Procédé de fabrication d'oxyde de zinc et appareil ponr sa mise en couvre. La présente invention comprend un pro cédé de fabrication d'oxyde de zinc et un ap pareil pour sa mise en couvre.
Suivant ce procédé, on forme un courant de vapeur de zinc m´tallique auquel on en voie au moins un courant d'un gaz oxydant, relativement froid par rapport à la vapeur de zinc, de manière à, obtenir une formation rapide de l'oxyde de zinc, ce courant gazeux étant tel qu'il provoque un refroidissement presque instantané des particules dès leur formation, ;do manière que leurs dimensions soient beaucoup plus petites que celles ob tenues en laissant brûler la vapeur de zinc sans soufflage du gaz comburant.
L'appareil pour la mise en #uvre de ce procédé comporte,des moyens pour amener -du zinc à l'état de vapeur et faire passer cons tamment un oourant <B>de</B> eelle-ci à travers une tubulure de sortie, ainsi que des moyens pour amener audit courant sortant au moins un jet -d'au moins un gaz oxydant, relativement froid par rapport à la vapeur de zinc, ainsi que des moyens pour collecter l'oxyde de zinc obtenu.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution<B>de</B> l'appareil pour la mise en couvre du procédé.
La fig. 1 est une vue partiellement en coupe d'une première forme d'exécution; La fig. 2 -est une vue en coupe d'une deuxième forme d'exécution; Les fi-. 3 à. ï sont des vues de détails d'autres formes d'exécution; La. fig. 8 est une vue schématique en coupe d'une flamme produite par 1:a combus tion de vapeur de zine.
L'appareil représenté fig. 1 comprend un .creuset 10 en matière réfractaire telle que, par exemple,. un mélange de 40 % de terre glaise à feu et de 60 % de carborundum ou siliciure de calcium, pouvant contenir une certaine quantité de zinc métallique 11. Le creuset 10 .a une section transversale en forme de V, tandis qu'en plan il est rectangulaire. Il est subdivisé en deux compartiments 12 et 13 par une @cloison 14.
L'extrémité inférieure de icettecloison est espacée d'une courte dis tance de la iparoi .adjacente du creuset et d'ans cet espace est disposé une séparation perforée 15.
Le .creuset 10 est logé clans une chambre (le briques 16 et l'espace entre les parois de briques de cette chambre et les parois incli nées du creuset peut être rempli avec une ma, Hère 17, isolante de la chaleur. Le compar- timent 12 du creuset est toujours fermé par un couvercle 18 supportant une couche 19, de matière isolante de la. chaleur. Le -com partiment 13 est normalement- fermé par un couvercle mobile 20.
Une électrode 21, par exemple en gTa- phite, est disposée le long de la paroi 14 et se prolonge jusqu'au-dess ous de la surface du zinc dans le compartiment 12. Une autre électrode 22, par exemple également en gra phite, est disposée dans la, partie opposée du compartiment 12 et se termine à une légère distance au-dessus du niveau du zinc. Les élec trodes 21 et 22 sont connectées i Û, source de courant électrique, lequel peut être con tinu ou alternatif. Des moyens non repré sentés sont prévus pour régler le courant électrique.
Une tubulure de sortie 23 pour les va peurs de zinc, passe à, travers le couvercle 18 et la couche de matière isolante 19.
Un compartiment annulaire 24 est formé sur le revêtement isolant 19 et entoure l'ex trémité supérieure de la tubulure 23. On en voie dans ce :compartiment un courant d'au moins un gaz oxydant, par exemple de l'air comprimé par une conduite 25. Le co:mpa.rti- ment 24 présente des orifices de décharge 26 disposés .autour de l'extrémité supérieure de la tubulure 23. La, paroi extérieure du com- partiment 24 peut être par exemple en bri- elues réfractaires, tandis que le eouver.c:le peut être par exemple en acier.
Dans le compar timent 24 la tubulure 23 est entourée d'un cône 27 qui peut être par exemple en fer, une matière 28 isolante de la chaleur, étant disposée entre -ce cône et la tubulure 23.
Le fonctionnement de cette forme d'exé cution est le suivant: Du zinc métallique est introduit dans le creuset jusqu'à ce que le compartiment 12 soit rempli. de zinc fondu de. manière que le niveau de ce zinc se trouve en dessous de l'extrémité de l'électrode 22, et ce niveau ap- proximatif est maintenu pendant le fonc tionnement:
normal de l'appareil. Le Passage du courant électrique entre l'électrode 22 et la, surface chi zinc 11 di1veloppe une chaleur assez forte pour maintenir le zinc à l'état fondu et pour produire une quantité de va peur de zinc métallique suffisante pour qu'un courant continu de vapeur s'échappe à travers la tubulure 23. La, chaleur est encore suffi sante pour fondre un surcroît de zinc solide qui peut être introduit clans le compartiment 13 en ouvrant le couvercle 20.
Lorsque la. vapeur de zinc sort (le la tubu lure 23, elle: vient en contact avec l'air am biant, et - si elle n'est p;is influencée autre ment - elle brûle alors avec la, flamme na turelle caractéristique du zinc. L'orifice de décharge 26 dirige un courant d'air annulaire contre le courant de vapeur de zinc sortant, ce qui provoque une combustion intense. L'effet de ce courant d'air est de réduire la grandeur de la. flamme par rapport à la, gran deur que cette flamme a normalement lors qu'elle brûle librement à.
L'air en l'absence de courant. Le courant d'air annulaire a, en plus, pour effet de faire que les particules d'oxyde de zinc produites par la combustion passent instantanément (le la zone de haute température de combustion restreinte dans l'air froid ambiant de manière que ces parti cules soient: instantanément refroidies et di luées. Les particules d'oxyde de zinc ainsi formées sont aspirées dans l'extrémité infé rieure évasée d'une cheminée 29 et sont ame nées à travers ce conduit de cheminée dans un collecteur de l'oxyde de zinc.
L'effet qui est produit par le courant d'air en intensifiant ou concentrant la. com bustion de la. vapeur de zinc se comprend bien si l'on compare avec la flamme repré sentée schématiquement à la fig. 1, la flamme représentée ù la. fi-. 8.
Dans cette figure, la vapeur de zinc métallique sort d'une tu- Jure verticale . Un noyau de vapeur<B>de</B> "ze métallique b se forme au-dessus de l'oeeics'a. Ce noyau b :de vapeur de zinc est entouré d'air -et la combustion de la vapeur de zinc semble se produire principalement sur le bord du noyau à l'endroit où la vapeur de zinc entre en contact .avec l'entoura-go :d'air. Cette zone de combustion active, indiquée en c est la zone de plus haute température.
Une masse de particules d'oxyde de zinc solides en sus pension entoure la zone de combustion rive c. La flamme du zinc brûlant crée un courant d'air clans la. direction indiquée par les flèches d et ce :
courant d'air aspiré tend à faire qtte les particules d'oxyde de zinc em brassent la flamme, de manière que quelques- unes d'elles, et plus particulièrement celles formées à la base de la flamme sont exposées à l'action de la flamme pendant un certain temps à mesure qu'elles s'élèvent en étroite' proximité de la zone c de combustion à haute température.
En pratique une flamme de ce caractère brûlant librement a. une hauteur de plus de 30 cm, c'est-à-dire que la zone d'in- ca.ndescence, due à la combustion et au lent refroidissement des particules incandescentes d'oxyde de zinc à mesure qu'elles s'élèvent en contact avec les gaz fortement chauffés, a une grandeur considérable. De ce qui précède il s'en suit que les particules d'oxyde de zinc produites sont de relativement grandes di mensions.
Lorsqu'on agit sur la flamme décrite plus haut au moyen d'un courant d'air, tel que celui agissant sur la. flamme représentée en fig. 1, les particules d'oxyde de zinc pro duites, @au lieu de s'élever lentement et d'être maintenues à. une température élevée pendant une durée de temps relativement grande sont éloignées instantanément de la zone de com bustion intense et sont refroidies et diluées simultanément.
En pratique, .avec un .appareil tel que re présenté fig. 1, on a obtenu d'excellents Té- sultats dans les,conditions suivantes: Le creu set 10 contenant approximativement 90 kg de zinc fondu et le chauffage du zinc étant effectué .au moyen d'un courant électrique d'environ 3000 ampères, et 30 volts, la tubu lure 23 .ayant environ. 7,5 @cm (le diamètre. On a distillé de cette manière environ 67,
05 kg de zinc métallique par heure et les vapeurs de zinc ainsi produites ont été soumises à l'action .d'un courant d'air d'un débit de 25 m3/min., à une pression d'environ 5 cm de colonne d'eau. L'extrémité inférieure de la cheminée 29 ayant 3 m de diamètre et se trouvant à environ 60 cm au-dessus de l'ex tr6mité de la tubulure 23. La température des gaz entrant à l'extrémité inférieure de la cheminée 29 est dans ce cas d'environ<B>60'</B> C dans la partie centrale de cette extrémité et d'environ 20' à sa périphérie.
La vitesse du courant dans la flamme dépasse 15 m par seconde et la hauteur totale de flamme, quoi que variable et irrégulière, est en moyenne considérablement inférieure à 30 cm si. bien que les particules d'oxyde de zinc sont for mées et éloignées de la zone restreinte de com bustion -en une très petite fraction de seconde.
L'effet de refroidissement d'un jet d'air du caractère décrit est en fait si grand qu'on peut passer la main sans se brûler à travers la partie supérieure de la flamme. Cette partie supérieure de la flamme semble à l'ceil con tenir encore des particules incandescentes d'oxyde de zinc diluées par de l'air de refroi dissement et se refroidissant de :ce fait rapi dement, ce qui fait que la zone d'incandes cence s'étend au-dessus de la zone à haute température.
La fig. 2 représente une forme d'exécu tion de l'appareil, avec lequel on obtient d'ex cellents résultats pratiques. Cet appareil com prend une chambre 45 de volatilisation de zinc. Cette chambre 45 est formée par un revêtement 46 de matière réfractaire.
Le revêtement réfractaire 46 est enfermé dans une boîte 47, par exemple d'acier, re posant sur un bâti 48 de briques qui repose à son tour sur une fondation 49, par exem ple en béton ou en ciment. Une boîte exté rieure 50, par exemple en acier, entoure les parois latérales de l'appareil de manière à fo-ruer une double paroi 47, 50 remplie de poudre isolante de la chaleur 51.
Un conduit de chargement 52, par exem ple en ,carb:orundum, plonge dans la chambre 45 et réalise un moyen pour verser le zinc métallique dans 1 < i. chambre 15 soit à l'état solide, soit à l'état fondu. L'extrémité supé rieure extérieure du conduit: 52 débouche dans un logement 53 ayant une forme qui permet de -charger commodément le zinc métallique dans cette embouchure du conduit 52.
Ce logement 53 formant trémie peut. être au besoin fermé à l'aide d'un couvercle entre deux chargements. Le :conduit. 5? est. scellé au moyen d'une masse de matière réfractaire 54, analogue à la matière réfractaire em ployée pour le revêtement 46.
Une paire d'électrodes verticales 55 et 56 convenablement espacées, par exemple en ;ra:phite, plonge dans la chambre 45. Les extrémités inférieures de ces électrodes se terminent à une courte distance au-dessus du niveau du zinc fondu 5 7 dans la chambre 45. Les électrodes 55 et 56 sont reliées à. une source de courant électrique qui peut être soit continu soit alternatif. Des moyens lion re présentés sont prévus pour maintenir les électrodes à. une hauteur déterminée au-des sus du niveau du zinc fondu 57 et pour ré gler le courant électrique.
La. chambre 45 est fermée par un toit 58 par exemple en briques de graphite. Mie épaisse couche de matière réfractaire 59 analogue à celle du revêtement .16 recouvre le toit 58.
Une tubulure 60, par exemple en car- borun.dum, prolonge un tube 61, par exemple en ca.rborundum, qui se trouve au-dessus d'une ouverture 62 ménagée dans le toit 58 et réalise un orifice (le sortie pour la. vapeur de zinc. Un compartiment annulaire (i 5 est. formé sur la, couche réfractaire 59 autour de la. tubu lure 60. On envoie dans ce compartiment 65 un courant d'au moins un gaz oxydant, par exemple de l'air comprimé, par un conduit 66.
Le compartiment. 65 présente à sa. partie su périeure un orifice de décharge 63 ayant un diamètre lé-èrement plus bTand que l'ouver ture de décharge de la tubulure 60, ces deux orifices se trouvant approximativement au même niveau.
Le fonctionnement de cette forme d'exé cution représentée dans la fin. 2 est sensible-
EMI0004.0038
ment <SEP> le <SEP> même <SEP> que <SEP> celui. <SEP> de <SEP> la. <SEP> forme <SEP> d'exécu tion <SEP> représentée <SEP> dans <SEP> la <SEP> fi<B>-1</B>(P. <SEP> 1. <SEP> En <SEP> pratique,
<tb> on <SEP> obtient <SEP> d'excellents <SEP> résultats <SEP> en <SEP> opérant
<tb> dans <SEP> les <SEP> conditions <SEP> suivantes:
<tb> On <SEP> place <SEP> dans <SEP> <B>la</B> <SEP> chambre <SEP> 45 <SEP> enviroji
<tb> .15(J0 <SEP> <B>lu,</B> <SEP> de <SEP> zinc <SEP> fondu <SEP> et <SEP> le <SEP> chauffage <SEP> du <SEP> zinc
<tb> est <SEP> effectué <SEP> au <SEP> moyen <SEP> d'un <SEP> courant <SEP> élec..
<tb> trique <SEP> d'environ <SEP> 400(;
<SEP> ampères <SEP> et <SEP> 71 <SEP> volts. <SEP> L <SEP> a
<tb> tubulure <SEP> 60 <SEP> a: <SEP> 15 <SEP> cm <SEP> de <SEP> diamètre <SEP> et <SEP> débite
<tb> <B>- <SEP> --</B> <SEP> de <SEP> zinc <SEP> métallique <SEP> par <SEP> heure. <SEP> Dans
<tb> <B><U>'</U> <SEP> _)#)5</B> <SEP> lin
<tb> 1o <SEP> compartiment <SEP> 65 <SEP> on <SEP> admet <SEP> environ <SEP> 125 <SEP> m3
<tb> d'air <SEP> à <SEP> environ <SEP> 18,7 <SEP> cm <SEP> de <SEP> colonne <SEP> d'eau.
<tb> L'extrémité <SEP> inférieure <SEP> évasée <SEP> de <SEP> la <SEP> clieminAe
<tb> 64 <SEP> a <SEP> <B>67,5</B> <SEP> cm <SEP> de <SEP> diamètre <SEP> et <SEP> se <SEP> trouve <SEP> à <SEP> en viron <SEP> 60 <SEP> (-ni <SEP> au-dessus <SEP> de <SEP> l'orifice <SEP> de <SEP> décharge
<tb> de <SEP> la <SEP> tubulure <SEP> 60.
<SEP> La <SEP> température <SEP> des <SEP> gaz <SEP> à
<tb> leur <SEP> entrée <SEP> dans <SEP> la <SEP> cheminée <SEP> 64 <SEP> est <SEP> d'environ
<tb> 60 <SEP> <SEP> C <SEP> vers <SEP> le <SEP> milieu <SEP> du <SEP> courant <SEP> gazeux <SEP> et
<tb> 20 <SEP> <SEP> C <SEP> à. <SEP> la <SEP> périphérie <SEP> de <SEP> ce <SEP> courant. <SEP> La <SEP> vi tesse <SEP> .d:a.us <SEP> la <SEP> flamme <SEP> dépasse <SEP> 15 <SEP> m <SEP> par <SEP> seconde
<tb> et <SEP> la <SEP> hauteur <SEP> totale <SEP> de <SEP> la. <SEP> flamme <SEP> est <SEP> en <SEP> géné ral <SEP> considérablement <SEP> inférieure <SEP> à <SEP> 30 <SEP> cm.
<tb>
Au <SEP> lieu <SEP> d'employer <SEP> un <SEP> jet <SEP> :d'air <SEP> annulaire
<tb> à <SEP> basse <SEP> pression, <SEP> comme <SEP> représenté <SEP> fig. <SEP> 1 <SEP> et <SEP> 2,
<tb> on <SEP> peut <SEP> par <SEP> exemple <SEP> utiliser <SEP> l'un <SEP> des <SEP> disposi tifs <SEP> représentés <SEP> clans <SEP> les <SEP> fig. <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 7.
<tb>
Dans <SEP> la: <SEP> forme <SEP> représentée <SEP> dans <SEP> la <SEP> fi-. <SEP> .3
<tb> un <SEP> conduit <SEP> 30, <SEP> par <SEP> exemple <SEP> d'air <SEP> comprimé,
<tb> passe <SEP> à <SEP> travers <SEP> la <SEP> ceuch <SEP> e <SEP> de <SEP> matière <SEP> isolante
<tb> 19 <SEP> et <SEP> se <SEP> termine <SEP> par <SEP> un <SEP> coude <SEP> 31 <SEP> .dirigé <SEP> ver ticalement <SEP> vers <SEP> le <SEP> haut <SEP> dans <SEP> l'axe <SEP> de <SEP> la <SEP> tubu lure <SEP> 23. <SEP> L'oxyde <SEP> de <SEP> zinc <SEP> a, <SEP> une <SEP> tendance <SEP> < à,
<tb> s'accumuler <SEP> autour <SEP> de <SEP> l'orifice <SEP> 31. <SEP> et <SEP> finit <SEP> par
<tb> le <SEP> boucher <SEP> si <SEP> an <SEP> ne <SEP> râ-cle <SEP> pas <SEP> de <SEP> temps <SEP> en
<tb> temps <SEP> l'extrémité <SEP> du <SEP> conduit <SEP> 30.
<tb>
Dans <SEP> la <SEP> forme <SEP> représentée <SEP> dans <SEP> la <SEP> fig. <SEP> 4,
<tb> deux <SEP> tubes <SEP> 33 <SEP> sont <SEP> disposés <SEP> sur <SEP> des <SEP> côtés <SEP> dia m:étralement <SEP> opposés <SEP> de <SEP> la. <SEP> flamme <SEP> de <SEP> com bustion <SEP> de <SEP> zinc <SEP> et <SEP> sont <SEP> alimentés <SEP> par <SEP> une <SEP> con duite <SEP> 32, <SEP> par <SEP> exemple <SEP> d'air. <SEP> Ces <SEP> tubes <SEP> pro voquent <SEP> un <SEP> rétrécissement <SEP> ou <SEP> aplatissement
<tb> de <SEP> la <SEP> flamme <SEP> de <SEP> zinc <SEP> dâ.ns <SEP> une <SEP> direction <SEP> et <SEP> -an
<tb> allongement <SEP> ou <SEP> élargissement <SEP> dans <SEP> la <SEP> <B>!</B>tion <SEP> perpendiculaire <SEP> à <SEP> la <SEP> précédente.
<tb>
Dans <SEP> la <SEP> forme <SEP> représentée <SEP> dans <SEP> la <SEP> <B>,fig. <SEP> 5</B>
<tb> l'air <SEP> est <SEP> admis <SEP> à <SEP> travers <SEP> une <SEP> conduite <SEP> 34"ans
<tb> des <SEP> tubes <SEP> 35 <SEP> qui <SEP> sont <SEP> dirigés <SEP> eontm <SEP> la <SEP> flamme â une certaine distance au-dessus de l'embou- ehure de l'orifice 23.
Dans la forme représentée :dans la fig. 6 l'air comprimé .arrive dans un tuyau annu laire 36 qui le répartit entre une série de tubes de décharge 37, également espacés et dirigés à .différents niveaux contre le courant de vapeur de zinc métallique sortant du gic leur 23. Le nombre des tubes 37 peut varier par .exemple, de 3 .à 16.
Dans la forme représentée clans la fig. 7 un gicleur annulaire semblable à celui de la fig. 1 est employé. L'air comprimé arrive d'une conduite 40 et .ressort d'une chambre annulaire 39 par un orifice circulaire 38.
Dans toutes les formes d'exécution dé crites, le courant de gaz envoyé contre<B>la</B> flamme de vapeur de zinc est d'une tempéra ture et d'une intensité telles qu'il a pour effet d'empêcher que les particules :d'oxyde de zinc formées, puissent rester :dans ou près de la flamme et :augmenter leurs dimensions.
Ces particules sont refroidies dès leur for mation à une température inférieure à 350 C dans une très petite fraction de seconde, par exemple '/5o après le commencement "de leur formation.
On obtient donc des particules d'oxyde de zinc extrêmement petites :d'une dimension de 0,15 microns et au-dessous.
Grâce à l'extrême petitesse des particules obtenues suivant le présent procédé et grâce à l'accroissement considérable du nombre -de particules contenu par unité de poids, ce pro duit :
a une valeur toute particulière par exem ple dans l'industrie du caoutchouc, dans la quelle son emploi permet d'obtenir une aug mentation sensible du coefficient @de résistance à l'abrasion de la compositioa de caoutchouc et également permet d'obtenir un accroisse- ment marqué -du coefficient de force d'exten- sio.n du caoutchouc, ainsi qu'une accélération du séchage et des meilleures qualités de con servation.
L'acidité de Poxycle de zinc obtenu sui vant le présent iprocédé est relativement fai ble et na dépasse pas 0,10 % de S03. Elle est en général inférieure à 0,05 % de S03. Le courant de vapeur de zinc est produit en volatilisant du zinc métallique de manière que l'oxyde -de zinc obtenu soit débarrassé de toute impureté, en particulier des sulfates et des chlorures.
Zinc oxide manufacturing process and apparatus for covering it. The present invention comprises a process for the manufacture of zinc oxide and an apparatus for its covering.
According to this process, a stream of metallic zinc vapor is formed into which at least one stream of an oxidizing gas, relatively cold with respect to the zinc vapor, is passed, so as to obtain a rapid formation of the zinc. zinc oxide, this gas current being such that it causes an almost instantaneous cooling of the particles as soon as they are formed, so that their dimensions are much smaller than those obtained by letting the zinc vapor burn without blowing the oxidizing gas.
The apparatus for carrying out this process comprises means for bringing zinc to the vapor state and constantly passing a stream of <B> of </B> the latter through a tube of outlet, as well as means for bringing to said outgoing stream at least one jet of at least one oxidizing gas, relatively cold compared to the zinc vapor, as well as means for collecting the zinc oxide obtained.
The accompanying drawing shows, by way of example, several embodiments of <B> of </B> the apparatus for carrying out the process.
Fig. 1 is a partially sectional view of a first embodiment; Fig. 2 -is a sectional view of a second embodiment; The fi-. 3 to. ï are detail views of other embodiments; Fig. 8 is a schematic sectional view of a flame produced by the combustion of zine vapor.
The apparatus shown in fig. 1 comprises a crucible 10 made of refractory material such as, for example ,. a mixture of 40% fire clay and 60% carborundum or calcium silicide, which may contain a certain quantity of metallic zinc 11. The crucible 10 has a V-shaped cross section, while in plan it is rectangular. It is subdivided into two compartments 12 and 13 by a @ partition 14.
The lower end of this partition is spaced a short distance from the adjacent wall of the crucible and in this space is arranged a perforated partition 15.
The crucible 10 is housed in a chamber (the bricks 16 and the space between the brick walls of this chamber and the inclined walls of the crucible can be filled with a heat insulating ma, Hère 17. Crucible part 12 is always closed by a cover 18 supporting a layer 19 of heat insulating material The compartment 13 is normally closed by a movable cover 20.
An electrode 21, for example of graphite, is arranged along the wall 14 and extends to below the surface of the zinc in the compartment 12. Another electrode 22, for example also of graphite, is disposed in the, opposite part of the compartment 12 and ends at a slight distance above the level of the zinc. Electrodes 21 and 22 are connected to i 0, a source of electric current, which can be continuous or alternating. Means, not shown, are provided for regulating the electric current.
An outlet pipe 23 for the zinc pipes, passes through the cover 18 and the layer of insulating material 19.
An annular compartment 24 is formed on the insulating coating 19 and surrounds the upper end of the tube 23. This compartment is provided with a stream of at least one oxidizing gas, for example air compressed by a pipe 25. The component 24 has discharge orifices 26 arranged around the upper end of the pipe 23. The outer wall of the compartment 24 may for example be made of refractory bri- elues, while that the eouver.c: the can be for example steel.
In the compartment 24, the pipe 23 is surrounded by a cone 27 which may for example be made of iron, a heat-insulating material 28, being arranged between this cone and the pipe 23.
The operation of this form of execution is as follows: Metallic zinc is introduced into the crucible until the compartment 12 is filled. of molten zinc from. so that the level of this zinc is below the end of the electrode 22, and this approximate level is maintained during operation:
normal device. The passage of electric current between electrode 22 and the zinc surface 11 develops heat sufficiently strong to maintain the zinc in a molten state and to produce a sufficient quantity of metallic zinc for a direct current of steam escapes through the tube 23. The heat is still sufficient to melt an additional solid zinc which can be introduced into the compartment 13 by opening the cover 20.
When the. zinc vapor comes out (the pipe 23, it: comes into contact with the ambient air, and - if it is not influenced otherwise - it then burns with the natural flame characteristic of zinc. The discharge port 26 directs an annular air stream against the outgoing zinc vapor stream resulting in intense combustion The effect of this air stream is to reduce the size of the flame relative to the flame. the size that this flame normally has when it burns freely at.
Air in the absence of current. The annular air current has, in addition, the effect of causing the particles of zinc oxide produced by combustion to pass instantaneously (the zone of high combustion temperature restricted to the cold ambient air so that these particles The particles of zinc oxide thus formed are sucked into the lower flared end of a chimney 29 and are fed through this chimney pipe into a collector of the oxide of zinc.
The effect that is produced by the air current by intensifying or concentrating the. com bustion of the. zinc vapor is easily understood if we compare with the flame shown schematically in fig. 1, the flame represented ù the. fi-. 8.
In this figure, the vapor of metallic zinc comes out of a vertical curve. A core of vapor <B> of </B> "metallic ze b forms above the oeeics'a. This core b: of zinc vapor is surrounded by air - and the combustion of zinc vapor seems to occur mainly on the edge of the core where the zinc vapor comes in contact with the surrounding air This zone of active combustion, indicated in this is the zone of highest temperature.
A mass of solid zinc oxide particles superseded surrounds the edge combustion zone c. The flame of the hot zinc creates a current of air in it. direction indicated by arrows d and this:
The current of air drawn in tends to cause the particles of zinc oxide to stir the flame, so that some of them, and more particularly those formed at the base of the flame, are exposed to the action of the flame. flame for some time as they rise in close proximity to the high temperature combustion zone.
In practice a flame of this character burning freely has. a height of more than 30 cm, that is, the zone of incandescent, due to the combustion and slow cooling of the incandescent particles of zinc oxide as they rise in contact with strongly heated gases, has a considerable size. From the above it follows that the zinc oxide particles produced are of relatively large dimensions.
When acting on the flame described above by means of a current of air, such as that acting on the. flame shown in fig. 1, the zinc oxide particles produced, instead of slowly rising and being held at. high temperature for a relatively long period of time are instantly removed from the zone of intense combustion and are cooled and diluted simultaneously.
In practice, .with a .apparatus such as shown in FIG. 1, excellent results were obtained under the following conditions: The bowl 10 containing approximately 90 kg of molten zinc and the heating of the zinc being carried out by means of an electric current of approximately 3000 amps, and 30 volts, the tubu lure 23. Having approx. 7.5 @cm (the diameter. In this way about 67,
05 kg of metallic zinc per hour and the zinc vapors thus produced were subjected to the action of an air current with a flow rate of 25 m3 / min., At a pressure of about 5 cm column of water. The lower end of the chimney 29 being 3 m in diameter and lying approximately 60 cm above the end of the pipe 23. The temperature of the gases entering the lower end of the chimney 29 is in this range. case of about <B> 60 '</B> C in the central part of this end and about 20' at its periphery.
The speed of the current in the flame exceeds 15 m per second and the total flame height, although variable and irregular, is on average considerably less than 30 cm if. although the zinc oxide particles are formed and removed from the restricted zone of combustion - in a very small fraction of a second.
The cooling effect of an air jet of the character described is in fact so great that a hand can be passed without burning oneself through the upper part of the flame. This upper part of the flame appears to the eye to still contain incandescent particles of zinc oxide diluted by the cooling air and cooling down rapidly, so that the area of incandescent cence extends over the high temperature zone.
Fig. 2 shows one embodiment of the apparatus, with which excellent practical results are obtained. This apparatus com takes a zinc volatilization chamber 45. This chamber 45 is formed by a coating 46 of refractory material.
The refractory lining 46 is enclosed in a box 47, for example of steel, resting on a frame 48 of bricks which in turn rests on a foundation 49, for example of concrete or cement. An outer box 50, for example made of steel, surrounds the side walls of the apparatus so as to fo-ruer a double wall 47, 50 filled with heat insulating powder 51.
A charging duct 52, for example in, carb: orundum, plunges into the chamber 45 and provides a means for pouring the metallic zinc into 1 <i. chamber 15 either in the solid state or in the molten state. The upper outer end of the duct: 52 opens into a housing 53 having a shape which allows the metallic zinc to be conveniently loaded into this mouth of the duct 52.
This housing 53 forming a hopper can. be closed with a cover if necessary between two loads. The: led. 5? is. sealed by means of a mass of refractory material 54, analogous to the refractory material employed for the lining 46.
A suitably spaced pair of vertical electrodes 55 and 56, for example, ra: phite, dip into chamber 45. The lower ends of these electrodes terminate a short distance above the level of molten zinc 57 in the chamber. chamber 45. The electrodes 55 and 56 are connected to. a source of electric current which can be either direct or alternating. Means lion re presented are provided to maintain the electrodes. a determined height above the level of molten zinc 57 and to regulate the electric current.
The chamber 45 is closed by a roof 58, for example made of graphite bricks. A thick layer of refractory material 59 similar to that of the lining .16 covers the roof 58.
A tubing 60, for example in carborun.dum, extends a tube 61, for example in carborundum, which is located above an opening 62 made in the roof 58 and provides an orifice (the outlet for the zinc vapor An annular compartment (i 5 is formed on the refractory layer 59 around the tubing 60. A stream of at least one oxidizing gas, for example air, is passed into this compartment 65. compressed, through a conduit 66.
The compartment. 65 present at his. upper part a discharge port 63 having a slightly larger diameter than the discharge opening of the tubing 60, these two ports being approximately at the same level.
The operation of this form of execution shown in the end. 2 is sensitive
EMI0004.0038
ment <SEP> the <SEP> same <SEP> as <SEP> the one. <SEP> of <SEP> la. <SEP> form <SEP> of execution <SEP> represented <SEP> in <SEP> the <SEP> fi <B> -1 </B> (P. <SEP> 1. <SEP> In <SEP > practical,
<tb> on <SEP> gets <SEP> excellent <SEP> results <SEP> by operating <SEP>
<tb> in <SEP> the following <SEP> conditions <SEP>:
<tb> On <SEP> place <SEP> in <SEP> <B> the </B> <SEP> room <SEP> 45 <SEP> enviroji
<tb> .15 (J0 <SEP> <B> lu, </B> <SEP> of <SEP> zinc <SEP> molten <SEP> and <SEP> the <SEP> heating <SEP> of <SEP> zinc
<tb> is <SEP> performed <SEP> at the average <SEP> <SEP> of a current <SEP> <SEP> elec ..
<tb> bar <SEP> of about <SEP> 400 (;
<SEP> Amps <SEP> and <SEP> 71 <SEP> volts. <SEP> L <SEP> a
<tb> tubing <SEP> 60 <SEP> a: <SEP> 15 <SEP> cm <SEP> of <SEP> diameter <SEP> and <SEP> flow
<tb> <B> - <SEP> - </B> <SEP> of <SEP> zinc <SEP> metallic <SEP> by <SEP> hour. <SEP> In
<tb> <B> <U> '</U> <SEP> _) #) 5 </B> <SEP> lin
<tb> 1o <SEP> compartment <SEP> 65 <SEP> on <SEP> admits <SEP> approximately <SEP> 125 <SEP> m3
Air <tb> <SEP> to <SEP> approximately <SEP> 18.7 <SEP> cm <SEP> from <SEP> column <SEP> of water.
<tb> The lower <SEP> end <SEP> flared <SEP> of <SEP> the <SEP> clieminAe
<tb> 64 <SEP> has <SEP> <B> 67.5 </B> <SEP> cm <SEP> of <SEP> diameter <SEP> and <SEP> is <SEP> <SEP> at < SEP> around <SEP> 60 <SEP> (-ni <SEP> above <SEP> of <SEP> port <SEP> of <SEP> discharge
<tb> of <SEP> the <SEP> tubing <SEP> 60.
<SEP> The <SEP> temperature <SEP> of the <SEP> gases <SEP> at
<tb> their <SEP> entry <SEP> in <SEP> the <SEP> chimney <SEP> 64 <SEP> is approximately <SEP>
<tb> 60 <SEP> <SEP> C <SEP> to <SEP> the <SEP> middle <SEP> of the <SEP> current <SEP> gas <SEP> and
<tb> 20 <SEP> <SEP> C <SEP> to. <SEP> the <SEP> periphery <SEP> of <SEP> this current <SEP>. <SEP> The <SEP> speed <SEP> .d: a.us <SEP> the <SEP> flame <SEP> exceeds <SEP> 15 <SEP> m <SEP> per <SEP> second
<tb> and <SEP> the <SEP> total height <SEP> <SEP> of <SEP> the. <SEP> flame <SEP> is <SEP> in <SEP> general <SEP> considerably <SEP> lower <SEP> to <SEP> 30 <SEP> cm.
<tb>
Instead of <SEP> using <SEP> a <SEP> jet <SEP>: of air <SEP> ring
<tb> at <SEP> low <SEP> pressure, <SEP> as <SEP> shown <SEP> fig. <SEP> 1 <SEP> and <SEP> 2,
<tb> on <SEP> can <SEP> by <SEP> example <SEP> use <SEP> one <SEP> of the <SEP> devices <SEP> represented <SEP> in <SEP> the <SEP> fig. <SEP> 3 <SEP> to <SEP> 7.
<tb>
In <SEP> the: <SEP> form <SEP> represented <SEP> in <SEP> the <SEP> fi-. <SEP> .3
<tb> a <SEP> duct <SEP> 30, <SEP> by <SEP> example <SEP> of compressed <SEP> air,
<tb> passes <SEP> to <SEP> through <SEP> the <SEP> ceuch <SEP> e <SEP> of <SEP> insulating <SEP> material
<tb> 19 <SEP> and <SEP> ends <SEP> with <SEP> a <SEP> bend <SEP> 31 <SEP> .directed <SEP> vertically <SEP> towards <SEP> on <SEP> up <SEP> in <SEP> the <SEP> axis of <SEP> the <SEP> tubing <SEP> 23. <SEP> The <SEP> of <SEP> zinc <SEP> has , <SEP> a <SEP> trend <SEP> <to,
<tb> accumulate <SEP> around <SEP> of <SEP> port <SEP> 31. <SEP> and <SEP> ends <SEP> with
<tb> the <SEP> butcher <SEP> if <SEP> an <SEP> does <SEP> râ-cle <SEP> not <SEP> of <SEP> time <SEP> in
<tb> time <SEP> end <SEP> of <SEP> leads <SEP> 30.
<tb>
In <SEP> the <SEP> form <SEP> represented <SEP> in <SEP> the <SEP> fig. <SEP> 4,
<tb> two <SEP> tubes <SEP> 33 <SEP> are <SEP> arranged <SEP> on <SEP> of the <SEP> sides <SEP> dia m: completely opposite <SEP> <SEP> of <SEP> the. <SEP> flame <SEP> of <SEP> combustion <SEP> of <SEP> zinc <SEP> and <SEP> are <SEP> supplied <SEP> by <SEP> a <SEP> led <SEP> 32 , <SEP> by <SEP> example <SEP> of air. <SEP> These <SEP> tubes <SEP> cause <SEP> a <SEP> shrinkage <SEP> or <SEP> flattening
<tb> of <SEP> the <SEP> flame <SEP> of <SEP> zinc <SEP> in <SEP> a <SEP> direction <SEP> and <SEP> -an
<tb> lengthening <SEP> or <SEP> widening <SEP> in <SEP> the <SEP> <B>! </B> <SEP> position perpendicular <SEP> to <SEP> the previous <SEP>.
<tb>
In <SEP> the <SEP> form <SEP> represented <SEP> in <SEP> the <SEP> <B>, fig. <SEP> 5 </B>
<tb> air <SEP> is <SEP> admitted <SEP> to <SEP> through <SEP> a <SEP> pipe <SEP> 34 "years
<tb> of the <SEP> tubes <SEP> 35 <SEP> which <SEP> are <SEP> directed <SEP> eontm <SEP> the <SEP> flame at a certain distance above the mouth of the orifice 23.
In the form shown: in fig. 6 the compressed air arrives in an annular pipe 36 which distributes it between a series of discharge tubes 37, equally spaced and directed at .different levels against the stream of metallic zinc vapor coming out of the nozzle 23. The number of tubes 37 can vary, for example, from 3. to 16.
In the form shown in FIG. 7 an annular nozzle similar to that of FIG. 1 is used. The compressed air comes from a pipe 40 and comes out of an annular chamber 39 through a circular orifice 38.
In all the embodiments described, the gas flow sent against <B> the </B> flame of zinc vapor is of a temperature and intensity such as to have the effect of preventing that the particles: of zinc oxide formed, can remain: in or near the flame and: increase their dimensions.
These particles are cooled from their formation to a temperature below 350 ° C. in a very small fraction of a second, for example 1/5 ° after the start of their formation.
Extremely small particles of zinc oxide are thus obtained: with a size of 0.15 microns and below.
Thanks to the extreme smallness of the particles obtained according to the present process and thanks to the considerable increase in the number of particles contained per unit of weight, this product:
has a very particular value, for example in the rubber industry, in which its use makes it possible to obtain a significant increase in the coefficient of abrasion resistance of the rubber composition and also makes it possible to obtain an increase - markedly the coefficient of force of extension of the rubber, as well as an acceleration of the drying and better qualities of conservation.
The acidity of the zinc oxycyl obtained by the present process is relatively low and does not exceed 0.10% SO3. It is generally less than 0.05% S03. The zinc vapor stream is produced by volatilizing metallic zinc so that the obtained zinc oxide is free of all impurities, in particular sulfates and chlorides.