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Perfectionnements à la récupération du cuivre de matières contenant du cuivre, du zinc et du plomb en mélanpe,
La présente invention se rapporte à la séparation du cuivre de matières oxydiques contenant du zinc, du plomb et du cuivre, par traitement au four à zinc.
Le but principal de ce procédé est de récupérer sous une forme marchande du zinc métallique et du plomb métallique mais on sait que du cuivre peut également êtr obtenu sous une forme qui convient nour un traitement ultérieur, par des technicus connues, pour produire finalement du ci,ivre métal :.ique.
Le constituant principa'' de la charge d'un four à zine, en dehors du combustible carboné, est généralement une matière oxydique
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on Morceaux, Comme celle obtenue par exemple par grillage agglomérant sur une machine Dwight Lloyd, qui contient la masse du zinc à ton- dre. Comme le four à zinc et en particulier le condenseur et les circuits conducteurs engendrent des quantités considérables de pous- , stères et de scories riches en zinc et en plomb, il est avantageux de récupérer ces métaux en introduisant ces? matières dans la charge du four, par exemple en les mélangeant à la charge de la machine
Dwight Lloyd.
Ainsi, la charge du four contient toujours de préfé- rence une certaine quantité de plomb dont la plus grande partie est récupérée comme métal, et des concentrés de plomb et de zinc en mélange peuvent donc être avantageusement fondus. Ce plomb qui est coulé en même temps que la scorie du four possède la caractéristiques avantageuse de recueillir toutes les petites quantités d'argent, d'or et de cuivre présentes dans la charge. En l'absence de plomb dans le bas du four, ces métaux de valeur seraient presque certai- nement perdus.
On sait aue des quantités importantes du cuivre incor- poré dans les agglomérés contenant le zinc, peuvent être récupérées sous la forme d'une matte lorsque les poids de plomb et de cuivre introduits sont presque égaux. De petites quantités de cuivre sont également contenues dans le plomb.
Même s'il n'y a qu'une petite quantité seulement de cui- vre, la totalité n'est pas coulée avec le plombs le cuivre se répar-,. tit toujours entre la phase plomb et une phase matte. Cela est com- préhensible parce qu'en dehors du soufre contenu dans les agglomérés, les combustibles carbonés communément utilisés contiennent une cer- taine quantité de soufre.
Ainsi, les cokes métallurgiques du pays de Galles con- tiennent environ 1% de soufre et cela suffit pour former du sulfure cuivreux avec le cuivre présent dans des proportions de 1 à 2% dans ; . l'aggloméré. D'autre part, on sait que le cuivre et le plomb sont miscibles en toutes proportions à la température du laboratoire du
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four, c'est-à-dire à une température supérieure au point critique (990 C) de ce système d'alliage de telle sorte qu'on pourrait s'attendre à ce que la totalité du cuivra soit dissoute dans le plomb. Il n'existe pas de documentation disponible suffisante sur le système Pb-Cu-S pour permettre de prédire le déroulement des opérations dans le four.
L'exposé ci-dessus circonscrit la présente invention.
En effet, alors que les métaux (plomb et cuivre) et la scorie diffèrent en densité d'environ 7 g/cm3, de sorte qu'ils se sé.. parent ou peuvent être séparés facilement en deux couches, la dif- férence de densité entre une matte et une scorie est beaucoup moin- ' dre, de l'ordre d'environ 1 g/cm3 ainsi, tout effect tendant à em- pêcher la décantation de la phase liquide plus dense affecte la dé- ' cantatior. de la matte plus que délie du métal. On sait que dans la fusion du cuivre, la teneur fin cuivra, des scories est plus éle- vée que la valeur d'équilibre.
Suivant les fondeurs de cuivre, ces teneurs élevées en cuivre des scories de four à réverbère sont attribuées aux mattes en suspension et ce manque de décan- tation est, en partie au moins, dû à la présence de cristaux de magnétite dans la scorie- t
La demanderesse a découvert que dans la fusion au four zinc de matières oxydiques contenant du cuivre, du plomb et du site en mélange, où une partie du cuivre est récupérée sous forme de matte, des pertes de cuivre dans la scorie supérieures à celles qui sont dues à la solubilité du cuivre ou de ses composes sont en partie causées par la présence de cristaux de diverses sortes dans la scorie.
Elle a en outre découvert que ces pertes de cuivre peu- vent être réduites en dissolvant ces cristaux par l'addition de petites quantités de fondant, en particulier de silice, d'une maniè- ré qui sera décrite ci-après. De plus, ces additions n'affectent pas de manière défavorable la récupération du zinc.
En tous les points de la cuve du four au voisinage des tuyères, les réaction désirables et nécessaires qui se produisent . entre les gaz et les particules ou moreeux d'agglomérés, à savoir
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l'addition nette de chaleur aux agglomérés et la perte de zinc qui en provient, se produisent plus rapidement si chaque morceau d'aggloméré est entièrement constitué d'aggloméré que si chaque morceau est recouvert d'une pellicule de scorie, si mince qu'elle soit.
Lorsque cette condition défavorable se présente, les réac- tions continuent encore, bien que plus lentement, de telle sorte que finalement il y a fusion d'une quantité de chaque morceau sé- paré d'aggloméré telle que la scorie qui est de la gangue d'agglo- méré fondue, plus une certaine quantité d'oxyde de zinc, coule sur le coke ou autre combustible carboné et tombe en dessous de la zone des tuyères. A cet endroit, il ne se produit plus d'autre réaction, car en dessous des tuyères il n'y a pas de courant de gaz.
Ainsi, plus la durée de la fusion est retardée en augmen- tant la température du solidus de la gangue, plus chaude devient finalement la scorie et plus grande est la volatilisation nette du zinc. La scorie qui est finalement coulée est constituée par de la gangue d'aggloméré, plus une certaine quantité d'oxyde de zinc dissous, plus les cendres du combustible carboné et toute quan- tité de fondant qui a été ajoutée comme partie de la charge du four et qui est soluble dans la scorie.
Evidemment, ni le fondant,ni les cendres de combustible ne peuvent affecter le degré de récupé- parce ration du zinc/ qu'ils ne peuvent se dissoudre dans la scorie de gangue d'aggloméré généralement zincifère avantque cette dernière n'ait commencé à fondre, saut si ces additifs ont un point de fu- sion inférieur à celui de la gangue de l'aggloméré.
Le point de solidification ou liquidus de la scorie qui est coulée, appelée ci-après scorie finale, n'a pas d'importance.
Tout ce que l'on demande pour la scorie finale est qu'elle s'écoule hors du four suffisamment librement. Pour cela, urie température de coulée supérieure au point de solidification ou liquidus est avan- tageuse mais non essentielle, la présence de 10%. par exemple, de cristaux en suspension dans la scorie finale ne doit pas l'empêcher de s'écouler librement hors du four.
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Cependant, la situation est tout à fait différente si on désire que la scorie s'écoule hors du four dans un avant-four ou une cuve de décantation où le plomb et la matte se décantent et sont recueillis séparément. Tout d'abord, la scorie doit res- ter fluide beaucoup plus longtemps, c'est-à-dire qu'elle doit pou- voir subir une chute de température sans se solidifier immédiatement.
En second lieu, la scorie ne doit pas avoir l'aspect d'une bouillie ou contenir des matières solides en suspension qui empêchent de pe- tites gouttelettes de mattede se décanter ou de se coaguler pour former des gouttelettes plus grandes. Ds lors, la scorie doit être complètement fondue et de préférence aveir une température supé- rieure de 50 à 100 C à son point de solidification ou liquidus.
En même temps, la scorie finale et les autres compositions doivent être choisies de manière à donner de bonnes récupérations de zinc comme indiqué dans les trois paragraphes précédents; comme elles ont, ainsi que c'est nécessaire, des températures de solidus élevées. elles ont en général aussi des températures de liquidus élevées.
L'invention réside en un procéda de traitement de la coulée de scorie d'un four à zinc où sont fondues des matières oxydiques contenant du cuivre, du plomb et du zinc, caractérisé en ce qu'on ajoute à la charge du four un fondant non alcalin en morceaux. le fondant ayant lui-même un point de fusion suffisamment élevé pour qu'il passe au travers du four pratiquement sans être fondu jusque ce qu'il se mélange à la gangue de l'agglomère dans le bain de scorie! en dessous du niveau des tuyères où il abaisse la température du li- quidus de la scorie afin de faciliter le séparation de la matte et de la scorie,
par exemple dans un avant-four*
Une telle addition de fondant n'altère pas la récupération' du zinccomme ce serait le cas si l'on ajoutait le fondant au mélan- ge d'aggloméré parce que les fondants qui abaissent le liquidus abais sent normalement aussi le solidus - pourvu que le fondant ait un point de fusion élevé. L'effet de ces additions sur le liquidus
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du mélange scorie plus tondant dépend de la composition de la me et de la quantité de fondant utilisée.
Des fondants appropries - sont la silice ou l'alumine en morceaux ou l'oxyde de fer ou le fer, ou des mélanges de deux ou plusieurs de ces produits*
Le fer est utilisé de préférence sous la forme de mi- traille, parce que le fer aide à la réduction de l'oxyde de zinc dans la scorie; l'hématite ou la magnétite augmenterait la teneur en acide carbonique dit four et une telle augmentation pourrait Affec- ter la récupération du zinc.
Des fondants contenant des produits alcalins ou des fon- dants qui fondent en dessous de 100 C ne conviennent pas,. Le t'on- dant doit être en morceaux et non en poudre, de façon qu'il passe relativement rapidement dans le four pour ne se mélanger avec la tangue de l'aggloméré pratiquement que dans le bain de scorie en des- sous du niveau des tuyères.
De préférence, pour la même raison, le fondant doit être ajouté séparément de l'aggloméré, par exemple au moyen d'un dispo- sitif séparé.
Pendant le fonctionnement du four, la direction d'écoule- -ment de la charge du tour est généralement verticale vers le bas avec peu ou pas de mouvement latéral de la charge. Lorsque le fondant est introduit par le dessus du four, s'il est introduit sur un côté de la masse principale de la charge (mélange d'aggloméré, coke, etc.) il y aura peu tendance que les morceaux se mélangent avec le reste de la charge en se déplaçant latéralement. Suivant une forme de réalisation préférée de la présente invention, dès lors, le fondant en morceaux peut être introduit dans le four par le dessus au moyen d'un dispositif de chargement séparé situé sur un côté du four, de préférence directement au-dessus du trou de coulée de la scorie.
Ainsi, le fondant peut se déplacer pratiquement sur toute la hauteur du four sans se mélanger au reste de la charge et donc sans effet défavorable sur le comportement du four, mais en étant
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porté aine 'température suffisamment élevée pour faciliter sa dis- solutidn dans la gangue d'aggloméré fondue. Un autre acteur qui sert à séparer le fondant et la charge à 1' intérieur du four est que le fondant n'est introduit que par intermittence et à des moments différente du chargement principal,
Invention sera décrite de façon plus détaillée dans l'exem- ple ci.-après.
EXEMPLE. -
Pour illustrer l'invention, on considérera le cas d'agglo- mérés contenant 30 à 40% Zn, 10% Pb, 1 à 10% Cu et des quantités variables de constituants de gangue. Ces agglomérés sont fondus avec du coke, la composition de la scorie finale est calculée et la température du liquidus est déduite. Les marnes calculs sont ensuite effectués dans le cas où des fondants sont ajoutés à la charge du four et représentent soit 1% soit 2% du poids de l'agglo- méré.
Pour les calculs, on considère qu'il y a une constante de
37% Zn dans l'aggloméré, une quantité de coke dans la charge telle , que le rapport Zn/C (en combustible) soit 1,30 et que la composition], de la cendre de coke soit (en pour-cent d carbone dans le coke)
4,10% SiO2, 2,90 Al2OE, 1,00% FeO, 0,40% CaO.
Ces calculs pour une série de compositions d'agglomérés et de scorie prises au hasard illustrent le fait que des additions de silice et dans quelques cas de silice et de fer, représentant entre 5 et 10% du poide de la scorie, réduisent le point de solidité catioh de la scorie jusqu'à une température qui est à peu près la même que.celle à laquelle Ici gangue initie de l'aggloméré commence à fondre. Ainsi, lessocoris dont les mânes contenant du cuivre et le plomb doivent se séparer, sont complètement fondues et, en fait, sont peut être à 100 C au-dessus dd point de solidification de la scorie.
D'autres calculs sur les compositions citées ci-dessus mon- trent que d'autres additions, par exemple de l'oxyde de fer ou de l'alumine, n'ont aucuh effet marquant ou élèvent la température
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du liquidus. Néanmoins, il existe des compositions de scorie pour lesquelles des additions d'oxyde de fer ou d'alumine abaissent le liquidus de la scorie. De telles scories peuvent se rencontrer par exemple lorsque la cendre de combustible a une composition et un volume fort différents de ceux utilisés dans l'exemple.
Les résultats des calculs sont repris dans le tableau ci-dessous,
Diverses modifications peuvent, bien entendu, être ap- portées sans sortir du cadre de l'invention.
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Composition de l'ssHioNpre Gfngup '2c 1 aggloméré; Scorie Fonepnt .9joutcà Fondrnt p ,1 otite # Total l'inrie ;v u'cgalo- de sco- d'agglo-4 de LiquiExemple fer Cao sio 2 Ai 2"3 HgO Solidus Liquidus liquidus mère rie dus mère sco- dus cc.a.ae : (pucun rie FeO fon-J.-n.t ##-i; "¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯p.loutp)¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯.-¯¯¯¯....................############## 13,1 8,0 4,3 7,3 0 175 1400 1350 1 SiOZ 2,8 1310 2 : i0 5e7 13 l¯k 8,6 7,5 JTo 13C0 1340 U80 5TKI 3,1 1250 SiO 16,2 l±00 '"B28,6 7,53,00130134010 SîL, 2 3,1 1250 2,. s¯ioz 16,2 1200 re 2.:''FeO 5 S 3 g' y Ù . 1:3 15DD 1210 ii SiO, rr 1180 '' sio 2 19,0 1170 9,'3",51"H60U50l"'"f613 J g vU H-,6 10 h 8,9 6,es 4,5 0,6 0 1155 14 i-¯o 1210 1,'â SiD 4.5 1170 e 10 2 9,1 1160 F 1;.,,.a. 10,3 3,0 ,6 0 1210 1270 1270 1%S10 2,8 '--' 0 2m0 5,6 1210 i G 5,7 6,4 4,5 2,2 0 il-; 40 1390 1270 l';:
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