<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention se rapporte à un procédé métallurgique pour affiner du plomb sous vide afin d'en éliminer le zinc. Plus particulièrement, elle concerne un procédé en discontinu pour éliminer le zinc du plomb sous vide.
On peut mettre l'invention en oeuvre avec n'importe quel plomb qui contient du zinc, et'.elle est particulièrement utile pour le traitement du plomb obtenu dans un procédé bien connu de désargentation dans lequel l'argent contenu dans le plomb en est extrait sous forme d'un composé zinc-argent insoluble en ajoutant du zinc au plomb. Conformément à ce procédé connu, on sature de zinc le plomb contenant de l'argent, à environ 482 C, et on refroidit à son point de solidification le plomb ainsi saturé.
Après élimination du composé insoluble zinc-argent, qui se rassemble sous forme d'une croûte sur le plomb en fusion, et de la totalité du composé insoluble qui se rassemble sur le plomb refroidi, le plomb résiduel contient encore de 0,5 à 0,6% de zinc dont la teneur doit être réduite au cours de l'affinage ultérieur du plomb à des valeurs inférieures, et habituellement bien inférieures, à 0,05%. L'avantage principal de la présente invention réside dans le fait qu'elle vise un procédé permettant de volatiliser rapidement le zinc contenu dans du plomb.
Un autre avantage important de la présente invention réside dans le fait qu'elle concerne un procédé dans lequel la teneur en zinc du plomb désargenté est réduite de façon efficace et extrême- ment rapide à moins de 0,05%. Ces avantages ainsi que d'autres apparaîtront au cours de la description détaillée qui va suivre de la présente invention.
Conformément à l'invention, on volatilise le zinc contenu dans une masse en fusion de plomb contenant du zinc en maintenant cette masse sous un vide tandis qu'on fait circuler le métal en fusion de la masse jusqu'à la surface de cette masse et à partir de ladite surface en projetant le métal sur un trajet tel qu'il s'écoule radialement vers l'extérieur, dans toutes les directions, sur la surface de la masse, depuis une zone de cette surface en direction de la périphérie de la masse, à une vitesse suffisante pour créer et maintenir des ondulations sur la surface de la masse, et on condense le zinc volatilisé pro- venant de la masse.
L'écoulement radial ainsi que la création et l'entretien d'ondulations sur la surface de la masse en fusion pendant le procédé ont une importance cri- tique pour l'obtention de vitesses élevées d'élimination du zinc contenu dans le plomb, lors de la mise en pratique de l'invention. De préférence, on obtient l'écoulement radial sur la surface de la masse en libérant un jet emprisonné de métal dans une direction ascendante, à la surface de la masse, ou bien au-dessus ou au-dessous de celle-ci, la vitesse du courant libéré étant suffisante pour créer et entretenir des ondulations sur la surface de la masse. Pour l'obtention de résultats optima, un jet emprisonné est libéré dans une direction verticale, au-dessous et au voisinage de la surface de la masse.
La vitesse d'élimination du zinc est encore fonction de la nature et de l'importance des ondulations produites et entretenues dans le métal cir- culant radialement sur la surface de la masse. Ainsi, on obtient des résultats excellents quand le courant de métal sur la surface de la masse est tel qu'il détermine la formation d'ondulations sur la majeure partie de cette surface.
On obtient des résultats encore meilleurs quand les ondulations se produisent' sur la surface entière de la masse.
Dans l'un et l'autre cas, les résultats sont améliorés quand il se forme des ondulations grossières et de forme irrégulière. On obtient des résul- tats encore âméliorés quand l'amplitude de certaines au moins des ondulations est telle qu'elle produit des ondulations en forme de vagues brisées, c'est- à-dire des ondulations dont l'amplitude est telle que la vitesse d'avance de la crête des ondulations est différente de celle de la masse de l'ondulation. Par leur aspect et leur forme, ces ondulations brisées sont similaires aux vagues de l'océan crêtées d'écume.
En général, on a constaté que lorsque des ondulations ont une amplitude d'au moins 7,6 cm au voisinage de leur source, certaines au
<Desc/Clms Page number 2>
moins des ondulations se brisent..,
De préférence, on utilise un seul courant vertical projeté vers le haut et emprisonné, se produisant dans l'axe géométrique vertical de la masse ou au voisinage de cet axe et parallèlement à celui-ci. On règle la vitesse ascendante et le point de libération du courant emprisonné pour produire l'action d'ondulation désirée à la surface de la masse. De préférence, le courant em- prisonné est libéré à une hauteur déterminée au-dessous de la surface de la masse et à une vitesse suffisante pour produire des ondulations ayant une ampli- tude d'environ 7,62 à 15,2 cm.
Lorsque l'écoulement radial superficiel de la présente invention a été obtenu par la libération d'un courant emprisonné orienté vers le haut, une circulation générale du métal en fusion centrée sur le courant emprisonné s'éta- blit. Ainsi, le métal en fusion provenant du courant emprisonné circule radiale- ment vers l'extérieur dans toutes les directions sur la surface de la masse, depuis la zone de cette surface qui correspond au point de libération du courant emprisonné, puis ce métal circule vers le bas et vers l'intérieur en direction de la source du courant emprisonné, ce qui renouvelle continuellement la surface de la masse.
Avec le courant emprisonné unique, projeté verticalement vers le haut et situé centralement, qui est libéré sous la surface de la masse, un amas turbulent, de forme analogue à un champignon, de métal fondu en circulation se forme à la surface de la masse qui est située au-dessus du point de libéra- tion du courant emprisonné. A partir de l'amas, le métal s'écoule radialement vers l'extérieur, en des quantités sensiblement égales, dans toutes les direc- tions vers la périphérie de la masse, puis vers le bas et vers l'intérieur en direction de la source du courant projeté, source qui est de préférence située profondément dans la masse.
De préférence, lors de la mise en oeuvre du procédé, on maintient l'atmosphère au-dessus de la masse en fusion sous une pression absolue qui ne dépasse pas environ 1,0 mm et qui est de préférence comprise entre 0,01 et 0,1 mm de mercure. De préférence également, la masse en fusion est maintenue à des températures de 482 à 649 C et, de préférence encore, d'environ 577 à 607 C Dans ces conditions et spécialement dans les conditions les plus préférées, on évite une volatilisation anormale du plomb et le procédé est facilement mis en oeuvre dans un appareil en métal ferreux, par exemple en fonte ou en acier.
Le zinc volatilisé à partir de la masse peut être condensé sous forme d'un produit solide ou liquide de toute manière désirée. De préférence, on le condense sur une zone de grande surface voisine de la masse. Pour obtenir les meilleurs résultats, spécialement dans un procédé en discontinu, le zinc est condensé sous forme d'un produit solide sur une grande surface refroidie à l'eau, de même étendue que la surface de la masse et située à environ 20,3 à 35,6 cm au-dessus de celle-ci quand cette dernière n'est pas agitée et est soumise au vide utilisé pour la mise en oeuvre.
On décrit ci-après des exemples de mise en oeuvre de l'invention en se référant au dessin annexé. Toutefois, il est bien entendu que ces exemples ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif de la portée de l'invention.
Sur le dessin, la figure unique représente en élévation et en coupe transversale l'appareil et le procédé préférés utilisés pour la mise en oeuvre de l'inventicnen discontinu :
Sur cette figure, on voit qu'on a représenté une chaudière en acier 1, à fond rond, combinée avec un ensemble amovible 2 de vaporisation et de con- densation. La chaudière est placée dans un four 3 qui comporte un ou plusieurs brûleurs appropriés (non représentés) brûlant du combustible liquide.
L'ensemble 2 comporte une cloche en acier 4 en forme d'hémisphère tronquée et inversée dont le fond ouvert est, disposé à une distance suffisante au-dessous de la surface de condensation plate 5 de la cloche pour former, comme représenté, un joint
<Desc/Clms Page number 3>
barométrique pour la cloche quand elle est soumise au vide utilisé pour la mise en oeuvre. La cloche est pourvue d'une chemise 6 refroidie à l'eau comportant des conduits 7 et 8 d'admission et de sortie d'eau. La cloche comporte également un tuyau à vide 9 qui part de l'intérieur de la cloche et est relié de façon amovible au conduit 10 qui débouche lui-même dans une pompe à vide classique (non représentée).
En outre, la cloche comporte un impulseur 12 monté sur un arbre 13 dont la partie inférieure est disposée dans un manchon 14 à extrémité ouverte.
De préférence, ce manchon s'étend depuis le sommet de la chemise d'eau 6 et s'étend vers le bas sur une distance qui, eu égard à la pression absolue mainte- nue dans la cloche pendant la mise en oeuvre du procédé, est suffisante pour constituer un joint barométrique à son extrémité inférieure. Comme représenté, l'arbre 13 est entraîné par un moteur 15 qui est relié en vue de son entraîne- ment, par l'intermédiaire de pignons 16, 17 et 18, à un pignon 19 monté sur l' arbre 130
L'impulseur 12 est disposé dans un conduit 20 supporté par des bandes 21 fixées de manière appropriée à la surface 5.
L'extrémité supérieure du conduit 20 se trouve à une distance de la surface 5 qui est telle que, pendant la mise en oeuvre du procédé, le métal en fusion puisse être déchargé du conduit à la surface de la masse en fusion, ou bien au-dessus ou au-dessous de celle-ci, et qu'il existe en même temps une distance appropriée entre la surface de la masse et la surface de condensation 5. De préférence, comme on l'a déjà mentionné, l'espace entre la surface de condensation 5 et la surface de la masse, quand cette dernière n'est pas agitée, mais est soumise au vide de mise en oeuvre du procédé dans la cloche 4 est d'environ 20,3 à 35,5 cm et la partie supérieure du conduit 20 est située à 30,4 à 45,7 cm au-dessous de la surface de la masse.
L'ensemble 2 comporte un bâti de support 22 qui est monté sur le four 3 par des pieds 23 fixés au bâti.
En cours de fonctionnement, on introduit une charge de plomb en fusion contenant du zinc dans la chaudière 1 d'où l'ensemble 2 a été enlevé, et on écume le plomb pour enlever les scories. On replace ensuite l'ensemble 2 sur le four 3, dans la position illustrée, on raccorde de nouveau le conduit 9 avec le conduit 10, on établit les connexions d'eau aboutissant aux conduits 7 et 8 et on fait circuler de l'eau dans la chemise 6 avec un débit suffisant pour maintenir la surface 5 à une température telle que le zinc solide puisse s'y condenser. Le plomb est ensuite amené à la température appropriée par un chauffage approprié du four 3 L'atmosphère au-dessus du métal dans la cloche est ensuite ramenée à la pression de mise en oeuvre.
A mesure qu'on fait le vide dans la cloche, le métal y est aspiré à partir de la chaudière, ce qui fait que le niveau du métal dans la cloche monte et qu'il descend dans la chaudière, en raison de la pression réduite régnant dans la cloche. Toutefois, une diminu- tion du vide due au passage de l'air dans la cloche ne peut pas avoir lieu étant donné que la quantité de plomb introduite dans la chaudière est telle que le niveau 30 dans cette dernière se trouve au-dessus de la lêvre 31 de la cloche quand on a fait le vide dans cette dernière pour l'amener à la pression de fonc- tionnement.
Il est avantageux, spécialement avec un appareil de grande dimension, que le volume de plomb introduit dans la chaudière 1 soit sensiblement constant d'une charge à l'autre, de manière que le niveau du métal dans la cloche pendant l'élimination du zinc de chaque charge soit sensiblement identique et se trouve à la distance désirée de la surface de condensation 5 et de la partie supérieure du conduit 20, pour chaque charge. Dans une variante, on peut introduire des quantités variables de plomb dans la chaudière et on peut prévoir un dispositif pour faire monter ou descendre l'ensemble 2 sur le four, par exemple en rempla- çant les pieds fixes 23 par des tiges réglables, pour obtenir le niveau désiré de métal dans la cloche, pour chaque charge.
Lorsque l'appareil est ainsi mis en ordre de fonctionnement, on fait démarrer le moteur 15 qui sert à faire tourner l'impulseur 12 dans le sens
<Desc/Clms Page number 4>
indiqué par les flèches, et on actionne ce moteur à une vitesse appropriée pour faire tourner cet impulseur à une vitesse suffisante pour chasser le métal en fusion vers le haut dans le conduit 20 afin de déterminer les caractéristiques d'écoulement conformes à l'invention sur la surface de la masse. On continue à faire tourner l'impulseur tout en maintenant le plomb de la masse à la températu- re et à la pression de travail, jusqu'à ce que la quantité désirée de zinc conte- nue dans le plomb ait été volatilisée et condensée sous forme d'un produit solide sur la surface 5.
Ensuite, on fait cesser le vide dans la cloche 4, on fait cesser la connexion entre le conduit 9 et le conduit 10, on cesse de faire cir- culer de l'eau dans l'enveloppe 6 et on soulève l'ensemble 2 à distance de la chaudière 1. On enlève le plomb résiduel de la chaudière et on enlève le zinc condensé sur la surface 5 de toute manière appropriée, par exemple en la faisant vibrer, en la grattant ou par fusion. On peut ensuite répéter le processus ci-dessus avec une autre charge de plomb dont on doit éliminer le zinc.
Le dessin illustre l'écoulement du métal sur la surface et dans la masse quand on conduit le procédé dans les conditions assurant les meilleurs résultats dans la mise en oeuvre de l'invention. Comme représenté, le métal en fusion est chassé vers le haut verticalement sous forme d'un courant emprisonné dans le conduit 20, à une vitesse telle que lorsque le courant est libéré du conduit, il continue à se déplacer vers le haut à une vitesse suffisante pour former, comme représenté, un courant de métal en forme d'amas ou de champignon, sur la surface de la masse, dans la zone située au-dessus de l'orifice de sortie du conduit 20.
Le métal circule ensuite radialement vers l'extérieur dans toutes les directions à partir du champignon jusqu'à la périphérie de la cloche, à une vitesse suffisante pour produire des ondulations grossières dont la plu- part sont des ondulations brisées, sur la surface entière de la masse contenue dans la cloche. Ensuite, le métal circule vers le bas et vers l'intérieur jusqu'à l'admission du conduit 20.
Dans n'importe quel appareil donné du type illustré, la vitesse ascendante du métal en fusion dans le conduit 20, qui est nécessaire pour déter- miner l'écoulement ondulatoire et radial du métal sur la surface de la masse dans la cloche 4, conformément à l'invention, est modifiée par la position de l'extrémité de décharge du conduit 20 par rapport au niveau du métal dans la cloche quand on fait le vide dans cette dernière pour l'amener à la pression de fonctionnement désirée.
Dans n'importe quel appareil particulier de ce genre, la vitesse ascendante nécessaire pour n'importe quelle position donnée de l'ex- trémité de décharge du conduit 20 peut être déterminée lorsque le vide et le niveau de métal désirés ont été obtenus dans la cloche 4, en réglant la vitesse du moteur 15 jusqu'à ce que les caractéristiques d'écoulement en question soient établies sur la surface de la masse, comme on peut s'en rendre compte par un regard approprié étanche aux fluides prévu dans la cloche, par exemple un regard pratiqué dans la surface 5 et dans la chemise 6 Toutefois,
la vitesse ascendante nécessaire dans le conduit 20 peut être déterminée au préalable d'une manière appropriée par l'introduction dans la chaudière 1 d'une quantité de plomb suffisante pour que le niveau du plomb dans la cloche 4 soit sensiblement identi- que quand cette dernière n'est pas sous vide et lorsqu'on y a fait le vide pour l'amener à une pression de fonctionnement. On peut alors faire descendre dans le circuit 9 un miroir fixé à une tige et une lampe, après avoir enlevé le coude 32, et on peut ensuite régler la vitesse du moteur 15 jusqu'à ce que l'écoulement en question soit produit sur la surface de la masse dans la cloche, comme on peut le voir dans le miroir.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants :
EXEMPLE I.-
Dans la chaudière 1 de l'appareil illustré, on introduit 250 tonnes de plomb désargenté en fusion et contenant de 0,5 à 0,6% de zinc.
<Desc/Clms Page number 5>
On chauffe ensuite la charge à 593 C, après quoi on écume le plomb pour le dé- barrasser des scorieso On place ensuite l'ensemble 2 dans la position représentée et on fait circuler de l'eau dans la chemise 6 à une vitesse suffisante pour condenser le zinc solide sur la surface 5 L'ensemble 2 qui est relativement froid quand on l'introduit dans la chaudière abaisse la température du métal.
. Lorsque le métal est de nouveau chauffé à 593 C, on fait le vide dans la cloche
4 et on met en route le moteur 15 qu'on fait fonctionner à une vitesse fixe prédéterminée pour volatiliser le zinc de la surface de la masse et condenser le zinc volatilisé sur la surface 5 pendant le traitement d'élimination du zinc.
En outre, pendant le traitement, la température du plomb est maintenue entre
588 et 593 C et la pression de l'atmosphère régnant dans la cloche au-dessus de la masse est maintenue à environ 0,015 mm de mercure. Le niveau du plomb dans la cloche est situé à 45,72 cm au-dessus de la partie supérieure du conduit 20 et à 35,56 cm au-dessous de la surface 5, quand la masse est calme et est sou- mise à la dépression de fonctionnement.
On observe l'écoulement du métal sur la surface de la masse pour une vitesse fixe et prédéterminée du moteur 15 en abaissant dans le conduit 9, comme on l'a dit ci-dessus, un miroir fixé à l'extrémité d'une tige et une lampe.
Comme on le voit dans le miroir, le courant ascendant libéré du conduit 20 produit des ondulations grossières dans le métal circulant radialement. Les on- dulations se déplacent en travers de la masse, en conservant leur nature grossiè- re et turbulente, et elles retombent contre la paroi de la cloche 4. On peut également voir qu'au cours de leur déplacement radial vers la périphérie de la masse dans la cloche, les ondulations présentent en majeure partie des crêtes brisées.
On poursuit le traitement pour éliminer le zinc jusqu'à ce que la teneur en zinc dans le plomb de la masse soit ramenée à 0,034% On a constaté qu'on obtient ce résultat en trois heures. On a également constaté que le zinc qui se condense sur la surface 5 contient de 5 à 10% de plomb et se condense sous forme d'un produit cristallisé solide. Ce zinc contenant du plomb est utili- sé avec succès pour désargenter des portions supplémentaires de plomb contenant de l'argent.
EXEMPLE 11.-
On traite comme décrit dans l'exemple 1 250 tonnes de plomb dés- argenté contenant de 0,5 à 06% de zinc, en utilisant un appareil et des condi- tions identiques, y compris la même vitesse fixe et prédéterminée du moteur 15, comme mentionné dans cet exemple. On constate que la teneur en zinc du plomb est réduite à 0,014% en 3,5 heures et que le zinc condensé sur la surface 5 contient de 5 à 10% de plomb.
EXEMPLE III.-
On traite de nouveau 250 tonnes de plomb désargenté contenant de
0,5 à 0,6% de zinc comme décrit dans l'exemple I, dans le même appareil et en utilisant des températures et des pressions identiques et le même niveau de métal dans la cloche 4 Toutefois, dans cet exemple, on inverse le sens de rotation du moteur 15, de sorte que le métal en fusion est projeté vers le bas à partir du conduit 20 par l'impulseur 12. Avec cet agencement, le métal suit un trajet sensiblement circulaire établi comme suit vers le bas dans le conduit
20, vers l'extérieur et vers le haut le long de la paroi de la cloche 4 et parallèlement à cette paroi, et vers l'intérieur sur la surface de la masse contenue dans la cloche pour pénétrerdans la partie supérieure du conduit 20.
On a constaté que la surface de la masse reste sensiblement unie et qu'on ne peut pas y produire d'ondulations même si le moteur est actionné à pleine vites- se. On a également constaté que, dans ces conditions, en utilisant la vitesse maximum du moteur, il faut au moins 12 heures pour réduire la teneur en zinc du plomb à 0,04% On a en outre découvert que le zinc qui se condense sous forme d'un produit solide cristallisé sur la surface 5 contient de 5 à 10% de plomb.