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PROCEDE ET APPAREIL POUR LE GRILLAGE ET LA RECUPERATION DU ZINC DES
RESIDUS D'INSTALLATIONS DE TRAITEMENT ELECTROLYTIQUE.DU ZINC.
La présente invention concerne un procédé perfectionné pour la ré- cupération du zinc contenu dans les résidus des installations d'électrolyse du zinc. Elle concerne plus particulièrement un procédé perfectionné de gril- lage de ces résidus après leur traitement par l'acide sulfurique.
Par résidu d'installations de traitement du zinc" on entend dans le présent mémoire la matière qui reste non dissoute après lessivage d'un concentré grillé de zinc (calcine), avec une liqueur contenant de l'acide sul- furique, pendant le cours normal du traitement électrolytique du zinc. Dans certaines installations d'électrolyse du zinc, on soumet ces résidus à un trai- tement de flottation pour récupérer des sulfures non grillés. Dans d'autres installations, la quantité de ces sulfures dans le résidu est tellement fai- ble que la récupération n'est pas justifiée. La fig. 1 du dessin annexé repré- sente un schéma de circulation selon un procédé de traitement de la calcine dans une installation pour le traitement électrolytique du zinc; ainsi que la production du résidu.
Le terme '!résidu traité à l'acide d'une installation pour le traitement du zinc" désigne les résidus précités après leur traite- ment par l'acide sulfurique concentré.
Le zinc des résidus des installations précitées se.présente prin- cipalement sous la forme de ferrite de zinc répondant approximativement à la formule ZnO.Fe 0 , mais des proportions relativement faibles de zinc sont également présentes sous la forme de sulfure de zinc, de sulfate de zinc et d'oxyde de zinc. Lorsqu'on mélange le résidu avec de l'acide sulfurique con- centré, cet acide attaque le ferrite de zinc pour former un mélange de sul- fates de zinc et de fer. Il se produit également une transformation du sul- fure de zinc en sulfate de zinc. Si l'on sèche le mélange résultant, et qu'on le grille ensuite à une température appropriée, le sulfate de fer se décom- pose pour former un oxyde de fer relativement insoluble, tandis que le zinc
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reste principalement sous la forme de sulfate soluble dans l'eau.
Une faible quantité de zinc peut être présente sous la forme d'oxyde soluble dans l'aci- de sulfurique dilué.
Lorsqu'on procède au lessivage par l'eau ou par l'acide sulfuri- que dilué du produit grillé, le zinc passe en solution, tandis que le fer reste sous forme d'une matière insoluble qui peut être séparée de la liqueur et rejetéeo Le but particulier des opérations de mélange avec l'acide et de grillage est donc de permettre la séparation du zinc et du fer au cours de l'opération de lessivage consécutive. L'acuité de la séparation dépend donc de l'efficacité de l'opération de grillage.
Dans le traitement du résidu par l'acide, la quantité d'acide sul- furique doit être au moins équivalente aux quantités de sulfure de zinc, de ferrite de zinc et aux faibles quantités d'oxydes d'autres métaux, tels que ceux de manganèse et de cuivre, qui peuvent être également présents. Il n'est pas nécessaire que l'acide utilisé corresponde en quantité à la totalité de l'oxyde de fer duferrite, mais il n'y a aucun inconvénient à cela. Quoiqu'on suppose que l'acide attaque également bien les oxydes de zinc et de fer d'une partie du ferrite, le radical acide provenant de la décomposition du sulfate de fer pendant le grillage peut réagir avec le zinc de la partie jusque là non modifiée duferrite. Le mécanisme exact des réactions intervenant dans ce cas n'est pas bien connu.
@ Si l'on procède au grillage durésidu traité à l'acide à une tempé- rature trop élevée, ou si l'on prolonge trop longtemps ce grillage, les oxy- des de zinc et de fer libérés ont tendance à se recombiner pour reformer le ferrite insoluble de zinc. Il en résulte alors qu'une partie plus faible de la teneur en zinc du résidu se présente sous une forme soluble dans le pro- duit final. Si la température de grillage est trop basse, ou si ce grillage n'est pas prolongé pendant une durée suffisante, une proportion trop impor- tante du fer reste sous une forme soluble dans le produit final. Si l'on ef- fectue le grillage du résidu traité à l'acide par l'un quelconque des procédés existants, on se heurte à des difficultés provenant entre autres des varia- tions de la température dans le four de grillage.
Lorsque les particules d'une couche immobile sont chauffées par rayonnement, les particules expo- sées aux radiations sont chauffées davantage que les autres particules si- tuées plus loin dans la couche, de la chaleur est alors transmise par con- duction des premières à ces dernières. Si la température moyenne de la cou- che est celle qui est nécessaire pour le grillage, les particules de la sur- face exposée sont trop grillées, tandis que les particules situées plus pro- fondément sont trop peu grillées. On obtient un résultat similaire si la cha- leur est transmise aux particules par convection forcée. Dans ce cas, des gaz chauds circulant entre les particules transmettent la chaleur nécessaire au grillage.
La température des gaz décroît pendant qu'ils traversent la cou- che, les+particules venant d'abord en contact avec les gaz chauds peuvent être trop grillées par rapport aux particules placées plus loin.
Dans une certaine mesure, on peut réduire ces variations des con- ditions du grillage en utilisant le brassage, ou en déplaçant les particules d'une autre manière; dans un four rotatif, les particules sont culbutées, dans un four à cuve continue,la matière se déplace à travers la cuve, dans un four de grillage à moufle, les particules sont mélangées par des agita- teurs. Mais il existe toujours des gradients de température relativement importants qui exercent une action nuisible sur le grillage de la matière.
Un but de la présente invention est de perfectionner le traite- ment des résidus d'installations pour le traitement du zinc et elle concer- ne un procédé perfectionné et un appareil pour le grillage de résidus trai- tés à l'acide provenant d'installations de traitement du zinc, permettant de remédier largement aux inconvénients précités des procédés existants.
L'invention consiste dans ses grandes lignes à traiter les résidus d'in- stallations de traitement du zinc avec de l'acide sulfurique, à soumettre le résidu traité à l'acide à un grillage en milieu fluide en mettant en
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suspension une masse de particules du résidu traité à l'acide dans une couche fluidisée par un courant ascendant d'air ou de gaz la traversant, pendant que l'on fournit de la chaleur aux particules de la couche fluidisée, et à extraire ensuite le zinc par lessivage du produit grillé.
L'appareil suivant l'invention pour le grillage en milieu flui- de du résidu traité à l'acide provenant d'une installation de traitement du zinc comporte une chambre de grillage, des moyens pour introduire le résidu dans cette chambre sous une forme finement divisée, un dispositif pour in- troduire l'air ou un gaz au fond ou à proximité du fond de la chambre et pour le faire passer de bas en haut à travers cette chambre à une vitesse telle que les particules du résidu soient mises en suspension et maintenues en mouvement turbulent à l'intérieur de la chambre sous la forme d'une cou- che fluidisée, des moyens pour transmettre de la chaleur à la couche de par- ticules, un dispositif pour soutirer les gaz à la partie supérieure de la chambre, et un dispositif pour évacuer la matière grillée hors de la chambre.
Au cours du grillage de la matière fluidisée, le mélange dû à la turbulence rapide réduit au minimum le gradient de température entre les particules solides de la couche. L'écart.de température entre l'extérieur et le centre de chaque particule dépend largement de leur grosseur. Dans le grillage, en milieu fluide suivant l'invention, d'un résidu séché traité à l'acide, la grosseur des particules est relativement faible, de sorte qu'au- cun gradient de température sensible ne s'établit à l'intérieur des particu- les. Ceci constitue un avantage appréciable du procédé suivant l'invention.
Pour réaliser le grillage désiré, un apport de chaleur est né- cessairepour porter la matière à la température de grillage, pour fournir la chaleur nécessaire aux réactions chimiques, pour chauffer l'air ou les gaz utilisés pour la fluidisation, et pour compenser les pertes de chaleur par rayonnement et par convection des parois de l'appareil et de ses acces- soires. On peut élever et maintenir la température de la matière fluidisée en transmettant de la chaleur à travers les parois de l'appareil de grilla- ge, ou à travers les parois de tubes traversant cet appareil ou encore à travers les parois de tubes dans un échangeur de chaleur extérieur.
Un au- tre procédé permettant d'apporter la chaleur nécessaire consiste à brûler un combustible dans une chambre de combustion séparée, et à injecter dans l'appareil de grillage l'air contenant les produits de combustion chauds, cet air servant à maintenir l'état fluidisé et à apporter la chaleur nécessaire au grillage.
On peut également introduire un combustible solide ou liquide directement dans la couche fluidisée. Dans ce cas, Il peut être indiqué d'utiliser l'oxygène ou l'air enrichi en oxygène pour effectuer la fluidisa- tion afin d'assurer la combustion d'une quantité de combustible suffisante pour apporter la quantité de chaleur nécessaire à la quantité de matière traitée, sans qu'il soit nécessaire d'augmenter le débit du gaz. Si on le désire, on peut chauffer au préalable l'air utilisé pour la fluidisation avant de l'utiliser de l'une des manières précédemment décrites.
On a trouvé qu'il convient d'effectuer le grillage de façon tel- le que la couche fluidisée ne forme pas un milieu réducteur. Ainsi l'expé- rience a montré que la présence d'un gaz inerte n'est pas nuisible à la marche du procédé, mais que la présence d'un gaz réducteur peut contrarier la récupération.
Le grillage est effectué avantageusement à une température com- prise entre 660 et 700 C, de préférence à une température d'environ 680 C.
Si l'on utilise une température supérieure, il peut être nécessaire de ré- duire la durée nominale de traitement de la matière dans l'appareil à gril- ler. Si la température utilisée est plus basse, il peut devenir nécessaire d'augmenter la durée nominale de traitement. Ce terme "durée nominale de traitement" désigne le rapport entre le poids de la matière à l'intérieur de l'appareil de grillage etle poids de la matière qui y est introduite par uni- té de temps. Dans les conditions précitées de température, on a obtenu des résultats satisfaisants en utilisant une durée nominale de traitement de 1 .
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à 10 heureso
Les fig. 2A et 2B indiquent les opérations auxquelles est soumis le résidu provenant d'une installation de traitement du zinc.
On peut utili- ser divers procédés pour la préparation de la matière destinée au grillage en milieu fluide suivant l'invention. Dans le procédé préféré (schématisé sur la fig. 2A), on mélange une boue épaisse de résidu (par exemple un gâ- teau provenant de la filtration) avec de l'acide sulfurique concentré. On sèche le mélange fluide dans un appareil approprié à cet effet, et on le broie pour obtenir des particules d'une grosseur convenant au grillage en milieu fluide. L'appareil de séchage utilisé peut être d'un type approprié quelconque. Un type d'appareil convenant bien est le séchoir à plateau ro- tatif on peut également utiliser un tambour rotatif de séchage, le séchage par pulvérisation, soit dans l'appareil de grillage à l'état fluide, soit dans un appareil séparé, ou encore un séchoir rotatif.
On peut également sécher la matière en la refoulant directement dans la couche chaude fluidi- séeo
Dans le procédé schématisé sur la figo 2B, on sèche partielle- ment le résidu avant de le mélanger avec l'acide sulfuriqueo On pousse l'o- pération du séchage jusqu'à un degré tel que la matière en grains résultant de l'opération de mélange soit suffisamment sèche pour être broyée et pour donner des particules de grosseur convenant au grillage. Si, dans ce procé- dé, on remplace l'acide sulfurique par l'oléum, on sèche le résidu à un de- gré moins poussé.
Après le grillage du résidu, on lessive le produit grillé, par exemple avec de l'acide sulfurique dilué, on l'épaissit, on le filtre et on le sèche (voir les fig. 2A et 2B). Le trop-plein de l'épaississeur et.le filtrat provenant de l'opération de filtration, qui contiennent en disso- lution le zinc extrait du résidu, sont épurés et soumis à l'électrolyse en vue de la récupération du zinc.
Les fig. 3 et 4 représentent un type d'appareil de grillage pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. La fig. 3 est une coupe verticale de l'appareil et la figo 4 un plan avec coupes partielles.
Cet appareil comporte essentiellement un cylindre vertical 1 fermé à la base et à la partie supérieure qui est revêtue intérieurement de briques réfractaires 2, tandis que la partie inférieure est doublée in- térieurement d'acier inoxydable 3. Le revêtement en acier inoxydable 3 est entouré de maçonnerie 4. Les deux parties maçonnées 2 et 4 sont entourées d'une enveloppe métallique 5.
L'air destiné à la fluidisation est injecté par des orifices pratiqués dans un groupe de conduits distributeurs 6 horizontaux et parallè- les, placés à proximité du fond du cylindre de l'appareil de grillage. Les orifices d'injection d'air sont surmontés de calottes 7 à peu près hémisphé- riques qui empêchent la pénétration des particules solides à l'intérieur des conduits 6. L'air arrive aux conduits 6 par un conduit adducteur 8 partant d'un échangeur de chaleur 9 dans lequel l'air peut être chauffé. L'air froid entre dans cet échangeur en 10. Si cela est nécessaire, on peut chauffer l'air davantage, par exemple dans un échangeur chauffé par un combustible , (non représenté) avant de pénétrer dans les conduits 6.
Un autre mode d'introduction (non représenté) de l'air ou du gaz de fluidisation dans l'appareil de grillage nécessite de prévoir un fond co- nique à l'appareil utilisé, le sommet du cône étant dirigé vers le bas et l'air introduit à ce sommet. Une autre variante (non représentée) nécessite d'utiliser une chambre présentant un court prolongement au-dessous de la pla- que de fond de l'appareil de grillage ; gaz de fluidisation est d'abord introduit dans cette chambre, traverse ensuite des orifices convenables pra- tiqués dans la plaque et pénétre ensuite dans le corps de l'appareil.
Après séchage et broyage, le résidu traité à l'acide contenu dans une trémie 11 est envoyé dans l'appareil de grillage au moyen d'une vis transporteuse 12 tournant dans une enveloppe cylindrique 12a, qui re-
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foule la matière par un conduit d'alimentation 13 vers un point 14 situé au-dessous de la surface libre 15 de la couche fluidisée 16, Le conduit d'alimentation 13 s'ajuste dans un tube 17 encastré dans la paroi de l'appa- reil de grillage afin de pouvoir être retiré en vue de son nettoyage ou de son remplacement. La matière que contient le transporteur à vis 12 assure l'étanchéité quelle que soit la pression statique existant au point de re- foulement de la matière dans la couche fluidisée.
La matière grillée est évacuée de l'appareil par un conduit 18, qui passe dans un tube 19 encastré dans sa paroi. L'inclinaison du conduit d'évacuation 18 est telle que la matière puisse s'écouler librement. La position de l'orifice supérieur 20 du conduit 18 détermine le niveau de la surface libre 15 de la couche fluidisée, comme pour un véritable liquide.
On peut modifier ce niveau en faisant varier la position du conduit d'évacua- tion 18 dans le tube 19. Au besoin, le conduit 18 peut être retiré du tube 19.
Le courant gazeux quittant la couche de matière à l'intérieur de l'appareil de grillage sort par un conduit 21 partant de la paroi à proximi- té de la partie supérieure de l'appareil. La matière en suspension est pra- tiquement séparée du courant gazeux pendant le passage à travers un ou plu- sieurs séparateurs appropriés 22.
La chaleur est fournie à la couche fluidisée 16 à travers la cu- ve enrôler 3,par la combustion d'un combustible dans la chambre annulaire 23. Un brûleur à huile 24 est monté dans la paroi de la chambre de combus- tion, et les gaz de combustion sortent de la chambre par un conduit 25 et sont envoyés dans l'échangeur de chaleur 9 en vue du chauffage préalable de l'air de.-fluidisation.
Les températures à l'intérieur de la chambre de combustion 23, et celles de l'air de fluidisation injecté., sont réglées de façon que la température à l'intérieur de la couche fluidisée 16 soit maintenue à envi- ron 680 C. Les particules de résidu traité à l'acide entrant dans l'appa- reil de grillage sont rapidement portées à cette température, et sont main- tenues à une température sensiblement uniforme pendant leur mouvement tur- bulent au sein de la couche fluidisée.
De cette manière, on obtient en gril- lage efficace de lamatière Exemple
Voici un exemple de mise en oeuvre du procédés
Le résidu d'une installation de traitement électrolytique du zinc utilisé présente (en ce qui concerne les constituants) la composi- tion suivante:
EMI5.1
<tb> Zinc <SEP> total <SEP> 22,6 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Zinc <SEP> soluble <SEP> dans <SEP> l'acide <SEP> dilué <SEP> 1,2 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> total <SEP> 30 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> sous <SEP> la <SEP> forme <SEP> de <SEP> sulfure <SEP> 2,5%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Le <SEP> zinc <SEP> contenu <SEP> dans <SEP> le <SEP> résidu <SEP> est <SEP> sous <SEP> la <SEP> forme:
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> zinc <SEP> plus <SEP> sulfate <SEP> de <SEP> zinc <SEP> 2,5 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sulfure <SEP> de <SEP> zinc <SEP> 7,8 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferrite <SEP> de <SEP> zinc <SEP> 55 <SEP> %
<tb>
Ce résidu, sous la forme d'un gâteau de filtration contenant 30 à 35 % d'eau, est mélangé avec de l'acide sulfurique (concentration: 98 - 99 %), la quantité d'acide ajoutée étant à peu près égale à la moi- tié du poids du résidu sec.
Après séchage, le mélange contient à peu près:
EMI5.2
<tb> Zinc <SEP> total <SEP> 14,5 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Zinc <SEP> soluble <SEP> dans <SEP> l'acide
<tb>
<tb>
<tb> dilué <SEP> 9 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> total <SEP> 19,2 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> soluble <SEP> dans <SEP> l'acide
<tb>
<tb>
<tb> dilué <SEP> 13,4 <SEP> % <SEP>
<tb>
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On broie le mélange sec d'acide et de résidu pour obtenir des par- ticules se prêtant au grillage par le procédé suivant l'invention. La granu- lométrie des particules broyées est la suivante:
EMI6.1
<tb> Tamis <SEP> N <SEP> 16 <SEP> 100 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Tamis <SEP> N 100 <SEP> 30 <SEP> % <SEP>
<tb>
On introduit ensuite la matière broyée dans un appareil de gril- lage en milieu fluide établi suivant l'invention.
Avec des particules ayant la grosseur précitée, on trouve que la quantité d'air nécessaire à la flui- disation est d'environ 30 1. (mesurée à la température et à la pression nor- males) par minute et par décimètre carré de la section de l'appareil de gril- lage. On alimente celui-ci en mélange broyé d'acide et de résidu à raison de 80,3 kg par jour etpar décimètre carré de section avec une hauteur de couche fluidisée donnant une durée nominale de... traitement de cinq heures, la tempé- rature étant maintenue entre 670 et 690 C.
La poussière provenant du cyclone, mélangée avec la matière déchargée de l'appareil de grillage, présente la com- position suivante :
EMI6.2
<tb> Zinc <SEP> total <SEP> 16,6 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> ,Zinc <SEP> soluble <SEP> dans <SEP> l'acide <SEP> dilué <SEP> 15,8 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Fer <SEP> total <SEP> 22 <SEP> %
<tb>
<tb> Fer <SEP> 'soluble <SEP> dans <SEP> l'acide <SEP> dilué <SEP> 0,64%
<tb>
Lorsqu'on lessive cette matière avec de l'acide sulfurique dilué, on récupère 95,3 % du zinc., tandis que 2,9 % seulement du fer sont dissous.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé pour le traitement des résidus provenant d'installa- tions de traitement du zinc en vue de la récupération du zinc qu'ils contien- nent, caractérisé en ce qu'on mélange ces résidus avec de l'acide sulfurique, on soumet les résidus traités à l'acide à un grillage en milieu fluide, en mettant en suspension une masse de particules de ces résidus traités à l'a- cide dans une couche fluidisée par le passage ascendant d'un courant d'air ou de gaz à travers cette couche tout en fournissant de la chaleur aux par- ticules de la couche fluidisée, et on extrait ensuite par lessivage le zinc du produit grillé.
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PROCESS AND APPARATUS FOR GRILLING AND RECOVERING ZINC FROM
ZINC ELECTROLYTIC TREATMENT RESIDUES.
The present invention relates to an improved process for the recovery of zinc contained in the residues of zinc electrolysis plants. It relates more particularly to an improved process for roasting these residues after their treatment with sulfuric acid.
By zinc-processing plant residue "is meant in the present specification the material which remains undissolved after leaching a roasted zinc concentrate (calcine), with a liquor containing sulfuric acid, during the course. electrolytic treatment of zinc. In some zinc electrolysis plants, these residues are subjected to a flotation treatment to recover unroasted sulphides. In other installations, the quantity of these sulphides in the residue is so low that the recovery is not justified. Fig. 1 of the accompanying drawing shows a flow diagram according to a calcine treatment process in a plant for the electrolytic treatment of zinc, as well as the production of the residue. .
The term "acid-treated residue from a zinc processing plant" means the above-mentioned residues after their treatment with concentrated sulfuric acid.
Zinc from the residues of the aforementioned plants is mainly present in the form of zinc ferrite corresponding approximately to the formula ZnO.Fe 0, but relatively small proportions of zinc are also present in the form of zinc sulphide, sulphate zinc and zinc oxide. When the residue is mixed with concentrated sulfuric acid, this acid attacks the zinc ferrite to form a mixture of zinc and iron sulphates. Zinc sulphide into zinc sulphate also converts. If the resulting mixture is dried, and then roasted at a suitable temperature, the iron sulphate decomposes to form a relatively insoluble iron oxide, while the zinc
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mainly remains as water soluble sulfate.
A small amount of zinc may be present as an oxide soluble in dilute sulfuric acid.
When leaching with water or dilute sulfuric acid from the roasted product, the zinc goes into solution, while the iron remains as an insoluble material which can be separated from the liquor and discarded. The particular purpose of mixing with the acid and roasting is therefore to allow the separation of zinc and iron during the subsequent leaching operation. The sharpness of the separation therefore depends on the efficiency of the roasting operation.
In treating the residue with acid, the amount of sulfuric acid should be at least equivalent to the amounts of zinc sulphide, zinc ferrite and small amounts of oxides of other metals, such as those of manganese and copper, which may also be present. The acid used need not correspond in amount to all of the ferrite iron oxide, but there is nothing wrong with this. Although it is assumed that the acid attacks the zinc and iron oxides of part of the ferrite equally well, the acid radical from the decomposition of iron sulphate during roasting can react with the zinc of the part which was not so far. modified duferrite. The exact mechanism of the reactions involved in this case is not well known.
@ If the acid-treated residue is roasted at too high a temperature, or if this roasting is prolonged too long, the liberated zinc and iron oxides tend to recombine to reform insoluble zinc ferrite. As a result, a smaller part of the zinc content of the residue is present in a form soluble in the final product. If the roasting temperature is too low, or if roasting is not prolonged for a sufficient time, too much of the iron remains in a soluble form in the final product. If the roasting of the acid-treated residue is carried out by any of the existing methods, difficulties arise, inter alia, from changes in temperature in the roasting oven.
When the particles of a stationary layer are heated by radiation, the particles exposed to the radiation are heated more than the other particles located further in the layer, heat is then transmitted by conduction of the former to these particles. last. If the average layer temperature is that required for roasting, the particles on the exposed surface are too roasted, while the deeper particles are too lightly roasted. A similar result is obtained if the heat is transmitted to the particles by forced convection. In this case, hot gases circulating between the particles transmit the heat necessary for the roasting.
The temperature of the gases decreases as they pass through the layer, the + particles coming in contact with the hot gases first may be too scorched compared to particles placed later.
To some extent, these variations in scorch conditions can be reduced by using stirring, or by moving the particles in some other way; in a rotary kiln the particles are tumbled, in a continuous tank furnace the material moves through the tank, in a muffle roasting furnace the particles are mixed by stirrers. But there are still relatively large temperature gradients which have a detrimental effect on the scorch of the material.
An object of the present invention is to improve the treatment of residues from installations for the treatment of zinc and it relates to an improved method and apparatus for the roasting of residues treated with acid from installations. zinc treatment, largely overcoming the aforementioned drawbacks of the existing processes.
The broad outline of the invention consists in treating the residues of zinc treatment plants with sulfuric acid, in subjecting the acid-treated residue to a roasting in a fluid medium, by placing
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suspending a mass of particles of the acid-treated residue in a fluidized bed by an ascending current of air or gas passing through it, while heat is supplied to the particles of the fluidized bed, and then extracting the zinc by leaching the roasted product.
The apparatus according to the invention for the roasting in a fluid medium of the acid-treated residue coming from a zinc treatment plant comprises a roasting chamber, means for introducing the residue into this chamber in a finely form. divided, a device for introducing air or a gas at or near the bottom of the chamber and for passing it upwards through this chamber at such a speed that the particles of the residue are suspended and maintained in turbulent motion inside the chamber in the form of a fluidized layer, means for transmitting heat to the layer of particles, a device for withdrawing gases from the upper part of the chamber. chamber, and a device for discharging the toasted material out of the chamber.
During roasting of the fluidized material, the mixing due to the rapid turbulence minimizes the temperature gradient between the solid particles in the layer. The temperature difference between the outside and the center of each particle depends largely on their size. In the roasting, in a fluid medium according to the invention, of a dried residue treated with acid, the size of the particles is relatively small, so that no appreciable temperature gradient is established inside. particles. This constitutes an appreciable advantage of the process according to the invention.
To achieve the desired roasting, a supply of heat is necessary to bring the material to the roasting temperature, to supply the heat necessary for chemical reactions, to heat the air or gases used for fluidization, and to compensate for losses. heat by radiation and by convection of the walls of the appliance and its accessories. The temperature of the fluidized material can be raised and maintained by transmitting heat through the walls of the grilling apparatus, or through the walls of tubes passing through this apparatus, or through the walls of tubes in an exchanger. outside heat.
Another method of providing the necessary heat is to burn a fuel in a separate combustion chamber, and to inject the air containing the hot combustion products into the grilling apparatus, this air serving to maintain the combustion. fluidized state and to provide the necessary heat for roasting.
It is also possible to introduce a solid or liquid fuel directly into the fluidized layer. In this case, it may be advisable to use oxygen or oxygen-enriched air to effect fluidization in order to ensure the combustion of a sufficient quantity of fuel to provide the quantity of heat necessary for the quantity. of material treated, without the need to increase the gas flow. If desired, the air used for fluidization can be preheated before using it in any of the ways previously described.
It has been found that the roasting should be carried out in such a way that the fluidized layer does not form a reducing medium. Thus, experience has shown that the presence of an inert gas is not detrimental to the operation of the process, but that the presence of a reducing gas can hinder recovery.
The roasting is advantageously carried out at a temperature between 660 and 700 ° C., preferably at a temperature of about 680 ° C.
If a higher temperature is used, it may be necessary to reduce the nominal processing time of the material in the broiler. If the temperature used is lower, it may become necessary to increase the nominal treatment time. This term "nominal processing time" refers to the ratio of the weight of the material inside the roaster to the weight of the material fed into it per unit of time. Under the above temperature conditions, satisfactory results have been obtained using a nominal treatment time of 1.
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at 10 o'clock
Figs. 2A and 2B indicate the operations to which the residue from a zinc processing plant is subjected.
Various methods can be used for the preparation of the fluid roasting material according to the invention. In the preferred process (shown schematically in Fig. 2A), a thick slurry of residue (eg cake from filtration) is mixed with concentrated sulfuric acid. The fluid mixture is dried in an apparatus suitable for this purpose, and is ground to obtain particles of a size suitable for roasting in a fluid medium. The drying apparatus used can be of any suitable type. A well suited type of apparatus is the turntable dryer. A rotary drying drum can also be used, spray drying either in the roasting apparatus in the fluid state or in a separate apparatus, or another rotary dryer.
The material can also be dried by pushing it directly into the hot fluidized layer.
In the process shown schematically in Fig. 2B, the residue is partially dried before mixing with sulfuric acid. The drying operation is pushed up to a degree such that the grain material resulting from the operation of the mixture is dry enough to be crushed and to give particles of a size suitable for roasting. If in this process the sulfuric acid is replaced by oleum, the residue is dried to a lesser degree.
After roasting the residue, the roasted product is leached, for example, with dilute sulfuric acid, thickened, filtered and dried (see Figs. 2A and 2B). The thickener overflow and the filtrate from the filtration operation, which contains dissolved zinc from the residue, are scrubbed and subjected to electrolysis for the recovery of the zinc.
Figs. 3 and 4 represent a type of toasting apparatus for carrying out the process according to the invention. Fig. 3 is a vertical section of the apparatus and Figo 4 a plan with partial sections.
This apparatus essentially comprises a vertical cylinder 1 closed at the base and the upper part which is lined internally with refractory bricks 2, while the lower part is internally lined with stainless steel 3. The stainless steel coating 3 is surrounded. masonry 4. The two masonry parts 2 and 4 are surrounded by a metal casing 5.
The air intended for fluidization is injected through orifices made in a group of horizontal and parallel distributor conduits 6, placed near the bottom of the cylinder of the toasting apparatus. The air injection orifices are surmounted by roughly hemispherical caps 7 which prevent the penetration of solid particles inside the ducts 6. The air arrives at the ducts 6 through an adductor duct 8 starting from a heat exchanger 9 in which the air can be heated. The cold air enters this exchanger at 10. If necessary, the air can be heated further, for example in an exchanger heated by a fuel (not shown) before entering the ducts 6.
Another method of introducing (not shown) air or fluidizing gas into the roasting apparatus requires providing a conical bottom to the apparatus used, the top of the cone being directed downwards and the top of the cone being directed downwards. air introduced at this summit. Another variation (not shown) requires the use of a chamber having a short extension below the bottom plate of the toasting apparatus; Fluidizing gas is first introduced into this chamber, then passes through suitable orifices made in the plate, and then enters the body of the apparatus.
After drying and grinding, the acid-treated residue contained in a hopper 11 is sent to the roasting apparatus by means of a conveyor screw 12 rotating in a cylindrical casing 12a, which re-
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pushes the material through a feed duct 13 to a point 14 located below the free surface 15 of the fluidized layer 16, The feed duct 13 fits into a tube 17 embedded in the wall of the appliance - mesh screen so that it can be removed for cleaning or replacement. The material contained in the screw conveyor 12 seals regardless of the static pressure existing at the point of discharge of the material into the fluidized bed.
The toasted material is discharged from the apparatus through a duct 18, which passes through a tube 19 embedded in its wall. The inclination of the discharge duct 18 is such that the material can flow freely. The position of the upper orifice 20 of the conduit 18 determines the level of the free surface 15 of the fluidized layer, as for a real liquid.
This level can be changed by varying the position of the discharge conduit 18 in the tube 19. If necessary, the conduit 18 can be removed from the tube 19.
The gas stream leaving the layer of material within the grilling apparatus exits through a conduit 21 extending from the wall near the top of the apparatus. The suspended matter is substantially separated from the gas stream during passage through one or more suitable separators 22.
Heat is supplied to the fluidized layer 16 through the enlisting vessel 3, by the combustion of a fuel in the annular chamber 23. An oil burner 24 is mounted in the wall of the combustion chamber, and the combustion gases leave the chamber through a pipe 25 and are sent to the heat exchanger 9 with a view to pre-heating the de.-fluidization air.
The temperatures inside the combustion chamber 23, and those of the injected fluidizing air., Are adjusted so that the temperature inside the fluidized layer 16 is maintained at about 680 C. Particles of acid treated residue entering the roasting apparatus are rapidly brought to this temperature, and are maintained at a substantially uniform temperature during their turbulent movement within the fluidized bed.
In this way, efficient grilling of the material is obtained Example
Here is an example of the process implementation
The residue from an electrolytic zinc treatment plant used has (with regard to the constituents) the following composition:
EMI5.1
<tb> Zinc <SEP> total <SEP> 22.6 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Zinc <SEP> soluble <SEP> in <SEP> diluted <SEP> acid <SEP> 1.2 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Iron <SEP> total <SEP> 30 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sulfur <SEP> under <SEP> the <SEP> form <SEP> of <SEP> sulphide <SEP> 2.5%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> The <SEP> zinc <SEP> contained <SEP> in <SEP> the <SEP> residue <SEP> is <SEP> under <SEP> the <SEP> form:
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Oxide <SEP> of <SEP> zinc <SEP> plus <SEP> sulfate <SEP> of <SEP> zinc <SEP> 2.5 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> zinc <SEP> <SEP> 7,8 <SEP>% <SEP> sulphide
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferrite <SEP> of <SEP> zinc <SEP> 55 <SEP>%
<tb>
This residue, in the form of a filter cake containing 30-35% water, is mixed with sulfuric acid (concentration: 98-99%), the amount of acid added being approximately equal to half the weight of the dry residue.
After drying, the mixture contains approximately:
EMI5.2
<tb> Zinc <SEP> total <SEP> 14.5 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> Zinc <SEP> soluble <SEP> in <SEP> acid
<tb>
<tb>
<tb> diluted <SEP> 9 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb> Iron <SEP> total <SEP> 19.2 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Iron <SEP> soluble <SEP> in acid <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> diluted <SEP> 13.4 <SEP>% <SEP>
<tb>
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The dry mixture of acid and residue is ground to obtain particles suitable for roasting by the process according to the invention. The particle size of the crushed particles is as follows:
EMI6.1
<tb> Sieve <SEP> N <SEP> 16 <SEP> 100 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> Sieve <SEP> N 100 <SEP> 30 <SEP>% <SEP>
<tb>
The ground material is then introduced into a fluid medium roasting apparatus established according to the invention.
With particles of the above size, it is found that the quantity of air required for the fluidization is about 30 liters (measured at normal temperature and pressure) per minute per square decimetre of the fluid. section of the broiler. This is fed with a ground mixture of acid and residue at a rate of 80.3 kg per day and per square decimetre of section with a height of fluidized layer giving a nominal treatment time of five hours, the temperature. erase being maintained between 670 and 690 C.
The dust from the cyclone, mixed with the material discharged from the grilling apparatus, has the following composition:
EMI6.2
<tb> Zinc <SEP> total <SEP> 16.6 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>, Zinc <SEP> soluble <SEP> in <SEP> acid <SEP> diluted <SEP> 15.8 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> Iron <SEP> total <SEP> 22 <SEP>%
<tb>
<tb> Iron <SEP> 'soluble <SEP> in <SEP> diluted <SEP> acid <SEP> 0.64%
<tb>
When this material is washed with dilute sulfuric acid, 95.3% of the zinc is recovered, while only 2.9% of the iron is dissolved.
CLAIMS.
1. - Process for the treatment of residues originating from zinc treatment plants with a view to recovering the zinc they contain, characterized in that these residues are mixed with sulfuric acid, subjects the acid-treated residues to a roasting in a fluid medium, by suspending a mass of particles of these acid-treated residues in a layer fluidized by the upward passage of a current of air or gas through this layer while providing heat to the particles of the fluidized layer, and then the zinc is leached out from the roasted product.