<Desc/Clms Page number 1>
11-PROCEDE ET APPAREIL POUR LA REDUCTION DE MATIE-
RES ZINCIFERES CONTENANT DU PLOMB"
La présente invention concerne la réduction ou fusion de matières zincifères contenant du plomb et elle a pour objet certains perfectionnements apportés au pro- cédé et à l'appareil pour la fusion de ces matières zincifères, perfectionnements grâce auxquels on obtient une élimination effective de plomb.
Le plomb est un des contaminants communs des mine- rais de zinc et de leurs concentrés et, lorsqu'il est pré- sent en quantités relativement faibles, empêche quton obtienne, par des procédés pyrométallurgiques, des produits de zinc, tels que zinc métallique, oxyde de zinc, poussiez re de zinc, etc, de qualité supérieure, sensiblement exempts
<Desc/Clms Page number 2>
de plomb. On dispose, pour la fusion de zinc, d'un tonna- ge relativement gros de concentrés de zinc contenant de 0,05 à 5 % de plomb ; mais il n'a existé, jusqu'à ce jour, aucun procédé pyrométallurgique entièrement satisfaisant pour ob- tenir de ces concentrés des produits de zinc sensiblement exempts de plomb.
La présente invention est particulière- ment applicable au traitement pyrométallurgique de tels con- c.entrés de zinc et d'autres matières zincifères contenant du plomb, puisque la pratique de l'invention permet d'en obtenir des produits de zinc de qualité supérieure, sen- siblement exempts de plomb.
Le produit gazeux résultant de la fusion d'une charge de matière zincifère contenant du plomb consiste, pour la majeure partie, en vapeur de zinc métallique, en oxy- de de carbone et en une faible quantité de ploinb. Dans les façons de procéder habituellement suivies jusqu'ici pour la fusion du zinc, tout plomb qui se trouve dans le produit gazeux accompagnera, pour la majeure partie, la vapeur de zinc et contamine par cela même le produit de zinc final. Dans tout le présent mémoire, on a fait usage du mot plomb dans un sens général et il faut considérer cette expression comme englobant non seulement du plomb mé- tallique mais encore des composés de plomb. D'un autre cô- té, les chiffres donnés ici pour exprimer la teneur en plomb sont des pourcentages de plomb calculé comme plomb métallique.
En plus, du plomb, la charge de fusion de zinc peut contenir, et contient habituellement, un ou plusieurs autres métaux contaminants, qui, comme le plomb, bouillent à une température supérieure à la température d'ébullition du zinc mais qui pénètrent dans le produit gazeux de l'o- pération de fusion du zinc et contaminent par cela même le produit de zinc qu'on en obtient. Bien que ces autres métaux contaminants, tels par exemple que l'étain, l'anti-
<Desc/Clms Page number 3>
moine, le bismuth, le germanium et probablement le thallium, l'aluminium et le magnésium soient ordinairement présents en pourcentages relativement faibles, s'élevant fréquemment à de simples traces, ils ont très souvent un influence nuisible sur les propriétés du produit de zinc final.
L'invention a pour objet d'offrir un traitement pyrométallurgique, pour des matières zincifères contenant un ou plusieurs des métaux contaminants précités, au cours duquel un enlèvement notable des métaux contaminants est effectué, ce qui rend ainsi possible la récupération d'un produit de zinc plus pur et plus désirable que celui qu'on peut obtenir par les procédés de fusion de zinc habi- tuellement pratiqués jusqu'à présent. Puisque, dans la pratique de l'invention, tous les métaux contaminants semblent se comporter de la même façon, on décrira ici plus particulièrement l'invention à l'égard de l'élimina- tion du plomb.
On peut mettre l'invention en pratique exclusivement pour l'élimination de plomb, sans se préoccuper spécialement de l'élimination d'autres métaux; ou bien on peut la mettre en pratique pour l'élimination d'un quelconque ou de plusieurs des métaux contaminants.
D'une façon générale, l'élimination de sensiblement tout le plomb par .la mise en pratique de l'invention effectuera en même temps une élimination notablede tels autres des métaux contaminants qui peuvent être présents dans la charge de fusion de zinc. Dans l'intérêt de la conclusion, c'est l'enlèvement du plomb dont il est en particulier ques- tion ici; mais la demanderesse entend par cela même comprendre l'enlèvement d'un quelconque ou de plusieurs des métaux contaminants sus-mentionnés.
L'invention est basée sur cette découverte que l'on peut enlever presque complètement le plomb du produit gazeux de l'opération de fusion de zinc en faisant passer le produit gazeux à travers un milieu d'élimination appro-
<Desc/Clms Page number 4>
prié composé, par exemple, d'au moins un des ingrédients de la charge de fusion de zinc,maintenu dans des conditions réductrices à une température élevée appropriée et soigneu-, sement réglée. La demanderesse a trouvé, en outre, que des considérations pratiques rendent désirable d'amener le pro- duit gazeux au milieu d'élimination en un courant sensible- ment continue, de volume et de composition relativement cons- tants et pratiquement exempt de gaz oxydants.
Basée sur ces découvertes, l'invention consiste à conduire le produit gazeux résultant de la réduction ou fusion d'une charge de matière zincifère contenant du plomb à travers un milieu d'élimination de plomb, chaud, composé d'au moins un des in- grédients de la charge de réduction de zinc, de préférence sur le point d'être soumis à l'opération de réduction, maintenu aune tempétature réglée suffisamment basse pour effectuer une élimination notable de plomb du produit gazeux.
L'opération de réduction de zinc est de préférence conduite de manière à produire et à amener au milieu d'élimination un courant sensiblement continu du produit gazeux résultant, courant qui doit être de préférence de volume et de compo- si.tion relativement constants et pratiquement exempt de gaz oxydants. Le milieu d'élimination peut être convenablement confiné et disposé entre la chambre de fusion de zinc et l'appareil de récupération du zinc, de façon que le produit gazeux d'où le plomb a été éliminé passe, de préférence en un courant sensiblement continu, de la chambre où se fait l'élimination du plomb à l'appareil de récupération du zinc.
Bien que le milieu d'élimination de plomb puisse être composé d'un quelconque des éléments de la charge de réduction, il est préférable d'employer la charge de réduc- tion elle-même, consistant en la matière zincifère et en l'agent.réducteur carbonacé, mélangés. Le milieu d'élimi- nation doit offrir au flux du produit gazeux à travers lui une multiplicité de chemins tortueux¯,et doit être suffisam- ment poreux pour permettre le libre passage du produit gazeux" @
<Desc/Clms Page number 5>
Ces conditions sont remplies d'une façon satisfaisante lors- que le milieu d'élimination est composé d'une masse d'ag- grégats' Les aggrégats peuvent être formés naturellement, comme par du coke, de la houille ou du minerai de zinc bro- yés ou concassés, ou peuvent être formés artificiellement comme par briquetage,
frittage, etc... Les aggrégats doi- vent être de grosseur à peu près uniforme afin que la po- rosité du milieu d'élimination dans son ensemble puisse être sensiblement uniforme. De plus, afin d'offrir la mul- tiplicité désirée de passages tortueux au gaz, les aggré- gats ne doivent pas être trop gros. On a obtenu des ré- sultats très satisfaisants avec un milieu d'élimination composé de briquettes ayant approximativement 76 milli- mètres de diamètre ou d'épaisseur, renfermées dans un cylindre, verticalement disposé, ayant environ 38 centi- mètres de diamètre interne et environ 1 mètre 83 centi- mètres de long ou de haut, où l'on récupérait approxi- mativement une tonne de zinc métal par 24 heures du produit gazeux passant à travers le milieu d'élimination.
Dans la pensée de la demanderesse, l'enlèvement du plomb par le milieu d'élimination est plus efficace, et probablement est possible seulement, quand le plomb est présent à l'état réduit. Le milieu d'élimination doit par conséquent être maintenu dans des conditions réductri- ces, ou dans une atmosphère réductrice exempte de toute influence oxydante, afin d'éviter l'oxydation du plomb et du zinc métalliques et, si c'est nécessaire, de réduire tout plomb ou zinc oxydés qui pourraient être présents dans le produit gazeux.
Si de l'air ou autre gaz oxydant s'infil- tre ou pénètre autrement dans l'enceinte qui renferme le mi- lieu d'élimination, l'efficacité de l'enlèvement du plomb est sérieusement diminuée, sinon complètement détruite, De préférence, on conduit l'opération de réduction de façon que son produit gazeux consiste principalement'en oxy-
<Desc/Clms Page number 6>
de de carbone et en vapeur de zinc métallique avec seule- ment une fraction d'un pour-cent d'anhydride carbonique.
Dans le cas où la teneur en anhydride carbonique du produit gazeux de l'opération de réduction excède environ 1 à 2 %, le milieu d'élimation doit contenir l'agent ré- ducteur de la charge de réduction, tel que la houille, le coke, etc., afin d'assurer les conditions de réduction né- cessaires dans le milieu d'élimation pour l'enlèvement effectif de plomb.
La pratique qu'il est préférable d'adopter consis- te à maintenir le milieu d'élimination de plomb à une tem- pérature, soigneusement réglée, inférieure à celle à laquel- le les composés de plomb seront volatilisés et à laquelle quelque quantité notable de plomb restera avec le produit gazeux dans les conditions où l'on opère. Cette températu- re réglée est essentielle dans le cas où. le milieu d'éli- mination est composé, en tout ou partie, de matière zinci- -Père afin d'effectuer l'élimination de plomb désirée sans réduction notable de la matière zincifère du milieu d'éli- mination.
Dans la mise en pratique de l'invention, on assure:.- des résultats très satisfaisants en maintenant le milieu d'élimination à une température intermédiaire entre la température à laquelle du zinc est réduit de ses compo- sés et celle à laquelle de la vapeur de zinc métallique est condensée et, bien entendu, inférieure à la température à laquelle du plomb restera avec le prod.uit gazeux, dans les conditions où l'on opère , ce qui fait que nulle condensation importante de vapeur de zinc ne se produit dans le milieu éliminateur.
Le réglage et le maintien'-désirés de la températu- re du milieu d'élimination peuvent être effectués d'une manière appropriée et commode quelconque. Cela peut se faire commodément en entourant le milieu d'élimination. de moyens pour faireß ou ajuster la chaleur rayonnée par lui.
<Desc/Clms Page number 7>
On a obtenu d'excellents résultats, dans la pratique, en renfermant le milieu d'élimination dansun tube verti- cal de plusieurs mètres de longueur et, entouré par une matière calorifuge d'épaisseur ou d'efficacité variable.
En ajustant convenablement l'efficacité de la matière calorifuge, on peut régler le rayonnement de chaleur du tu- be de façon à maintenir la température désirée du milieu d'élimination.
La demanderesse a trouvé que la nature et la composition du produit gazeux résultant de l'opération de réduction du zinc a une portée importante sur l'efficacité de l'enlèvement du plomb conformément aux principes de l'invention. On obtient les meilleurs résultats lorsque le produit gazeux est un courant sensi- blement uniforme de vapeur de zinc et d'oxyde de carbone, de volume et de composition relativement constants et pra- tiquement exempt de gaz oxydants.
Dans le cas où l'on opère la réduction du zinc dans un moufle ou creuset vertical, les perfectionnements de l'invention peuvent être avantageusement appliqués au procédé en prévoyant un prolongement supérieur du moufle, au-dessus de la zone de réduction dans ce dernier, capable de renfermer le milieu d'élimination de plomb qui, dans ce cas, sera composé d'une masse ou colonne de la charge de fusion de zinc agglomérée, elle-même, sur le point d'ê- tre avancée ou introduite dans la zone de réduction du moufle.
La charge agglomérée dans son ensemble descend alors progressivement à travers le moufle vertical et son prolongement et est chauffée, dans la zone de réduction de ce moufle, à une température suffisamment élevée pour ré- duire des composés de zinc et volatiliser le zinc métalli- que résultant, tout en étant maintenue, dans le prolongement du moufle, à une température appropriée pour effectuer un enlèvement notable de plomb. Le milieu éliminateur est ain- si superposé à la charge qui subit la réduction et, avec un
<Desc/Clms Page number 8>
renouvellement ou introduction approprié de charge fraîche à la partie supérieure, descend graduellement de la zone d'élimination de plomb à la zone de fusion, et les agglo- mérés usés ou épuisés sont retirés, d'une manière appro- priée, du bas du moufle.
Le produit gazeux d'où le plomb a été éliminé est retiré du prolongement à la partie supé- rieure, ou près de la partie supérieure, de la masse d'aggle- mérés d'élimination de plomb, et est conduit à l'appareil de récupération du zinc, tel qu'un condenseur pour zinc métal.
Sur le dessin ci-joint, on a représenté un appa- reil propre à la mise en pratique de l'invention concurrem- ment avec le procédé de réduction de matière, zincifère dans un moufle ou creuset disposé verticalement et chauffé extérieurement. Il va sans dire que le dessin est purement illustratif et que l'invention peut être mise en pratique dans d'autres types ou dispositions d'appareils. Il va sans dire, en outre, que l'invention n'est point limitée à ce procédé particulier de réduction de matière zincifère, mais est applicable d'une manière générale à tout traitement de fusion de matière zincifère contenant du plomb.
L'unique figure de ce dessin est une élévation en coupe de la portion supérieure d'un moufle de fusion ver- tical et de parties accessoires pour la mise en pratique des perfectionnements de l'invention. Le moufle vertical 5 est monté d'une façon appropriée à l'intérieur de la cham- bre de chauffe, ou laboratoire, 6 d'une construction de four approprié 7. Le moufle peut être chauffé par de l'énergie électrique, par de la houille, par des combus- tibles huileux ou gazeux, ou de toute autre manière appro- priée. Le moufle 5-traverse la voûte de la structure de four 7,et s'élève jusqu'à une distance de plusieurs mètres au-dessus du dessus de cette structure, en formant ainsi ce que l'on peut appeler un prolongement supérieur, 5', du
<Desc/Clms Page number 9>
moufle.
Ce prolongement supérieur peut faire partie in- tégrante du moufle proprement dit, ou peut être constituer par une unité distincte à celui-ci, les deux dispositifs étant de préférence reliés par un joint à dilatation.
Le prolongement 5' du moufle est entouré par une couche, 8, de matière calorifuge, telle que du poussier de houille, convenablement renfermée par une enveloppe en tô- le, 9, l'entourant. Près du haut du prolongement 5' , il est prévu une sortie de gaz, 10, communiquant avec un condenseur 11. Le condenseur représenté sur le dessin est du type à canaux multiples, comprenant une chambre distributrice de gaz et collectrice de métal fondu, 12, communiquant avec les extrémités inférieures d'une multiplicité de canaux verticaux 13.
Les agglomérés de matière zincifère et d'agent réducteur carbonacé mélangés sont introduits dans le moufle vertical par un dispositif de chargement approprié (indiqué schématiquement en 14) ,à la partie supérieure du prolongement 5'. Ce dispositif de chargement est de construction telle qu'il ne pénètre pas d'air en haut du moufle, qu'il ne s'échappe que peu, ou rien, du produit gazeux et que les agglomérés sont introduits dans le moufle sans bloquer la sortie de gaz 10. Le moufle, y compris son prolongement supérieur, est rempli de la charge agglo- mérée jusqu'à peu près au miveau de la sortie de gaz 10.
Les résidus épuisés, ou charge usée, sont retirés du bas du moufle 5 d'une manière continue ou à des intervalles périodiques appropriés, ce qui fait par cela même de la place pour l'introduction, de temps à autre, d'agglomérés frais par le dispositif de chargement 14.
Le moufle fonctionne d'une manière sensiblement continue. Celle des parties du moufle qui se trouve à l'intérieur de la chambre de chauffe 6 est soumise à une @
<Desc/Clms Page number 10>
température suffisamment élevée pour produire la réduction des composés de zinc dans la zone de fusion du moufle et la volatilisation du zinc métallique résultant. Les produits gazeux de l'opération de réduction s'élèvent dans le moufle 5 et passent à travers la masse relativement plus froide d'agglomérés renfermés dans le prolongement 5'.
Ces agglomérés sont sur le point de pénétrer dans la zone de fusion du moufle 5; mais, bien qu'agissant comme milieu d'élimination de plomb, ils sont superposés à la masse principale d'agglomérés subissant la réduction. On règle la température de la masse d'agglomérés se trouvant dans le prolongement 5' en augmentant ou en diminuant l'épais- seur de la couche calorifuge 8, ou par d'autres moyens régulateurs de température appropriés,
de manière à maintenir les agglomérés à une température suffisamment basse pour empêcher une volatilisation de composés de plomb et pour effectuer une élimination notable de plomb sans condenser aucune quantité notable de vapeur de zinco Les gaz d'où le plomb a été ainsi éliminé passent par la sortie de gaz 10 au condenseur 11 où sensiblement toute la vapeur de zinc est condensée en zinc métalo
L'exemple spécifique suivant illustre les prin- cipes de l'invention telle qu'elle est mise en pratique dans un appareil de la disposition représentée sur le dessin ci-joint; il va cependant sans dire que cet exemple est simplement illustratif, et n'est en rien restrictif, de l'invention.
La charge était constituée par approximativement 50 parties, en poids, de minerai de zinc finement divisé (contenant de 65 à 70 % de zinc et 1,5 à 3,5 % de plomb) et 50 parties, en poids, d'une houille grasse bitumineuse.
Le minerai de zinc et la houille furent broyés, chacun, de façon qu'approximativement 80 % passât à travers un tamis de 8 mailles au centimètre et on les versa ensuite dans un.; -le
<Desc/Clms Page number 11>
moulin Chilien à auge, pour broyages à sec, à l'action de malaxage et de trituration duquel ils furent soumis pendant quelques minutes. Du moulin chilien, la matière mélangée fut amenée à une presse à briqueter et formée en briquettes emi-rondes par une force de compression d'en- viron 140 kg par centimètre carré.
Les briquettes furent chargées, sans séchage, dans un moufle de cokéfaction vertical, chauffé extérieure. ment. Dans celui-ci, elles furent soumises à une tempé- rature de cokéfaction d'environ 9500 C pendant 1 heure et demie. Les briquettes cokéfiées furent transportées, sans perte notable de chaleur, du moufle de cokéfaction au prolongement 5' du moufle de fusion vertical et in- troduites dans ce prolongement à l'allure d'environ 81 kg à des intervalles de 45 minutes. La température à l'inté- rieur de la chambre de chauffe 6 était d'environ 1100 à 1250 C et la masse d'agglomérés d'élimination se trouvant dans le prolongement 5' était maintenue à une température d'environ 800 à 9000 C.
Dans l'exemple particulier dont il est question ici, le moufle 5 avait environ 7 mètres 62 centimètres de long (de haut) et légèrement plus de 38 centimètres de diamètre interne, tandis que le prolonge- ment 5' avait environ 2 mètres 45 centimètres de long.
Le moufle 5 et le prolongement 5' étaient constitués par une structure unitaire de briques radiales de carbure de silicium, supportée exclusivement à la base et non au- trement liée dans la structure du four.
Le niveau supérieur de la charge briquetée était maintenu au niveau de la sortie de gaz 10. Cela était accompli en retirant du bas du moufle 5 une quantité ap- propriée de briquettes épuisées tout en chargeant des briquettes fraîches dans la partie supérieure du moufle.
La colonne ou masse de briquettes se trouvant dans le pro- longement 5'du moufle, au-dessus du dessus de la structure
<Desc/Clms Page number 12>
de four 7, avait approximativement 1 mètre 80 centimètres de hauteur.
Le produit gazeux de l'opération de réduction s'effectuant dans la portion fortement chauffée du moufle 5 était conduit, à travers la masse ou colonne superposée de briquettes relativement plus froides, dans le prolongement 5' et se rendait de là, par la sortie de gaz 10, au condenseur 11. Ce produit gazeux consiste, pour la majeure partie, en vapeur de zinc métallique, gaz oxyde de carbone et un faible pourcentage de plomb et il consiste par lui-même une atmosphère fortement réductrice à l'intérieur du prolongement 5'. Au cours du passage à travers la colonne de briquettes d'élimination de plomb contenue dans le prolongement 5' , sensiblement tout le plomb était enlevé du produit gazeux et restait avec ces briquettes d'élimination.
Dans l'exemple dont il est ques- tion ici, la teneur en plomb du zinc métal recueilli dans le condenseur 11 variait de 0,019 à 0,060 %. En opérant dans les mêmes conditions, sauf qu'on maintient le niveau supérieur de la charge briquetée, dans le moufle, à peu près au niveau de la voûte du four 7, la teneur en plomb du zinc métal condensé varie de 0,5 à 1,25 %. De même, 'en travaillant ce même minerai dans un four ordinaire pour distillation,de zinc, suivant la pratique habituelle des moufles à zinc, le zinc métal résultant contient 1% de plomb et plus.
En appliquant les principes de l'invention à un mi- nerai de zinc contenant une quantité relativement faible de plomb, fondu conformément au procédé de l'invention que l'on vient de décrire, la demanderesse à réussi à produire du zinc métal contenant de 0,0024 à 0,0032 % de plomb.
En traitant ce même minerai de la même façon, mais en maintenant le niveau de' la charge dans le moufle à peu près au niveau de la voûte du four, le zine métal résultant con- tient de 0,08 à 0,12 % de plomb.- De même, en traitant ce
<Desc/Clms Page number 13>
même minerai conformément à la pratique habituelle des mou- fles à zinc, le zinc métal résultant contient de 0,08 à 0,12 % de plomb.
Le plomb enlevé du produit gazeux de l'opération de fusion par la masse d'agglomérés d'élimination accompa- gne les agglomérés dans la zone de fusion du moufle dans un état, ou sous une forme, moins facilement ramenée au produit gazeux que l'état, ou forme, dans lequel le plomb se présen- te dans la matière zincifère. Ce qui arrive exactement à ce plomb dans la. zone de fusion, la demanderesse n'est pas à même de le dire; mais il sort, en grande partie au moins, du b-as du moufle avec les résidus épuisés. Quelle que puisse être l'explication correcte du phénomène, les faits eux-mêmes sont clairs et le plomb est presque complètement éliminé du produit gazeux au cours du passage de celui-ci à travers la masse d'agglomérés d'élimination de températu. re réglée.
Il ressort clairement de ce qui précède qu'un réglage et un maintien soigneux de la température de la masse d'agglomérés d'élimination ou autre forme de matière zincifère et (ou) de matière carbonacée de la charge de fusion sont essentiels pour l'élimination effective de plomb sans condensation d'aucune quantité notable de vapeur de zinc. Ce réglage et ce maintien de la température sont accomplis le plus avantageusement, dans l'appareil repré- senté sur le dessin, en réglant le rayonnement de chaleur du prolongement 5'. Cela peut se faire commodément en munissant l'enveloppe en tôle 9 de portes, ou leur équiva lent, à travers lesquelles on peut augmenter, ou diminuer, le calorifuge, forme de poussier de houille, 8, entourant le prolongement 5'.
On peut faire usage d'autres moyens appropriés de réglage et de maintien de la température.
On détermine la température des gaz à l'intérieur du prolongement 5' en disposant d'une manière appropriée des
<Desc/Clms Page number 14>
pyromètres ou autres instruments thermométriques*
Les avantages de l'invention seront manifestes pour les personnes du métier. L'élimination du plomb est ef- fectuée par la charge de fusion elle-même et de préférence juste avant son introduction dans la chambre de réduction.
En superposant la partie de charge constituant la masse d'élimination à la charge qui subit la réduction, on évite tout appareil étranger et on supprimedes joints ou connexions mécaniques à travers lesquels de l'air pourrait s'introduire dans le système. De plus, la colonne superposée d'agglo- mérés d'élimination constitue un parcours relativement long pour l'opération d'élimination du plomb et offre une excel- lente occasion de régler la température*
Il est important que la partie de charge cons- tituant la masse d'élimination soit maintenue dans une atmosphère réductrice exempte de toutes influences oxy- dantes.
Pour empêcher de l'air ou des gaz oxydants d'ê- tre introduits dans le prolongement 5' , au cours de l'introduction de charge fraîche, il est préférable d'in- 'troduire la charge dans ledit prolongement à une tempéra- ture à laquelle il se dégage de la charge fraîche une quan- tité de gaz suffisante pour empêcher l'entraînement d'air.
Si de l'air ou autre gaz oxydant s'infiltre ou pénètre autrement dans la masse de charge d'élimination, l'effi- cacité de l'enlèvement de plomb se trouvera sérieusement diminuée, sinon complètement détruite. C'est l'un des principaux avantages résultant de la construction unitaire, préférée par la demanderesse, du moufle 5 et du prolonge- ment 5', puisque des rentrées d'air sont par cela même effectivement empêchées.
Bien que, dans la pratique préférée par la demanderesse, le milieu d'élimination de plomb soit com- posé de la charge de réduction ou de fusion mélangée, ce milieu peut, si on le désire, être composé d'un ingrédient quelconque de la charge de réduction, comme la matière zin-
<Desc/Clms Page number 15>
cifère seule, ou l'agent réducteur seul. En outre, bien qu'il soit préférable de superposer le milieu d'élimination à la charge qui subit Infusion, ce qui simplifie l'opération et facilite le renouvellement du milieu d'élimination, on peut employer d'autres façons de renfermer ledit milieu et de le renouveler de temps à autre.
La demanderesse con- sidère comme avantageux de faire mouvoir progressivement le milieu d'élimination de plomb dans une direction opposée à celle du flux du produit gazeux et de renouveler le milieu, de temps à autre, par de la matière d'élimination fraîche y ajoutée à une température approchant de celle à laquelle le milieu est maintenu.
De plus, bien qu'il soit préféra- ble de conduire l'élimination de plomb sans condensation notable de vapeur de zinc métallique dans le milieu d'éli- mination, cela n'est pas essentiel puisque tout zinc qui est condensé dans le milieu d'élimination est facile- ment revolatilisé et récupéré, en particulier lorsque le milieu d'élimination est immédiatement soumis à l'opération de fusion, où le zinc condensé est revolatilisé et ramené au produit gazeux-
Bien que l'on ait décrit en particulier la récupération de la vapeur de zinc métallique, du produit gazeux d'où le plomb a été éliminé, sous la forme de zinc, métal, il va sans dire que la vapeur peut être récupérée sous d'autres formes de produits de zinc.
C'est ainsi par exemple que l'on peut condenser la vapeur de zinc com- me poussière de zinc, ou qu'on peut l'oxyder et la re- cueillir comme oxyde de zinc. En tout cas, la pratique de
EMI15.1
'µprès de l'invention permet d'obtenir des produits de zinc plus / l'exemption tale to- presque " de plomb que ceux qu'on pour...
1/ " rait autrement obtenir, par des procédés métallurgiques, des minerais de zinc contenant du plomb,
En plus du type d'appareil représenté sur le dessin, l'éliminateur peut , avantageusement, être placé dans une position telle, par rapport au moufle de réduction
<Desc/Clms Page number 16>
qu'un milieu d'élimination autre que des matières sur le point d'être soumises à l'opération de réduction peut être employé. Ainsi, si l'éliminateur est placé le long de l'extrémité supérieure du moufle de réduction, on peut fai- re passer la vapeur de zinc par dessus l'éliminateur et dans celui-ci, de préférence à sa partie inférieure, bien qu'on puisse faire passer la vapeur dans l'éliminateur à son extrémité supérieure ou près de celle-ci.
Dans un cas de ce genre, les matières de charge peuvent être amenées directement dans la chambre de réduction, sans servir de milieu d'élimination. En outre, on peut employer dans l'éliminateur un milieu d'élimination séparé et distinct qui n'a pas à passer directement au moufle de réduction.
Le milieu d'élimination peut être retiré de l'élimina- teur et enlevé à volonté- Cette pratique permet l'usage de tout milieu d'élimination approprié, tel que résidus, réfractaires etc., qui ne sont pas, de préférence, introduits dans la chambre de réduction.
EN RESUME! L'invention comprend :
1 Un procédé d'épuration de vapeur de zinc ob- tenue dans la réduction de matière zincifère, procédé essentiellement caractérisé par le fait que l'on fait pas- ser le produit gazeux de l'opération de réduction à tra- vers un milieu d'élimination maintenu à une température réglée propre à effectuer un enlèvement notable de plomb du produit gazeux, ee procédé pouvant d'ailleurs être ca- ractérisé, en outre, par un ou plusieurs des points suivants. a) Le milieu d'élimination est mû progressivement à travers le chemin suivi par la vapeur de zinc, en étant introduit, ou sans être introduit, dans la chambre de réduc- tion.
b) On renouvelle de temps à autre le milieu d'éli- mination en y ajoutant de la matière fraîche à une tempé- rature approchant celle à laquelle ,la masse de milieu d'é- limination est maintenue;
<Desc / Clms Page number 1>
11-METHOD AND APPARATUS FOR MATERIAL REDUCTION-
ZINCIFER RES CONTAINING LEAD "
The present invention relates to the reduction or smelting of zinciferous materials containing lead and it relates to certain improvements in the process and apparatus for smelting these zinciferous materials, improvements by which an effective removal of lead is obtained.
Lead is one of the common contaminants in zinc ores and their concentrates and, when present in relatively small amounts, prevents the production, by pyrometallurgical processes, of zinc products, such as metallic zinc. zinc oxide, zinc dust, etc., of superior quality, substantially free
<Desc / Clms Page number 2>
lead. A relatively large tonnage of zinc concentrates containing 0.05 to 5% lead is available for zinc smelting; but to date, no fully satisfactory pyrometallurgical process has existed for obtaining substantially lead-free zinc products from these concentrates.
The present invention is particularly applicable to the pyrometallurgical treatment of such zinc concentrates and other lead-containing zinciferous materials, since the practice of the invention allows to obtain zinc products of superior quality. substantially free of lead.
The gaseous product resulting from the smelting of a charge of zinciferous material containing lead consists, for the most part, of metallic zinc vapor, carbon oxide and a small amount of ploinb. In the usual procedures heretofore followed for zinc smelting, any lead in the gaseous product will, for the most part, accompany the zinc vapor and thereby contaminate the final zinc product. Throughout this specification, the word lead has been used in a general sense and this expression should be considered to include not only metallic lead but also lead compounds. On the other hand, the figures given here to express the lead content are percentages of lead calculated as metallic lead.
In addition to lead, the zinc melt may contain, and usually does contain, one or more other contaminating metals, which, like lead, boil at a temperature above the boiling point of zinc but which enter the body. gaseous product of the zinc smelting process and thereby contaminate the zinc product obtained therefrom. Although these other contaminating metals, such as for example tin, anti-
<Desc / Clms Page number 3>
monk, bismuth, germanium and probably thallium, aluminum and magnesium are usually present in relatively small percentages, frequently amounting to mere traces, they very often have a deleterious influence on the properties of the final zinc product .
The object of the invention is to provide a pyrometallurgical treatment for zinciferous materials containing one or more of the aforementioned contaminating metals, during which a significant removal of the contaminating metals is carried out, thereby making it possible to recover a product from purer and more desirable zinc than that obtainable by the conventional zinc smelting processes hitherto practiced. Since, in the practice of the invention, all contaminating metals appear to behave in the same way, the invention will be described here more particularly with respect to the removal of lead.
The invention can be practiced exclusively for the removal of lead, without special concern for the removal of other metals; or it can be practiced for the removal of any one or more of the contaminating metals.
In general, the removal of substantially all of the lead by the practice of the invention will at the same time effect significant removal of such other contaminating metals which may be present in the zinc melt charge. For the sake of the conclusion, it is the removal of lead that is particularly concerned here; but the Applicant means by that even to include the removal of any one or more of the aforementioned contaminating metals.
The invention is based on the discovery that lead can be almost completely removed from the gaseous product of the zinc smelting operation by passing the gaseous product through a suitable removal medium.
<Desc / Clms Page number 4>
Required composed, for example, of at least one of the ingredients of the zinc melt charge, maintained under reducing conditions at a suitable elevated temperature and carefully controlled. Applicants have further found that practical considerations make it desirable to supply the gaseous product to the removal medium in a substantially continuous stream, of relatively constant volume and composition, and substantially free of oxidizing gases. .
Based on these findings, the invention consists in conducting the gaseous product resulting from the reduction or fusion of a charge of zinc-bearing material containing lead through a lead removal medium, hot, composed of at least one of the in - Ingredients of the zinc reduction feed, preferably about to be subjected to the reduction operation, maintained at a temperature set low enough to effect significant removal of lead from the gaseous product.
The zinc reduction operation is preferably carried out so as to produce and supply to the removal medium a substantially continuous stream of the resulting product gas, which stream should preferably be of relatively constant volume and composition and. practically free from oxidizing gases. The removal medium can be suitably confined and disposed between the zinc melting chamber and the zinc recovery apparatus, so that the gaseous product from which the lead has been removed passes, preferably in a substantially direct current. , from the chamber where the lead is eliminated to the zinc recovery device.
Although the lead removal medium can be composed of any of the elements of the reducing charge, it is preferable to employ the reducing charge itself, consisting of the zinciferous material and the agent. carbonaceous reducer, mixed. The removal medium must offer the flow of the gaseous product through it a multiplicity of tortuous paths, and must be sufficiently porous to allow the free passage of the gaseous product "@
<Desc / Clms Page number 5>
These conditions are satisfactorily fulfilled when the removal medium is composed of a mass of aggregates. The aggregates can be formed naturally, such as by coke, coal or zinc ore bro - crushed or crushed, or can be artificially formed such as by brickwork,
sintering, etc. The aggregates should be approximately uniform in size so that the porosity of the removal medium as a whole can be substantially uniform. In addition, in order to provide the desired multiplicity of tortuous gas passages, the aggregates should not be too large. Very satisfactory results have been obtained with a removal medium composed of briquettes approximately 76 millimeters in diameter or thickness enclosed in a vertically arranged cylinder having about 38 centimeters in internal diameter and about. 1 meter 83 centimeters long or high, where approximately one tonne of zinc metal was recovered per 24 hours of the product gas passing through the removal medium.
In applicants' view, the removal of lead by the stripping medium is more efficient, and probably only possible, when the lead is present in a reduced state. The removal medium should therefore be maintained under reducing conditions, or in a reducing atmosphere free from any oxidative influence, in order to avoid oxidation of metallic lead and zinc and, if necessary, to prevent oxidation. reduce any oxidized lead or zinc that may be present in the product gas.
If air or other oxidizing gas infiltrates or otherwise enters the enclosure which contains the disposal medium, the efficiency of lead removal is seriously impaired, if not completely destroyed. , the reduction operation is carried out so that its gaseous product consists mainly of oxy-
<Desc / Clms Page number 6>
of carbon and metallic zinc vapor with only a one percent fraction of carbon dioxide.
In the event that the carbon dioxide content of the gaseous product of the reduction operation exceeds about 1 to 2%, the stripping medium should contain the reducing agent of the reduction charge, such as coal, carbon dioxide. coke, etc., in order to ensure the necessary reduction conditions in the elimina- tion medium for the effective removal of lead.
The preferred practice is to maintain the lead removal medium at a temperature, carefully controlled, below that at which the lead compounds will be volatilized and at which some appreciable amount. lead will remain with the gaseous product under the operating conditions. This regulated temperature is essential in the event that. the removal medium is composed, in whole or in part, of zinciferous material in order to effect the desired lead removal without significant reduction of the zinciferous material from the removal medium.
In the practice of the invention, the following are ensured: very satisfactory results by maintaining the elimination medium at a temperature intermediate between the temperature at which zinc is reduced in its compounds and that at which zinc is reduced. metallic zinc vapor is condensed and, of course, lower than the temperature at which lead will remain with the gaseous product, under the operating conditions, so that no significant condensation of zinc vapor occurs in the eliminating medium.
The desired control and maintenance of the temperature of the removal medium can be effected in any suitable and convenient manner. This can be done conveniently by surrounding the elimination medium. of means for makingß or adjusting the heat radiated by it.
<Desc / Clms Page number 7>
Excellent results have been obtained in practice by enclosing the removal medium in a vertical tube several meters in length and surrounded by heat insulating material of varying thickness or efficiency.
By properly adjusting the efficiency of the heat insulating material, the heat radiation from the tube can be controlled so as to maintain the desired temperature of the removal medium.
The Applicant has found that the nature and composition of the gaseous product resulting from the zinc reduction operation has an important bearing on the efficiency of the removal of lead in accordance with the principles of the invention. The best results are obtained when the product gas is a substantially uniform stream of zinc and carbon monoxide vapor of relatively constant volume and composition and substantially free of oxidizing gases.
In the case where the reduction of the zinc is carried out in a muffle or vertical crucible, the improvements of the invention can be advantageously applied to the process by providing an upper extension of the muffle, above the reduction zone in the latter. , capable of containing the lead removal medium which in this case will be composed of a mass or column of the agglomerated zinc melt charge, itself, about to be advanced or introduced into the muffle reduction area.
The agglomerated filler as a whole then gradually descends through the vertical muffle and its extension and is heated, in the reduction zone of this muffle, to a temperature high enough to reduce zinc compounds and volatilize the metallic zinc. resulting, while being maintained, in the extension of the muffle, at a temperature suitable to effect a significant removal of lead. The eliminating medium is thus superimposed on the load which undergoes the reduction and, with a
<Desc / Clms Page number 8>
renewal or appropriate introduction of fresh feed at the top, gradually descends from the lead removal zone to the melting zone, and spent or spent agglomerates are removed, in an appropriate manner, from the bottom of the mitten.
The gaseous product from which the lead has been removed is withdrawn from the prolongation at the upper part, or near the upper part, of the mass of agglomerates for the elimination of lead, and is led to the apparatus zinc recovery, such as a zinc metal condenser.
In the accompanying drawing, there is shown an apparatus suitable for the practice of the invention in conjunction with the process for reducing zinc-bearing material in a muffle or crucible arranged vertically and heated externally. It goes without saying that the drawing is purely illustrative and that the invention can be put into practice in other types or arrangements of apparatus. It goes without saying, moreover, that the invention is not limited to this particular process for reducing zinciferous material, but is generally applicable to any treatment of melting zinciferous material containing lead.
The only figure in this drawing is a sectional elevation of the upper portion of a vertical fusing muffle and accessory parts for practicing the improvements of the invention. The vertical muffle 5 is suitably mounted within the heating chamber, or laboratory, 6 of a suitable furnace construction 7. The muffle can be heated by electric power, by heat. hard coal, by oily or gaseous fuels, or in any other suitable manner. The muffle 5-crosses the vault of the furnace structure 7, and rises to a distance of several meters above the top of this structure, thus forming what can be called an upper extension, 5 ', of
<Desc / Clms Page number 9>
mitten.
This upper extension can form an integral part of the muffle itself, or can be constituted by a separate unit thereto, the two devices preferably being connected by an expansion joint.
The extension 5 'of the muffle is surrounded by a layer, 8, of heat insulating material, such as coal dust, suitably enclosed by a sheet metal casing, 9, surrounding it. Near the top of the extension 5 ', there is provided a gas outlet, 10, communicating with a condenser 11. The condenser shown in the drawing is of the multi-channel type, comprising a gas distributor and molten metal collecting chamber, 12 , communicating with the lower ends of a multiplicity of vertical channels 13.
The agglomerates of zinciferous material and of carbonaceous reducing agent mixed are introduced into the vertical muffle by a suitable loading device (indicated schematically at 14), at the upper part of the extension 5 '. This loading device is of a construction such that no air penetrates at the top of the muffle, that little or nothing escapes of the gaseous product and that the agglomerates are introduced into the muffle without blocking the gas outlet 10. The muffle, including its upper extension, is filled with the aggregate charge to approximately the level of the gas outlet 10.
The spent residue, or spent load, is removed from the bottom of the muffle 5 continuously or at appropriate periodic intervals, thereby making room for the introduction, from time to time, of fresh agglomerates. by the loading device 14.
The muffle operates in a substantially continuous manner. That of the parts of the muffle which is inside the heating chamber 6 is subjected to a @
<Desc / Clms Page number 10>
temperature high enough to produce reduction of zinc compounds in the melting zone of the muffle and volatilization of the resulting metallic zinc. The gaseous products of the reduction process rise in the muffle 5 and pass through the relatively cooler mass of agglomerates enclosed in the extension 5 '.
These agglomerates are about to enter the melting zone of muffle 5; but, although acting as a lead removal medium, they are superimposed on the main mass of agglomerates undergoing reduction. The temperature of the mass of agglomerates located in the extension 5 'is regulated by increasing or decreasing the thickness of the heat-insulating layer 8, or by other suitable temperature regulating means,
so as to maintain the agglomerates at a temperature sufficiently low to prevent volatilization of lead compounds and to effect significant removal of lead without condensing any appreciable amount of zinc vapor o The gases from which lead has been removed pass through the gas outlet 10 to condenser 11 where substantially all of the zinc vapor is condensed to zinc metal
The following specific example illustrates the principles of the invention as practiced in an apparatus of the arrangement shown in the accompanying drawing; it goes without saying, however, that this example is merely illustrative, and is in no way restrictive, of the invention.
The charge consisted of approximately 50 parts, by weight, of finely divided zinc ore (containing 65-70% zinc and 1.5-3.5% lead) and 50 parts, by weight, of hard coal. bituminous fat.
Zinc ore and coal were each ground so that approximately 80% passed through an 8 mesh sieve and then poured into a; -the
<Desc / Clms Page number 11>
Chilean trough mill, for dry grinding, to the action of kneading and crushing which they were subjected for a few minutes. From the Chilean mill, the mixed material was fed to a briquetting press and formed into half-round briquettes by a compressive force of about 140 kg per square centimeter.
The briquettes were loaded, without drying, into a vertical coking muffle, heated outside. is lying. In this they were subjected to a coking temperature of about 9500 C for 1.5 hours. The coked briquettes were transported, without significant loss of heat, from the coking muffle to the 5 'extension of the vertical melting muffle and introduced into this extension at the rate of about 81 kg at 45 minute intervals. The temperature inside the heating chamber 6 was about 1100 to 1250 C and the mass of elimination agglomerates in the extension 5 'was maintained at a temperature of about 800 to 9000 C. .
In the particular example in question here, the block 5 was about 7 meters 62 centimeters long (high) and slightly more than 38 centimeters in internal diameter, while the extension 5 'was about 2.45 centimeters long.
The muffle 5 and the extension 5 'consisted of a unitary structure of radial silicon carbide bricks, supported exclusively at the base and not otherwise bonded in the structure of the furnace.
The upper level of the briquetting charge was maintained at the gas outlet 10. This was accomplished by removing from the bottom of the muffle 5 an appropriate amount of spent briquettes while loading fresh briquettes into the top of the muffle.
The column or mass of briquettes located in the 5 'extension of the muffle, above the top of the structure
<Desc / Clms Page number 12>
of oven 7, was approximately 1 meter 80 centimeters in height.
The gaseous product of the reduction operation taking place in the strongly heated portion of the muffle 5 was conducted, through the superimposed mass or column of relatively cooler briquettes, in the extension 5 'and proceeded from there through the outlet. of gas 10, to the condenser 11. This gaseous product consists, for the most part, of metallic zinc vapor, carbon monoxide gas and a small percentage of lead and it itself consists of a strongly reducing atmosphere inside the gas. 5 'extension. During passage through the column of lead removal briquettes contained in extension 5 ', substantially all of the lead was removed from the product gas and remained with these stripping briquettes.
In the example referred to here, the lead content of the zinc metal collected in condenser 11 varied from 0.019 to 0.060%. Operating under the same conditions, except that the upper level of the briquetting charge is maintained in the muffle, approximately at the level of the vault of furnace 7, the lead content of the condensed zinc metal varies from 0.5 to 1.25%. Likewise, by working this same ore in an ordinary zinc distillation furnace, following the usual zinc muffle practice, the resulting zinc metal contains 1% lead and more.
By applying the principles of the invention to a zinc ore containing a relatively small amount of lead, melted in accordance with the process of the invention just described, the Applicant has succeeded in producing zinc metal containing 0.0024 to 0.0032% lead.
By treating this same ore in the same way, but keeping the level of the filler in the muffle at about the level of the furnace vault, the resulting metal zine contains 0.08 to 0.12% of lead.- Similarly, in dealing with this
<Desc / Clms Page number 13>
Even ore in accordance with usual zinc mold practice, the resulting zinc metal contains 0.08-0.12% lead.
The lead removed from the gaseous product of the smelting operation by the mass of elimination agglomerates accompanies the agglomerates in the melting zone of the muffle in a state, or in a form, less easily returned to the gaseous product than the gaseous product. The state, or form, in which lead is present in the zinciferous material. What exactly happens to this lead in the. fusion zone, the applicant is not in a position to say; but it comes out, in large part at least, from the bottom of the muffle with the spent residues. Whatever the correct explanation for the phenomenon may be, the facts themselves are clear and lead is almost completely removed from the gaseous product during its passage through the mass of temperature eliminating agglomerates. re settled.
It is clear from the above that careful control and maintenance of the temperature of the mass of elimination agglomerates or other form of zinc-bearing material and / or carbonaceous material of the melt charge is essential for the effective removal of lead without condensation of any significant amount of zinc vapor. This adjustment and maintenance of the temperature is most advantageously accomplished, in the apparatus shown in the drawing, by adjusting the heat radiation of the extension 5 '. This can be done conveniently by providing the sheet metal casing 9 with doors, or their equivalent, through which it is possible to increase, or decrease, the heat insulation, in the form of coal dust, 8, surrounding the extension 5 '.
Other suitable means of regulating and maintaining the temperature can be used.
The temperature of the gases within the 5 'extension is determined by appropriately arranging the
<Desc / Clms Page number 14>
pyrometers or other thermometric instruments *
The advantages of the invention will be apparent to those skilled in the art. The removal of lead is carried out by the melt charge itself and preferably just before its introduction into the reduction chamber.
By superimposing the load part constituting the elimination mass on the load which undergoes the reduction, any foreign apparatus is avoided and mechanical joints or connections through which air could enter the system are eliminated. In addition, the stacked column of removal agglomerates provides a relatively long run for the lead removal operation and provides an excellent opportunity for temperature control *
It is important that the feed part constituting the elimination mass is kept in a reducing atmosphere free from any oxidizing influences.
To prevent air or oxidizing gases from being introduced into the extension 5 ', during the introduction of fresh charge, it is preferable to introduce the charge into said extension at a temperature. ture at which sufficient gas is released from the fresh charge to prevent entrainment of air.
If air or other oxidizing gas infiltrates or otherwise enters the removal charge mass, the efficiency of lead removal will be seriously impaired, if not completely destroyed. This is one of the main advantages resulting from the unitary construction, preferred by the Applicant, of the muffle 5 and of the extension 5 ', since inflows of air are thereby effectively prevented.
Although, in Applicant's preferred practice, the lead removal medium is comprised of the mixed reducing or smelting feed, this medium may, if desired, be comprised of any ingredient of the mixture. reducing load, such as material zin-
<Desc / Clms Page number 15>
cifer alone, or the reducing agent alone. Further, although it is preferable to superimpose the removal medium on the load which undergoes Infusion, which simplifies the operation and facilitates the renewal of the removal medium, other ways of containing said medium can be employed. and renew it from time to time.
The Applicant considers it advantageous to gradually move the lead removal medium in a direction opposite to that of the flow of the gaseous product and to renew the medium from time to time with fresh removal material added thereto. at a temperature approaching that at which the medium is maintained.
In addition, although it is preferable to conduct the removal of lead without noticeable condensation of metallic zinc vapor in the removal medium, this is not essential since any zinc which is condensed in the medium removal is easily revolatilized and recovered, in particular when the removal medium is immediately subjected to the smelting operation, where the condensed zinc is revolatilized and returned to the gaseous product.
Although the recovery of the vapor of metallic zinc has been described in particular, of the gaseous product from which the lead has been removed, in the form of zinc, a metal, it goes without saying that the vapor can be recovered under d 'other forms of zinc products.
For example, zinc vapor can be condensed as zinc dust, or it can be oxidized and collected as zinc oxide. In any case, the practice of
EMI15.1
'µnder of the invention allows to obtain zinc products more / the tale to- almost exemption of lead than those which one for ...
1 / "would otherwise obtain, by metallurgical processes, zinc ores containing lead,
In addition to the type of apparatus shown in the drawing, the eliminator can advantageously be placed in such a position, relative to the reduction muffle.
<Desc / Clms Page number 16>
that a removal medium other than materials about to be subjected to the reduction operation may be employed. Thus, if the eliminator is placed along the upper end of the reduction muffle, the zinc vapor can be passed over and into the eliminator, preferably at its lower part, although The vapor may be passed through the eliminator at or near its upper end.
In such a case, the feed materials can be fed directly into the reduction chamber, without serving as a removal medium. In addition, a separate and distinct removal medium can be employed in the eliminator which does not have to go directly to the reduction muffle.
The elimination medium can be removed from the eliminator and removed at will. This practice allows the use of any suitable elimination medium, such as residues, refractories etc., which are preferably not introduced. in the reduction chamber.
IN SUMMARY! The invention comprises:
1 A process for purifying zinc vapor obtained in the reduction of zinciferous material, a process essentially characterized in that the gaseous product of the reduction operation is passed through a medium of The removal maintained at a controlled temperature suitable for effecting a significant removal of lead from the gaseous product, this process also being able to be characterized, in addition, by one or more of the following points. a) The removal medium is moved gradually through the path followed by the zinc vapor, being introduced, or not introduced, into the reduction chamber.
(b) The removal medium is changed from time to time by adding fresh material to it at a temperature approaching that at which the mass of removal medium is maintained;