu par ou contenu dans la bouilliea Cette partie du chemin parcouru par la bouillie peut commodément être considérée comme comprenant la zone A. En raison de la température élevée régnant dans l'espace libre, une certaine partie du liquide libéré de la bouillie et une partie du liqui- de retenu dans la bouillie se vaporise dans cette zone, mais ladite zone peut être considérée essentiellement comme étant la partie de l'espace libre dans lamelle la bouillie projetée est divisée en gouttelettes ténues.
Des gouttelettes descendent dans et à travers une région qu'on peut désigner par B. Dans cette zone, une forte proportion, sinon la tota- lité du liquide libéré de la bouillie restant s'évapore et est évacuée hors de l'espace libre par le tuyau 124; et des agrégats mouillés composés des particules de concentré se forment in situ pendant le parcours à travers la zone. Une partie du liquide de bouillie retenu par les agrégats s'en sépare par vaporisation.
Le reste de liquide libéré ou retenu par la bouillie s'évapore à mesure que les agrégats mouillés pour pénétrer et traverser ce qu'on peut appeler la zone C, située immédiatement au-dessus du lit fluidifié. Dans cette zone, les agrégats tombent à travers les gaz de grillage montants, qui possèdent approximativement leur maximum de température en ce point et sont de ce fait parfaitement séchés avant d'atteindre le lit.
La description ci-dessus n'est bien entendu qu'une application générale du processus probable, mais il n'existe évidemment pas de démar- cation nette entre les zones, celles-ci pouvant d'ailleurs être disposées à recouvrement. Dans tous les cas, le chemin suivi par la bouillie consi- dérée comme telle et par les gouttelettes et agrégats résultants, à travers l'espace libre, est suffisamment long ou étendu pour laisser amplement le temps au liquide, tant libéré que retenu par la bouillie, de s'évaporer, et aux agrégats de devenir parfaitement secs avant leur arrivée au lit. En d'autres termes, aucune possibilité n'est offerte au liquide d'atteindre le lit, que ce soit par l'entremise de la bouillie ou de quelqu'autre façon.
Tout le liquide de la bouillie se vaporise entre l'entrée dans le four et le lit; ses vapeurs se mélangent avec les gaz de grillage montants ; et le mélange de gaz et de vapeurs s'échappe continuellement de la portion supé- rieure de l'espace libre par le tuyau 124, les cyclones 126 et 128 et la
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cheminée 132, qui le décharge à l'air libre.
De plus, le liquide de la bouillie et les agrégats mouillés ou humides jouent une autre fonction très utile pendant leur parcours de cour- te durée, à savoir l'interception, la collecte et le retour d'une proportion très importante dépoussières ou de fines pulvérulentes au lit du four. La, bouillie et les agrégats tendent à se comporter comme un filtre mobile. Les particules de poussière sont entraînées par le liquide de la bouillie. La poussière entraînée peut, à son tour, s'unir et se fixer à des 'agrégats de concentré mouillés, ou même se convertir en agrégats de poussières qui tom- bent sur le lit. Une proportion importante des particules de poussières en- tre-en contact avec les agrégats de concentré mouillés ou humides tombant et y adhère de telle sorte qu'elles en deviennent souvent une partie inté- grante.
Celles de ces poussières qui ne sont pas ramenées au lit se créent un chemin jusqu'au tuyau de décharge 124 et aux cyclones 126 et 128, mais les poussières qui sont entraînées sont parfaitement déshydratées sur leur parcours vers le lit.
Toutes les conditions sont ainsi réalisées pour assurer la forma- tion et le maintien d'une couche d'agrégats dans ce qui peut être désigné par la zone D, et ceci empêbhe, en dépit de la présence d'humidité, l'agglo- mération des agrégats sous forme de morceaux de grosseur exagérée qui au- raient graduellement pour effet de diminuer la fluidité du lit. C'est pour- quoi il importe que l'espace libre soit assez élevé, afin que la période de suspension de la bouillie et des agrégats tombants soit suffisamment longue pour permettre l'évaporation de tout le liquide ou humidité qu'ils contien- nent. A cette fin, il est préférable d'exagérer dans le sens d'une trop grande hauteur de l'espace libre par rapport à la hauteur qui suffirait nor- malement pour effectuer la déshydratation désirée.
Comme représenté à la figure 3, les agrégats séchés dans le par- cours de l'orifice d'entrée au lit 120 rencontrent la surface supérieure de ce lit dans une zone généralement circulaire nettement délimitée, indiquée en 186, ceci pouvant être aisément observé à travers un regard lorsque le lit est à l'état calme. On forme ladite zone circulaire en projetant la charge pendant quelques secondes à travers l'espace libre, pendant que le lit est à l'état de repos, et en permettant aux agrégats sèches de s'enflam- mer sur la surface chaude de la couche morte. L'éclat ou l'incandescence des agrégats fraîchement déposés délimite la zone d'impact du jet et permet d'ajuster les moyens de réglage du tube d'injection, etc., en vue d'obtenir les conditions les plus favorables en ce qui concerne la forme et la dispo- sition du jet.
On fait passer simultanément de l'air sous pression par le tuyau de distribution d'air 70 (figure 2) et les branchements de sortie 74, 76 et 78 dans les compartiments 82, 84 et 86 de la boite à vent ou de distribution d'air 56. On peut modifier les proportions d'air ainsi introduites dans les divers compartiments à l'aide des compteurs à robinet 92, 94 et 96, si on le désire, ou maintenir les volumes d'air admis sensiblement égaux. L'air ainsi admis aux compartiments s'échappe de ceux-ci par les nombreuses tuyè- res à air 54 disposées au-dessus des plaques de sole 48, 50 et 52, sous forme d'un nombre égal de courants fins.
Ces nombreux courants d'air main- tiennent les agrégats finement divisés contenus dans le lit à un état tur- bulent, ce qui facilite le mélange des agrégats nouveaux avec les agrégats anciens et assure un contact intime de l'air avec les agrégats. En fait, chacun des agrégats est enveloppé et supporté par de l'air et par les pro- duits gazeux des réactions résultant de grillage, ce qui établit un milieu favorable à l'oxydation des sulfures contenus dans les particules de concen- tré.
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En pleine marche, des agrégats calcinés sont retirés du lit aussi rapidement que des agrégats fraîchement formés à partir de la bouillie pro- jetée se déposant sur le lit. Les produits calcinés se créent graduellement un chemin vers le tuyau de décharge 116 et tombent finalement par gravité dans ce tuyau qui assure leur évacuation.
L'opération de grillage exige une quantité d'air considérable et donne par conséquent naissance à une grande quantité de gaz sulfurés S02 et SO3, Toute l'eau de la bouillie est convertie en vapeur d'eau. Le total de l'air, des gaz et de la vapeur d'eau représente un volume très important qui est retiré continuellement de l'espace libre. Certaines fines sont né- cessairement produites, bien qu' en quantité relativement faible, au cours de l'opération de grillage. Une partie de la proportion de fines de la gros- seur des particules d'une poudre tend à être entraînée par les gaz. Le mé- lange de gaz et de fines résultant passe (figure 1) par un tuyau 124 dans le premier cyclone 126, dans lequel une proportion importante des fines les plus lourdes se sépare.
Les gaz ainsi partiellement dépouillés des fines qu'ils véhiculent pénètrent dans le second cyclone 128 dans lequel une pro- portion importante des fines les plus légères se sépare. Les gaz quittent le dernier cyclone de la série pour passer dans la cheminée 132 qui les dé- charge à l'air libre.
Il est préférable que les fines séparées soient ramenées à la zo- ne de grillage. A cette fin, ces fines peuvent retomber par des- tuyaux de descente 134 et 136 dans le tube d'alimentation 138, dans lequel elles sont propulsées par un transporteur à vis 140 qui les introduit dans le lit 120 de l'appareil.
Les produits calcinés qui sont continuellement engendrés jouent un rôle important dans les réactions chimiques qui se produisent pendant l'opération de grillage sélective considérée dans son ensemble. L'oxyde de fer des produits calcinés à haute température du lit turbulent se comporte comme un catalyseur qui effectue une prompte conversion du gaz S02 fraîche- ment formé en gaz SO3 et contribue ainsi notablement à la conversion des sulfures de nickel, (le cobalt, et de cuivre insolubles dans l'eau en la for- me sulfate soluble dans l'eau.
Dans le cas où des morceaux de grosseur exagérée seraient formés par fusion, que ce soit au cours de la formation initiale des agrégats au- dessus du lit ou pendant leur grillage dans le lit, ces morceaux tendent à descendre jusqu'à la base du lit et, tôt ou tard, sous l'action du très grand nombre' de courants d'air fins, se créent un chemin dans et à travers la couche supérieure 164 (figures 1, 4 et 5), d'où ils passent à l'intérieur de la couche inférieure 160 et finalement, pénètrent dans ies tuyaux de dé- charge 100, 102 et 104. On peut ouvrir de temps à autre les robinets 106, 108 et 110 de ces tuyaux pour retirer ces agrégats trop gros.
Au lieu de retirer des agrégats calcinés par le tuyau de décharge 116 (figure 1), on peut les retirer par un ou plusieurs des tuyaux de déchar- ge 100, 102 et 104. Si on le désire, les produits calcinés peuvent être re- tirés à la fois par le tuyau de décharge 116 et par un ou plusieurs des tuyaux de décharge 100, 102 et 104.
Comme cela est indiqué clairement aux figures 1, 4 et 5, les ou- vertures ou conduits d'injection 158 des tuyères 54 sont maintenus à une bonne hauteur au-dessus du niveau des plaques de sole 48, 50 et 52, dans le but d'empêcher la turbulence des produits calcinés sur ou près de ces pla- ques, que la matière soit ou non composée d'agrégats trop gros ou non. La couche morte 160 remplace le type de calorifuge réfractaire classique (bri- que ou réfractaire moulable) et présente sur lui l'avantage d'être facile
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à enlever des plaques de sole, ce qui facilite le démontage de cette partie du four en vue d'une réfection, de l'entretien, etc..
La couche inférieure irrégulière 160 (figures 1, 4 et 5) doit être considérée comme représentant de façon générale la configuration que possè- de la partie de la couche statique générale qui peut'être composée en partie d'agrégats trop gros, surtout si c'est le tuyau de décharge 116 qui est uti- lisé pour l'évacuation des agrégats calcinés. Les dépressions coniques qui se forment lorsque de gros agrégats sont retirés par les tubes 100,102 et
104 se remplissent de produits calcinés réguliers qui s'enfoncent à partir du lit proprement dit et s'immobilisent. Lorsque de gros agrégats se for- ment de nouveau, ces agrégats s'enfoncent vers les plaques de fond, le pro- cessus du déplacement des produits calcinés réguliers étant ainsi répété.
On peut faciliter l'obtention des résultats qui viennent d'être décrits par un réglage approprié d'un certain nombre de facteurs variables tels que, par exemple, la pression des jets d'air, la section des ouvertu- res des buses d'injection, leur angle d'inclinaison, la direction desdites buses l'une par rapport à l'autre, etc. On peut faire tourner les buses dans un plan horizontal en faisant tourner les raccords 144, les tubes 146, ou les deux.
Lorsque, comme c'est rarement le cas,il est recommandable d'enle- ver des matières solides qui se sont créé un chemin à l'intérieur des com- partiments 82, 84 et 86, on peut laisser ces matières tomber d'elles-mêmes (figure 4) dans les tuyaux de décharge à robinet 114.
Comme indiqué précédemment, on peut effectuer un certain réglage de la température régnant dans l'espace libre et, par suite, de la tempéra- ture du lit, en projetant de l'eau, plus spécialement dans ledit espace li- bre. A cette fin (figure 1), on peut projeter un ou plusieurs courants d'eau, à l'aide des branchements d'entrée 196 et 200, dans la portion supé- rieure dudit espace libre, de préférence latéralement au courant conique formé par la bouillie projetée à l'état divisé à l'aide du tuyau d'alimen- tation en bouillie 24, de façon à ne pas altérer sensiblement la composition du liquide de la bouillie, spécialement en ce qui concerne sa teneur en sel.
On peut aussi, si on le désire, faire en sorte que l'eau projetée à l'état divisé vienne frapper le jet divisé de bouillie à tout stade approprié de sa descente. De plus, si on le désire, on peut introduire une quantité d'eau supplémentaire dans la bouillie par voie du branchement d'alimentation médian 198, en diluant ainsi la bouillie par un agent réfrigérant avant qu'elle soit projetée à l'état divisé dans l'espace libre. On peut recou- rir à un seul ou à plusieurs des expédients indiqués ci-dessus. Le chemin parcouru par l'eau introduite à travers l'espace libre est suffisamment éten- du pour assurer l'évaporation de la totalité de cette eau avant son arrivée au lit, celui-ci n'étant donc pas mouillé par l'eau. La vapeur d'eau s'u- nit aux autres vapeurs et gaz qui s'échappent par le tuyau 124.
L'eau spé- cialement ajoutée refroidit ainsi directement l'espace libre et refroidit indirectement le lit. Elle agit aussi de manière à éliminer par filtration la poussière contenue dans les gaz montants de l'appareil.
Selon un mode de réalisation pratique actuellement préféré, les produits calcinés résultant du grillage sélectif en sulfate sont soumis à un traitement de lessivage dans une installation de décantation continue à contre-courant. L'addition d'acides n'est ni nécessaire ni désirée pour le but envisagé. Les solides sont recueillis séparément et séchés. Le liqui- de ou filtrat est aussi recueilli séparément.
Bien entendu, le liquide ou filtrat contient les sulfates solubles dans l'eau du nickel, du cobalt et du cuivre et peut être traité de l'une
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quelconque des manières connues à l'effet de recueillir collectivement ou séparément les quantités de nickel, cobalt ou cuivre qu'il contient. La solution de sulfate peut par exemple être traitée par une solution de carbo- nate de sodium à l'effet de précipiter le nickel, le cobalt ou le cuivre sous forme de carbonates. Les coprécipités résultants sont convenablement filtrés et laissent un filtrat riche en sulfate de sodium, qu'on réutilise comme liant ou agent de sulfatation pour traiter de nouvelles quantités de concentrés. D'autres agents de précipitation, tels que la chaux, la pierre à chaux et la soude caustique, peuvent être utilisés.
Divers modes opératoi- res peuvent être appliqués pour précipiter les métaux, séparément ou en bloc. Les agents de précipitation sodiques conviennent particulièrement parce que le sodium peut être converti en sulfate de sodium pour assurer une alimentation adéquate en ce sel pour le traitement de quantités supplémen- taires de concentrés. Comme l'opération est réalisée, au moins normalement, dans une usine de métallurgie du nickel, on peut griller le co-précipité a- vec une charge d'une matière nickélifère propre à former une matte, qui est à son tour traitée de la manière habituelle à l'effet d'en recueillir sépa- rément le nickel, le cobalt et le cuivre ou d'en recueillir le nickel et le cobalt ensemble.
Le lessivage ou épuisement doit être effectué soigneusement et avec une quantité d'eau suffisante pour séparer les sulfates solubles dans l'eau de la matière traitée. De cette manière, les résidus solides finals seront pratiquement exempts de sulfates de nickel, de cobalt et de cuivre, laissant ainsi un produit aggloméré presque libre de boue et consistant à peu près entièrement en oxyde de fer. Une séparation à démarcation nette est ain- si obtenue entre le nickel, le cobalt et le cuivre d'une part et le fer, d'autre part.
Pour déterminer l'effet du sulfate de sodium, ainsi que celui de la méthode appliquée pour ajouter cette matière, sur l'extraction du métal résultant du grillage en sulfate, on a effectué une série d'essais de gril- lage en lit fluidifié sur des concentrés de pyrrhotite de la composition chimique suivante :
EMI16.1
eu Ni S Fe Co Insolubles Si02 Ot3O 1,29 3494 5216 0,064 7e6 5 pour cent
Dans certains des essais, le concentré de pyrrhotite a été gril- lé sans avoir recours à du sulfate de sodium ou à aucun autre réactif chi- mique. Dans un second groupe d'essais, la pyrrhotite a été additionnée de sulfate de sodium de manière à former un mélange de solides secs ; et dans un troisième groupe d'essais, une proportion de sulfate de sodium du même ordre a été ajoutée au concentré de pyrrhotite sous forme d'une solu- tion aqueuse.
Comme le concentré de pyrrhotite utilisé dans chaque groupe d'essais était identiquement le même à tous égards, et comme les conditions du* grillage étaient aussi identiques, les chiffres moyens indiqués cimes- sous en ce qui concerne l'extraction du nickel pour chaque groupe font res- sortir clairement l'importance du sel de sodium sur le grillage sélectif en sulfate de la pyrrhotite.
EMI16.2
<tb>
Essai <SEP> No <SEP> Addition <SEP> de <SEP> Na2SO4 <SEP> % <SEP> de <SEP> Ni <SEP> extrait
<tb>
<tb>
<tb> 18 <SEP> néant <SEP> 15,3
<tb>
<tb>
<tb> 9 <SEP> 10 <SEP> % <SEP> - <SEP> mélange <SEP> sec <SEP> 70,8
<tb>
<tb>
<tb> 28 <SEP> 8 <SEP> %- <SEP> mélange <SEP> mouillé <SEP> 84,9
<tb>
Ces chiffres se rapportent à la proportion du nickel contenu qui a été rendue soluble dans l'eau par le grillage du concentré de pyrrhotite.
Le concentré de pyrrhbtite utilisé dans le groupe d'essais ci---.
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dessus avait été broyé à un degré de finesse tel que 60 % de la matière pas- sent à travers un tamis à maille de 74 microns. Après avoir soumis le même concentré à un nouveau broyage permettant le passage de 95 % de la matière à travers le même tamis, le traitement du concentré par une solution aqueu- se de sulfate de sodium propre à donner un mélange contenant 8 % du sel (poids à sec) suivi du grillage en sulfate dans un four à lit fluidifié, a donné un produit calciné dont 91 % du nickel contenu ont pu être extraits par lessivage à l'eau.
L'efficacité de l'action d'agglomération précédemment décrite peut être mise en évidence-par la distribution des grosseurs de particule des produits calcinés résultant du grillage à lit fluidifié d'un concentré de flottage de pyrrhotite conformément à la nouvelle technique d'alimenta- tion à laquelle se rapporte l'invention. Le concentré de pyrrhotite utilisé a été soumis à un nouveau broyage tel que 97 % en poids du concentré sec passent à travers le tamis à ouverture de maille de 74 microns, la matière contenant par conséquent une forte proportion de particules colloidales, ou presque colloïdales, habituellement appelées "boues".
Le concentré de pyrrhotite finement broyé a été mélangé avec des proportions d'eau telles qu'on obtienne une bouillie contenant environ 70 % en poids du concentré sec et 30 % d'eau, ce concentré étant essentiellement exempt de matières solubles dans l'eau.
La bouillie était refoulée dans un four à griller à lit fluidifié, à l'aide d'une pompe, par un tube fait d'une section de tuyau normale de 3,16 mm qui descendait verticalement travers la paroi supérieure du four.
Cette bouillie était introduite raison d'environ 2,25 kg par minute et
EMI17.1
était accompagnée d'air comprimé qui passait par le même tube et dont le dé- bit approximatif était de 112 dm3 par minute. La hauteur de l'espace libre du four, c'est-à-dire la distance verticale séparant la paroi supérieure du four du lit, était approximativement de 3,5 mètre. Comme le tube d'alimen- tation en bouillie faisant saillie d'environ 15 cm au-dessous de la paroi supérieure du four, les Particules de bouillie-tombaient d'environ 3,35 mè-
EMI17.2
tres avant d'atteindre la surface du lit fluidifié. On maintenait la turbu- lence ou fluidité du lit en introduisant de 1 air la base de ce lit avec un débit d'environ 7 dm3 par minute et par dm2 de surface de sole.
La tem- péeature des gaz de l'espace libre était d'environ 550OCy alors que celle du lit fluidifié était maintenue environ 6750C. Les quantités relative- ment peu importantes de poussières qui s'échappaient avec les gaz du four traversaient deux stades de dépoussiérage, du type cyclone, et les poussiè- res ainsi recueillies étaient continuellement ramenées au lit fluidifié par un transporteur vis, Le produit calciné était continuellement retiré du lit fluidifié avec un taux d'enlèvement tel que le niveau de ce lit reste sensiblement inchangé pendant toute la durée de l'opération. Le tableau donne le résultat d'essais de tamisage du produit calciné.
TABLEAU I.
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Ouverture <SEP> de <SEP> maille <SEP> Poids
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<tb> + <SEP> 3,36 <SEP> mm <SEP> 0,2
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<tb> 0,65 <SEP> 13,9
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<tb> + <SEP> 0,15 <SEP> 9,4
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<tb> - <SEP> 0,15 <SEP> (refus) <SEP> 9,
4
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Les produits calcinés pour lesquels des grosseurs de particules dans les distributions arbitraires sont indiquées dans le tableau I se sont avérés comme idéale pour le maintien d'une bonne fluidité du lit et pour un fonctionnement régulier et continu du four de grillage à lit fluidifié, bien que les mêmes essais de tamisage aient fait ressortir que la proportion de matière suffisamment fine pour pouvoir être entraînée et véhiculée par les gaz du four était relativement faible.
Si l'on se réfère de nouveau aux essais de tamisage de la charge de pyrrhotite (97 % - ouverture de mail- le, 74 microns), il est aussi évident qu'au moins 75 % de la charge s'étaient convertis par agglomération en particules ayant plus de 74 microns, tout en permettant encore la formation d'agrégats au-dessous de 74 microns, ce qui indique que des bouillies de ces types auraient eu fortement tendance à donner des agrégats ou morceaux trop gros si elles avaient été introduites au-dessous ou directement au-dessus de la surface du lit fluidifié, de la manière habituelle.
Par ailleurs, si la pyrrhotite finement broyée avait été filtrée, séchée et introduite dans l'appareil de grillage sous forme de solides finement divisés, la formation d'agrégats eût été négligeable, et les produits calcinés résultants, avec leurs fortes proportions de matière fine, eussent été susceptibles d'entraîner un poids de poussière anormalement élevé et de provoquer par conséquent des pertes relativement élevées en poussière.
Pendant le cours des réactions chimiques qui interviennent entre les agrégats et les gaz dans le lit fluidifié, chaque agrégat individuel se comporte physiquement comme une unité distincte, alors même qu'il serait composé de particules de concentré extrêmement ténues unies interstitielle- ment par des boues; toutefois, étant donné que, chimiquement, les particu- les ténues des agrégats sont liées les unes aux autres de façon poreuse, elles sont capables de réagir sous forme de très fines particules distinc- tes. De cette façon, le système réagissant possède tous les avantages qu'on est normalement en droit d'attendre de solides finement divisés dans leur réaction chimique avec les gaz fluidifiés, sans présenter les inconvénients qu'entraîne habituellement une telle réaction, tels que, par exemple, les taux élevés de perte en poussières.
L'application de la présente invention au grillage sélectif en sulfate de la pyrrhotite nickélifère est logique en ce sens que le concen- tré de pyrrhotite nickélifère finement divisé peut être traité avec la pro- portion convenable de sulfate de sodium et une quantité d'eau suffisante pour former une bouillie contenant, par exemple, 70 % d'éléments solides et pouvant être refoulés à l'aide d'une pompe dans le four de grillage à lit fluidifié conformément au principe de la présente invention.
Dans une opé- ration de ce type, on a préparé une bouillie en mélangeant un concentré de pyrrhotite nickélifère, dont 97 % environ passaient à travers un tamis à ouverture de maille de 74 microns et qui contenait des proportions élevées de boue, avec une solution aqueuse de'sulfate de sodium qui était présente dans des proportions telles que la bouillie contenait environ 70 % de pyr- rhotite, 27 % d'eau et 3 % de sulfate de sodium, le tout en poids. Comme dans le cas précédemment décrit, la bouillie était introduite dans le four de grillage à lit fluidifié par un tube d'alimentation fait d'une section d'un tuyau normal de 3,16 mm traversant le centre de la paroi supérieure du four.
Le débit du courant de bouillie était maintenu entre 1,8 et 2,25 kg par minute et de l'air comprimé atomisant était introduit avec la bouillie à raison de 113 litres par minute. Comme précédemment, les particules de bouillie projetée à l'état divisé étaient soumises à une chute d'environ 3,35 mètres, c'est-à-dire de la distance verticale séparant le bout du tube d'alimentation de la surface du lit fluidifié. On introduisait de l'air à la base du lit à raison de 7,3 litres environ par minute et par dm2 de sur- face de sole, ce qui maintenait le lit à un état de fluidité turbulent. Les
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températures des gaz contenus dans l'espace libre et dans le lit fluidifié étaient respectivement de 550 et 675 C.
Dans cette opération, la propor- tion de matières solides entraînées par les gaz du four sous forme de pous- sières était encore plus petite que celle obtenue dans l'opération précé- demment décrite, dans laquelle on n'avait pas utilisé de sulfate de sodium.
La poussière recueillie était continuellement ramenée au lit fluidifié et les produits calcinés étaient retirés à un taux continu compatible avec le maintien d'un niveau stable du lit. Les produits calcinés résultant de ce traitement ont donné à l'essai de tamisage les résultats suivants :
TABLEAU II.
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Ouverture <SEP> de <SEP> maille <SEP> Poids, <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
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<tb> @ <SEP> 3,36 <SEP> mm <SEP> 0
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<tb> + <SEP> 2,00 <SEP> 5,2
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<tb> + <SEP> 1,41 <SEP> 7,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> 0,84 <SEP> 15,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> 0,65 <SEP> 19,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> 0,50 <SEP> 17,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> 0,30 <SEP> 10,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> 0,23 <SEP> 6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> 0,15 <SEP> 5'
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> 0,15 <SEP> (refus) <SEP> 12,
5
<tb>
Une comparaison de la distribution arbitraire des grosseurs de particule indiquée dans le tableau II avec celle du tableau I fait ressor- tir la mesure dans laquelle la présence du sulfate de sodium augmente l'ac- tion d'agglomération de la fraction de boue contenue dans la charge, par rapport au four de grillage à lit fluidifié. De même que dans le cas précé- dent, la matière dont le lit était composé, et qui est représentée par les essais de tamisage du tableau II, se prêtait tout particulièrement au trai- tement en lit fluidifié, tant du point de vue mécanique que du point de vue métallurgique. Les produits calcinés représentés par le tableau II ont été lessivés avec de l'eau dans une installation de décantation à contre- courant, et l'on a obtenu les résultats métallurgiques suivants :
TABLEAU III.
EMI19.2
<tb>
Poids <SEP> Ou. <SEP> % <SEP> Ni.'% <SEP> Co, <SEP> %
<tb>
<tb> Produits <SEP> calcinés <SEP> 1000 <SEP> g <SEP> '0,25 <SEP> 1,29 <SEP> 0,05
<tb> résidu <SEP> après <SEP> lessivage <SEP> 750 <SEP> g <SEP> 0,02 <SEP> 0,14 <SEP> néant
<tb> extraction, <SEP> % <SEP> 94 <SEP> 92 <SEP> Ca <SEP> 100
<tb>
La comparaison du chiffre d'extraction du nickel ayant résulté du grillage d'une pyrrhotite contenant environ 4 % de sulfate de sodium avec les chiffres donnés précédemment indique que la proportion de sulfate de so- dium peut être considérablement réduite par rapport aux chiffres précédents de 8 % environ, sans que ceci entraîne une perte supplémentaire de nickel dans le résidu de lessivage.
En d'autres termes, le traitement par une so- lution aqueuse de sulfate de sodium auquel on soumet la pyrrhotite à l'ef- fet d'obtenir une bouillie destinée à être utilisée comme charge pour l'ap- pareil de grillage, conformément au principe de la présente invention, dou- ble l'efficacité du sel en permettant un contact très intime entre le sel et les particules de pyrrhotitedont sont composés les agrégats individuels.
Les essais de tamisage du résidu lixivi ont donné les résultats suivants :
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TABLEAU IV.
EMI20.1
<tb>
Ouverture <SEP> de <SEP> maille <SEP> Poids
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> 2,0 <SEP> mm <SEP> 0,4
<tb>
<tb> + <SEP> 1,41 <SEP> 0,4
<tb>
<tb> + <SEP> 0,84 <SEP> l, <SEP> 2 <SEP>
<tb>
<tb> + <SEP> - <SEP> 0,65 <SEP> 5'
<tb>
<tb> + <SEP> 0,50 <SEP> Il,1
<tb>
<tb> + <SEP> 0,30 <SEP> 15,2
<tb>
<tb> + <SEP> 0,23 <SEP> 14, <SEP> 8 <SEP>
<tb>
<tb> + <SEP> 0,15 <SEP> 11,1
<tb>
<tb> + <SEP> 0,1 <SEP> Il, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
<tb> + <SEP> 0;074 <SEP> 4,5
<tb>
<tb> - <SEP> 0,074 <SEP> (refus) <SEP> 24,8
<tb>
<tb> 100
<tb>
Les chiffres donnés ci-dessus en ce qui concerne la distribution des grosseurs d'agrégats du résidu lixivié font ressortir le fait que cette distribution est nettement avantageuse, si l'on tient compte des opérations de lessivage, de lavage et de filtration qui constituent une partie néces- saire de toutes les opérations hydrométalliques.
Alors que la charge ini- tiale de l'appareil de grillage était à un état de subdivision si fine que 97 % pouvaient passer à travers un tamis à ouverture de maille de 74 migrons, la proportion du produit final possédant cette finesse était inférieure à 25 %. Ainsi, l'avantage d'une opération relativement exempte de poussières dans le four de grillage à lit fluidifié est obtenu, grâce à la présente in- vention, dans tous les stades des procédés de traitement des produits gril- lés (lessivage, lavage et filtration), Les stades décrits ci-dessus en é- tant un simple exemple, du fait qu'on obtient des produits calcinés dont la manutention est facile parce qu'ils sont composés de particules relativement grosses.
D'autres avantages qu'offre sur les méthodes classiques la nouvel- le technique consistant à alimenter en bouillies de sulfure un four de gril- lage à lit fluidifié en les projetant à l'état divisé vers le bas à travers le four à partir du sommet du four seront peut être mieux compris en compa- rant la façon dont une seule gouttelette de bouillie descend à travers les gaz chauds contenus dans la chambre du four. Lorsque la gouttelette ren- contre les gaz au sommet de la chambre, elle est rapidement portée à une température supérieure au point d'ébullition de l'eau ou solution qu'elle contient. Comme de la vapeur est par conséquent émise par la gouttelette pendant sa chute, la teneur en vapeur d'eau des gaz du four est plus grande dans les régions supérieures de la chambre qu'aux autres niveaux de l'espar ce libre du four.
Par conséquent, la teneur en vapeur d'eau des gaz du four tels que ; oxygène, S02 et SO3, est plus élevée au niveau de la surface du lit qu'au point où la bouillie pénètre dans la chambre du four. On voit ainsi que les gaz qui sont les plus effectifs, du point de vue chimique, dans les réactions de grillage qui s'effectuent dans le lit fluidifié n'ont pas été dilués par de la vapeur d'eau si l'élimination de l'eau contenue dans la bouillie est effectuée avant que celle-ci ait atteint le lit au lieu de ne l'être qu'après.
Les observations données ci-dessus en ce qui concerne l'effet diluant variable de la vapeur d'eau, qui est un produit de la déshydrata- tion de l'agrégat de bouillie pendant sa descente à travers l'espace libre du four, peuvent être étendues à la dilution thermique qui résulte de la chal-eur latente de vaporisation de l'eau de la bouillie et de la capacité calorifique de la vapeur. Il peut être utile de considérer, à titre .expli- catif :(a) l'amenée d'un agrégat de bouillie frais directement au lit de
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grillage fluidifié; (b) la chute d'un tel agrégat à travers les gaz de l'es- pace libre avant que cet agrégat rencontre le lit.
Dans le premier cas, l'eau contenue est vaporisée à la température du lit, la vapeur ainsi for- mée empruntant une certaine quantité de chaleur au lit au moment où elle monte avec les autres produits gazeux du four de grillage. Dans le second cas, la chaleur nécessaire pour volatiliser l'eau contenue est empruntée aux gaz après que ceux-ci ont quitté le lit fluidifié. En d'autres termes, l'eau de la bouillie a abaissé la température des gaz, tandis que celle du lit reste non influencée.
Il est par conséquent évident que l'alimentation d'un four de grillage à lit fluidifié en bouillies de sulfure, réalisée conformément à la présente invention, a comme conséquence d'améliorer le bilan thermique, cet avantage s'ajoutant à ceux précédemment décrits. Un tel bilan thermi- que amélioré constitue un facteur important dans certains procédés qui visent à effectuer le grillage sélectif en sulfate des minerais ou concen- trés dans des fours à griller à lit fluidifié, en ce sens que le taux d'a- limentation minimum compatible avec la température que doit posséder le lit correspond au temps de séjour moyen maximum des particules solides dans le lit fluidifié.
En d'autres termes, étant donné que, dans des conditions de travail normales, le taux d'enlèvement des produits calcinés du lit flui- difié est le même que le taux d'introduction de la charge, le temps de sé- jour ou de traitement moyen des solides soumis aux grillage vari à l'inver- se du taux d'alimentation de charge, de sorte que tout moyen permettant de réduire ce taux d'alimentation augmente le degré auquel on pousse les réac- tions en augmentant la durée du traitement.
Il s'ensuit que, dans les pro- cédés de grillage de sulfures à lit fluidifié autogène'auxquels a trait la' présente invention, des perfectionnements apportés au bilan thermique par la mise en pratique de l'invention se traduisant par des temps de séjour plus longs des matières solides et, par conséquent, par l'obtention des produits calcinés ayant été soumis à une réaction plus poussée.
La vapeur d'eau résultant du séchage d'une gouttelette de bouillie augmente aussi le volume total des gaz du four et, à toute température don - née, effectue un accroissement correspondant de la vitesse spatiale des gaz montants. C6mme le taux d'entraînement des poussières est fonction de la vitesse spatiale linéaire des gaz du four, il importe, pour le succès de l'opération, que cette vitesse spatiale soit aussi faible que cela est pra- tiquement possible. L'addition directe des bouillies au lit fluidifié aug- mente évidemment la vitesse spatiale et, par suite, la charge de poussières véhiculée par les gaz s'élevant à travers le lit, alors que, lorsque la dés- hydratation de la bouillie a lieu dans la zone surmontant le lit, la vites- se spatiale des gaz à l'intérieur du lit reste ininfluencée.
De plus, l'accroissement que la masse de gaz contenue dans l'espace libre du four est susceptible de subir par suite de la production de vapeur d'eau dérivée de la bouillie n'est pas accompagné d'un accroissement correspondant du volu- me et de la vitesse spatiale des gaz, à cause de l'effet contraire de la contraction qui résulte de l'effet de refroidissement de la bouillie sur les gaz.
Ainsi, aux avantages précédemment décrits de l'invention qui ont trait à l'élimination effective des poussières comme telles, et qui résultent du fait que lesdites poussières adhèrent aux particules humides de la bouillie s'ajoute la facilité moindre offerte aux poussières de quitter le lit flui- difié par l'effet d'un entraînement gazeuxo
D'autres avantages que présente L'invention sur les méthodes clas- siques d'alimentation en bouillie des fours de grillage à lit fluidifié se- ront évidents pour l'homme du métier si l'on tient compte de la grande va- riété de boues et substances adhésives qui peuvent être présentes dans les bouillies de sulfures traitées conformément à la présente invention.
Par
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exemple, dans les procédés de grillage-lessivage du cuivre, dans lesquels il est nécessaire d'effectuer le grillage sélectif en sulfate des bouillies à base de sulfures dans des fours du type à lit fluidifié, la présence de minéraux à base d'oxyde de cuivre dans la bouillie constituait jusqu'à ce jour un inconvénient en raison de la tendance de ces minéraux à subir une pulvérisation excessive dans le traitement de broyage, ce qui donnait nais- sance à des boues, qui provoquaient elles-mêmes la formation de gros agré- gats ayant pour effet de diminuer la fluidité du lit de grillage. De tel- les bouillies de sulfures boueuses à base d'oxydes peuvent être traitées facilement et avec succès à l'aide d'un appareil de grillage à lit fluidi- fié conforme à la présente invention.
De même, il peut arriver qu'une telle bouillie ne contienne pas tout le soufre qui est nécessaire, dans la pratique, pour former des sulfa- tes avec la totalité du cuivre présent, alors même que les besoins thermi- ques seraient satisfaits, auquel cas il pourrait être désirable de compenser l'insuffisance de la teneur en soufre en ajoutant à la bouillie un électro- lyte épuisé qui contient de l'acide sulfurique et du sulfate de fer. Dans ce cas encore, l'addition de solutions de ce genre serait une.entreprise hasardeuse si le mélange devait être introduit dans le lit fluidifié confor- mément aux méthodes classiques, mais elle serait très avantageuse dans une opération conforme à l'invention.
Un autre moyen, peut être plus frappant, d'appliquer les princi- pes de l'invention, concerne le grillage à lit fluidifié de minerais ou de concentrés qui, à l'origine, contiennent des proportions importantes de boues. Par exemple, on a mélangé certains concentrés de flottage pyritiques contenant du plomb, du zinc et du cuivre avec environ 0,75 % de sodium et soumis le mélange à un grillage sélectif en sulfate dans un four à griller à lit fluidifié.
Comme les concentrés contenaient des quantités négligea- bles de boue et qu'on n'avait ajouté qu'une quantité relativement faible de matière soluble dans l'eau, il ne s'est effectué qu'un très faible de- gré d'agglomération des grains entre eux, et les pertes par entraînement de poussière ont été relativement élevées..De plus, les caractéristiques de flùidification du lit ainsi obtenu ont été médiocres. Dans ce cas, on a constaté qu'il est réellement avantageux d'ajouter au concentré, à titre de matière de formation de boue, une substance argileuse appropriée, telle que la bentonite, afin d'effectuer l'union ou l'agglomération des grains, conformément à la présente invention.
Non seulement l'addition délibérée de boue diminue nettement la proportion de la matière du lit qui est évacuée sous forme de poussière, mais elle améliore à un degré marqué le rendement métallurgique, comme le fait ressortir la comparaison des chiffres du tableau ci-dessous, résultant de deux expériences dans lesquelles un concentré pyritique de plomb, zinc et cuivre a été soumis à un traitement de grillage à lit fluidifié, les produits calcinés étant épuisés à l'aide d'un acide sulfurique dilué. Les conditions des deux essais étant identiques, sauf indication contraire.
EMI22.1
<tb>
Essai <SEP> Bentonite, <SEP> Na2SO4, <SEP> % <SEP> Pourcentage <SEP> d'extrait
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> No <SEP> % <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> Zn <SEP> Cu <SEP> Fe
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13 <SEP> 0 <SEP> 0,75 <SEP> 72 <SEP> 73,3 <SEP> 13,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 14 <SEP> 2 <SEP> 0,75 <SEP> Si,2 <SEP> 93, <SEP> 2 <SEP> 4
<tb>
Les chiffres ci-dessus montrent que l'addition de 2 % de bento- nite a non seulement amélioré l'extraction des métaux désirés, mais a eu aussi comme résultat une séparation plus nette entre le zinc et le cuivre d'une part, et le fer du concentré d'autre part.
Non seulement l'invention peut être appliquée utilement au domai-
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ne du grillage sélectif en sulfate, mais elle est aussi avantageusement ap- plicable aux procédés dans lesquels on cherche à obtenir une simple oxyda- tiono Par exemple, certains types déconcentrés de flottage à base de sulfu- res et/ou de sulfarséniures contiennent de l'or, en partie scus une forme .directement pulvérisable et en pàrtie sous une forme réfractaire ou "blo- quée"e En pareil cas, il est désirable d'extraire l'or directement pulvéri- sable en soumettant le concentré à un broyage extrêmement fin, suivi d'une amalgamation ou d'un lavage au cyanure.
Le résidu d'un tel traitement est alors grillé à l'effet de'libérer la fraction "bloquée" de l'or pour permettre son extraction par un second traitement de lavage au cyanure, et c'est dans son application au grillage à lit fluidifié de matières de ce genre contenant des boues finement divisées que le présent procédé est avan- tageux.
Les deux exemples ci-dessus, parmi d'autres précédemment décrits,
EMI23.1
semblent représenter et illustrer assez typiquementlà,diteri3iÏédî-enombreu-
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The present invention relates to the roasting of metal sulphide concentrates by the fluidized bed technique, and relates to improvements made to the method and apparatus for treating slurries based on metal sulphides in heating furnaces. grilling which work according to the principle of fluidized layers or beds.
More particularly, this invention relates to the introduction into the interior of a fluidized bed grilling oven of slurries of metal sulphides which may advantageously contain particles of sludge and / or water-soluble materials in such a manner that the agglomerating action of sludge and water-soluble material becomes an advantage, rather than a disadvantage, for the treatment based on the fluidised bed technique. In other words, a particular object of the invention is to prevent the formation of solid masses of exaggerated dimensions which might otherwise accumulate in the fluidized bed and form, instead of such masses. , very small aggregates, which has many process and processing advantages.
Until now, the metal sulphide slurries have normally been forced inside the fluidized bed grilling oven through a horizontal feed tube disposed in the wall of the oven at a point either below. the surface of the turbulent bed, i.e. just above this surface. Since, in either case, the dehydration of the slurry must take place in the fluidized bed itself, it is on the turbulence of the bed that the disintegration of the individual particles on which depends. the masses of slurry as the drying of these masses takes place.
In other words, as long as water is the only agent of union of the slurry, its disappearance by evaporation in the roasting bed leaves the individual particles free to place themselves in the bed like separate elements, thereby providing the bed with new material whose particle size distribution is essentially the same as that of the slurry.
Thus, when the normal substantially sludge-free sulphide float concentrates are fed to the roasting bed in the form of aqueous slurries in which the content of water-soluble matter does not exceed that which normally occurs in the form of reactants. of residual float and impurities, the conversion of the slurry into separate solid particles is uninterrupted and, although this results in relatively smooth operation of the broiler, dust entrainment is often excessive.
On the contrary, if the slurry subjected to the treatment contains certain types of sludge-giving material and / or water-soluble matter, such as one or more salts, the slurry, even after complete drying, does not disintegrate. not in the manner described above and a high proportion of the new material thus introduced agglomerates; the aggregates thus formed tend to increase in volume and to remain in the bed in the form of too large aggregates which reduce its fluidity and render the treatment inoperative.
In other words, sludge and water-soluble matter behave like adhesive substances binding the grains and aggregates together in the slurry masses, thus preventing the particles from being broken up. by the turbulent action of the fluidized bed, even after complete dehydration and subsequent scorching.
Not only does the adhesive action of the above-mentioned materials take place between the grains or particles of the fresh slurry, but it can also cause agglomeration between the freshly introduced slurry and the particles of which the fluidized bed in which this slurry is composed. is added. It follows that such an uninterrupted supply of slurries of this kind to the bed causes the formation of increased proportions of agglomerates in the form of too large aggregates, as opposed to the desirable size of the par-
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ticles of fluidized beds used for sulphide roasting, namely about 4.75 mm.
It is thus evident that the formation, within the fluidized bed, of increasing proportions of aggregates having more than about 4.75 mm can only result in a final reduction in the fluidity of the bed. , which ends the toasting operation.
The formation of large lumps agglomerated in the manner described above is further aggravated by either of the two conventional methods by which the feeding of slurries of the type referred to is effected. invention. For example, when metal sulphide slurries containing sludges or salts are introduced into a fluidized bed at a point below the surface of that bed, sulphides tend to settle and form growths. hard and partially burnt on the feed nozzle. Such growths frequently cause clogging of the feed tube and obstruct the smooth operation of the grill oven. A more serious drawback, however, lies in the effect of these growths on the fluidity of the layer.
This is because they break and accumulate in the bed with the other pieces that are too large, which tends to reduce the fluidity of the bed. On the one hand, if the slurry is introduced horizontally into the furnace at a point above the surface of the fluidized bed, a considerable proportion of the slurry simply falls or drips or runs off. from the orifice of the feed tube, which is necessarily placed near the wall of the grill oven. The part of the bed adjacent to this zone is a little less turbulent than the center of the layer, due to a so-called "wall" effect, and it is therefore particularly disadvantageous for the slurry to fall there.
In addition, as the gases surrounding the supply nozzle have a temperature close to that prevailing in the bed during roasting, the slurry during dripping causes the gradual deposition of a mass of solid and hard material on the surface. the nozzle, thus forming a solidified mass or protuberance which falls into the bed, the turbulence and fluidity of which are further reduced. Over time, repeating this process removes any turbulence from the bed in the area adjacent to the feed nozzle, and the result is the formation of a large crude sulphide bank which extends from the bed to the bottom. feed tube and increasing in volume from the wall, or edge of the batch, to the center of the bed, as operation continues. This inactive slope decreases the effective area of the hearth and, consequently, the working capacity of the furnace.
Introducing compressed air together with the slurry into the feed tube does little to remedy this state of affairs and often has the additional disadvantage of causing the slurry to move at high speed. sufficient for it to strike the opposite wall of the furnace, where it forms hard outgrowths of crude sulphides which, finally, fall into the bed and effect a further reduction in its fluidity.
The deleterious effects of sludge or water soluble materials, such as salts contained in the sulphide slurry introduced into the fluidized bed grilling oven, are cumulative, since the turbulence of the bed is the only factor. which would allow the growths or agglomerates initially having exaggerated dimensions to be broken up when the slurry is introduced directly into the bed. The presence of these growths in the fluidized bed has the effect of reducing or even destroying its fluidity and turbulence, which not only results in an increased tendency to form a greater quantity of agglomerates. , but also by a reduction in the possibilities of disintegration of such agglomerates once formed.
Such cumulative effects ultimately suppress the fluidity of the bed, and it becomes necessary to stop the oven to clean it.
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Research has led to the discovery that it is possible to largely overcome such difficulties experienced in furnace operation, and to obtain other advantages, by proceeding in accordance with the present invention.
The invention contemplates roasting the metal sulfide concentrates in a fluidized bed in which a slurry is prepared by mixing the metal sulfide concentrates and slurries with an aqueous liquid. The slurry is projected a sufficient distance into and through the hot free space above the fluidized bed to produce a large number of very small wetted aggregates, formed of concentrate particles bound by the sludge and liquid in the slurry. If the excess aqueous liquid in the slurry separates from it as a result of the formation of the wetted aggregates, this liquid vaporizes completely in the free space above the fluidized bed, and its vapor, entrained by the hot gases rising from said bed prevent the liberated liquid from reaching and wetting the fluidized material.
The freshly formed aggregates follow a fairly long path, inside the free space surmounting the bed so that their residence time in this space ensures the elimination of their humidity, which separates from said aggregates by evaporation. while they travel the path in question through the free space above the bed, in contact with hot gases, which has the effect of drying the agglomerates and preventing them from reaching and humidifying the layer or fluidized bed .
The resulting mixture of vapors and gas escapes from the upper part of the free space above the bed, and the dried aggregates fall onto the bed to be roasted there. The aggregates of the fluidized bed are thus continuously maintained at the bed. dry state, which prevents them from uniting with each other to give too large pieces which could reduce the fluidity of the beds The dried aggregates are roasted in an autogenous manner in the fluidized bed and generally retain the same size and the same physical form throughout the roasting operation, which ensures uniform fluidity of the bed.
The resulting calcined aggregates are removed from the fluidized bed.
According to a presently preferred embodiment of the invention, a slurry feed tube passes through an opening in the top wall of the fluidized bed roasting furnace and is directed towards the center of the surface of this layer. It is thus possible, if necessary by having recourse to a stream of compressed air in the same direction, to impart to the stream of slurry such speeds as to result in the formation of a finely divided jet, without risk of it. crude sulphurous growths form on the walls of the furnace. The aggregates thus formed from the finely divided slurry then have a very large surface area relative to their volume, during their descent through the hot gases rising in countercurrent of the free space of the furnace surmounting the bed. .
These factors promote the dehydration of the slurry aggregates during their fall and exclude any tendency for these aggregates to unite with each other to form too large pieces by the time they reach the bed. The dried aggregates are thus obtained in the form of particles varying in size within the limits of a large scale, resulting in a new fluidized bed material which is extremely satisfactory in maintaining fluidity. In addition, when the slurry feed tube is held in an upright position, the slurry does not tend to drip and thus form deposits in the form of hard material growths on the end of the slurry. tube, which thus remains clean at all times, allowing regular and continuous operation of the toasting oven.
The drying characteristic of the slurry aggregates obtained according to the invention will be better understood when compared with a two-stage process which would consist in subjecting a sulphide slurry to
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a distinctly distinct drying treatment, before feeding it into the broiler as dry solids, One way to achieve drying would be to spray the slurry in a finely divided state vertically downwardly inside of a drying tower, by spraying, in countercurrent with the hot gases rising inside the tower, and to collect the dried material at the base of the tower. The dried material would then be transferred to the fluidized bed roasting oven using a mechanical or pneumatic conveyor.
According to the present invention, the head space of the fluidized bed grilling oven is used as a drying tower, which is advantageous from the viewpoint of simplicity of operation.
The binder property possessed by the slurry or water-soluble matter contained in the slurry can be exploited when sulphide slurries containing such materials are introduced into the furnace from its top, in that the slurries particles of the sprayed slurry in the divided state and the aggregates newly formed during the descent of said particles through the free space of the furnace behave as collecting cores to which the dust which is conveyed by the rising gases adheres, these gases thus returning said dust to the fluidized bed.
This mutual action which occurs between the particles of the sprayed slurry in the divided state and the freshly formed aggregates on the one hand, and the dust conveyed by the gases of the oven on the other hand, seems to play a doubly advantageous role in the roasting process, as the adhesion of dusts to slurry and wet aggregates not only effectively remove these dusts, as such, from the plant, but also form relatively dry surfaces on the aggregates slurry, preventing them from agglomerating further before they have been completely dehydrated as they descend through the headspace.
Although the invention relates to the fluidized bed roasting of metal sulphide concentrates in general, research has established that the present process is particularly applicable to the treatment of concentrates obtained from the ores of nickel, copper, zinc, gold, iron, etc. ,,,
One of the major sources of nickel today is Canada's well-known Sudbury ore. The metals of this ore, and more especially nickel, cobalt, copper and iron, are present in the form of sulphides. The nickeliferous constituents of the ore consist largely of a pyrrhotite which contains about 0.5 to 1% nickel (based on the weight of the pyrrhotite), in a form which cannot be separated from pyrrhotite by known mechanical treatments.
The presence of this pyrrhotite fraction necessarily reduces the nickel analysis of a batch for grilling ovens to such a low value that it becomes unusable and causes a corresponding increase in the amount of iron that is present. necessary to remove in the form of slag in the smelting operation,
In one of the applications of the present invention, most - if not all - of the nickel, cobalt and copper contained in a concentrate consisting primarily of the above-mentioned type of pyrrhotite is brought to a state which allows the extracting the metal as an extremely useful water soluble sulfate leaving a residue of iron as a water insoluble oxide which is also very useful and which can, if desired,
be of sufficient purity to be suitable for use as a source of high quality iron ore. Iron can be extracted separately by known methods, as can nickel, cobalt and copper.
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Pyrrhotite concentrates can be obtained from nickel-bearing ore by any of the well-known methods, but the particle size of the nickel-bearing sulphide must be such that the so-called "roasting effect" is substantially avoided. core ", which will be described later. Research has shown that this effect can be eliminated to a great extent by making use in the process of a concentrate of which at least 90% passes through. a 74 micron mesh screen.
Research and trials have also established that in order for the nickel contained to be brought to a water soluble state, it is necessary that a salt of an alkali metal such as sodium be in contact with the particles. of pyrrhotite while their roasting takes place. Sodium sulfate appears to be the most suitable reagent to be used for this purpose, due to its abundance.
A slurry is prepared by mixing the salt solution and the concentrate particles to obtain a paste of the consistency most suitable to facilitate feeding the slurry to the roasting oven. The slurry is loaded into a roasting oven. fluidized bed. Although the concentrate particles are dispersed throughout the slurry charged to the oven, they tend to clump together as small aggregates.
This occurs as follows: the slurry is delivered under pressure, from a reservoir, using an injection tube buttressing into the free space of the upper portion of the furnace. The slurry is caused to penetrate into the furnace in the form of a divided jet, obtained either by making use of an injection tube terminated by a nozzle or spray nozzle of suitable construction, or by mixing. compressed air with the mixture in the injection tube. In either case, it is necessary for the slurry to penetrate the upper part of the free space present in the oven in the form of a shower of droplets of slurry, the largest of which must not. not exceed the maximum tolerable size of the particles of which the fluidized bed is composed.
The desired size of the aggregates can be achieved by suitably adjusting the variable factors involved at this stage, including the consistency of the slurry, the diameter of the injection tube, the pressure and the volume of compressed air injected into the tube. . During the extremely rapid drying stage, the saline solution is brought to a concentration such that it behaves as a binder capable of forming in situ agglomerates of concentrate particles in the form of small aggregates.
The thus newly formed aggregates are kept in suspension in. free space for a sufficient time to be perfectly dried, - before reaching the fluidized bed. The agitation or turbulence of the bed, and consequently of the aggregates, is sufficient to prevent them from adhering or sticking to each other, and it is thus certain that the size of the particles of the bed will be included within the interior of the bed. most favorable scale, not exceeding about 3 mm.
The grilling of the fluidized bed of the dry aggregates formed in situ is carried out in a favorable temperature scale. Excellent results have been obtained at a temperature above about 600 C and not exceeding about 700 C. The reactions of the roasting process are carried out in an autogenous manner and the desired temperature is obtained by adjusting the rate of d. 'feeding and, if necessary, injecting water into the free area.
The quantity of air admitted to the fluidized bed should be at least that required by the flow rate of the feed corresponding to the desired stoichiometry, and tests indicate that satisfactory calcined products can be obtained when the rate of air intake exceeds this amount by up to 300%.
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The particular advantages of applying aggregates of pyrrhotite concentrate particles agglomerated by a sodium sulphate backbone are evident when considering the behavior of such aggregates in a fluidized bed. . With regard to the fluidified bed from the mechanical point of view, each of the aggregates is a separate entity and, as such, is subjected to the uniformity of temperature and of the gaseous medium resulting from the constant turbulence of a fluidized bed. On the other hand, the particles of the aggregate remain in contact with the same salt skeleton constituting the union agent throughout the duration of the treatment, such prolonged contact being essential to allow the sodium salt to play a satisfactory role. as a chemical reagent.
Despite the effectiveness of the salt as a binder of particles in an individual aggregate, the aggregates do not tend to adhere to each other during the treatment of fluidized bed roasting. In other words, the aggregates do not clump together in masses, and thus a reduction in the fluidity of the lite is avoided.
The selective sulphate roasting of nickeliferous pyrrhotite is based on the thermodynamic relationships that exist between the sulphates of metals present in a concentrate rich in this mineral. When roasting is carried out under practical conditions, the thermodynamic stabilities of the metal sulphates decrease in the following order: cobalt, nickel, copper and iron.
As these stabilities are direct functions of both the temperature and the partial pressures of the sulfur oxides present in the system, proper adjustment of these factors can cause the formation of a system in which the sulfates of cobalt, nickel and copper are present. thermodynamically stable, whereas those of iron are not. In addition, if the pyrrhotite and other metal sulphide minerals contained in the ore are made to be subjected to the roasting reactions at a satisfactory rate, in the same system the end products of said reactions are calcined products composed mainly of iron oxide and sulphates of cobalt, nickel and copper. In other words, iron is made insoluble in water, while nickel, cobalt and copper are made soluble in water.
Cobalt and copper sulphides in pyrrhotite concentrates can very easily be converted to their sulphates, and thus made soluble in water, when such concentrates are roasted under appropriate conditions of temperature and gas medium. Nickel sulphide shows a strong tendency to avoid the formation of sulphates, as has been mentioned. Its refractory nature appears to be due to causes such as the following
1) The ability of nickel sulphide to give rise to relatively stable nickel fer- rites of varying composition;
2) The "core roasting" effect whereby the nickel of an iron-nickel sulfide particle tends to concentrate in the residual sulfide core of the hot particle as the roasting takes place.
With the gradual increase in the proportion of nickel in the residual sulphide, there is a decrease in the tendency of the nickel sulphide to participate in the necessary roasting reactions. This is due, in part, to the dense and more strongly protective nature of the iron oxide which forms during the later stages of the oxidation of the particle. The effect is a direct function of the size of the particle. In other words, the smaller the particle of concentrate is, the weaker the "core scorch" effect, and this assures a substantially complete conversion of the nickel sulfide contained in the particle to sodium sulfate. desired nickel, to the mesh.
Such conversion is ensured if it is
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makes use of extremely fine concentrates, the particle size of which is, for example, of the order of that previously specified.
Although the principle of particle size reduction is generally applied when it is desired to increase the rate of the reaction which takes place between solids and gases, the object of the present invention is not so much to increase the rate of reaction between solids and gases. reaction rate than to prevent the selective oxidation of nickel-containing iron sulphides, which results in "core enrichment".
The heart enrichment effect is cumulative. This is because when the iron in a concentrate particle is removed from the nickel sulfide to form an iron oxide layer, the core of the particle tends to concentrate the nickel so as to produce a ratio of nickel to nickel. iron approaching the ratio which, during oxidation, would give rise to dense protective layers of nickel ferrite between the nickel sulphide and the nickel oxide layer.
In addition, sulphides rich in nickel are much more difficult to oxidize than sulphides poor in nickel.
An even more important advantage of applying pyrrhotite particles in an extremely divided state is their ability to be brought to a state conducive to their agglomeration, which is essential to the practice of this invention. As will be seen later, this tendency of finely ground pyrrhotite concentrates to form agglomerates is enhanced by the binding action of the added sodium sulfate.
In general, tests indicate that the concentration of salt additions required appears to depend to some degree on the nickel content of the pyrrhotite. The main chemical function of sodium sulphate is to make nickel ferrites unstable. This result is probably effected by an exchange between sodium sulphate and nickel ferrite, in a way according to the reaction expressed by the following hypothetical equation
NiFe2O4 + Na2SO4 = Na2Fe204 + NiS04
It emerges from this equation that the effective behavior of sodium sulphate depends to a great extent on the intimate contact between this salt and the sulphide particles during roasting,
as well as maintaining a gas-temperature relationship which ensures the conditions under which nickel sulfate remains stable. Thus, although the necessary amount of sodium sulfate added to the pyrrhotite will depend on the concentration of nickel, the portion of the sodium sulfate which is effective in the above reaction is limited by the extent to which this portion remains in contact with the ore particles during roasting. As will be seen later, this limit is reached with additions of about 5% Na2SO4, based on the weight of the dry pyrrhotite concentrate. Beyond these proportions, further additions are ineffective due to particle surface limitations.
Sodium sulfate also behaves as a support or, in a sense, a catalyst, for the sulfation reaction. The sodium sulphate Na2S0, contained in the oven, borrows the SO3 resulting from the oxidation of SO2 as it passes mixed with excess air through the bed.
EMI7.1
Na2S04 + S03 Na80?
Sodium pyrosulphate is thus formed, which in itself constitutes a strong sulphating agent.
The stability of pyrosulfate is an inverse function of the temperature.
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rature and a direct function of the SO3 content of the surrounding gases.
From a qualitative point of view, the same conditions apply for nickel, cobalt and copper sulphates. For the sake of simplicity, we can consider the following two equilibrium reactions:
EMI8.1
(1) Na2SO4 + SO3. > Na2S207 (2) N10 S03> - NiS04
Nickel sulfate is more stable than sodium pyrosulfate indicated by reactions. It can be assumed that one of the agglomerates, for example during its roasting treatment, is subjected to varying conditions of temperature and SO 3 concentration or, in other words, to conditions which are not. always favorable to the formation of sulphates.
It seems reasonable to assume that, although the agglomerate is located in a zone favorable to sulfation, reactions (1) and (2) both progress to the right to give rise to both sodium pyrosulfate and nickel sulfate. When such an agglomerate arrives in a less favorable zone, reaction (1) is reversed, which restores the SO3 content necessary for reaction (2) to progress to the right. In this way, the sodium sulfate acts as SO3 would act, that is, as a reserve or "stabilizer" which ensures an adequate local concentration of the sulfating agent. Of course, this action is in addition to the role of sodium in preventing the formation of fer- rites.
The fines resulting from the roasting can advantageously be returned to the fluidized bed. The fines themselves can be separated in any suitable manner from the gas mixture rising from the bed, for example by passing the mixture through one or more cyclones. The fines collected in the cyclones can be brought back inside the bed, which is obtained, for example, by pushing them back inside the bed using a wrapped screw conveyor. Returning fines to bed offers several important benefits. First, it helps to maintain in the bed a small but essential proportion of fine material to ensure conditions favorable to maintaining fluidity. Secondly, it makes it possible to enrich the fluidized bed with additional quantities of sulphation gas.
These gases result from the decomposition, at bed temperature, of iron sulphates which have been generated during the passage of dust through the colder zones of the system, such as the headspace of the furnace above the bed, and in the conduits leading to the dust collection device and passing through this device. Third, the dust particles which have been removed from the treatment by the fluidized bed due to their premature entrainment by the gases are returned to this bed for further scorching and sulphation treatment.
As previously indicated, the calcined products resulting from selective sulphate roasting are agglomerates which essentially retain their original geometric identity. These agglomerates can be subjected to subsequent handling operations, including washing with water, without losing their shape or hardness. All of the water soluble material can be removed therefrom by aqueous treatment, without the need to subject them to any further treatment, such as grinding or other form of disintegration.
This constitutes a distinct advantage over the conventional type of calcined product obtained from finely ground nickel sulphides, in that in all subsequent operations of the process, such as leaching, filtration and drying , are greatly facilitated by the presence of relatively low proportions of fine material.
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These characteristics of the invention, and others, will be better understood by the description given below with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a schematic side view, in partial vertical section, of one form of apparatus illustrating one embodiment of the invention;
Figure 2 is a section taken on line 2-2 of Figure 1, through the oven floor;
Figure 3 is a section through line 3-3 of Figure 2 and shows, seen from above, the surface of the fluidized bed resting on the hearth;
Figure 4 is a section on line 4-4 of Figure 2 showing a wind box placed below the sole and a series of air distributors disposed above the sole;
Figure 5 is an enlarged detail of Figure 4 showing some of the air distributors immediately adjacent to an exhaust pipe extending from the hearth and terminating in a wind box.
Reference will first be made to FIG. 1. The apparatus shown comprises a pipe 10 with a slurry supply valve, opening into the upper wall of a constant level tank 12 which is provided in its upper part with 'an overflow pipe 14 serving to ensure the con- stance of the level 16 of the slurry 18 inside the tank, From the bottom of the tank 12 leaves a discharge pipe 20 ¯ on which a pump is mounted. slurry 22 forcing the slurry into a pipe 24 with a tap provided with a connector 25. An air pipe 26 connects an air compressor 28 to the slurry supply pipe. The slurry feed pipe is provided with a vertical branch which passes through a removable cover 30 of a hood 32 mounted centrally around a manhole 33 at the top of a roasting oven 34.
The fluidized bed roasting oven shown schematically is generally rectangular in elevation and cross section, this apparatus comprising side heat-insulated walls (Figures 2 and 3), indicated at 36 and 38, extremes 40 and 42, and a upper wall 44 (Figure 1).
The hearth 46 of the toasting oven (Figures 1 and 2) comprises three removable plates 48, 50 and 52, on the upper face of which are secured a series of air nozzles spaced from one another and extending upwards. .
The bottom of the furnace ends with a wind box or air distributor 56 (Figures 1 and 4) which has a generally triangular shape in vertical section (Figure 4). This box is composed of side walls 58 and 60 and end walls 62 and 64. An air distribution pipe 70 (Figures 1 and 2), provided with a valve 72, extends along the opposite side. of the box. Outlet connections 74, 76 and 78 connect the air distribution pipe 70 to three compartments 82, 84 and 86 formed by partitions 88 and 90 (Figures 1 and 2). The inlet connections are provided with tap counters 92, 94 and 96 (figure 2) for regulating and measuring the quantities of air introduced into the compartments.
The sole plates 48, 50 and 52 (figure 2) extend across the compartments and are respectively provided with discharge pipes 100, 102 and 104, which are arranged centrally and the upper end of which rises slightly above the floor. above the plates (figures 4 and 5). The discharge pipes descend vertically through compartments 82, 84 and 86, and below said compartments, where they are provided with valves 106, 108 and 110 respectively. Near its lower end, each of the com-
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Partiments is provided with a discharge pipe 114 with a tap (Figure 4) through which the discharge of solids takes place.
The roasting apparatus is provided (Figure 1) with a pipe 116 for discharging the calcined products, which passes through the end wall 40 and occupies a position suitable for maintaining a favorable predetermined level 110 of a fluidized bed 120 formed. of the agglomerated material subjected to the treatment below the head space 122. A fine and gas discharge pipe 124 connects the upper portion of the apparatus to a fine and gas separator 126, such as a cyclone , the latter being able to be advantageously connected to a second separator 128 of fines and of gas, such as another cyclone, by a pipe 130. A chimney 132 starts from the second cyclone and opens into the open air.
It is advantageous to return the fines, separated from the gases of the apparatus in the cyclones, to said apparatus, with a view to a new treatment.
For this purpose (Figure 1), downpipes 134 and 136 run from cyclones 126 and 128, respectively, to a side feed tube 138 provided with a mechanical conveyor screw 140. The discharge end of the tube connects to the lower portion of fluidized bed 120.
The air nozzles 54 can be of any suitable construction.
Those of the present apparatus shown in more detail in Fig. 5 take the form of ordinary pipe couplings or fittings 144, mounted on the upper ends of tubes 146 attached in the manner shown to plates 48, 50 and 52. Their lower ends are fixed in the holes 148 distributed at axis to axis distances of 10 cm in the plates 48, 50 and 52, as shown. The upper ends of the tubes 146 fit into vertical portions 150 of the fittings.
The upper ends of said vertical portions are closed by plugs 152; andthe lower ends of the inclined portions 154 of the fittings are provided with like plugs 156, each of these plugs however having a small hole or central jet passage 168 allowing very fine streams or jets of air to escape downwardly into it. a direction making an acute angle with the vertical. Although this has not been shown in the drawing, the air nozzles all point in the same direction in current practice.
As the passages 158 face downward, fines from the fluidized bed of material cannot fall into and obstruct these passages.
In addition, as the plugs 156 are placed above the base plates, the material located near said plates is not influenced by the fluidizing gases and remains static when the calcined products are discharged through the pipe d. The drain 116. This results in the formation of a dead layer 160. This is an advantage because this layer acts to insulate the plates. As will be indicated later, this layer can moreover be considered as composed of an upper layer 162 made of aggregates of normal size, and of a lower layer 164 containing larger aggregates, if such aggregates are here. The two layers tend to vary with respect to each other during operations both in size and contour.
The oven is equipped with one or more burners 180, 182, such as oil or gas burners, serving to heat the chamber to bring it to the temperature suitable for starting the grilling operation. . These burners are advantageously placed just above the surface of the bed 120,
It is extremely desirable to be able to regulate the temperature of the operation, both inside the bed and in the free space above.
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both the lite As the roasting takes place autogenously, the bed gives off exothermic heat which rises with the roasting gases within the free space. Some control of the bed temperature can be made by varying the rate of slurry feed from above and the rate of air introduction below the furnace floor.
In order to reduce the temperature of the bed, it has been proposed to wet it also with water, a stream of water being poured onto the bed for this purpose or introduced inside the bed. This has the disadvantage, however, that the wet material tends to clump together and hence reduce the fluidity of the bed.
This drawback can be avoided by introducing one or more streams of water into the free space and causing all the water thus introduced to evaporate before it has reached the bed.
To this end, the apparatus (Figure 1) may comprise, for example, a main water supply pipe 190, provided with a tap and a fitting 192 which connects the pipe to a lateral distribution pipe 194, itself provided with tap-type supply connections 196, 198 and 200. The side connections 196 and 200 extend vertically through the peripheral portion of the manhole cover 30 with their free ends 202 and 204 facing towards the end. 'exterior so that streams of water 206 and 208 projected from these pipes can be directed away from, and generally along the sides, of the tapered slurry stream projected from the feed pipe 24 The water or liquid composition (and hence the viscosity) of the slurry is not significantly changed when operated in this manner.
The middle branch pipe 198 is connected to the slurry supply pipe 24 so that, if desired, additional water can be added to the slurry to cool the head space. The construction shown has the advantage that the fittings 25 and 192 allow the slurry and water branch pipes to be dismantled as a block with the cover. Water supply pipes may open into the free space at any other suitable place from its upper portion, provided that the projected water has sufficient time, during its descent, to evaporate before it drains. 'reach the fluidized bed.
Closable openings (not shown) are provided in the walls of the chamber, at various levels, for the introduction of a calcined material suitable for facilitating the start-up, for the insertion of thermocouples for use. record and regulate the temperature in the bed and in the free space above it, for observation, inspection, etc.
The apparatus described can be operated as follows:
Pre-calcined aggregates of concentrate are introduced into the apparatus through one or more of the closable openings (not shown) so as to constitute a priming or starting bed.
Such a bed is necessary to initiate the toasting operation which will follow.
In other words, the material to be grilled must be mixed in the appliance with material which has already been grilled. Before introducing the crude sulphide concentrates, the start-up bed must be brought to a temperature high enough to allow the roasting operation to maintain itself. To this end, the oil or gas burners 180, 182 (Figure 1) are used to provide the preliminary heat. When the bed has been brought to the temperature necessary to start the combustion of the sulphides, these burners are closed.
Slurry 16 is formed by mixing the concentrates with an aqueous solution of sodium sulphate, then this slurry (Figure 1) is passed inside tank 12 through feed pipe 10. A sufficient quantity of slurry is introduced into this tank to produce
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to prevent the continuous discharge of the slurry through the overflow pipe 14 in order to maintain the mass of slurry contained in the tank at a predetermined level 16. The pump 22 is operated at a predetermined constant speed, while the compressor 28 supplies air, under a predetermined pressure, to the slurry supply pipe 24.
The variable factors which intervene in the operation are regulated so that the slurry admitted by the supply pipe spreads out and is projected downwards in the form of a jet inside the free space 122. As this space is strongly heated, the sprayed slurry in the divided state is subjected to immediate drying which causes agglomeration of the concentrate particles during their passage through said space.
It may be useful to consider in more detail the facts relating to the slurry 18, from the moment it is admitted through the pipe 24 and begins its journey to the bed 120. As the free and open end of the pipe 24 descends vertically. within the free space 122, at the top of this space, the slurry is projected downwardly and laterally - - at least initially - in the form of a conical stream through the high temperature roasting gases s' raising lita As the porridge spreads, it divides into a multitude of tiny droplets or globules.
Some of these globules are drops of liquid released from the porridge; others are concentrate particles joined together by liquid retained by or contained in the slurrya This part of the path traveled by the slurry can conveniently be considered to include zone A. Due to the high temperature prevailing in space free, some of the liquid liberated from the slurry and part of the liquid retained in the slurry vaporizes in this zone, but said zone can be considered essentially to be the part of the free space in the coverslip the sprayed slurry is. divided into fine droplets.
Droplets descend into and through a region which may be designated as B. In this region a large proportion, if not all of the liquid liberated from the remaining slurry evaporates and is discharged out of the free space by pipe 124; and wetted aggregates composed of the concentrate particles form in situ as it travels through the zone. Part of the slurry liquid retained by the aggregates is separated by vaporization.
The remainder of the liquid released or retained by the slurry evaporates as the wet aggregates enter and pass through what may be called Zone C, located immediately above the fluidized bed. In this zone, the aggregate falls through the rising roasting gases, which have approximately their maximum temperature at this point and are therefore perfectly dried before reaching the bed.
The above description is of course only a general application of the probable process, but there is obviously no clear demarcation between the zones, which can moreover be arranged overlapping. In all cases, the path followed by the slurry considered as such and by the resulting droplets and aggregates, through the free space, is sufficiently long or extensive to allow ample time for the liquid, both released and retained by the liquid. porridge, to evaporate, and aggregates to become perfectly dry before they get to bed. In other words, there is no possibility for the liquid to reach the bed, either through the slurry or otherwise.
All the liquid in the porridge vaporizes between the entrance to the oven and the bed; its vapors mix with rising roasting gases; and the mixture of gases and vapors continuously escapes from the upper portion of the head space through pipe 124, cyclones 126 and 128 and the
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chimney 132, which discharges it into the open air.
In addition, the liquid in the slurry and the wet or damp aggregates play another very useful function during their short journey, namely the interception, collection and return of a very large proportion of dust or fines. powdery in the oven bed. The, slurry and aggregates tend to behave like a moving filter. The dust particles are carried away by the liquid in the slurry. The entrained dust may in turn coalesce and bind to wet concentrate aggregates, or even convert to aggregates of dust which fall onto the bed. A significant proportion of the dust particles come into contact with the falling wet or damp concentrate aggregates and adhere to them in such a way that they often become an integral part thereof.
Those dusts which are not returned to the bed create a path to the discharge pipe 124 and to the cyclones 126 and 128, but the dusts which are entrained are perfectly dehydrated on their way to the bed.
All the conditions are thus fulfilled to ensure the formation and maintenance of a layer of aggregates in what may be denoted by zone D, and this prevents, in spite of the presence of moisture, the agglomeration. merger of the aggregates in the form of pieces of exaggerated size which would gradually have the effect of reducing the fluidity of the bed. This is why it is important that the free space is high enough, so that the period of suspension of the slurry and the falling aggregates is long enough to allow the evaporation of all the liquid or moisture they contain. . To this end, it is preferable to exaggerate in the sense of too great a height of the free space compared to the height which would normally be sufficient to effect the desired dehydration.
As shown in Figure 3, the dried aggregate in the course of the inlet to bed 120 meets the upper surface of that bed in a sharply defined generally circular area, indicated at 186, this being readily seen at through a look when the bed is in a calm state. Said circular zone is formed by projecting the charge for a few seconds through the free space, while the bed is in a state of rest, and allowing the dry aggregates to ignite on the hot surface of the bed. dead. The glow or glow of the freshly deposited aggregates delimits the impact zone of the jet and makes it possible to adjust the means of adjustment of the injection tube, etc., in order to obtain the most favorable conditions as regards concerns the shape and arrangement of the jet.
Pressurized air is simultaneously passed through the air distribution pipe 70 (figure 2) and the outlet connections 74, 76 and 78 into the compartments 82, 84 and 86 of the wind box or the air distribution box. Air 56. The proportions of air thus introduced into the various compartments can be varied by means of tap meters 92, 94 and 96, if desired, or the volumes of air admitted can be kept substantially equal. The air thus admitted to the compartments escapes therefrom through the numerous air nozzles 54 disposed above the sole plates 48, 50 and 52, in the form of an equal number of fine streams.
These numerous air currents keep the finely divided aggregates contained in the bed in a turbulent state, which facilitates the mixing of the new aggregates with the old aggregates and ensures intimate air contact with the aggregates. In fact, each of the aggregates is enveloped and supported by air and by the gaseous products of the reactions resulting from roasting, which establishes a favorable environment for the oxidation of the sulphides contained in the particles of concentrate.
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In full operation, calcined aggregates are removed from the bed as quickly as freshly formed aggregates from the sprayed slurry settling on the bed. The calcined products gradually create a path to the discharge pipe 116 and finally fall by gravity into this pipe which ensures their evacuation.
The roasting operation requires a considerable amount of air and therefore gives rise to a large amount of sulfur gases S02 and SO3. All the water in the slurry is converted to water vapor. The total of air, gases and water vapor represents a very large volume which is continuously withdrawn from free space. Some fines are necessarily produced, although in relatively small amounts, during the roasting operation. Part of the proportion of fines to the particle size of a powder tends to be entrained by the gases. The resulting mixture of gas and fines passes (Figure 1) through pipe 124 into first cyclone 126, where a significant proportion of the heavier fines separates.
The gases thus partially stripped of the fines which they convey enter the second cyclone 128, in which a large proportion of the lighter fines separate. The gases leave the last cyclone in the series to pass into the chimney 132 which discharges them into the open air.
It is preferable that the separated fines are returned to the roasting area. To this end, these fines can fall through downpipes 134 and 136 into the feed tube 138, where they are propelled by a screw conveyor 140 which feeds them into the bed 120 of the apparatus.
The calcined products which are continuously generated play an important role in the chemical reactions which occur during the selective roasting operation considered as a whole. The iron oxide of the products calcined at high temperature of the turbulent bed behaves as a catalyst which effects a rapid conversion of the freshly formed SO2 gas into SO3 gas and thus contributes significantly to the conversion of nickel sulphides (cobalt, and water insoluble copper in the water soluble sulfate form.
In the event that excessively large pieces are formed by fusion, either during the initial formation of the aggregates above the bed or during their roasting in the bed, these pieces tend to descend to the base of the bed. and, sooner or later, under the action of the very large number of fine air currents, a path is created in and through the upper layer 164 (Figures 1, 4 and 5), from which they pass to the The interior of the lower layer 160 and finally enters the discharge pipes 100, 102 and 104. The taps 106, 108 and 110 of these pipes can be opened from time to time to remove these oversized aggregates.
Instead of removing calcined aggregate through the discharge pipe 116 (Figure 1), they can be removed through one or more of the discharge pipes 100, 102 and 104. If desired, the calcined products can be re-released. drawn both by the discharge pipe 116 and by one or more of the discharge pipes 100, 102 and 104.
As is clearly indicated in Figures 1, 4 and 5, the injection openings or conduits 158 of the nozzles 54 are maintained at a good height above the level of the sole plates 48, 50 and 52, for the purpose of to prevent turbulence of the calcined products on or near these plates, whether or not the material is composed of too large aggregates or not. The dead layer 160 replaces the conventional type of heat-insulating refractory (brick or moldable refractory) and has the advantage over it of being easy.
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to remove sole plates, which facilitates the dismantling of this part of the oven for repair, maintenance, etc.
The irregular lower layer 160 (Figures 1, 4 and 5) should be considered as generally representing the configuration possessed by the part of the general static layer which may be partly composed of too large aggregates, especially if it is It is the discharge pipe 116 which is used for the discharge of the calcined aggregate. The conical depressions that form when large aggregates are removed through tubes 100,102 and
104 fill with regular calcined products which sink from the bed itself and come to a stop. When large aggregates form again, these aggregates sink toward the bottom plates, thus repeating the process of moving the regular calcined products.
The results just described can be facilitated by appropriate adjustment of a number of variable factors such as, for example, the pressure of the air jets, the section of the openings of the nozzles. injection, their angle of inclination, the direction of said nozzles relative to each other, etc. The nozzles can be rotated in a horizontal plane by rotating the fittings 144, the tubes 146, or both.
When, as is seldom the case, it is advisable to remove solids which have created a path inside compartments 82, 84 and 86, this material can be dropped from them. -same (figure 4) in the discharge pipes to valve 114.
As indicated above, a certain control of the temperature prevailing in the free space and, consequently, of the temperature of the bed, can be effected by spraying water, more especially into said free space. To this end (Figure 1), one or more streams of water can be projected, using the inlet connections 196 and 200, into the upper portion of said free space, preferably laterally to the conical stream formed by the slurry sprayed in a divided state by means of the slurry supply pipe 24, so as not to significantly alter the composition of the liquid of the slurry, especially as regards its salt content.
It is also possible, if desired, to cause the water projected in the divided state to strike the divided jet of slurry at any suitable stage of its descent. In addition, if desired, an additional amount of water can be introduced into the slurry through the middle supply branch 198, thereby diluting the slurry with a refrigerant before it is sprayed in the divided state. in free space. One or more of the expedients listed above can be used. The path traveled by the water introduced through the free space is sufficiently extended to ensure the evaporation of all of this water before it reaches the bed, the latter therefore not being wetted by the water. The water vapor dissolves into the other vapors and gases which escape through pipe 124.
The specially added water thus directly cools the head space and indirectly cools the bed. It also acts to remove by filtration the dust contained in the rising gases of the device.
According to a currently preferred practical embodiment, the calcined products resulting from the selective sulphate roasting are subjected to a leaching treatment in a continuous countercurrent settling installation. The addition of acids is neither necessary nor desired for the intended purpose. The solids are collected separately and dried. The liquid or filtrate is also collected separately.
Of course, the liquid or filtrate contains the water soluble sulphates of nickel, cobalt and copper and can be treated either
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any of the known manners for the purpose of collecting collectively or separately the quantities of nickel, cobalt or copper which it contains. The sulphate solution can for example be treated with a sodium carbonate solution to precipitate nickel, cobalt or copper in the form of carbonates. The resulting co-precipitates are properly filtered and leave a filtrate rich in sodium sulfate, which is reused as a binder or sulfating agent to treat further amounts of concentrate. Other precipitating agents, such as lime, limestone and caustic soda, can be used.
Various procedures can be applied to precipitate the metals, separately or in bulk. Sodium precipitating agents are particularly suitable because sodium can be converted to sodium sulfate to ensure an adequate supply of this salt for processing additional amounts of concentrates. As the operation is carried out, at least normally, in a nickel metallurgy plant, the co-precipitate can be roasted with a charge of a nickel-bearing material capable of forming a matte, which in turn is treated with the coating. usual manner in order to collect the nickel, cobalt and copper separately or to collect nickel and cobalt together.
Leaching or depletion should be carried out carefully and with sufficient water to separate the water soluble sulphates from the material being treated. In this manner the final solid residues will be substantially free of nickel, cobalt and copper sulphates, thus leaving an agglomerated product almost free of sludge and consisting almost entirely of iron oxide. A clear-cut separation is thus obtained between nickel, cobalt and copper on the one hand and iron on the other.
To determine the effect of sodium sulphate, as well as that of the method applied to add this material, on the extraction of the metal resulting from the sulphate roasting, a series of fluidized bed roasting tests were carried out on pyrrhotite concentrates of the following chemical composition:
EMI16.1
eu Ni S Fe Co Insolubles Si02 Ot3O 1.29 3494 5216 0.064 7e6 5 percent
In some of the tests, the pyrrhotite concentrate was roasted without the use of sodium sulfate or any other chemical reagent. In a second group of tests, the pyrrhotite was added with sodium sulfate so as to form a mixture of dry solids; and in a third group of tests, a proportion of sodium sulfate of the same order was added to the pyrrhotite concentrate as an aqueous solution.
As the pyrrhotite concentrate used in each group of tests was identically the same in all respects, and as the conditions of the roasting were also identical, the average figures given below for nickel extraction for each group clearly highlight the importance of sodium salt on the selective sulphate roasting of pyrrhotite.
EMI16.2
<tb>
Test <SEP> No <SEP> Addition <SEP> of <SEP> Na2SO4 <SEP>% <SEP> of <SEP> Ni <SEP> extracted
<tb>
<tb>
<tb> 18 <SEP> none <SEP> 15.3
<tb>
<tb>
<tb> 9 <SEP> 10 <SEP>% <SEP> - <SEP> mix <SEP> sec <SEP> 70.8
<tb>
<tb>
<tb> 28 <SEP> 8 <SEP>% - <SEP> mixed <SEP> wet <SEP> 84.9
<tb>
These figures relate to the proportion of the contained nickel which has been made soluble in water by the roasting of the pyrrhotite concentrate.
The pyrrhbtite concentrate used in the above test group ---.
<Desc / Clms Page number 17>
above had been ground to a degree of fineness such that 60% of the material passed through a 74 micron mesh screen. After having subjected the same concentrate to a new grinding allowing the passage of 95% of the material through the same sieve, the treatment of the concentrate with an aqueous solution of sodium sulphate able to give a mixture containing 8% of the salt ( dry weight) followed by sulphate roasting in a fluidized bed oven, gave a calcined product from which 91% of the nickel content could be extracted by leaching with water.
The efficiency of the agglomeration action previously described can be evidenced by the particle size distribution of the calcined products resulting from the fluidized bed roasting of a pyrrhotite float concentrate according to the new feeding technique. - tion to which the invention relates. The pyrrhotite concentrate used was subjected to further grinding such that 97% by weight of the dry concentrate passed through the 74 micron mesh sieve, the material therefore containing a high proportion of colloidal, or nearly colloidal particles, usually called "sludge".
The finely ground pyrrhotite concentrate was mixed with proportions of water such that a slurry was obtained containing about 70% by weight of the dry concentrate and 30% of water, this concentrate being essentially free of water soluble materials. .
The slurry was discharged into a fluidized bed grilling oven, using a pump, through a tube made of a normal section of 3.16 mm pipe which ran down vertically through the top wall of the oven.
This slurry was introduced at a rate of approximately 2.25 kg per minute and
EMI17.1
was accompanied by compressed air which passed through the same tube and whose approximate flow rate was 112 dm3 per minute. The height of the free space of the furnace, i.e. the vertical distance between the top wall of the furnace and the bed, was approximately 3.5 meters. As the slurry feed tube protruding about 15 cm below the top wall of the oven, the slurry particles fell about 3.35 m.
EMI17.2
very before reaching the surface of the fluidized bed. The turbulence or fluidity of the bed was maintained by introducing air to the base of this bed at a flow rate of about 7 dm3 per minute and per dm2 of hearth surface.
The temperature of the gases in the headspace was about 550OCy while that of the fluidized bed was maintained at about 6750C. The relatively small quantities of dust which escaped with the gases from the furnace passed through two stages of dedusting, of the cyclone type, and the dust thus collected was continuously returned to the fluidized bed by a screw conveyor. The calcined product was continuously withdrawn from the fluidized bed with a rate of removal such that the level of this bed remains substantially unchanged throughout the operation. The table gives the result of sieving tests of the calcined product.
TABLE I.
EMI17.3
<tb>
Opening <SEP> of <SEP> mesh <SEP> Weight
<tb>
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<tb>
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<tb> + <SEP> 3.36 <SEP> mm <SEP> 0.2
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<tb> + <SEP> 2.00 <SEP> 1.1
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<tb> + <SEP> 1.41 <SEP> 3.8
<tb>
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<tb> + <SEP> 0.65 <SEP> 8.5
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<tb> 0.65 <SEP> 13.9
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<tb> + <SEP> 0.50 <SEP> 16.3
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<tb> + <SEP> 0.30 <SEP> Il, 9
<tb>
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<tb> + <SEP> 0.15 <SEP> 9.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> 0.15 <SEP> (refusal) <SEP> 9,
4
<tb>
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The calcined products for which particle sizes in arbitrary distributions are given in Table I have been found to be ideal for maintaining good bed fluidity and for smooth and continuous operation of the fluidized bed roaster, although that the same sieving tests showed that the proportion of material sufficiently fine to be able to be entrained and conveyed by the gases of the furnace was relatively low.
If we refer again to the sieving tests of the pyrrhotite feed (97% - mail opening, 74 microns), it is also evident that at least 75% of the feed was converted by agglomeration. in particles greater than 74 microns, while still allowing the formation of aggregates below 74 microns, indicating that slurries of these types would have had a strong tendency to give too large aggregates or pieces if they had been introduced below or directly above the surface of the fluidized bed, in the usual manner.
On the other hand, if the finely ground pyrrhotite had been filtered, dried and introduced into the roasting apparatus as finely divided solids, the formation of aggregates would have been negligible, and the resulting calcined products, with their high proportions of fine material. , would have been liable to cause an abnormally high dust weight and consequently to cause relatively high dust losses.
During the course of the chemical reactions which take place between the aggregates and the gases in the fluidized bed, each individual aggregate behaves physically as a separate unit, even though it would be composed of extremely fine particles of concentrate interstitially united by sludge. ; however, since, chemically, the fine particles of the aggregates are porously bonded to each other, they are capable of reacting as very fine discrete particles. In this way, the reacting system has all the advantages which one would normally expect from finely divided solids in their chemical reaction with the fluidized gases, without having the disadvantages which such a reaction usually entails, such as, for example, example, the high rates of dust loss.
The application of the present invention to the sulphate selective roasting of nickel-containing pyrrhotite is logical in that the finely divided nickel-containing pyrrhotite concentrate can be treated with the proper proportion of sodium sulphate and an amount of water. sufficient to form a slurry containing, for example, 70% solids and capable of being pumped into the fluidized bed roasting furnace in accordance with the principle of the present invention.
In one such operation, a slurry was prepared by mixing a concentrate of nickel-containing pyrrhotite, about 97% of which passed through a 74 micron mesh sieve and which contained high proportions of slurry, with a solution. aqueous sodium sulfate which was present in such proportions that the slurry contained about 70% pyrrhotite, 27% water and 3% sodium sulfate, all by weight. As in the previously described case, the slurry was introduced into the fluidized bed roasting oven through a feed tube made from a section of a normal 3.16mm pipe passing through the center of the top wall of the oven.
The flow rate of the slurry stream was maintained between 1.8 and 2.25 kg per minute and atomizing compressed air was introduced with the slurry at a rate of 113 liters per minute. As before, the slurry particles sprayed in the divided state were subjected to a drop of about 3.35 meters, i.e. the vertical distance between the end of the feed tube and the surface of the bed. fluidized. Air was introduced to the base of the bed at a rate of about 7.3 liters per minute per dm2 of hearth area, which maintained the bed in a turbulent fluid state. The
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temperatures of the gases in the headspace and in the fluidized bed were 550 and 675 C.
In this operation, the proportion of solids entrained by the oven gases in the form of dust was even smaller than that obtained in the operation previously described, in which no sodium sulfate was used. sodium.
The collected dust was continuously returned to the fluidized bed and the calcined products were removed at a continuous rate compatible with maintaining a stable level of the bed. The calcined products resulting from this treatment gave the following results in the sieving test:
TABLE II.
EMI19.1
<tb>
Opening <SEP> of <SEP> mesh <SEP> Weight, <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> @ <SEP> 3.36 <SEP> mm <SEP> 0
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<tb> + <SEP> 2.00 <SEP> 5.2
<tb>
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<tb> + <SEP> 1.41 <SEP> 7.8
<tb>
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<tb> + <SEP> 0.84 <SEP> 15.3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
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<tb> + <SEP> 0.65 <SEP> 19.7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> 0.50 <SEP> 17.7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> 0.30 <SEP> 10.2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> 0.23 <SEP> 6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> 0.15 <SEP> 5 '
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> 0.15 <SEP> (refusal) <SEP> 12,
5
<tb>
A comparison of the arbitrary particle size distribution shown in Table II with that of Table I shows the extent to which the presence of sodium sulphate increases the agglomeration action of the sludge fraction contained in it. load, relative to the fluidized bed roasting oven. As in the previous case, the material of which the bed was composed, and which is represented by the sieving tests of Table II, was particularly suitable for the treatment in a fluidized bed, both from a mechanical point of view and. from the metallurgical point of view. The calcined products shown in Table II were leached with water in a countercurrent settling plant, and the following metallurgical results were obtained:
TABLE III.
EMI19.2
<tb>
Weight <SEP> Or. <SEP>% <SEP> Ni. '% <SEP> Co, <SEP>%
<tb>
<tb> Calcined <SEP> products <SEP> 1000 <SEP> g <SEP> '0.25 <SEP> 1.29 <SEP> 0.05
<tb> residue <SEP> after <SEP> leaching <SEP> 750 <SEP> g <SEP> 0.02 <SEP> 0.14 <SEP> none
<tb> extraction, <SEP>% <SEP> 94 <SEP> 92 <SEP> Ca <SEP> 100
<tb>
Comparison of the nickel extraction figure resulting from the roasting of a pyrrhotite containing about 4% sodium sulphate with the figures given previously indicates that the proportion of sodium sulphate can be considerably reduced compared to the previous figures of About 8%, without this causing an additional loss of nickel in the leaching residue.
In other words, the treatment with an aqueous solution of sodium sulphate to which the pyrrhotite is subjected has the effect of obtaining a slurry for use as a filler for the roasting apparatus, in accordance with In principle, the effectiveness of the salt doubles by allowing very intimate contact between the salt and the pyrrhotite particles of which the individual aggregates are composed.
The sieving tests of the leached residue gave the following results:
<Desc / Clms Page number 20>
TABLE IV.
EMI20.1
<tb>
Opening <SEP> of <SEP> mesh <SEP> Weight
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> 2.0 <SEP> mm <SEP> 0.4
<tb>
<tb> + <SEP> 1.41 <SEP> 0.4
<tb>
<tb> + <SEP> 0.84 <SEP> l, <SEP> 2 <SEP>
<tb>
<tb> + <SEP> - <SEP> 0.65 <SEP> 5 '
<tb>
<tb> + <SEP> 0.50 <SEP> Il, 1
<tb>
<tb> + <SEP> 0.30 <SEP> 15.2
<tb>
<tb> + <SEP> 0.23 <SEP> 14, <SEP> 8 <SEP>
<tb>
<tb> + <SEP> 0.15 <SEP> 11.1
<tb>
<tb> + <SEP> 0.1 <SEP> Il, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
<tb> + <SEP> 0; 074 <SEP> 4.5
<tb>
<tb> - <SEP> 0.074 <SEP> (refusal) <SEP> 24.8
<tb>
<tb> 100
<tb>
The figures given above with regard to the distribution of the aggregate sizes of the leached residue show that this distribution is clearly advantageous, if one takes into account the leaching, washing and filtration operations which constitute a necessary part of all hydrometallic operations.
While the initial charge of the roaster was in a state of subdivision so fine that 97% could pass through a screen with a 74 migron mesh size, the proportion of the final product having this fineness was less than 25. %. Thus, the advantage of a relatively dust-free operation in the fluidized bed roasting oven is obtained, by the present invention, in all stages of the processes for treating roasted products (leaching, washing and filtration). The above-described steps being a simple example, since calcined products are obtained which are easy to handle because they are composed of relatively large particles.
Further advantages of the new technique of feeding sulphide slurries to a fluidized bed roasting oven over conventional methods by spraying them in a divided state downwardly through the oven from the furnace. oven top may be best understood by comparing how a single droplet of slurry descends through the hot gases contained in the oven chamber. When the droplet encounters the gases at the top of the chamber, it is rapidly brought to a temperature above the boiling point of the water or solution it contains. As vapor is therefore emitted from the droplet as it falls, the water vapor content of the furnace gases is greater in the upper regions of the chamber than at other levels of the free spar of the furnace.
Therefore, the water vapor content of furnace gases such as; oxygen, SO2 and SO3, are higher at the bed surface than at the point where the slurry enters the furnace chamber. It can thus be seen that the gases which are the most effective, from the chemical point of view, in the roasting reactions which take place in the fluidized bed have not been diluted by water vapor if the elimination of the l The water contained in the slurry is carried out before it has reached the bed instead of only afterwards.
The observations given above with regard to the variable diluting effect of water vapor, which is a product of the dehydration of the slurry aggregate as it descends through the headspace of the furnace, may be extended to the thermal dilution which results from the latent heat of vaporization of the water in the slurry and the heat capacity of the steam. It may be useful to consider, by way of explanation: (a) feeding a fresh porridge aggregate directly to the bed of
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fluidized roasting; (b) the fall of such aggregate through the free space gases before this aggregate meets the bed.
In the first case, the water contained is vaporized at the temperature of the bed, the vapor thus formed borrowing a certain quantity of heat from the bed as it rises with the other gaseous products from the roasting oven. In the second case, the heat necessary to volatilize the water contained is borrowed from the gases after the latter have left the fluidized bed. In other words, the water in the slurry has lowered the temperature of the gases, while that of the bed remains unaffected.
It is therefore obvious that the supply of a fluidized bed roasting furnace with sulphide slurries, carried out in accordance with the present invention, has the consequence of improving the heat balance, this advantage being added to those previously described. Such an improved heat balance is an important factor in certain processes which aim to achieve the selective sulphate roasting of ores or concentrates in fluidized bed roasting ovens, in that the minimum feed rate compatible with the temperature that the bed must have corresponds to the maximum average residence time of the solid particles in the fluidized bed.
In other words, since, under normal working conditions, the rate of removal of calcined products from the fluidized bed is the same as the rate of introduction of the load, the time of stay or of average treatment of the solids subjected to the scorch varied to the reverse of the feed rate of feed, so that any means of reducing this feed rate increases the degree to which the reactions are pushed by increasing the time processing.
It follows that, in the autogenous fluidized bed sulphide roasting processes to which the present invention relates, improvements in the heat balance brought about by the practice of the invention resulting in residence times. longer solids and, therefore, obtaining the calcined products which have been subjected to a further reaction.
The water vapor resulting from the drying of a droplet of slurry also increases the total volume of the gases in the furnace and, at any given temperature, effects a corresponding increase in the space velocity of the rising gases. As the dust entrainment rate is a function of the linear space velocity of the furnace gases, it is important for the success of the operation that this space velocity be as low as is practically possible. The direct addition of the slurries to the fluidized bed obviously increases the space velocity and hence the dust load carried by the gases rising through the bed, whereas when the dehydration of the slurry takes place in the area above the bed, the space velocity of the gases inside the bed remains unaffected.
In addition, the increase which the mass of gas contained in the headspace of the furnace is liable to undergo as a result of the production of water vapor derived from the slurry is not accompanied by a corresponding increase in volume. me and the space velocity of the gases, because of the opposite effect of the contraction which results from the cooling effect of the slurry on the gases.
Thus, to the previously described advantages of the invention which relate to the effective elimination of dust as such, and which result from the fact that said dust adheres to the wet particles of the slurry, there is added the reduced ease afforded to the dust to leave the chamber. fluidized bed by the effect of gas entrainment
Further advantages of the invention over conventional methods of slurry feed to fluidized bed roasting furnaces will be evident to those skilled in the art taking into account the wide variety of material. sludges and tacky substances which may be present in sulphide slurries treated in accordance with the present invention.
Through
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example, in copper roasting-leaching processes, in which it is necessary to carry out the sulphate-selective roasting of sulphide-based slurries in fluidized bed type furnaces, the presence of carbon oxide-based minerals. copper in the slurry has hitherto been a disadvantage due to the tendency of these minerals to undergo excessive pulverization in the grinding process, which gives rise to sludge, which itself causes the formation of coarse aggregates having the effect of reducing the fluidity of the screen bed. Such slurry oxide-based sulphide slurries can be easily and successfully processed using a fluidized bed roaster according to the present invention.
Likewise, it may happen that such a slurry does not contain all the sulfur which is necessary, in practice, to form sulphates with all of the copper present, even though the thermal requirements would be satisfied, for which In this case, it might be desirable to compensate for the insufficient sulfur content by adding to the slurry a spent electrolyte which contains sulfuric acid and iron sulphate. In this case again, the addition of such solutions would be a hazardous undertaking if the mixture were to be introduced into the fluidized bed according to conventional methods, but it would be very advantageous in an operation according to the invention.
Another, and perhaps more striking, means of applying the principles of the invention relates to the fluidized bed roasting of ores or concentrates which originally contain large proportions of sludge. For example, certain pyritic float concentrates containing lead, zinc and copper were mixed with about 0.75% sodium and subjected to selective sulphate roasting in a fluidized bed roasting oven.
As the concentrates contained negligible amounts of sludge and only a relatively small amount of water soluble material had been added, only a very small degree of agglomeration occurred. grains between them, and the dust entrainment losses were relatively high. In addition, the fluidization characteristics of the bed thus obtained were poor. In this case, it has been found that it is really advantageous to add to the concentrate, as a sludge-forming material, a suitable clay substance, such as bentonite, in order to effect the union or agglomeration of the compounds. grains, in accordance with the present invention.
The deliberate addition of sludge not only significantly decreases the proportion of bed material which is discharged as dust, but it improves metallurgical efficiency to a marked degree, as can be seen by comparing the figures in the table below, resulting from two experiments in which a pyritic concentrate of lead, zinc and copper was subjected to a fluidized bed roasting treatment, the calcined products being exhausted with the aid of a dilute sulfuric acid. The conditions of the two tests being identical, unless otherwise indicated.
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Test <SEP> Bentonite, <SEP> Na2SO4, <SEP>% <SEP> Percentage <SEP> of extract
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> No <SEP>% <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> Zn <SEP> Cu <SEP> Fe
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13 <SEP> 0 <SEP> 0.75 <SEP> 72 <SEP> 73.3 <SEP> 13.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 14 <SEP> 2 <SEP> 0.75 <SEP> Si, 2 <SEP> 93, <SEP> 2 <SEP> 4
<tb>
The above figures show that the addition of 2% bentonite not only improved the extraction of the desired metals, but also resulted in a cleaner separation between zinc and copper on the one hand, and iron from the concentrate on the other hand.
Not only can the invention be usefully applied to the field
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sulphate-selective roasting, but it is also advantageously applicable to processes in which it is sought to obtain simple oxidation. gold, partly in a directly pulverizable form and partly in a refractory or "blocked" form. In such a case, it is desirable to extract the directly pulverizable gold by subjecting the concentrate to extremely crushing. fine, followed by amalgamation or cyanide wash.
The residue of such a treatment is then roasted in order to release the "blocked" fraction of the gold to allow its extraction by a second cyanide washing treatment, and this is in its application to the bed roasting. The present process is advantageous in fluidifying such materials containing finely divided sludge.
The two examples above, among others previously described,
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seem to represent and illustrate quite typically there, diteri3iÏédî-enombreu-