BE539305A - - Google Patents

Description

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  "Procédé autogénérateur de calories pour la réduction de minerais de zinc oxydés, et appareil pour sa mise en oeuvre" 
Il est connu de réaliser la réduction de minerais oxydés . de zinc en utilisânt le carbone comme réducteur, les calories nécessaires pour permettre d'effectuer la   réacti-on   fortement endothermique de la réduction de l'oxyde de zinc étant engendrées au sein même de la masse réactionnelle par la combustion d'une partie du réducteur. , 
Ce procédé est avantageux parce qu'il constitue un procédé autogénérateur de calories et supprime donc la nécessité d'avoir recours à une source étrangère de calories, ainsi que les   incon   vénients qui en résultent. En outre, ce procédé est   particuliè-     rement   bien adapté au traitement en continu.

   L'emploi du carbone 

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 donne copendant lieu à de graves inconvénient. En effet, sa chaleur d'oxydation relativement faible exige une forte consomma- tion de carbone pour équilibrer le bilan thermique par combustion   d'une   partie de ce carbone et produit donc une forte dilution des vapeurs do sine par ses produits d'oxydation, à savoir prin-   cipalement le CO et secondairement le CO2, ainsi que par l'azote ; .   apporté par l'air utilisé comme comburant.

   Il est connu que cette forte dilution des vapeurs de zinc, la concentration desquelles n'atteint en général que quelques pourcents en volume,      rend le problème .de la condensation du zinc particulièrement difficile, ce problème étant encore   compliqué   par la présence de l'anhydride carbonique (CO2) qui tend à réoxyder le zinc lors du refroidissement du mélange   gazeux.     .L'enrichissement de   l'air en oxygène gazeux et même l'emploi d'oxygène pur de façon à augmenter la concentration des vapeurs de   zinc'dans   le mélange, ne permettent pas une diminution.sensible des   difficultés   de la condensation, ni une   simplification   appréciable' des appareils compliqués de condensation. 



   La présente invention a pour but de remédier à ces inconvé- nients, tout en conservant les avantages du procédé autogénérateur de calories. A cet   effet, ..aile   prévoit un procédé autogénérateur de calories pour'la réduotion de minerais de zinc oxydés, qui est, essentiellement   caractérisé-par   le fait qu'on -utilise, comme ré-.

     ducteur,   une substance autre que le'carbone et donnant un produit d'oxydation fixe, c'est-à-dire non volatil   à'   la-température de la réaction et   raccompagnant   donc pas la vapeur de zinc produite, et par la.fait qu'on   utilise' un     .excès   tel dudit réducteur que la combustion de cet excès au sein de   .la   masse   réaotionnelle   avec un gaz comburant insufflé dans celle-ci fournisse à ladite masse les calories nécessaires à la réaction de réduction. 



   Le réducteur utilisé selon l'invention est donc une substance qui n'est pratiquement pas carbonée, un oertain pourcentage de carbone pouvant cependant être   éventuellement   présent   comme   compo- 

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   sang;     @diaire   dans la   composition   de ladite   substance.   



   Le réducteur utilisé selon l'invention aura, de préférance, une chaleur d'oxydation   plus'grande,   et   avantageusement   nettement plus grande que celle du carbone tel qu'appliqué dans les   procèdes   autogénérateurs du genre spécifié. 



   D'un point de vue économique, il convient que cette   matière         réductrice soit à base   d'éléments   que l'on peut se procurer   en   abondance et facilement, ou soit une substance qui peut être régénérée facilement. 



   Il a été constaté que le fer convient très bien   comme   réduc- teur dans le procédé selon   l'invention.   ,Son emploi dans un dis- positif   autogénérateur   de calories à soufflage d'air froid permet aisément de porter à une quinzaine   de.pourcent   en volume la teneur en zine des gaz produits, ce qui constitue un progrès   considérable   par rapport au carbone qui, dans les mêmes conditions, conduit à une limitepratique d'environ cinq   ourcent.   La concentration du zine peut encore être augmentée si l'on utilise de l'air enrichi en oxygène et peut même approcher 100 % si l'on utilise de l'oxy- gène pur.

   Grâce au fait que   l'on   obtient, selon l'invention, un gaz beaucoup plus riche en zinc et qui est non oxydant, les gaz non condensables étant essentiellement constitués par de   l'azote,   le problème de la   condensation.devient   très simple, parce   qu'elle '        peut s'opérer directement sous 'forme de zinc liquide dans un con-   denseur   du type couramment employé dans les procédés de réduction qui recourent au chauffage à travers une paroi-ou "à l'emploi de l'énergie électrique. 



   Des essais ont permis de constater que l'on peut obtenir des résultats encore nettement plus favorables si l'on substitue le ferrosilicium au fer, le remplacement dtune partie du fer par du silicium diminuant, considérablement l'endothermicité de la réaction de réduction, ce qui se traduit par une élévation appréciable de la teneur en zinc du gaz obtenu.

   Cette élévation sera d'autant plus grande que l'alliage ou le mélange do fer et 

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   silicium   utilisé sera   plus   riche   en     silicium.  Cela s'explique par le fait que la réaction de   réduction   proprement dite de l'oxyde de zinc par le fer   demande   un apport de 50 K calories par   mole   de zinc produit sous forme de vapour, tandis qu'elle ne demande que 10,5 K calories lorsqu'on   utilise:   le silicium. 



  L'invention s'étend évidemment à tous les mélanges et alliages possibles des deux constituants, allant donc de 0 à 100 %   pour   chacun de ceux-ci. Des résultats pratiques très intéressants sont déjà obtenus dans un système   autogénérateur   de calories à soufflage d'air froid, avec des ferrosiliciums contenant par exemple 25,   45 ,et   85 % de silicium, qui donnent   respectivement   une concentration en zinc d'environ 30, 37 et   45   % en volume. 



  De plus, puisque le silicium possède un poids équivalent qui n'est qu'environ le quart de celui du fer, le poids de scorie, par rapport à un même poids de zinc produit, diminue considéra-   blement,   même pour les alliages relativement pauvres en silicium. 



  Par un choix convenable du rapport fer/silicium, il est possible d'obtenir une scorie facilement fusible (ayant notamment   -Lui   indice, c'est-à-dire le rapport entre l'oxygène du SiO2 et la somme de celui du   FeO@et   des autres bases, voisin de l'unité), sans ajoute de fondants, dont il est utile d'éviter l'emploi, car ils consomment des calories et   augmentent   le poids des . scories à soutirer..   .. En   général,. la composition de la scorie ne diffère pas essentiellement de celle de la gangue du minerai, ce qui est très avantageuxsi le   réducteur!est régénéré   à partir   de   la scorie.

   Une telle,régénération permet aussi de récupérer le zinc retenu dans la scorie, notamment en le volatilisant et en le   recueillant   sous forme de poussières ou d'oxyde, permettant de réincorporer ce zinc sous cette forme à la charge de l'appareil de réduction. 



   Il convient de noter que l'ajoute de substances telles que des fondants ou d'autres matières qui seraient utiles ou 

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 1=1..< .=-;#.,,;.-:J poirr ansliorer la qualité de la scorie ou 'Fv:..'.. : r les réac t,azsa ne g8ne pas la mise en oeuvre du procédé ofoi, l'inventiont. 



  Dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, l.er.x- chisseiMnt en oxygène de l'air de soufflage permet d'aT&unter la teneur en   zino   du gaz obtenu,   notamment   grâce au fait   qu'on   intro- duit moins d'azote, la quantité de réducteur à brûler   pouvant   
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 donc aussi être réduite. le préchauffage du gaz comburant con- tribue aussi à l'augmentation de la concentration en zinc. par ailleurs le préchauffage de la eharge t surtout du réducteur, éventuellement aussi des matières   additionnelles,   agit dans le,   même   sens. 
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 titre indicatif on peut sigz2a.er ;cujavea un) 'ucteur cons- titué par du ferrosilicium à 25 % de sil,40ium et sp.

   M012S les réactifs et le comburant sont employés à froid,   la..     concentration '   
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 en sine du gaz obtenu sera d'environ 30 %' en volume ve c de l'air, tandis qu'elle atteindra environ 70 % avec un mélange   contenant   60 % d'air et   40 % d'oxygène.   Par'ailleurs, avec   le'même     réducteur,   
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 mais le ferrosilicium étant introduit a, 150000$ et le minerai étant employé à froid, on obtient une concentration en zinc d'environ 36 % avec de llair fro ïd et'"d'environ 4i3 % avec de l'air préchauffe à 600 C.      



   A titre   démonstratif,   quelques exemples d'appareils pour la ' mise en oeuvre du procédé selon   l'invention   seront décrits ci-après avec référence aux dessins   annexés.   dont les figures 1 à 3 montrent des vues   schématiques en    poupe   verticale de trois fours appropriés. 
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 le premier (figure'-l) est un ":Cour à cuve 1 dans lequel la charge est introduite à la partie surêx3.ure par un distributeur 2 et les produits non gazeux de la réaction s'écoulent sous forme de scorie fondue, à la partie   inférieure   3.

   Des tuyères   4,     dispo-   
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 s Os près de la base du four, au-dessusde la scorie fondue, amènent   l'air,   enrichi ou non en oxygène et éventuellement   préchauffe,   

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 destiné Si la combustion d'une partie du réducteur. Ces tuyères sont raccordées à un collecteur d'alimentation 5 et sont   pourvues   d'une chemise de refroidissement 6. Après avoir traversé la charge, les gaz sont évacués latéralement en 7 à la partie supérieure du four et dirigés vers un condenseur (non   montré).   Un conduit 8 est prévu pour le soutirage des mattes. 



   . La figure 2 montre une forme perfectionnée d'un tel four à cuve. Dans ce cas, l'orifice de sortie   7 'du   gaz vers le condenseur est reporté vers le milieu du four. En outre, une sortie supplé- mentaire 9 de gaz est prévue à la partie supérieure du four, approximativement au'niveau 10 de la charge et est destinée à prélever une fraction du gaz. La température do la charge s'élè- ve progressivement au fur et à mesure   que;cette   charge   descend, -        jusqu'à atteindre la température de combustion qui est voisine de    celle de la scorie fondue. Le gaz ascendant, par contre, se refroi-   dit   progressivement.à   partir de la zone de réaction vive. Une par- tie du gaz sort de la charge, en 7, pour se rendre au condenseur. 



  La presque totalité des vapeurs de zinc   entraînées   par la partie du gaz montant au-dessus de la sortie 7 se condense sur la charge plus froide, de façon à créer un reflux de. zinc liquide descendant à la rencontre du gaz   plus- chaud,   ce qui a pour effet à la fois de refroidir ce dernier et   de.,l'enrichir   en vapeur de   zino.   Par   ce        soutirage d'une partie réglable du gaz au niveau plus élevé 9   il -   devient possible d'obtenir que ce gaz enrichi en zinc quitte le four en 7 à une température qui n'excède pas   sensiblement   son point de rosée.

   La quantité de gaz prélevée par la sortie supé-   rieure   9 doit   être     telle   que la température de ce gaz soit   suffi-   samment abaissée pour qu'il'ne contienne plus qu'une proportion négligeable de vapeur de zinc;

   il   entraine   toutefois un peu de poussières de zinc plus ou moins oxydées qui peuvent avoir une valeur particulière du fait de leur richesse   en cadmium.   Le dis- positif qui vient   d'être   décrit-assure une meilleure utilisation des calories libérées par la combustion d'une partie du réducteur, 

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 grâce non seulement au reflux de zinc liquide qui permet l'évacua- tion, en 9,d'une partie du gaz pratiquement exempt de zine, mais encore au fait que les produits gazeux de la réaction sortent à une température relativement basse, nettement inférieure à celle des scories, rendant des calories disponibles pour la production de zinc.

   L'importance de cet effet est -telle qu'avec un ferrosi- licium à 25 % de sdl.icium et un soufflage d'air froid   ()Il   peut envoyer au condenseur un gaz dont la teneur en zinc   dépasue   nette- ment 40% en   volume.. -   
La présente invention peut aussi être mise en pratique dans m troisième type d'appareil (figure 3) dans lequel les réactions s'effectuent au sein d'un bain fondu de scorie 11, maintenu par exemple à niveau pratiquement constant 12 par soutirage en 13. 



   Le gaz comburant est soufflé à travers le bain fondu par les tuyères 14. Le minerai et le réducteur peuvent être introduits, séparément ou en mélange, soit en les déversant par le haut dans le bain 11, soit en les insufflant'à l'état pulvérulent dans le      bain ensemble avec le gaz comburant. Dans l'exemple illustré, le réducteur est introduit à l'état liquide en 15, tandis que le    minerai pulvérisé est insufflé dans le bain avec le comburant par    les tuyères 14 qui sont raccordées chacune à une amenée de combu- rant et à une amenée de minerai.

   Les produits gazeux de la réac- tion sont   évacués,directement   vers -le condenseur par un conduit      16 débouchant dansla voûte du four, Ce type d'appareil se prête ' particulièrement bien, à la régénération   immédiate   du réducteur dans un four annexe aux dépens de la scorie, parce que, dans ce . cas, le réducteur régénéré peut âtre introduit à l'état fondu dans le bain de scorie, ce qui   économise   les calories autrement nécessaires pour le porter à la température de réaotion. 



   Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et illustrés schématiquement, auxquels diverses   modifica-   tions peuvent être apportées sans sa départir de l'esprit de   l'invention.  

Claims (1)

1. R E S U M E .

   L'invention concerne un procédé autogénérateur de calories pour la réduction de minerais de zinc oxydés, ainsi qu'un appareil pour sa mise en oeuvre, et comprend essentiellement les partieu- larités ci-après prises séparément ou suivant toute combinaison :

   1) on utilise, comme réducteur, une substance autre que le carbone et donnant. un produit d'oxydation fixe,c'est-à-dire non volatil et n'accompagnant donc pas la vapeur de zinc produite, laquelle n'est accompagnée que de gaz essentiellement non oxydant et utilise un excès tel dudit réducteur que la com- bustion de cet excès au sein de la masse réactionnelle avec un gaz comburant, notamment de l'air éventuellement enrichi en oxygène ou de l'oxygène pur, insufflé dans cette masse, fournisse celle- ci les calories nécessaires à la réaction de réduction; 2) on utilise un réducteur possédant une chaleur d'oxydation plus grande, de préférence nettement plus grande que celle du carbone tel qu'appliqué dans les procédés autogénérateurs de calories;

   3) on utilise, comme réducteur, du fer ou du silicium métallique, ou un mélange ou un alliage de ces deux éléments ; '4) la composition du réducteur et/ou.. la teneur en oxygène du gaz comburant et/ou la température du gaz comburant et/ou des ' ' Entières réactionnelles,sont réglées de façon à obtenir le sine sous forme de vapeur accompagnée essentiellement'd'azote et à une concentration d'au moins 15 % en volume environ;

   5) les produits-non volatile de ,la réaction,' composés essentiellement des produits'd'oxydation du réducteur et de la gangue du minerai, sont évacués sous forme de scorie fondue; 6) les gaz.. développés par la masse réactionnelle sont conduits en contre-courant à travers la charge à l'état solide une partie de ces gaz étant évacuée vers le condenseur en un point intermédiaire du parcours des gaz, tandis que la partie <Desc/Clms Page number 9> restante est évacuée à la fin do ce parcours, de 'toile façon que cette dernière partie des gaz soit refroidie dans la mesure voulue pour abandonner pratiquement tout son zinc par sur la charge plus froide ;

   7) on introduit la minerai et le réducteur dans un bain fondu de scories', dans lequel. on souffle la gaz comburant, ladite introduction du minerai et du réducteur sa faisant, séparément ou en mélange, soit ,par déversement dans le bain, soit par insuffla*. tion du minerai et/ou du réducteur avec le gaz comburante 8) le réducteur est régénéré à partir des scories évacuées du bain selon 7) et est réintro duit à l'état fondu dans ce bain ;

   9) un appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant le point 6) , comprenant un four à cuve, des moyens pour admettre le minerai et le réducteur à l'état solide à la partie supérieure du four, des moyens pour insuffler le gaz comburant à la partie inférieure du four, des moyens pour évacuer les scories à ltextré- mité inférieure du four, deux sorties pour évacuer les gaz produits se déplaçant en. contre-courant à travers la charge, l'une de ces sorties étant raccordée au condenseur et située en un point inter- médialire dudit parcours, tandis que l'autre est située à la fin . de ce parcours- et est pourvue de moyens de réglage de son débit;

   10) un appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant 'le point comprenant une cuve pour contenir,,un bain fondu de .. scorie, des moyens'.pour insuffler le gaz comburant dans ledit bain, des moyens pour introduire les composants de la charge de minerai et de réducteur, séparément ou en mélange soit par déver- sement dans: le bain/soit par insufflation, dans celui-ci avec le gaz comburant, des moyens pour évacuer les gaz produits au- dessus dudit bain, et des moyens pour évacuer des scories du bain;

   11)un appareil selon 10), dans lequel les moyens pour introduis, le minerai et le réducteur sont constitués par une amenée de réducteur à l'état fondu au-dessus dudit bain, et des <Desc/Clms Page number 10> EMI10.1 !i.J? -:1-- :L.: ¯L:.,Jr:: L-L:.;....1 lu lell.lt3'¯'e..!. ix l t:3:t; 'p:.!.7;-ST-t:.lG:'-fG c.r¯.ì0!...8 EMI10.2 a 'J'c C } 8 c2.:: vvets'.: .",.'cc'i11 dans la partie .k!''1.f3'E'f: du bain ; 1G 'v:i3 procédé cf.t,?'l.ssa!VC.t2C'.s=t ß'iJ.: de calories ';:01J.1. la 7Zç; î,s zz de minerais de zinc oxycôse et appareil pour sa mise en ceu<>m;e, en substance tels que décrits ci...dos;:n,1u avec référence .za dessins EMI10.3 annexés.