BE546865A

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Publication number: BE546865A
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Description


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   La présente invention se rapporte à un procédé d'obtention de vapeur de zinc, condensable en zinc liquide, à partir de matières brutes oxydées et au moyen d'agents réducteurs renfermant du carbone, en se servant d'un chauffage par résis- tance électrique. 



   L'obtention de zinc métallique par voie électrothermique, surtout à partir de résidus de blende zincifère en four arc est connue et par exemple décrite sommairement dans Trans.AIME (1936), 121, p.573. De même sont décrits des procédés plus ré- cents pour traiter des minerais de zinc contenant du fer, ob- tenant en l'occurence en plus du zinc soit une matte sulfurée avec par exemple 58% de fer,   27,4%   de soufre et 7,8% de cuivre, ou un fer fondant vers   14500.   C avec au moins 1,5 à   2%   de carbone. 



  D'autres procédés opèrent avec un chauffage par résistance à 

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 travers une scorie contenant du zinc, avec une couche de coke répandue et en ajoutant une scorie fluide de four douve pour plomb contenant du zinc. 



   Un certain nombre de procédésont trait à l'obtention   électrothermique   du zinc dans un four à arc, en partie avec emploi   de teneurs   élevées en oxyde de fer, de 5 à 25 % en poids dans la scorie silicatée, en partie avec des teneurs en oxyde de fer entre 2 et 7% en poids qui doivent être entretenues dans la scorie pour maintenir leur intervalle de fusion à d'es tem- pératures voisines de   1300    C.

   Cette teneur en oxyde de fer doit être d'au moins 1% lorsqu'on a affaire, comme corps de fond, à une matte sulfurée comprenant du fer, du cuivre, de l'argent et de l'or. de 
Les fractions en oxydes de fer 2 à   7%   conjointement avec un rapport d'oxyde de calcium et de silice de 0,8:1 à 1,4:1 donnent vers 1300  C une masse fondue à grande fluidité avec une fraction importante en fayalite   Fe2Si04,   qui de son coté a le pouvoir de dissoudre l'oxyde de zinc. Ceci est via- ble dans une plus forte mesure encore pour un procédé qui opère avec des teneurs en oxyde de fer entre 5 et 20% en poids de fer, cas où seulement avec des teneurs élevées en oxyde de    fer un rapport oxyde de calcium-silicice de 0,6 :1 doitêtre ad-   mis.

   Il est en outre établi que, lorsque la teneur en oxyde de fer est inférieure   à   environ 5%, le rapport oxyde de calcium-silice doit approcher de la limite de 1:1. Une telle scorie possède aussi un fort pouvoir dissolvant de   l'oxyde -   de zinc, comme cela est indiqué par exemple dans le brevet américain   2.693.410,   avec 5,8% de zinc, soit   7%   d'oxyde de sine. 



   Par rapport à ces procédés .qui en partie opèrent avec Chauffage à l'arc de la charge, en partie avec chauffage com- biné   à' l'arc   et par résistance, l'objet de la présente demande 

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 constitue un progrès technique important. 



   On a trouvé présentement que l'on parvient à obtenir une vapeur de zinc condensable en zinc liquide à partir de matières brutes oxydées, avec des agents réducteurs contenant du carbone et'dans un four avec chauffage par résistance électrique, lors- que 'le contenu du four dans l'intervalle opératoire de 1300 
1400  C se compose de trois couches superposées, parmi lesquelles la plus basse consiste en une couche liquide formée de siliciures métalliques et métaux exempts de soufre, la couche médiane en une couche liquide formée de silicates avec les composants oxyde de calcium, oxyde de magnésium et oxyde d'aluminium, et la couche supérieure se compose d'oxyde de zinc solide et de matière contenant de carbone, en l'occurence la couche silicatée comportant moins de 2% d'oxyde de fer et pré- sentant un rapport oxyde de calcium-silice inférieur à 0,8 :1. 



   La couche inférieure liquide, consistant en des métaux et des siliciures métalliques,est fondue à la mise en marche du four soit par introduction de ferro-silicium ou de préférence on la prépare par réduction de scories contenant du silicate de fer, par exemple de scorie de haut-fourneau, avec du coke en four à zinc. Ce bain de métaux et de siliciures contient plus de   20 %   de fer et plus de 20 % de silicium, ainsi que d'au- tres métaux lourds non liquides, et il est pratiquement exempt de soufre et de carbone. Au cours du processus dans le four, cette couche s'accroît dans la mesure où les oxydes de métaux lourds du genre cité sont introduits et réduits avec la matière brute contenant du zinc.

   De temps à autre on évacue donc un excès de ce bain métallique silicié pour qu'il subsiste en- core dans le four un bain de quelques centimètres à un demi- mètre, maximum. La couche silicatée liquide médiane doit con- tenir des fractions importantes d'oxyde d'aluminium. Par   une   addition d'alumine on atteint une conductibilité électrique 

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 spécifique appropriée vers 1300-1400 C et on réduit ou exclut en même temps la solubilité de l'oxyde de zinc dans la couche de silicate. La couche supérieure solide de la charge du four se compose d'oxyde de zinc et de matière contenant du carbone, de préférence sous la forme de coke de houille. 



   La résistance de chauffage électrique du four est   formée   en commun par les couches liquides métalliques et   silicatéeo,   et la section conductrice peut être modifiée par la profondeur de plongée des conducteurs d'alimentation dans ces couches. 



  On   rgle     la.hauteur   de couche de ces deux couches par deux orifices superposés d'écoulement pratiqués dans le four. Ainsi il est possible également de modifier la hauteur absolue de la couche silicatée conductrice du courant et sa section élec- triquement conductrice. Les conducteurs d'alimentation se com- posent de deux ou plusieurs barreaux de graphite, mobiles sur- tout à la verticale, ou se composent encore de conducteurs similaires résistant à la chaleur. 



   Selon l'invention une scorie ayant la composition suivante s'est avérée particulièrement appropriée au but visé: 
40-60 % en poids de SiO2   8-25 %   en poids de   A1203   
0-20 % en poids de MgO 
0-32 % en poids de CaO, ici la somme oxyde calcium   +   oxyde de magnésium s'élevant au moins à 10 % en poids et la teneur en oxyde de fer ne devant pas dépasser 2% en poids. 



   Les formateurs de scorie présents dans la matière mise en jeu sont ajustés à l'aide d'additions de composition caractéri- sée et ils sort éliminés du four sous la forme d'une sccrie liquide suivant le besoin. Ces scories sont pratiquement exemptes de zinc. 



   Un autre objet de la présente invention est le dosage 

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 approprié des agents réducteurs en rapport avec les matières brutes oxydées. On mélange tout d'abord l'agent réducteur, par exemple le coke de houille, au minerai zincifère oxydé granu- leux en proportion stoechiométrique exacte correspondant à la somme des oxydes de zinc, nickel, cobalt et cuivre. Lorsque le minerai chargé et/ou le coke contient des composés du fer, pn ajoute une fraction de coke telle, au delà du rapport cité plus haut, que pour chaque mole d'oxyde 'de fer à réduire il ne puisse y avoir que jusqu'à 2 moles de silice réduites en même temps. 



   De cette manière la scorie demeure pauvre en fer et on obtient une quantité suffisante de siliciures de fer dans la couche de fond. Lorsque la charge contient très peu ou pas de métaux du groupe fer, cobalt et nickel, on ajoute à la charge une quantité de moins de   2%   en poids des oxydes métalliques correspondants. 



   Si la quantité de phase métal-siliciure dépasse la mesure sou- haitée, on l'élimine du four. Ces alliages fer-silicium sont pratiquement exempts de soufre et de carbone et fondent entre 
1250 et 1300  C. Ils servent de collecteurs et à l'enrichisse- ment des métaux lourds contenus dans les minerais introduits, par exemple le nickel, le cobalt, le cuivre. En outre, la for- mation de siliciures à partir de silicates s'interpose à une dose,excessive temporaire d'énergie électrique appliquée qui pourrait sans cela aboutir à des surchauffes de la charge ou à une fusion de la maçonnerie du four.

   Etant donné que la quantité de carbone introduite est réglée par rapport aux équi- valents d'oxyde de zinc et des autres oxydes   métalliques,,il   n'y a plus, passé la quantité citée ci-dessus, que le graphite des conducteurs d'alimentation pour donner lieu à une réduc- tion indésirable des silicates dans certaines circonstances, phénomène que l'on remarque vite à cause de la variation de résistance du four et que l'on peut stopper.      



   Le-progrès technique de la présente invention consiste 

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 donc en une production de vapeur de zinc au moyen d'un chauffa- ge par résistance, sans arc, par l'intermédiaire d'une couche liquide métallique et d'une couche liquide silicatée, avec transmission de l'énergie appliquée à une troisième couche solide se trouvant sur celles-ci, couche dans laquelle le ré- duction de l'oxyde de zinc s'effectue. La couche de silicate n'a, par suite de sa composition et de sa température, aucun pouvoir dissolvant sur l'oxyde de zinc, mais en revanche elle possède dans le domaine de température correspondant   un.#   conductibilité électrique constante. L'oxyde de zinc chargé est converti en vapeur de zinc à raison de   99%   et plus à l'aide de la quantité de carbone équivalente aux oxydes métalliques. 



  Les autres métaux lourds introduits avec la matière brute con- tenant du zinc se présentent exempts de carbone et de soufre à L'état de métaux et de siliciures métalliques, sous la forme liquide. Cette phase métallique liquide contribue à la constance énergétique du procédé et s'enrichit des métaux en traces in- troduits. Par la température opératoire relativement basse de 1300 à 1400  C et les conditions de travail améliorées rappor- tées plus haut, la vapeur de zinc dégagée est capable de bien se condenser, sans formation importante de trass. 



  Exemple 
Dans un four à zinc fermé de 1,2 m3 de capacité utile et avec un taux de charge de 180 KW/heure on introduit à l'heure 90 kg d'un mélange se composant de 100 parties d'oxyde de zinc technique contenant du calcium et du magnésium, 15 parties de coke, 7 parties de gravier de quartz, 6 parties de chamotte alumineuse. Ce mélange contient 68 parties de zinc et forme 27,6 parties de scorie. La température du four est de 1360 ¯ 40 C. Au cours de 24 heures on obtient 880 kg de zinc régulin, soit 77 % de la valeur théorique, 352 kg de poudre de zinc à 72   %   dé Zn, soit 22,1 % de la valeur théorique, 440 kg de scorie 

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 avec 42% de SiO2,   20,4%   de CaO,   15,0 %   de MgO,   21,0 %   de   A1203,   1,1% de FeO et 0,2% de ZnO.

   Au cours de 5 jours on obtient partir du même mélange 42   kg   de matte de fond avec   39,3%   de Fe,   42,4 %   de Si,   10,3 %   de Ni, 3,0% de Co,   3,5 %   de Mn, 0,6 % de Cu, en-dessous de   0,2 %   de S et en-dessous de 0,2% de C, en l'occurence les métaux non-ferreux provenant des corps mélangés à l'oxyde de zinc, La conductivité spécifique de la scorie   silicatée   entre 1320  C et 1400  C demeure pratiquement constante. 



   REVENDICATIONS. 



   1.- Procédé d'obtention de vapeur de zinc condensable er. zinc liquide à   partir'de   matiéresbrutes oxydées, avec des agents réducteurs contenant du carbone et dans un four avec chauffage électrique par résistance, caractérisé en ce que le contenu du four, dans l'intervalle opératoire de   1300 à     1400 C,   se compose de trois couches superposées parmi lesquelles la couche la plus basse est une couche liquide formée de siliciu- res métalliques et de métaux exempts de soufre, la couche moyen- ne est une couche liquide composée de silicates avec les com- posants oxyde de calcium, oxyde de magnésium et oxyde d'alumi- nium, et la couche supérieure se compose d'oxyde de zinc solide et de matière contenant du carbone,

   la couche silicatée com- prenant moins de 2% d'oxyde de fer et présentant un rapport oxyde de calcium-silice inférieur à 0,8:1.

Claims

2. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en,ce que l'on ajoute 3 la' couche silicatée 8 à 25 % en poids d'oxyde d'aluminium pour obtenir une conductibilité électrique spéci- fique appropriée dans l'intervalle de température de 1300 à 1400 C et pour diminuer la solubilité de l'oxyde de zinc dans cette couche silicatée. <Desc/Clms Page number 8>

3. - Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérise en ce que la r6sistance de chauffage du four est formée par les couches liquides métallique et silicatée en commun, et en ce qu'elle peut être réglée par les amenées de courant dont on peut modifier la profondeur de plongée dans ces couches.

4. - Procédé suivant les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la masse fondue servant au chauffage par résistance est formée de 40 à 60 % en poids de silice, 8 à 25% en poids d'oxyde d'aluminium, 0 à 20 % en poids d'oxyde de magnésium et 0 à 32 % en poids d'oxyde de calcium, la somme de l'oxyde de calcium et de l'oxyde de magnésium s'élevant au moins à 10% et la teneur de 2% en poids d'oxyde de fer ne pouvant pas être dépassée.

5. - Procédé suivant les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les formateurs de scorie présents dans la matière chargée sont adaptés par des additions convenables à la masse fondue silicatée caractérisée dans la revendication 4, de maniè- re à ce qu'on puisse éliminer du four une scorie liquide prati- quement exempte de zinc..

6. - Procédé suivant les revendications 1 a 5, caractérisé en ce qu'il existe dans le four de réaction une couche de sili- ciures de fer et d'autres métaux lourds'non volatils, qui con- tient plus de 20% de fer et plus de 20% de silicium et qui est pratiquement exempte de soufre et de carbone.

7. - Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est contenu dans le mélange de réaction une fraction en agentsaréducteurs contenant du carbone, en supplément de la quantité nécessaire à la réduction de l'oxyde de zinc, fraction telle.que pour chaque mole d'oxydes de métaux lourds il puisse y avoir jusqu'à 2 moles de silice qui sont réduites en même temps.