BE1007044A3 - Procede d'affinage du bismuth. - Google Patents

Abstract

Procédé perfectionné pour déplomber l'écume de débismuthage, suivant lequel l'acume enrichie est traitée par coupellation pour former un laitier jusqu'à ce que la teneur en bismuth de l'écume enrichie atteigne environ 45% en poids. Après la coupellation, l'écume enrichie partiellement déplombée peut être traitée de façon classique, par exemple par halogénation, pour donner un bismuth sensiblement pur.

Description

Procédé d'affinage du bismuth.

La présente invention concerne l'affinage du bismuth et plus particulièrement un procédé perfectionné pour produire du bismuth sensiblement pur, à partir des écumes de débismuthage obtenues lors de l'affinage du plomb.

La fusion des minerais de plomb donne un plomb d'oeuvre contenant un certain nombre "d'impuretés" qui sont éliminées au cours de diverses opérations d'affinage bien connues menant au plomb de pureté commerciale. En général, le plomb d'oeuvre est d'abord décuivré, puis soumis à une opération de dulcification pour éliminer les éléments tels que l'étain, l'antimoine et l'arsenic. Le plomb dulcifié est ensuite désargenté et donne un métal désargenté contenant en substance du plomb et du bismuth.

Il est connu dans l'état de la technique d'éliminer le bismuth du plomb en traitant un bain en fusion . de plomb contenant du bismuth au moyen d'un métal alcalino-terreux ou alcalin approprié comme agent de débismuthage. Le bismuth forme un bismuthure alcalin (par exemple, CaMg2Bi2) avec l'agent de débismuthage et le bismuthure alcalin forme une écume à la surface du bain de plomb en fusion, cette écume étant appelée écume de bismuthure alcalin ou écume de débismuthage dans le métier. Le calcium et le magnésium sont, en général, utilisés comme agents de débismuthage pour extraire le bismuth du plomb. Le sodium et le potassium ont été utilisés aussi comme agents de débismuthage. L'écume est ensuite séparée du plomb, par exemple par écrémage. Le procédé de débismuthage est décrit dans le brevet U.S. n° 5 041 160.

Toutefois, l'écume de débismuthage contient principalement du plomb et tant le plomb que le bismuth doivent être extraits de cette écume pour des raisons d'ordre écologique et économique. Une écume typique contient, sur base pondérale, environ 3 à 6% de bismuth, 0,4 à 1,5% de calcium et 1 à 2% de magnésium, le reste étant en substance du plomb.

La séparation et 1'isolement du bismuth du plomb sont fondamentalement réalisés par une série d'opérations qui séparent le plomb à 1'état de laitier et augmentent la teneur en bismuth de l'écume restante jusqu'à obtention de bismuth sensiblement pur.

Une technique pour isoler le bismuth de l'écume de débismuthage est décrite dans le brevet U. S. n° 4 039 322, suivant lequel le bismuthure alcalin solide est physiquement séparé du plomb en fusion par filtration sous vide. Ce procédé augmente la concentration en bismuthure de l'écume et réduit la quantité de plomb qu'il faut séparer au cours des opérations d'affinage ultérieures.

Un procédé industriel pour traiter l'écume consiste à séparer d'abord le calcium et le magnésium (habituellement appelé enrichissement de l'écume), puis a halogéner l'écume enrichie pour obtenir un laitier de PbCl2. L'opération est poursuivie jusqu'à obtenir du bismuth sensiblement pur. Le laitier de PbCl2 est, en général, recyclé au traitement de l'écume avant 1'halogénation pour séparer le calcium et le magnésium, lequel laitier est utilisé pour traiter le plomb débismuthé obtenu au stade de formation de l'écume.

Un procédé pour affiner l'écume de débismuthage est décrit dans le brevet U.S. n° 2 955 931. De façon générale, le procédé a pour principe d'enrichir et fondre l'écume suivant des techniques connues pour obtenir un produit contenant environ 25 à 40% en poids de bismuth, le calcium et le magnésium étant séparés sous la forme de laitiers. Le produit est alors soumis à la coupellation pour amener l'écume dans l'intervalle d'environ 50 à 65% en poids de bismuth. Au-delà de cette teneur, l'écume est halogénée avec du chlore gazeux pour séparer le plomb restant sous forme de chlorure de plomb et laisser subsister comme produit du bismuth relativement pur.

Dans le procédé perfectionné de Flores et al., le taux d'halogénation est augmenté en exécutant l'halogénation dans un bain où la teneur en bismuth est maintenue à plus de 85%. Ceci est accompli en utilisant une réserve d'alliage de plomb à haute teneur en bismuth et en ajoutant de l'écume à plus faible teneur en bismuth (50 à 65%) en une quantité et à un débit propres à maintenir la teneur en bismuth du bain complet à plus de 85% pendant la réaction d'halogénation.

Bien que les procédés ci-dessus pour l'affinage du bismuth produisent un bismuth de haute pureté, il subsiste un besoin pour augmenter la vitesse d'isolement et/ou le rendement en bismuth à partir de la matière première d'origine en accélérant la réaction de séparation et/ou en réduisant au minimum la quantité de bismuth entraînée lors des stades de formation d'un laitier.

APERCU DE L'INVENTION.

Il a été découvert que le rendement et la vitesse d'isolement du bismuth à partir de matières contenant du bismuth, par exemple l'écume de débismuthage provenant de l'affinage du plomb, peuvent être augmentés lorsque la matière est soumise à la coupellation jusqu'à ce que le taux de bismuth de la matière atteigne une valeur s'élevant jusqu'à environ 45% en poids. Au-delà de cette valeur, la quantité de bismuth repassant dans le laitier augmente, ce qui fait baisser sensiblement l'isolement final du bismuth qui est produit.

Bien que toute matière appropriée qui contient du bismuth puisse être traitée conformément à l'invention, le procédé est décrit pour la commodité avec référence à l'écume de débismuthage obtenue lors de l'affinage du plomb.

Il est préférable d'éliminer d'abord le calcium et le magnésium de l'écume et ceci peut être accompli suivant les techniques connues, par exemple par insufflation d'oxygène ou d'air dans l'écume, par addition d'un alcali caustique à l'écume ou par recyclage du chlorure de plomb à l'écume. Toutes ces opérations donnent un système laitier/écume contenant la majeure partie du calcium et du magnesium avec une certaine quantité de bismuth et de plomb qui sont entraînés.

L'écume d'alimentation résultante (enrichie) contient, sur base pondérale, environ 4 à 15% de bismuth ou davantage, mais d'habitude environ 5 à 10% de bismuth, le reste étant essentiellement du plomb et est introduite dans tout récipient approprié dans lequel de l'air ou de l'air enrichi en oxygène peut être mis à réagir avec l'écume enrichie. A ce moment, de l'air ou de l'air enrichi en oxygène est admis dans la charge pour former un laitier d'oxyde de plomb qui est éliminé à intervalles appropriés par coulée, écrémage, etc. La température est maintenue pendant ce procédé, de préférence, à une valeur nécessaire pour entretenir un laitier en fusion, qui est d'environ 890 à 1000°C ou davantage, de préférence de 890 à 960°C, et la coupellation est poursuivie jusqu'à ce que la teneur en bismuth de l'écume enrichie atteigne, sur base pondérale, environ 45%, de préférence 40%, et plus avantageusement 30%. Un laitier en fusion peut être défini comme étant un laitier qui peut être éliminé par écrémage, coulée ou basculement du four de façon que le laitier s'écoule hors du four. Il a été observé que la perte de bismuth dans le laitier augmente lentement à mesure que la teneur en bismuth de l'écume enrichie en cours de traitement s'élève, avec une augmentation marquée au-delà d'environ 45% sur base pondérale.

L'air enrichi en oxygène peut contenir l'oxygène jusqu'à environ 50% en volume, de préférence entre 40 et 45%, et peut être préchauffé ou être utilisé à la température ambiante.

Après l'exposition de l'écume enrichie à l'air jusqu'à la teneur souhaitée en bismuth, l'écume enrichie peut être halogénée jusqu'à la concentration finale en bismuth suivant les techniques classiques, par exemple par barbotage de chlore gazeux dans l'écume enrichie et par écrémage du laitier de chlorure de plomb.

Une particularité importante de l'invention est que le laitier soit éliminé par écrémage de façon continue ou au moins intermittente pendant la coupellation pour réduire au minimum les pertes de bismuth dans le laitier. L'élimination du laitier à intervalles de 30 à 90 minutes, par exemple de 60 minutes, pendant la coupellation s'est révélée efficace pour réduire les pertes de bismuth jusqu'au minimum.

Pour certaines applications, une autre particularité importante de l'invention en vue de réduire jusqu'au minimum les pertes de bismuth est de soumettre à la coupellation l'écume enrichie jusqu'à une teneur en bismuth au-delà de laquelle la réaction d'halogénation ne produit plus suffisamment de chlorure de plomb à recycler pour chasser le calcium et le magnésium de l'écume de débismuthation. Habituellement, la teneur en bismuth sera d'environ 15 à 25%, par exemple de 20% sur base pondérale. Après cette opération, le chlorure de plomb produit au cours de la réaction d'halogénation ultérieure peut être utilisé pour enrichir l'écume en éliminant le calcium et le magnésium. Le chlorure de plomb peut aussi être recyclé à cet effet si le déplombage est exécuté jusqu'à 3 0% ou davantage de bismuth, mais il sera probablement nécessaire de compléter le traitement avec le chlorure de plomb par un traitement avec un alcali caustique ou de l'air pour éliminer le calcium et le magnésium jusqu'aux valeurs souhaitées.

Les exemples suivants illustrent davantage l'invention. Tous les pourcentages sont en poids et les températures en degrés Celsius, sauf indication contraire.

Tous les exemples mettent en jeu un four de coupellation d'un diamètre d'environ 2,4 m (8 pieds) et d'une hauteur de 1,8 m (6 pieds). Le four est chauffé au moyen de deux brûleurs agencés à l'arrière du four. Deux soufflantes, également montées à l'arrière du four, sont utilisées pour agiter le bain au moyen d'air. L'air et/ou le mélange d'air et d'oxygène sont débités dans le four au moyen de deux lances dont le bec est immergé dans la charge en fusion en passant par des orifices pratiqués dans la voûte du four. L'écrémage du laitier est réalisé par basculement du four jusqu'à ce que le métal puisse être observé dans du laitier.

EXEMPLE.-

On introduit dans le four et on chauffe jusqu'à 900°C une charge initiale de 7,5 tonnes d'écume enrichie (à 8,9% de bismuth sans quantité significative de calcium ou de magnésium). On fait passer de l'air enrichi en oxygène (42% en volume d'oxygène) dans la charge au débit d'environ 34 m3 normaux par heure (1200 pieds cubes par heure) sous une pression de 207 kPa (30 livres par pouce carré au manomètre) par un tube numéro 40 d'un diamètre extérieur de 12,7 mm (1/2 pouce) . Lorsque la teneur en bismuth de l'écume enrichie atteint environ 25%, on ajoute une nouvelle charge de 1 tonne d'écume enrichie (à 25% de bismuth). On élimine le plomb de la masse fondue résultante jusqu'à une teneur en bismuth d'environ 30%. On ajoute itérativement de nouvelles quantités d'écume enrichie à 8,9% de bismuth jusqu'à ce que la composition de la masse fondue atteigne environ 30%. Après la charge finale, qui abaisse la teneur en bismuth à environ 19,2%, on poursuit l'élimination du plomb jusqu'au-delà des 30% de bismuth. On exécute l'aération de l'écume enrichie en marche continue pendant le traitement. On procède à l'écrémage de la charge à intervalles d'environ 1 heure en basculant le four jusqu'à ce que le métal soit aperçu dans le laitier. Les résultats sont présentés au tableau.

TABLEAU I

Comme on peut le déduire du tableau, la quantité de bismuth repassant dans le laitier augmente de façon marquée lorsque la teneur en bismuth du bain est supérieure à environ 43%. De surcroît, on observe que le temps nécessaire pour déplomber l'écume enrichie est sensiblement plus faible que le temps requis en appliquant la technique d'halogénation classique ci-dessus.

Claims (6)

1. Procédé pour déplomber une écume de débismuthage, suivant lequel l'écume est d'abord traitée pour en éliminer le calcium et le magnésium, après quoi l'écume enrichie est soumise à la coupellation pour former un laitier qui est séparé par écrémage de 1 ' écume résultante ayant subi la coupellation, en laissant subsister une écume à teneur accrue en bismuth et ayant subi la coupellation, caractérisé en ce qu'on exécute la coupellation jusqu'à ce que la teneur en bismuth de l'écume qui a subi la coupellation atteigne une valeur jusqu'à environ 45% en poids.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on exécute la coupellation jusqu'à ce que la teneur en bismuth de l'écume résultante qui a subi la coupellation atteigne une valeur jusqu'à environ 30%.

3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on exécute la coupellation jusqu'à ce que la teneur en bismuth de l'écume enrichie atteigne une valeur d'environ 15 à 25%.

4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le laitier produit par la coupellation est éliminé par écrémage de façon continue pendant la réaction.

5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'écrémage est exécuté de façon intermittente à intervalles d'environ 30 à 90 minutes pendant la réaction.

6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écume enrichie qui a subi la coupellation est halogénée pour éliminer le plomb sous la forme de chlorure de plomb et le chlorure de plomb est recyclé pour éliminer le calcium et le magnésium de l'écume de débismuthage et/ou du plomb débismuthé.