<Desc/Clms Page number 1>
Un procédé antérieur est relatif à la dézincification de matières oxydes, en particulier de matières qui, outre du zinc, contiennent également du fer; ce procède se conjugue de préférenoe à . la production de zinc métallique. Il consiste à procéder à la réduotion de 1'* oxyde de zinc à une température supérieure à 600 , de préférenoe sous vide, à l'aide d'oxyde de fer, qui est produit par ré- duotion de la teneur en oxyde de fer.de la matière de départ avant la réduction de l'oxyde de zinc et/ou qui est ajouté à la matière à dézincifier,
et dont la proportion moléculaire Fe/O est supérieure à 3/4 et, pour autant que l'oxyde de fer est formé par réduction en présence de l'oxyde de zino dans une phase de traitement préliminaire particulièrement quand il faut produire du zinc, est inférieure à la proportion moléculaire à laquelle l'oxyde de zino en quantités gênantes est déjà réduit dans cette phase de traitement. selon ae procédé, on peut aussi dézincifier une matière en
<Desc/Clms Page number 2>
@ ordre principal oxyde, contenant du soufre sous forme de sulfure.
Dans le cas de ce procédé, il est nécessaire de chauffer la matière pour la dézincification sous vide, Si, dans ce cas, on pro- duit la quantité d'oxyde de fer nécessaire par une pré-réduction de la matière de départ, on procède déjà au chauffage au cours de cette pré-réduction. Si la pré-réduction a lieu par passage de gaz, le chauffage ne peut cependant être poussé au point où il serait sou- haitable pour la réduction de la combinaison de zinc dans le four sous vide, sans que soit extrait du zinc lors du fonctionnement du four de pré-réduction,
Or, on a trouvé que l'on peut procéder à un chauffage direct de la matière à dézinoifier à l'aide de gaz, avant le chargement du four sous vide:
Dans ce cas, il faut veiller à choisir les eneurs en 00 3 et H2O des gaz d'une valeur élevée telle que l'oxydation du FeO soit encore évitée, mais que, par la présence de 00 et H 0 en
2 2 forte oonoentration, la formation de zinc libre et de ce fait la volatilisation de zinc soit exclue, /
Il est donc avantageux de travailler sous les concentrations d'équilibre du CO2 et de l'H2O aux températures de la matière dans les réaotions :
EMI2.1
Ces concentrations d'équilibre, dépendant de la température, sont connues*
On réussit de ce fait à maintenir la. réduction du fer combiné, provoquée au cours de la pré-réduction, en la forme bivalente, et à empêcher malgré tout dans une grande mesure une dézincification prématurée.
De cette manière, on peut porter la matière à la tempsrature nécessaire lors de la dézincification, à savoir d'environ 800 à 1000 , en 1/4 à 1/2 heure, sans qu'il se présente une dézincification notable.
Le chauffage de la matière pré-réduite peut avoir lieu direc-
<Desc/Clms Page number 3>
,le tement à la suite de la pré-réduction dans le même appareillage, Dans ce cas, on peut travailler avec avantage comnle suit : lors du chauffage en vue de la pré-réduction de la fraction d'oxyde de fer, il est fait usage de gaz de gazogène ou de gaz d'éclairage, partiel- lement pré-brûlé, qui est chauffé par la combustion, et transmet sa chaleur à la matière tout comme il réduit les oxydes de fer supéri- eurs, Dès que la pré-réduction de l'oxyde de fer a été effectuée jus- qu'au degré souhaité, et que l'on a atteint une température qui, si elle est dépassée, serait à l'origine d'une volatilisation du zinc,
le gaz de chauffage et de réduction est 'brûlé avec plus d'oxygène et ensuite envoyé au travers de la matière à chauffer à une vitesse aussi faible que possible, la combustion partielle du gaz étant ré- glée de telle sorte que, selon les équations données, il ne se pré- sente pas encore d'oxyda)ion du monoxyde de fer. Il est particuliè- rement favorable, surtout pour le chauffage subséquent, de brûler un gaz particulièrement riche avec de l'air préchauffé, de manière à atteindre ainsi le même effet de chauffage avec une quatité de gaz plus faible, ce qui diminue encore le danger de dézincification.
Le procédé conforme à l'invention est particulièrement approprié à la dézincification de résidus jusqutà des teneurs très basses en zinc, titrant de préférence de 1 à 5 % de zinc, en vue d'augmenter leur valeur comme minerai de fer.
Le réglage de la composition.du gaz a lieu de la manière la plus simple en produisant un gaz de chauffage partiellement brûlé, c'est-à-dire qu'on fait brûler de l'air dans le gaz de chauffage, et on règle alors l'admission d'air et de gaz suivant le degré de combustion nécessaire.
Si on doit chauffer une matière à la température de dézinoi- fication, matière pour laquelle une pré-réduction n'est pas nécessai- re, le chauffage entier peut avoir lieu à l'aide d'un gaz contenant du 00 et du H2O, qui répond aux oonditions énoncées ci-avant.
Ce procédé de chauffage s'applique d'une manière particuliè- rement favorable, lorsque la matière à dézincifier est pelletisée
<Desc/Clms Page number 4>
avant la dézinoifioation, éventuellement avec avantage déjà avant la pré-réduotion.
Par un chauffage suivant l'inventiôn, éventuellement chauf- fage complémentaire de la matière pré-réduite, il est même possible de se passer de chauffage complémentaire dans la phase de dézinoi- fication.
En outre, on peut prévoir dans la phase de dézincification des agents de transmission calorifique, par'exemple sous forme de boulets de corindon chauffés, en tant qu'accumulateurs de chaleur.
En ce cas, il est possible d'ajouter ces agents de transmission calo- rifique complémentaires à la matière à traiter déjà lors de la pré- réduction, et de les chauffer en même temps,
Si on utilise la matière à dézinoifier sous forme de pellets, d'un diamètre aussi semblable que possible, la dézinoifioation sous vide peut alors avoir lieu sans mettre la matière à dézinoifier en mouvement, ce qui représente également une économie, étant donné que l'on peut utiliser des appareils sous vide fixes. Il est avantageux de ohoisir pour les pellets et les agents de transmission calo- rifique complémentaires, par exemple les boulets de corindon, des dimensions différentes, de sorte qu'on puisse séparer les dits agents par tamisage et les réutiliser.
Il est également possible de chauffer directement la matière à réduire par le courant électrique. on y arrive en préchauffant la matière à dézinoifier d'abord à une température de 6000 minimum, de préférence de 800 au moins, On a constaté que la matière oxyde de- vient, à cette température, conductrice à un point tel que le passage du courant est possible à des tensions relativement faibles, Si la matière est plus froide, on ne peut appliquer un chauffage électrique par résistance, car il faut appliquer des tensions plus élevées et il se produit alors une soorifioation;
par suite de la bonne conduo- tibilité du laitier comparativement à la charge froide, non encore soorifiée, le courant passe complètement par le laitier et ne sert pas au chauffage de la partie non scorifiée. La dézinoifioation de
<Desc/Clms Page number 5>
la matière scorifiée est beaucoup plus compliquée que celle de la même matière en morceaux,
Afin d'éviter de manière certaine la scarification, il est nécessaire en premier lieu de n'appliquer le chauffage par le courant électrique qu'après avoir dépassé une température minimum, En'outre, ' 'il se recommande de ne pas choisir des dimensions trop faibles pour le four,
afin de pouvoir procéder au chauffage avec un rapport rendement de chauffage/unité v'olumétrique aussi bas que possible par suite du rayonnement plus faible par unité volumétrique dans le cas de grands volumes,
Ici aussi, il est avantageux de mettre la matière en oeuvre sous forme de pellets, bien que le nombre de points de contact entre les particules - surtout en cas d'utilisation de pellets de même forme - soit défavorable et par exemple beaucoup plus. faible que si on utilise une matière pulvérulente,. Le zinc formé peut sortir rapidement de la matière pelletisée, qui laisse un espace libre suffisant pour la diffusion du zinc vers le condenseur.
En cas d'utilisation de pellets sphériques de mêmes dimensions, il existe une grandeur optimum pour la dézinoifioation aveo chauffage électrique direct. Si oa la dépasse, dans le cas de la puissance électrique nécessaire au chauffage, il y a de trop fortes densités de courant en des points de contact très peu nombreux seulement, et il peut s'en suivre une surohauffe et une soorifioation.
Si, par contre, on reste en deçà de la grandeur optimum, la dézinoifioation est menacée d'autant plus que le tamisage pour obtenir des pellets de dimensions égales est difficile. Lgrandeur optimum des boulets dépend de la composition de la matière et du degré de réduotion de la fraotion de fer. Ainsi par exemple, pour la pyrite et une pré-réduction jusqu'à l'oxyde de fer bivalent, la grandeur optimum des boulets est de l'ordre de 2 mm.
Pour éviter la soorifioation, il est généralement avantageux d'éviter la pré-réduction jusqutau fer métallique, même des fractions de la teneur en oxyde de fer. pendant le chauffage de 800 à 1000 , la
<Desc/Clms Page number 6>
résistance ne se modifie que du faoteur 10, lorsque la pré-réduction a été effectuée uniformément jusque-l'oxyde de fer bivalent, de sorte qu'une réduction complémentaire sous formation de fer métalli- que en vue de diminuer la résistance n'est pas nécessaire.
Dans le-cas du'procédé conforme à l'invention, il n'est pas non'plus nécessaire que la dézincifioation ait lieu sous vide. Elle peut aussi avoir lieu dans un courant d'azote, auquel cas l'utilisa- tion de pellets ayant à peu près les mêmes dimensions se révèle par- ticulièrement favorable. En général, on accorde la préférence à la dézinoifioation sous vide, étant donné que pour une dézinoifioation dans un courant d'azote,' il faut de grandes quantités d'azote, qui doivent être maintenues en circuit et être continuellement réchauf-- fées et refroidies.
Dans le cas d'utilisation d'un courant d'azote en vue de la dézincification, le zino obtenu ne se présente que très rarement sous forme compacte, mais bien la plupart du temps sous forme pulvérulente.
Le procédé du chauffage électrique direct de la matière lors de la dézinoifioation est également avantageux lorsque le zino doit uniquement être extrait de la matière, et non récupéré de celle-ci.
Dans ce cas, la dézinoifioation peut avoir lieu à l'aide d'un gaz, par exemple d'azote, ou bien le gaz réducteur nécessaire à la pré- réduction peut servir en même temps à l'extraction du zinc. Dans ce cas, déjà pour la pré-réduotion par le chauffage électrique direct, on procédera à un chauffage dans la zone de température où le zino est volatilisé.
Le chauffage électrique direct nécessaire à la dézinoifioa- tion peut s'appliquer non seulement à des matières où le zino est présent sous forme de sulfure ou d'oxyde libre, mais aussi à des ma- tières où le zino est en combinaison d'une autre manière, par exemple dans la ferrite ou dans le silicate de zino.
Le procédé est expliqué de plus près à l'aide des quelques exemples oi-après.
<Desc/Clms Page number 7>
EXEMPLE 1.-
Un résidu de pyrite de la composition suivante :
40 % de fer sous forme de Fe2O3 8 % de zino
3 % de soufre sous forme de sulfure
10 % de bioxyde de silicium
3,5 d'oxyde d'aluminium
1,7 % d'oxyde de calcium reste : oxygène et quantités minimes d'autres oonsti- tuants répondant à la granulométrie :
18 d'une granulométrie supérieure à 0,1 mm
82 d'une granulométrie inférieure à 0,1 mm dont 55 % d'une granulométrie inférieure à 0,06 mm a été transformé, à l'aide d'environ 6 % d'eau, en pellets de la grosseur d'une noisette.
Les pellets furent enfournés dans un four à ouve, recevant par le dessous du gaz d'éclairage chaud, partiellement brûlé, se trouvant à une température de 850 . La combustion partielle fut provoquée en faisant brûler dans le gaz d'éclairage de l'air préchauffé, admis dans le oourant gazeux par des tuyères en forme de brûleurs, pour une proportion quantitative allant jusqu'à 1 partie d'air pour 1 partie.de gaz d'éclairage, le gaz partiellement brûlé convenait encore à la pré-réduction. cette dernière fut poussée jusqu'à un point où le fer présent fut réduit entièrement à la forme bivalente.
Une réduction plus poussée est anti-éoonomique, étant donné que lors du chauffage subséquent au moyen de gaz, un fer métallique s'oxyde en fer bivalent.
Dans la. partie médiane du four à cuve, on a admis de l'air excédentaire pré-chauffé, servant à la combustion complète du gaz', qui était passé dans le four, à la partie inférieure servant à la
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
pr-réduot1on. La charge glissant 4 la rencontre du courant gazeux fut gril16d k la.
partie supérieure par le courant gazeux contenant de l'aie, dtune température d'environ 9000 actuellement, et sa oha.- leur restante servit encore au séchage de la matière fraîche. Après un temps de séjour normal de 10 heures dans le four à cuve, la quantité de gaz admise fut étranglée et la quantité d'air nécessaire à la combustion partielle fut augmentés de manière oontinue selon la température de chauffage, de telle sorte quil ne se présentât pas
EMI8.2
de réduction complémentaire, iiiaîs non plus de roxyd.ation par suite d'une trop forte teneur du gaz en CO2 ou en H2O.
La combustion fut conduite de manière qu'il n'y eût pas d'oxygène libre dans le gaz
EMI8.3
de chauffage partiellement brûlé.
Apres 1/4 d'heure environ, les -pellets furent de cette ma- nière chauffés de 800 à 1000 environ dans la. partie inférieure du
EMI8.4
four à cuve en une quantité suffisant à une dézincifioation sous vide, et lurent déchargés dans une poche. L'air fut chassé de cette
EMI8.5
poche par du 'gaz. La poche a, qui est représentée à titre à'exeinple .'l fîgulte 4 fut ensuite fermée en posant le couvercle b, et on y fit le Vide à l'aide d'une pompe à huile xotative, raccordée en g.
Après une heure, la température n'était tombée qu'à 850 . La. près- 8iOn dttit en uoyoeme de 0*3 torr. La matière se trouvait dans un panier d àe 1 a de d3tz$ et de 3 Dl de hauteur* situé dans la poeue. Oells-oi était eutou e de cinq tôles oonoentr.,ùes, réfléchis- 8antes ,e.,. , a68 entre elles et respectivement de la paroi de la poche et .-du panier par une distance d'environ 15 mm seulement,
EMI8.6
En Vue de 3epr&t@3' les tôles de rayonnement d'une manière claire, la figure n'leat pas à 3.he33e; ces tôles pe=i:reut de tenir le 1*,YoiMt ut de la niaa3.ur à une va-leur très faible. Il n'y avait 1*Q de cl1&ut 4timw:r, Le zinc était condensé Intérieurement à. là paroi de la poche rssroidie extérieurement par l'air.
La te- ?0* -restd.1ïe - rinc de la matière était de o. 3 %. La perte de cha- 3-SNr QIQ lu nbami 4Ùl:QS la poohe était de O6 "'/om2 de surface de paia', & jea de iouae yllMMLque de ce dernier avec surface nininna
<Desc/Clms Page number 9>
et volume de 1 m3. Les tôles de rayonnement ont la forme d'une coupe et sont fixées à l'aide de briques-supports 1 d'écartement, qui portent en même temps le poids du panier. Le couvercle également est protégé par des tôles de rayonnement g1 ... g5, qui'sont maintenues par de minces supports
Les tôles e1 ... étaient perforées en quinconce, aux fins de laisser arriver le zinc séparé par distillation à la paroi extérieure non isolée de la poche a, et par conséquent relativement froide.
Les pellets obtenus sont durs, dézincifiés, désulfurés, et refroidis, et ils conviennent au transport et au traitement dans le haut-fourneau où ils sont transformés en fonte.
EXEMPLE 2.- (essai avec modèle réduit) :
353 gr de résidu de pyrite transformés en boulets (pellets) de 7 à 8 mm, titrant environ 40 % de fer, 10 % de zino, 5 % de soufre, 10 % SiO2, 5 % Al2O3, le reste étant de l'oxygène en combinaison ainsi que d'autres constituants mineurs, servirent à remplir un tube 1 placé verticalement, de 45 mm de diamètre intérieur, entre deux électrodes de fer 2 et 3 (cf. figure 2). La charge fut ohauffée à 1000 par un four électrique 4 à résistance, extérieur, et il fut admis 600 litres d'air µ ltheure par la conduite 5. Le gaz de grillage quittait le tube 1 par la conduite 6.
La matière grillée contenait après grillage 10,9 % de zinc et 0,37 % de soufre. La perte en poids comporta 29 gr au grillage. La résistance électrique des pellets était supérieure à 106 # à la température ambiante.
Le four fut à nouveau rempli de 72 gr de matière et cette dernière, à 1000 , fut traitée à l'aide de 600 litres de gaz à l'heure de la composition suivante : 15 % vol. 00, 25 µÉ voi, CO2, 60 % vol. azote. Le gaz accusait dono la composition dun gaz de gueulard faible.
Après passage de ce gaz pendant une durée de six heu-. res, on détermina une teneur en zinc de 5,0 %, en fer de 49,24 % et en soufre de 0,16 %. A la température ambiante, la résistance des pellets était de 14.103 #. La perte de poids fut de 39 gr au cours de
<Desc/Clms Page number 10>
cette réduction. par mise sous vide du four par 5 et 6, 199 gr de la matière réduite furent amenés à 0,1 torr et dézincifiés à 1000 . Après 4.1/2 heures, la teneur en zino était de 0,25 %. La résistance électrique des pellets était, à la température ambiante, de 5.103 #.
Au cours de la dézincification SOUS vide, on fit traverser la charge par un courant électrique au moyen des électrodes 2 et 3.
Les électrodes 2 et 3 étaient comprimées contre la charge à l'aide des tubes en céramique 7 et 8, de sorte qu'était garanti un bon contact avec la charge. Les électrodes sont introduites par les systè- mes 9 et 10. pour une tension nécessaire aux bornes de 10 V, l'intensité du courant put être poussée jusqu'à 3 A, sans que se présenta de scorification dans la oharge, Le rendement de chauffage oompor- tait 0,15 W/gr de poids de la charge.
Au cours d'un essai analogue sur modèle réduit, portant cependant sur des pellets d'un diamètre plus faible, à savoir de 3 à 5 mm, on pût pousser jusqu'à 10 A à 10 V, ce qui correspond à un rendement de chauffage de 0,33 W/gr de poids de la charge.
Aveo ce rendement de 0,33 W/gr, au cours de la dézinoification, la puissance électrique du four 4 dût être fortement freinée, afin de ne pas dépasser la température de 1000 .
Se référant à cet essai sur modèle réduit, on peut dono, sans qu'il se présente de soorifioation, arriver à un rendement de chauffage électrique, qui, en oas d'agrandissement du four jusqu'à un ordre de grandeur de 1 m3, suffit à compenser les pertes par rayon-) nament et, en outre, à ohauffer la charge en peu de temps d'environ 800 à 1000 .
Sur la base des résultats de cet essai sur modèle réduit, on peut mettre le procédé conforme à l'invention en oeuvre suivant exemple 3.
EXEMPLE 3.-
La figure 3 représente un récipient en fer, qui est pourvu de tubulures 12/13 pour les amenées 14/15 aux électrodes 16/17. Les
<Desc/Clms Page number 11>
amenées pour les électrodes sont rendues étanches à ltaide des tampons 18/19. Le four est entouré d'une maçonnerie 20, dans laquelle sont aussi incorporées les amenées aux électrodes. La maçonnerie sert à l'isolement électrique et thermique, Le récipient est remplie sous admission de gaz de gueulard, de pellets 21 pré-réduits de 3 à 5 mm, chauffés à 800 , tels que décrits à l'exemple 2. Après remplissage, le couvercle 22 est-posé et on fait le vide dans le récipient par la tubulure 23.
Le joint 24 en caoutchouc rend le four étanche lors de la mise sous vide. Le couvercle est protégé de la charge chaude par des tôles 25 de rayonnement, et est refroidi extérieurement par ruis- sellement d'eau au cours du chauffage sous vide. L'écartement des électrodes 16/17 est de 1 m. Pour une température des pellets de 8000 1000 V sont nécessaires pour faire passer 1500 A par la charge qui accuse une section de 1 m2. Après passage pendant une,heure du courant électrique, maintenu constamment à 1500 A, pour lequel il ne faut plus que 100 V une fois la température de 1000 atteinte, on admet de l'air dans le four de dézinoifioation, et la charge est évacuée par basoulage du four.
La teneur en zino des pellets ntest plus alors que de 0,2 %. Du zinc compact 26 se sépare au côté intérieur du couvercle.
EXEMPLE 4.- .Dans le cas de l'installation suivant figure 4, on dispose les électrodes 27 et 28 concentriquement dans un four, L'électrode 28 a la forme d'un panier perforé, dans lequel se trouve la charge 29, L'électrode 28 est entourée de tôles 30 de rayonnement perforées en quinconce. Le repère 31 figure la paroi extérieure du four, où on peut faire le vide par 32. La charge 29 est admise à l'état préohauffé et est amenée à la température de dézinoifioation par la chaleur développée entre les électrodes 27 et 28. La vapeur de zinc s'échappe par les perforations de l'électrode 28.
Les tôles de rayonnement peuvent protéger la paroi 31 du réservoir contre le rayonnement de la ohaleur de telle sorte que le refroidissement normal à l'air suffit pour la condensation du* zinc 4 cette paroi 26. L'électrode 27
<Desc/Clms Page number 12>
peut être refroidie de l'intérieur par de l'air. La charge paroour'le dispositif dans le sens de la flèche 33 de haut en bas., d'o@ sort de l'installation,