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"#PROCEDE DE TRAITEME1TT DE MATIERES- ZI1IC IBERES'* La présente invention concerne e traitement '/de matières zincifères et a pour objet un procédé de traite-
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ment de cea matières pour I*obtention de zinc métallique, d'oxyde de zinc et de poussière de zinc..
Ce procédé consiste à chauffer extérieurement une charge agglomérée, ou mise en briquettes, de matière zincifère et d'agent réducteur carbonifère dans une chambre
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ou cornue verticale, dans des conditions de réduction sens i- blement complète, à une température suffisamment élevée pour réduire les composés de zinc et volatiliser le zinc
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résultant, puis à conduire la vapeur de zinc, ainsi formée, dans un condenseur approprié où la vapeur de zinc se condense en zinc métallique liquide; ou bien, si on le désire, on peut condenser la vapeur de zinc sous la forme de poussière de zinc fine; , ou brûler cette vapeur dans une atmosphère oxydante appropriée pour la production d'oxyde de zinc.
Dans la façon de procéder qu'il est préfé- rable d'adopter, on emploie une cornue verticale faite de matière réfractaire et conductrice de la chaleur, appro- priée. La cornue est mont,ée dans un four approprié et est entourée par une chambre de chauffage qui peut être chauffée de toute manière convenable. par exemple: par les produits de la combustion d'un combustible tel que houille, huile ou gaz, ou par de l'énergie électrique .
Pour mettre l'invention en pratique, on amène la charge agglomérée ou mise en briquettes de matière zinci- fère et,d'agent réducteur carbonifère mélangés, dans la cornue verticale par en haut et on retire de la partie infé- rieure de la cornue le résidu épuisé ou charge travaillée.
On peut faire marcher la cornue dune façon intermittente ou continue. Des ouvertures appropriées sont prévues pour déterminer régulièrement la température dans toute la cham- bre de chauffage, afin de permettre le contrôle convenable de la température au cours de l'opération. Les températures dans la chambre de chauffage, sont habituellement maintenues entre 1200 et 1300 C., selon dans une certaine mesure, la nature de la charge particulière en cours de traitement.
Il est préférable d'agglomérer la matière zincifère et l'agent réducteur carbonifère, mélangés, sous la forme de briquettes. Dans tout le présent mémoire, on
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fera usage du mot briquette dans,un sens général et pour désigner des agglomères d'une grosseur, au d.une forme quelconque convenable* obtenus par briquettage ou par tout autre procédé approprié*
Les- briquettes sont faites de la matière zinci- fère (habituellement du minerai.de zinc oxyde ou. grillé) et de 1.* agent réducteur carbonacé (habituellement de la houille) en contact intime 1.'un avec l'autre et dans; les proportions qu'on trouvera les plus convenables:
pour le minerai et l'a- gent réducteur particuliers employés.. On fait de préférence usage de la liqueur résiduelle des. lessives au bisulfite comme liant pour le briquettage; mais on peut employer d'autres liants' au matières, agglomérantes. 11 est préfé- rable d.e faire usage de briquettes en forme d'oreiller ayant environ cinq centimètres* au carré; et trente huit, milli- mètres d'épaisseur; il va cependant sans dire que T'on peut employer des briquettes d'autres; formes et dimensions.
Il va également sans dire que l'invention vise l'usage d'une charge comprenant des: briquettes séparées ou distinctes de matière zincifère et dagent réducteur. respectivement. bien que dans la pratique il'soit préféra- ble de faire usage de briquettes faites dematière zinci- fère et d'agent réducteur, mélangés, en contact intime l'un avec l'autre..
Le travail d'une charge briquettée dans une cornue verticale ou four à cuve, conformément aux principes de l'invention.* présente bien des avantages. Dans le cas d'une charge en vrac ou non briquettée, de minerai de. zinc et de houille mélangés, la chaleur conduite à travers la paroi de la cornue réduit très rapidement le minerai de zinc et consume de même la houille dans la partie d.e la charge mélangée qui est adjacente à la paroi chauffée de la cornue,
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ou est à proximité immédiate de celle-ci.
La cendre de houille épuisée qui est très déliée et poreuse, comme con- séquence du fait que la houille en a été brûlée, et le mine- rai de zinc épuisé, qui est également très délié et poreux- en raison du fait que le zinc en a été volatilisé, consti- tuent alors, en général, un isolant plus efficace, quoique indésirable de la chaleur et l'on doit par conséquent porter la température de la paroi de la cornue à un point très élevé afin d'amener, dans un temps donné, au coeur de la cornue la chaleur nécessaire pour réduire le minerai qui se trouve dans ce choeur*
Dans le cas de la cornue ordinaire à zinc (de 20' à 23 centimètres de diamètre) marchant avec une charge en vrac, ou. non briquettée, c'est une opération d'une journée (à peu: près 24 heures).
Mais, même avec cette longueur' de temps accordée à lapénétration de la chaleur, la tempe-* rature de la paroi de cornue nécessaire pour amener la chaleur au. coeur de la charge est si élevée que le minerai et la cendre de houille épuisés qui se trouvent dans la couronne extérieure, près de la paroi de cornue, fondent et se scorifient sur la paroi de la cornue,, ce qui rend ' ainsi difficile l'enlèvement de la charge épuisée. Une charge épuisée de ce genre doit invariablement être enlevée, à coups de ringarde ou raclée, de la cornue ce qui entraîne un travail manuel pénibILe et une perte de temps.
D'un autre coté, si la charge de minerai de zinc et d'agent réducteur carbonacé, mélangés , est bri- quettée, comme dans la présente invention, il y a un ample espace à l'intérieur de la cornue, entre les briquettes, pour une libre circulation des gaz très chauds, comprenant la vapeur de zinc et l'oxyde de carbone résultant de la réaction réductrice, qui remplissent ces'espaces au cours du
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travail de la-charge, dansune cornue chauffée extérieure- ment.Etant donmé que la température de la parai de la cornue est toujours plus élevée que celle des' briquettes elles-mêmes absorbant la chaleur des- courants de convection s'établissent dans: les;
espaces situés à :L'intérieur de la cornue$, entre les riquettes, et la chaleur est conduite dune manière tout à. fait efficace de la parai chaude de la cornue aux briquettes plus froides formant le coeur de la charge.
De plus, chaque briqu.ette individuelle, en raison de la plus grande densité qu*elle présentée comme con- séquence de son briquettage, possède une conductibilité thermique beaucoup plus grande que le même volume de charge en vrac, au non briquettée. Non seulement le briquettage facilite le transfert de chaleur de la parai chaude de la cornue à une briquette se trouvant au coeur de la charge, en raison des libres passages offerts aux gaz entre les bri- quettes, mais chaque briquette individuelle, du coeur de la charge est beaucoup plus capable de transférer la chaleur de sa propre surface en son propre centre qu'un volume équivalent de charge en vrac,- ou non briquettée, à cause de l'augmentation de densité due' au.
briquettage .
Le transport plus long de chaleur de la dis- tance séparant la paroi de la cornue du entre de celle-ci (par exemple 10 à 13 centimètres, ou davantage} est hâté par Inexistence d'un libre jeu pour des courants, de conv'ec- tion, au courants conducteurs de chaleur, dans la masse ga- zeuse. Dans le cas de fours plus grands,, le transport..peut être de 25 à 30 centimètres et ceci n*est praticable qu'en chauffant par des courants de convection. Le court transport de chaleur de la surface d'une briquette individuelle à son propre centre (sur 12 à 25 millimètres par exemple) est hâté
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par 1* augmentât! on de la conductibilité de ce volume uni- taire de charge, due à sa densité plus forte.
Ainsi ,le procédé qui fait l'objet de l'invention comprend la combinaison de ces deux façons efficaces d'assurer un transfert de chaleur. On voit ainsi que l'effet utile,, ou efficacité, du procédé est grandement augmenté par l'usage d'une charge briquettée de matière zincifère et d'agent réducteur carbonifère mélangés.
Dans la mise en pratique de l'invention dans les conditions contrôlées qui la caractérisent, les unités briquettées de matière chargée conservent leur forme jusqu'à ce que pratiquement tout le zinc contenu dans le minerai ait été réduit et volatilisé. Les briquettes épuisées se rédui- sent alors en un résidu cendreux pulvérulent, sec et fin, qu'il est facile d'enlever de la partie inférieure de la cornue d'une façon intermittente ou continue, selon qu'on peut le désirer.
Le zinc volatilisé s'élève à travers la cor- nue et sort à l'extrémité supérieure ou orifice ,de celle- ci. Lorsqu'on veut obtenir du zinc métallique, on associe avec l'extrémité supérieure de lcornue un condenseur appro- prié . Lorsquon désire condenser la vapeur de zinc métalli- que sous,la forme de poussière de zinc, on associe avec l'extrémité supérieure de la cornue un condenseur propre à cela. Dans le casoù l'on désire convertir la vapeur de zinc métallique, en oxyde devine, on conduit cette vapeur de extrémité. supérieure, on bouche, de la cornue dans une atmosphère oxydante appropriée-.
Sur les.dessins ci-joints, qui représentent des fours du type à cornue verticale, propres à la mise en pratique de l'inventions
Fig.1 est une élévation de, face, en. coupe,
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d'un four pourvu d'un condenseur pour recueillir du zinc métallique Liquide; Fige 2 en est une élévation latérale. en couper
Fig. 3 est une coupe suivant 3-3,fig.2;
Fig. 4 est un détail d'une modification de l'extrémité inférieure, ou de décharge, de la cornue verticale ;
Fig. 5 est une élévationnen coupe d'un four pourvu de moyens pour diriger un courant de gaz oxydant relativèment froide tel- que de lair contre le courant de vapeur de zina sortant du haut de la cornue., pour brûler la vapeur de zinc ou la transformer en oxyde de zinc;
Fig.. 6 est une élévation de face en coupe. d'un four dans lequel un condenseur propre à former de la poussière de zinc est associé avec l'extrémité supérieure de la cornue et Fige 7 est une élévation latérale,, en coupes du four de fig.6 . '
Le four'représenté sur ces dessins comprend une cornue cylindrique verticalement disposée! 10, en terre réfractaire ou autre matière appropriée.. Cette cornue peut si on le désire,, être faite da plusieurs sections superposées.
La cornue 10 est entourée sur la majeure- partie de sa hauteur, par une chambre de chauffage 11 qui est établie à l'intérieur dune construction de four com- prenant une chemise extérieure en acier 12, une couche inter- dmédiaire, 13, de matière calorifuge telle que le "sil-o-cel" et un garnissage réfractaire fait de maçonnerie réfractaire 14 revêtue de blocs ou.plaques- de graphite 15. Des ouver- tures appropriées* 16, sont prévues à travers la paroi du. four pour permettre l'introduction de pyromètres 16' dans;
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la chambre 11 afin de déterminer et de régler d'une fa- çan appropriée la température sur toute la hauteur de cette chambre ..
Le four est monté sur une fondation appro- priée 17. Aux figs. 1 et 2, l'extrémité inférieure de la cornue 10 débouche dans une chambre close, ou fosse 18. possédant une porte de nettoyage 19.
On peut employer tout moyen approprié pour chauffer la cornue 10. C'est ainsi, par exemple, que l'on peut conduire Les produits de combustion d'un combus- tible tel que houille, huile ou gaz, à travers la chambre de chauffage 11 autour de la cornue 10 et à une cheminée appropriée. Dans l'appareil représenté ici, la cornue 10 est chauffée électriquement.. L'élément de chauffage , ou de résistance,, électrique comprend deux tiges ou résistances ; en graphite,, 20, s'étendant à travers le dessus du four et repo-sant sur des blocs de graphite 21 situés légèrement au-dessous du milieu de la hauteur de la chambre 11.
La partie inférieure des tiges 20 est creuse et présente une fente en hélice,, de manière à offrir un chemin de résis- tance hélicoïdal au passage du courant électrique.- Une des bornes de la source d'énergie électrique est connectée à l'une des tiges de graphite 20 et l'autre, à l'autre tige 20. le circuit électrique entre les extrémités inférieures des deux tiges 20 étant complété àntravers les blocs de graphite 21 et le garnissage en graphite 15. On peut faire usage soit de courant continu, soit de courant alter- natif pour fournir de l'énergie électrique aux tiges de graphite 20.
La partie inférieure de la chambre 11 est pourvue de deux tiges ou éléments de résistance en graphite
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22, de la même construction générale que les résistances 20.
Les tiges 22 attendent horizontalement à travers le four et reposent sur des blocs de graphitées, qui servent à connecter en parallèle les parties hélicoïdales intermé- diaires' des deux tiges: 22. On peut èouvent se dispenser de 1 élément de chauffage inférieur, qui est prévu comme une source auxiliaire au additionnelle de chaleur lorsqu'on le désire ou que c'est nécessaire. Les deux bornes de la source d'énergie électrique sont connectées, respectivement aux bouts externes des deux tiges: 22 et l'on peut faire usage soit de courant alternatif*' soit de courant continu.
Un tube d'alimentation28 peut être prévu près du sommet de la cornue 10 pour introduire dans celle-ci ! la charge briquettée. Un tel tube présente un avantage particulier lorsqu*on. fait marcher la cornue d'une façon continue.
A la fig.4, on a représenté un dispositif de décharge automatique pour enlever continuellement et. automatiquement la charge travaillée, ou résidu, finement divisée* à une vitesse déterminée* du.bas de la cornue. 10.
Un prolongement cylindrique 29 est boulonné, ou assujetti autrement d'une façon appropriée, sur le dessous de la plaque de fond,, en acier, du four.., Un manchon cylindrique. 5,0 se visse librement sur la partie inférieure du prolongement
29. Le prolongement 29 et le manchon 30 coïncident avec'la cornue 10 et constituent en fait une continuation de celle- ci au-dessous du four proprement dit. Un' plateau. tournant
31 est monté à proximité 'de 1* extrémité inférieure du man- chon 30 et on peut régler la distance entre ce dernier et le plateau en faisant tourner le manchon sur la partie filetée du prolongement 29. Le plateau. 31 reçoit un mouvement, de rotation d*une source, quelconque convenable de force motrice.
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Un râble 32 ajustable tant horizontalement que verticalement s'étend au-dessus du plateau 31 et serti au.cours de la ro- tation de celui-ci, à racler une quantité déterminée' du résidu fin s'accumulant sur ce plateau. Par ce dispositif, une décharge continue et uniforme du résidu fin du bas de la cornue peut être facilement effectuée.
Un condenseur approprié est monté verticale- ment sur le dessus du four, axialement en- ligne avec la cornue 10. Le condenseur représenté sur les dessins comprend une paroi cylindrique, verticalement disposée, 24. Un pla- fond circulaire plat 25. couvre le dessus dumcylindre 24 et un. plateau annulaire 26 ferme partiellement le 'bas ou fond de ce cylindre. Le cylindre 24 et les plateaux 25 et 26 sont faits en matière réfractaire telle que la terre réfractaire, le carborundum, des mélanges de ceux-ci , ou leur équivalent. Ces trois éléments' peuvent faire corps ou être formés séparément et être réunis de manière à cons- tituer un condenseur "en chapeau haut de forme".
Une allonge ou ajutage 33 est attachée au plateau de fond 26. Le diamètre de l'ouverture centrale existant dans le plateau 26 et le diamètre interne de l'al- longe 33 sont inférieurs à celui de la cornue 10 et ces trois éléments sont axialement en ligne. L'allonge 33 s'élève jusqu'à, peu près à mi-hauteur de la chambre de con- densation existant à l'intérieur du cylindre 24.
Le plafond 25 présente une ouverture centrale 34 librement recouverte par .un tampon 35. L'extérieur du condenseur (cylindre 24 .et plafond 25) est recouvert d'une couche appropriée de matière calorifuge 36 .Dans la prati- que, les auteurs de l'invention ont trouvé que le poussier
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de houille: convient admirablement comme couverture calorifu- ge pour le condenseur. L'oxyde de carbone sortant de l'ou- verture 34 de la chambre de condensation s'échappe à tra- vers la matière calorifuge (houille) librement disposée autour dit, tampon 35 et brûle dans l'air.
L'espace annulaire existant entre l'allonge 33 et le cylindre 24 constitue une cure pour recueillir le zinc fondu ,que l'on fait couler de temps à autre de cette cuve à travers un trou de coulée 37.
Le mélange de vapeur de zinc et ci. oxyde de carbone (résultant de la réduction du. minerai de zinc oxydé dans la cornue 10) passe de l'extrémité supérieure de la garnue dans 1* allonge 33 . Un courant ascendant de vapeur de zinc. passe ainsi à travers le fond: du condenseur et dans la chambre d.e condensation:. Ce courant, devapeur de zinc frappe contre, et s'étale sur, le plafond. 25 et est uniformément dévié le long, de la paroi verticale 24:
La surface interne d.e la paroi cylindrique 24 et tout le'plafond 25 sont recouverts d'une pellicule! de zinc fondu.
Les- vapeurs de zinc pénétrant dans. le conden- seur sont entraînées en travers de cette pellicule fraîche constamment renouvelée de zinc fondu. et se.condensent sur celle-ci* De cette façon, la pellicule de zinc fondu constitue un noyau sur lequel une condensation de la vapeur de zinc se produit facilement.
Les gaz d'échappement, pour la majeure partie de 1* oxyde. de carbone, s'échappent à travers l'ouverture 34 en passant sous le tampon libre 35 et à travers la matième calorifuge lâche qui se trouve sur celui-ci* En réglant convenablement la température des. parois condensantes 24 et 25) sensiblement toute la vapeur de zinc se condensera sous la forme de zinc métallique liquider
Le zinc métallique se condensant'sur la paroi
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du cylindre 24 coule, le long de cette paroi, dans la cuve à métal fondu qui se trouve au fond de la chambre de con- densation. Le zinc fondu s'accumule dans cette cuve d'où on l'enleve périodiquement a travers le trou de coulée 37.
Il est important que la température des pa- rois de la chambre de condensation (24 et 25) soit soigneu- sement contrôlée. Si la température de ces parois est trop élevée, les gaz s'échappant à travers l'ouverture 34 en- traîneront beaucoup trop de vapeur de zinc et, si la tempé- rature de ces: parois est trop basse, il se formera une quantité excessive de "poudre bleuet' au gouttelettes de zinc ne alunissant pas.
Une température de 500 à S50 C. est satisfaisante et lorsque les parois condensantes sont maintenues- entre ces limites de température, il en résulte unie condensation très efficace de vapeur de zinc en zinc mé- tallique liquider
Le contrôle de la température de la paroi 24 et du plafond 25 est commodément effectué par un réglage du degré d'isolation thermique externe autour de ces- élé- ments. Dans la pratique on introduit périodiquement un pyromètre (thermo-couple) dans la chambre de condensation (de préférence à travers 1*ouverture du haut 34)¯ et,lorsque la température régnant dans la chambre est trop élevée on diminue le degré désolation thermique externe tandis que quand cette température est trop basse, on augmente cette isolation.
Cette isolation thermique externe peut avantageu- sement être assurée,par l'application d'une couche de pous- sier de houille ou Vautre matière calorifuge, librement dis- posée autour de l'extérieur du condenseur.
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Pour la mise en pratique du procédé de fa- brication de zina métallique faisant l'objet de l'inven- tion avec l'appareil représenté sur :Les. dessins, on intro- duit d'une façon Intermittente ou continue la charge agglo- mérée au briquettée de matière zincifère et dagent réduc- teur carbonifère* mélangés, dans la cornue 10 et 1'on chauffe celle-ci: à une température d'environ 1200-1300 C.
A cette température* il se produit une réduction des compo- sés de zinc contenus dans la matière zincifère et. le zinc réduitse volatilise et s'élève jusqu*en haut de la cornue 10 où il sort de celle-ci La vapeur de zinc ensemble avec l'oxyde de carbone résultant de la réaction;, passe dans le condenseur où la vapeur de zinc se condense* où le zinc fondu résultant est recueilli* au se rass-em&le, et d'où 1.;on fait couler périodiquement ce zinc:
fondu, comme cela a été décrit précédemment
Les auteurs de l'invention. ont trouvé que l'on peut obtenir le zinc métallique par réduction, et volati- lisation de la matière zinaifère de la charge, et ce sans fu- sion ni scorification, en agglomérant ou. briquettant la charge comme cela a été décrit ci-dessus.. La température à laquelle la charge agglomérée au mise en briquettes est chauffée n'est à aucun moment de beaucoup supérieure à la température qui es.t nécessaire pour réduire les composés. de zinc contenus dans. la charge. Le contrôle convenable de la température de la charge est important.
La température n*est jamais tellement élevée que les aggloméras air' briquettes épuisés ou travaillés fondent ou se concrétionnent; au contraire, la charge épuisée ou travaillée est sèche et pulvérulente, état dans lequel les résidus ne produisent pas une diminution graduelle de la capacité de la cornue. ni une réduction graduelle dans la conductibilité thermique
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de la charge due à l'épaississement continu de la couche de résidus scarifiés; dans cet état, la charge travaillée est plus facile à enlever de la cornue et constitue son propre Joint au bas de celle-ci* Lorsqu'elle a été travail- lée, la charge est complètement pulvérulente et coule faci- lement du bas de la cornue.
La charge mélangée de matière zincifère et d'agent réducteur carbonifère peut être agglomérée d'une manière appropriée quelconque. Les agglomérés individuels doivent posséder une résistance suffisante pour résister à tout poids normal de charge qui leur est imposé dans la cornue*. Il est préférable d'agglomérer la charge par un briquettage au cours duquel la matière est soumise à une pression de 70 à 140 kilogrammes par centimètre carré.
Des briquettes faites dans les conditions décrites en par- ticulier ici possèdent une résistance mécanique suffisante pour les buts de 1* invention et conservent leur forme dans la cornue verticale jusqu'à ce que la majeure partie du zinc et du carbone ait été enlevée ou consumée. L'agglo- mération de la charge peut être effectuée d'une façon satisfaisante à la presse filière.
L'exemple spécifique suivant illustrera mieux les principes de l'invention; il va cependant sans dire que cet exemple est simplement explicatif et nulle- '-ment !restrictif de ]-*,invention.
La charge était composée de 75-50 parties, en poids, de minerai à base de silicate de zinc (contenant de 45 à 50% de zinc)-.et de 25-50 parties 5en poids, de poussier d'anthractite. A peu près 80% du minerai de zinc passait à .travers un tamis ayant des mailles de 75 centiè- , mes de millimètre. Le poussder d'anthractie,ensemble avec environ- 3%, en poids, .de la liqueur résiduelle des lessives au bisulfite concentré (.équivalent à environ 1.5 %. en poids
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de solides) fut placé dans un malaxeur rotatif du genre de ceux employés pour le malaxage du /béton et, après une courte période de malaxage ,on ajouta le minerai à silicate de zinc,, puis on continua le malaxage pendant une nouvelle période.
On vida directement la matière du. malaxeur- rota- tif dans un moulin chilien à auge à sec et on la soumit à faction de malaxage et de broyage du moulin pendant plu- sieurs minutes.. Du. moulin chiliens, la matière fut transpor- tée à une presse à briquetter et formée en briquettes sous une force de compression d*environ 140 kilogrammes'par cen- timètre carré. Les briquettes étaient du type en forme. d'o- reiller surbourré d'envirou 5 centimètres* au. carré, et
38, millimètres d'épaisseur. On sécha les- briquettes à une température d'environ 200 C.;elles étaient alors prêtes à être chargées dans le four à cornue verticale .
La cornue avait environ 3 mètres de haut et 20 centimètres de-diamètre intérieur. Le fond de la cornue était rempli de .résidu pulvérulent sur environ 60 centimè- tres de sa hauteurs Ce résidu était finement divisé.et était constitué par une partie appropriée de la matière laissée, de la charge précédente.* dans- la cornue* La cornue fut rem- plie jusqu'en haut avec les 'briquettes et le travail de la charge commença* Le chauffage de la cornue était contre- lé de manière à ne pas surchaufferla charge et il n'y eut ni formation de scorie nifusion des briquettes* La tempé- rature à 1'intérieur de la.chambre fut maintenue à environ 1200-1250 C.
Il y avait -une. différence d'environ 20 C. en- tre la température au sommet et la température au bas:.de la chambre de chauffage entourant la cornue.. Lachargefut com- ploiement travaillée en à peu près 8 heure.Et. On enleva la
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charge travaillée (à 1* exception d'environ 60 centimètres au bas de la cornue) en enlevant à la pelle les résidus . ,de la fosse 18 à travers la porte de nettoyage 19, la charge épuisée tombant librement à travers la cornue aussi vite qu'on enlevait de la matière de,la fosse.
Les produits gazeux de la réaction, pour la majeure partie de la vapeur dé zinc et de l'oxyde de carbone passent du sommet de la cornue 10 dans le conden- seur où la vapeur de zinc se condense et est recueillie, com- me cela a été décrit ci-dessus.
Dans le travail de la charge briquettes dans la cornue verticale, chauffée extérieurement, le zinc con- tenu dans le minerai est réduit en vapeur métallique lorsque le carbone contenu dans lagent réducteur carbonifère se combine avec 1.* oxygène dés composés de zinc contenus dans le minerai* Pour obtenir le résultat optimum, il est impor- tant qu*il sorte du sommet de,la cornue de l'oxyde de car- ! bone et de la vapeur de zinc relativement purs afin que d'autres impuretés restent en arrière dans la charge*. Par suite, une atmosphère strictement réductrice est maintenue en tout temps à l'intérieur de la cornue,
On peut, dans la pratique de l'invention, employer divers mélanges pour la charge.
Ainsi on a obtenu- des résultats satisfaisants avec des mélanges de 10 à 50%, en poids, d*agent réducteur carbonifère et de 90 à 50%, en poids* de matière zincifère.
En supposant qu*un mélange' sensiblement pur d*oxyde de carbone, et de .vapeur de zinc sorte de la bouche, ou orifice, de la cornue 10,les deux facteurs qui jouent le plus .grand rôle dans le r'endement de condensation de la vapeur de zinc sont la température des parois condensantes et la pression régnant'/dans la chambre' de condensation. Ces
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deux facteurs sont contrôlés par la dimension et la cons- truction du condenseur. Si'la température régnant dans le condenseur est trop élevée ' il réchappera de la Tapeur de zinc qui sera perdue. Si la température est trop basse$, le zinc se condensera et se rassemblera sous la forme de "poudre bleue" plutôt qu'à l'état de métal fondu.
Si la pression dans la chambre de condensation devient trop grande. elle aura un effet damortissement sux la vitesse de la réaction et-, par conséquent influencera défavorable- ment les produits récupérés. Si la pression dans le conden- seur devient trop basse, le zinc' se condensera sous la forme de "poudre bleue" plutôt qu'à l'état de'métal fondu.
En faisant marcher un four à cornue verti- cale en le chargeant par fournées ou cI-'une façon intermit- tente$, plutôt quen le chargeant d'une façon continue la question de la condensation de la vapeur de zinc devient plus difficile. Avec un chargement continu$, la propor- tion de- zinc et d'oxyde de carbone dans le mélange de gaz , ainsi que la quantité de vapeur de zinc contenue,dans 'cet*- lui-ci peuvent être maintenues- bien constantes et lea condi- tions de condensation sont) en conséquence, uniformes.. '.
Cependant. dans le cas: d'un chargement par fournées en considérant quune période de 8 heures repré- sente une des fournées, la'majeure partie du zinc est, ' dégagée de la charge dans, les quatre premières -heures de l'opération. De plus dans les quatre premières- heures de l'opération le pourcentage de zinc dans les- gaz. mélangés est moindre que dans les quatre heures qui suivent. Durant les quatre premières heures, le condenseur doit par consé- quent avoir une surface de rayonnement relativement grande
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et un volume relativement grand afin de maintenir la température et la pression dans les limites voulues pour une bonne condensation.
Durant les quatre dernières heures de l'opération, la proportion de zinc dans les gaz mélangés augmente tandis que la quantité diminue, de sorte qu'il est. nécessaire d'isolerle condenseur afin de maintenir une température suffisamment élevée pour une bonne condensa- t'ion.. 11 est. dmpossible de changer le volume du condenseur et, par conséquente durant cette phase de l'opérations la pression dans le condenseur 'est trop faible pour une bonne condensation et un peu de zinc se condense nécessairement sous la forme de "poudre bleue".
En construisant un condenseur pour une ' marche par fournées, il est préférable d'adopter un compro- mis entre les deux extrêm&s plutôt que d'établir 'un con- denseur pour l'un ou l'autre de ceux-ci.
En chargeant par fournées, ou d'une façon intermittentes il est difficile d'empêcher la formation dune certaine quantité de "poudre bleue" . Pour empêcher.' complètement la formation de "poudre bleau", il est néces- saire d'avoir un contrôle absolu de la température et de la pression du condenseur .Cela exige un courant constant' et uniforme d'oxyde de carbone et de vapeur de zinc mélan- gés, constant non seulement dans.la proportion entre le zmnc et ]-*,oxyde de carbone, mais encore dans la quantité de vapeur que le condenseur doit recevoir, Cette fourniture constante d'oxyde de carbone et de vapeur dé zinc est le mieux obtenue par un chargement continu.
Lorsqu'il est im- , passible ou: infaisable, de charger d'une façon continue, plus on se rapprochera du chargement continu, plus les
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conditions de marche serapprochernet de' l'idéal, et plus la cornue sera grande,'dans le. chargement. par fournées, plus' on s.e rapprochera des conditions idéales,
Bans 1'* appareil de fig.5, un dispositif souf- fiant est monte sur le dessus du four- pour favoriser la combustion, ou l'oxydation de la-vapeur de zinc métallique sortant de la cornue et la formation d'oxyde de zinc, ;
Le- dispositif soufflant comprend une buse réfractaire 38 soin cidant avec la cornue 10 et entourée par un compartiment circulaire 39, auquel de l'air, comprimé, venant d'une source quelconque convenable, peut être amené par un tuyau. d'ali- mentation 40. Le compartiment 39 présenter dans:
son dessus, une ouverture circulaire 41 légèrement plus grande que l'orifice de décharge de la buse 38 et située à peu près au niveau de cet orificeA mesure que la vapeur de zinc sort de la buse 38 elle est oxydée ou brûlée et trans- formée en oxyde de zinc-. L'ouverture 41, existant dans le dessus du compartiment à air comprimé 39, dirige un jet ou courant dair annulaire ou circonférentiel contre le courant de vapeur de zinc qui s*échappe et détermine sa combustion, intense.
Les particules- d'oxyde de zinc résul- tantes sont aspirées dans l'extrémité inférieure évaaée d'un carneau 43,au moyen d'un ventilateur aspirant ou son équivalent (non représenté) intercalé dans le système de carneaux, et sont entraînées, à travers ce système, à une chambre à sacs ou à tout autre moyen approprie pour recueillir l'oxyde de zinc.
Dans le cas où l'on désire condenser sous la forme de poussière de zinc la vapeur de zinc sortant de la cornue 10, on peut monter sur le dessus du four une botte 44, comme cela est représenté aux figs. 6 et 7. La produc- tion de cadmies est en grande partie contrôlée par le volume,
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la surface exposée et la,température de fonctionnement du condenseur ou.boîte. Lorsqu'on introduit un courant d'oxyde de carbone et de vapeur de zinc dans un condenseur dans lequel la température est maintenue au-dessus du point de fusion du zinc (419 C.) et où le rapport du volume à la surface est petit, la vapeur de zinc se diffuse à travers l'oxyde de carbone, et en atteignant la surface du condenseur, qui est plus froide que la vapeur de zinc;, forme de petits globules.
Ces globules s'unissent pour former des gouttes qui coulent le long du côté du conden- seur,et se rassemblent au fond en un bain de métal liquide.
Lorsqu'on introduit un courant d'oxyde de carbone et de va- peut de zinc-dans, un condenseur dans lequel la température est inférieure au point de fuaion du zinc et où le rapport du volume à la surface est grand, la vapeur de zinc se con- dense, dans. le courant d* oxyde de carbone , en très menues particules, de zinc (qui se .solidifient en se refroidissant avant d'avoir- l'occasion de s'unir) et ces particules. tombent au fond du condenseur sous la forme d'une poudre fine* La-, qualité de cette poudre (poussière de zinc dé- pend de la température et de la pression de'marche à l'in- térieur de la boîte aussi bien que du rapport du volume à la surface de cette boîte et de la, dilution des gaz qui y sont maintenus.
La boîte à poussière de zinc 44 représentée aux figs. 6 et 7 des dessins, comprend un cylindre horizon- talement disposé, de préférence en tôle, monté sur une buse conique, 45, reposant sur l'extrémité supérieure de la cornue 10. Cette boîte est construite de telle sorte que les vapeurs de zino et l'oxyde de carbone sortant de la cornue 10 à travers la buse conique 45 s'élèvent ver- ticalement à travers là section d'entrée 46 et sont déviés
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dans la partie 4$ où s'opère la condensation ou formation de poussière de zinc* A mesure que les particules de pous- s.ière de zinc se forment,
elles tombent dans l'auge 48 qui s'adapte comme il faut dans la partie inférieure de la boîte 44 et qui est pourvue d'une poignée 49 attachée à l'une de ses extrémités, au moyen de laquelle on peut retirer l'auge de la boîte proprement dite, avec la poussière de zinc qui s'y est accumulée..
L'extremitén 50 de la 'boîte 44 reste en'tout temps hermétiquement close* Pour-permettre de balayer l'at- mosphère oxydante régnant à l'intérieur, de la boîte au début de la marche du four, il est prévu au sommet de cette boîte, un trou 51 qui, situé en ligne avec l'axe de la car- nue 10,peut être fermé par un tampon de boue ou. son équi- valent. Un ou plusieurs trous supplémentaires sont égale- lent prévus dans le dessus de la boite pour permettre l'é- chappement d'oxyde de carbone*
Les dimensions de la boîte 44, -banat comme volume que comme surface exposée s.ont déterminées par là quantité et la qualité de poussière de zinc à recueillir, la quantité de vapeur de zinc sortant de la cornue, les. températures maintenues à l'intérieur de la boîte, etc.
On peut employer des boites de diverses formes et dimensions; on doit cepen- dant les faire fonctionner' de manière à assurer qu'il y régnera une atmosphère, sensiblement non oxydante, de for- mati-on. de poussière de zinc au moment où les vapeurs -de zinc y sont conduites,
Dans le four des figs. 6 et 7, des blocs de ' graphite 52 reposent sur les. blocs de graphite 21 et ser- vent à connecter électriquement ces derniers. Ces: blocs 52 sont prévus dans le, cas où le garnissage ou revêtement 15 du four n'est pas en matière suffisamment bonne conduc-
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triée de la chaleur pour compléter d'une façon satisfai- sante le circuit électrique entre les blocs 21.
Lorsqu'on le désire, on peut condenser ou recueillir sous la forme de poussière de zinc sensiblement toute la vapeur de'zinc métallique. Les poussières de zinc ainsi produites sont beaucoup plus fines que celles obtenues par les moyens habituellement pratiqués jusqu'à présent, ainsi que cela est mis en évidence par des observations de la grosseur des particules et par'la nature lisse de la peinture préparée avec ces poussières de zinc*
EN RÉSUME, l'invention comprend :
Un procédé de traitement de matières zincifères consistant à renfermer une charge agglomérée,.ou briquettée, de matière zincifère et d'agent réducteur carbonifère mé- langés, dans une cornue droite (de préférence une cornue verticalement disposée);
à soumettre la charge agglomérée ou briquettée, dans la cornue, à une température suffisam- ment élevée pour réduire les composés de zinc et volatiliser le zinc métallique résultant; à conduire la vapeur de zinc métallique ainsi formée hors de la cornue et à soumettre la vapeur de zinc métallique sortant de cette dernière à un traitement subséquent pour sa condensation sous la forme de zinc métallique liquide ou à l'état de poussière de zinc ou pour son oxydation en oxyde de zinc, à volonté, de pro- cédé pouvant d'ailleurs être caractérisé par le fait que: a)' On chauffe la charge agglomérée ou briquettée sans la fondre ni là scorifier, ce qui fait que les agglomé- rés, ou briquettes, travaillés se;
désagrègent en matière pul- que l'on retire du bas de la cornue et (ou);
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b) On fait passer progressivement la charge agglomérée ou briquettée, de préférence sous l'action de la gravité, à travers la cornue droite ou verticalement disposée.
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"#PROCEDE DE TRAITEME1TT DE MATIERES- ZI1IC IBERES '* The present invention relates to the treatment' / of zinciferous materials and relates to a process for treating-
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ment of these materials for obtaining metallic zinc, zinc oxide and zinc dust.
This process consists in externally heating an agglomerated charge, or briquette, of zinciferous material and carboniferous reducing agent in a chamber.
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or vertical retort, under substantially complete reduction conditions, at a temperature high enough to reduce zinc compounds and volatilize the zinc
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resulting, then in conducting the zinc vapor, thus formed, in a suitable condenser where the zinc vapor condenses into liquid zinc metal; or, if desired, the zinc vapor can be condensed in the form of fine zinc dust; , or burn this vapor in an oxidizing atmosphere suitable for the production of zinc oxide.
In the preferred procedure, a vertical retort made of a suitable heat-conducting and refractory material is employed. The retort is mounted in a suitable furnace and is surrounded by a heating chamber which can be heated in any convenient manner. for example: by the products of the combustion of a fuel such as coal, oil or gas, or by electrical energy.
In order to put the invention into practice, the agglomerated or briquetting charge of zinc-bearing material and mixed carboniferous reducing agent is brought into the vertical retort from above and removed from the lower part of the retort. the residue used up or worked load.
The retort can be operated intermittently or continuously. Appropriate openings are provided for regularly determining the temperature throughout the heating chamber to allow proper control of the temperature during operation. Temperatures in the heating chamber are usually maintained between 1200 and 1300 C., depending to some extent upon the nature of the particular load being processed.
It is preferable to agglomerate the zinc-bearing material and the carbon-bearing reducing agent, mixed, in the form of briquettes. Throughout this brief, we
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will use the word briquette in a general sense and to denote agglomerates of any suitable size, shape * obtained by briquetting or any other suitable process *
Briquettes are made of the zinc-bearing material (usually oxidized or roasted zinc ore) and carbonaceous reducing agent (usually coal) in intimate contact with each other and in ; the proportions that will be found most suitable:
for the particular ore and reducing agent employed. Use is preferably made of the residual liquor of the. bisulphite lye as a binder for briquetting; but other binders can be used for the binding materials. It is preferable to use pillow-shaped briquettes of about five square centimeters; and thirty eight, millimeters thick; it goes without saying, however, that you can use other briquettes; shapes and sizes.
It also goes without saying that the invention relates to the use of a charge comprising: separate or distinct briquettes of zinciferous material and of reducing agent. respectively. although in practice it is preferable to use briquettes made of zinc-containing material and reducing agent, mixed, in intimate contact with each other.
The working of a briquetted charge in a vertical retort or shaft furnace, in accordance with the principles of the invention. * Has many advantages. In the case of a bulk or non-briquetted load, ore of. zinc and coal mixed, the heat conducted through the retort wall very quickly reduces the zinc ore and likewise consumes the coal in the part of the mixed charge which is adjacent to the heated retort wall,
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or is in close proximity to it.
The spent coal ash which is very loose and porous, as a consequence of the fact that the coal has been burned therefrom, and the spent zinc ore, which is also very loose and porous - due to the fact that the zinc has been volatilized therefrom, are then in general a more effective, although undesirable insulator of heat and the temperature of the retort wall must therefore be raised to a very high point in order to bring up, in a given time, in the heart of the retort the heat necessary to reduce the ore which is in this chorus *
In the case of the ordinary zinc retort (20 'to 23 centimeters in diameter) walking with a bulk load, or. non-briquetted, it is a one-day operation (approximately: about 24 hours).
But, even with this length of time allowed for heat penetration, the retort wall temperature required to bring heat to. The core of the charge is so high that the spent coal ore and ash which is in the outer crown, near the retort wall, melt and scorify on the retort wall, thus making it difficult to 'removal of the exhausted charge. An exhausted load of this kind must invariably be knocked or scraped off the retort, resulting in arduous manual labor and a waste of time.
On the other hand, if the charge of mixed zinc ore and carbonaceous reducing agent is briquetted, as in the present invention, there is ample space inside the retort, between the briquettes. , for a free circulation of very hot gases, comprising the zinc vapor and the carbon monoxide resulting from the reducing reaction, which fill these spaces during the
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work of the load, in an externally heated retort. Since the temperature of the retort parai is always higher than that of the briquettes themselves absorbing the heat, convection currents are established in: ;
spaces located at: The interior of the retort $, between the riquettes, and the heat is conducted in an all-out manner. makes effective from the hot parai of the retort to the cooler briquettes forming the core of the charge.
In addition, each individual briquette, because of the higher density which it presented as a consequence of its briquetting, has a much greater thermal conductivity than the same volume of bulk filler, at the non-briquetted. Not only does the briquetting facilitate the transfer of heat from the hot parai of the retort to a briquette at the heart of the load, because of the free passages offered to the gases between the briquettes, but each individual briquette, from the heart of the batch. charge is much more capable of transferring heat from its own surface to its own center than an equivalent volume of bulk, - or non-briquetted, charge due to the increase in density due to.
briquetting.
The longer heat transport from the distance between the retort wall and the inlet (eg 10 to 13 centimeters, or more} is hastened by the lack of free play for currents, conv ' ec- tion, to heat-conducting currents, in the gaseous mass. In the case of larger furnaces, the transport ... can be from 25 to 30 centimeters and this is only practicable by heating by currents. The short transport of heat from the surface of an individual briquette to its own center (over 12 to 25 millimeters for example) is hastened
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by 1 * increased! one of the conductivity of this unit volume of charge, due to its higher density.
Thus, the method which is the subject of the invention comprises the combination of these two effective ways of ensuring heat transfer. It is thus seen that the useful effect, or efficiency, of the process is greatly increased by the use of a briquetted charge of zinciferous material and carboniferous reducing agent mixed.
In practicing the invention under the controlled conditions which characterize it, the briquetted units of charged material retain their shape until substantially all of the zinc contained in the ore has been reduced and volatilized. The spent briquettes will then be reduced to a fine, dry, powdery ashy residue, which can be easily removed from the bottom of the retort intermittently or continuously, as desired.
The volatilized zinc rises through the horn and exits at the upper end, or orifice, thereof. When it is desired to obtain metallic zinc, a suitable condenser is associated with the upper end of the cornue. When it is desired to condense the metallic zinc vapor in the form of zinc dust, a suitable condenser is associated with the upper end of the retort. In the case where it is desired to convert the vapor of metallic zinc into oxide, this end vapor is conducted. top, the retort is sealed in an appropriate oxidizing atmosphere.
On the attached drawings, which represent ovens of the vertical retort type, suitable for the practice of the inventions
Fig.1 is an elevation of, face, in. chopped off,
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a furnace provided with a condenser for collecting liquid metallic zinc; Fig 2 is a side elevation. cut
Fig. 3 is a section on 3-3, fig.2;
Fig. 4 is a detail of a modification of the lower end, or discharge, of the vertical retort;
Fig. 5 is a sectional elevation of a furnace provided with means for directing a stream of relatively cold oxidizing gas such as air against the stream of zina vapor emerging from the top of the retort, to burn the zinc vapor or transform it. zinc oxide;
Fig. 6 is a sectional front elevation. of a furnace in which a condenser capable of forming zinc dust is associated with the upper end of the retort and Fig. 7 is a side elevation, in sections of the furnace of fig.6. '
The oven shown in these drawings comprises a vertically arranged cylindrical retort! 10, of refractory earth or other suitable material. This retort can, if desired, be made of several superimposed sections.
Retort 10 is surrounded for most of its height by a heating chamber 11 which is established within a furnace construction comprising an outer steel jacket 12, an intermediate layer, 13, of. heat insulating material such as "sil-o-cel" and a refractory lining made of refractory masonry 14 coated with blocks or plates of graphite 15. Appropriate openings * 16 are provided through the wall of the. oven to allow the introduction of pyrometers 16 'in;
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chamber 11 in order to determine and regulate in an appropriate manner the temperature over the entire height of this chamber.
The furnace is mounted on a suitable foundation 17. In figs. 1 and 2, the lower end of retort 10 opens into a closed chamber, or pit 18. having a cleaning door 19.
Any suitable means can be employed to heat the retort 10. Thus, for example, the combustion products of a fuel such as coal, oil or gas can be conducted through the heating chamber. 11 around retort 10 and to a suitable chimney. In the apparatus shown here, the retort 10 is electrically heated. The electric heater, or resistance, element comprises two rods or resistors; graphite ,, 20, extending across the top of the furnace and resting on graphite blocks 21 located slightly below the middle of the height of the chamber 11.
The lower part of the rods 20 is hollow and has a helical slot, so as to provide a path of helical resistance to the passage of electric current. One of the terminals of the electric power source is connected to one. graphite rods 20 and the other to the other rod 20. the electrical circuit between the lower ends of the two rods 20 being completed through the graphite blocks 21 and the graphite lining 15. Either current can be used. direct current or alternating current to supply electrical energy to the graphite rods 20.
The lower part of the chamber 11 is provided with two rods or resistance elements in graphite
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22, of the same general construction as the resistors 20.
The rods 22 wait horizontally through the furnace and rest on graphite blocks, which serve to connect in parallel the intermediate helical parts of the two rods: 22. It is often possible to dispense with the lower heating element, which is intended as an auxiliary source to additional heat when desired or necessary. The two terminals of the electric power source are connected, respectively, to the outer ends of the two rods: 22 and one can use either alternating current * 'or direct current.
A feed tube28 can be provided near the top of the retort 10 to introduce therein! the briquetted filler. Such a tube has a particular advantage when. runs the retort continuously.
In fig.4, there is shown an automatic discharge device for continuously removing and. automatically the worked load, or residue, finely divided * at a determined speed * from the bottom of the retort. 10.
A cylindrical extension 29 is bolted, or otherwise suitably secured, to the underside of the steel base plate of the oven. A cylindrical sleeve. 5.0 can be screwed freely on the lower part of the extension
29. The extension 29 and the sleeve 30 coincide with the retort 10 and in fact constitute a continuation of the latter below the furnace itself. A tray. turning
31 is mounted near the lower end of sleeve 30 and the distance between the latter and the platen can be adjusted by rotating the sleeve on the threaded portion of extension 29. The platen. 31 receives rotational movement from any suitable source of motive force.
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A saddle 32 adjustable both horizontally and vertically extends above the plate 31 and crimped during the rotation of the latter, to scrape a determined amount of the fine residue accumulating on this plate. By this device, a continuous and uniform discharge of the fine residue from the bottom of the retort can be easily achieved.
A suitable condenser is mounted vertically on top of the furnace, axially in line with retort 10. The condenser shown in the drawings comprises a cylindrical wall, vertically disposed, 24. A flat circular ceiling 25. covers the top. dumcylinder 24 and one. annular plate 26 partially closes the bottom or bottom of this cylinder. The cylinder 24 and the plates 25 and 26 are made of a refractory material such as refractory earth, carborundum, mixtures thereof, or their equivalent. These three elements can be integral or separately formed and joined together to form a "top hat" condenser.
An extension or nozzle 33 is attached to the bottom plate 26. The diameter of the central opening existing in the plate 26 and the internal diameter of the extension 33 are less than that of the retort 10 and these three elements are axially online. The extension 33 rises up to approximately halfway up the condensation chamber existing inside the cylinder 24.
The ceiling 25 has a central opening 34 freely covered by a plug 35. The exterior of the condenser (cylinder 24. And ceiling 25) is covered with a suitable layer of heat-insulating material 36. In practice, the authors of the invention found that the dust
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coal: admirably suitable as a heat-insulating blanket for the condenser. Carbon monoxide exiting the opening 34 of the condensation chamber escapes through the heat insulating material (coal) freely disposed around said buffer 35 and burns in the air.
The annular space existing between the extension 33 and the cylinder 24 constitutes a cure to collect the molten zinc, which is made to flow from time to time from this tank through a tap hole 37.
The mixture of zinc vapor and ci. Carbon monoxide (resulting from the reduction of oxidized zinc ore in retort 10) passes from the upper end of the lining into extension 33. An ascending stream of zinc vapor. thus passes through the bottom: of the condenser and into the condensation chamber :. This current, zinc vapor hits against, and spreads over, the ceiling. 25 and is uniformly deflected along the vertical wall 24:
The internal surface of the cylindrical wall 24 and all the ceiling 25 are covered with a film! of molten zinc.
Zinc vapors entering. the condenser are drawn across this constantly renewed fresh film of molten zinc. and condense thereon * In this way, the film of molten zinc forms a core on which condensation of the zinc vapor easily occurs.
Exhaust gases, for the most part 1 * oxide. of carbon, escape through the opening 34 passing under the free pad 35 and through the loose heat insulating material on it * By properly adjusting the temperature of the. condensing walls 24 and 25) substantially all of the zinc vapor will condense in the form of metallic zinc liquidate
Metallic zinc condenses on the wall
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of cylinder 24 flows along this wall into the molten metal tank which is located at the bottom of the condensation chamber. The molten zinc accumulates in this tank from where it is periodically removed through the taphole 37.
It is important that the temperature of the walls of the condensing chamber (24 and 25) is carefully controlled. If the temperature of these walls is too high, the gases escaping through opening 34 will entrain too much zinc vapor, and if the temperature of these walls is too low, an amount will be formed. excessive "blueberry powder" with zinc droplets that do not make landfall.
A temperature of 500 to 50 ° C. is satisfactory and when the condensing walls are kept between these temperature limits a very efficient condensation of zinc vapor to liquid zinc metal results.
The temperature control of wall 24 and ceiling 25 is conveniently effected by adjusting the degree of external thermal insulation around these elements. In practice, a pyrometer (thermo-couple) is periodically introduced into the condensation chamber (preferably through the top opening 34) ¯ and, when the temperature in the chamber is too high, the degree of external thermal desolation is reduced. while when this temperature is too low, this insulation is increased.
This external thermal insulation can advantageously be provided by the application of a layer of coal dust or other heat-insulating material, freely arranged around the exterior of the condenser.
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For the practice of the method of manufacturing metal zina which is the subject of the invention with the apparatus shown in: Les. In the drawings, the briquetted charge of mixed zinciferous material and carboniferous reducing agent * is intermittently or continuously introduced into retort 10 and heated to a temperature of: about 1200-1300 C.
At this temperature there is a reduction in the zinc compounds contained in the zinciferous material and. the reduced zinc volatilizes and rises to the top of retort 10 where it exits the zinc vapor together with the carbon monoxide resulting from the reaction, passes into the condenser where the zinc vapor collects condenses * where the resulting molten zinc is collected * upon collection, and from where 1.; this zinc is periodically poured:
fade, as described previously
The authors of the invention. have found that the metallic zinc can be obtained by reduction, and volatilization of the zinaiferous material of the feed, without melting or slagging, by agglomerating or. briquetting the filler as described above. The temperature to which the briquetting agglomerated filler is heated is at no time much higher than the temperature necessary to reduce the compounds. of zinc contained in. load. Proper temperature control of the load is important.
The temperature is never so high that the exhausted or worked air agglomerates' briquettes melt or solidify; on the contrary, the spent or worked charge is dry and powdery, a state in which the residues do not produce a gradual decrease in the capacity of the retort. nor a gradual reduction in thermal conductivity
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load due to the continuous thickening of the scarified residue layer; in this state, the worked load is easier to remove from the retort and forms its own seal at the bottom of the retort * When it has been worked, the load is completely powdery and flows easily from the bottom of the retort. retort.
The mixed charge of zinciferous material and carboniferous reducing agent can be agglomerated in any suitable manner. The individual agglomerates must have sufficient strength to withstand any normal load weight imposed on them in the retort *. It is preferable to agglomerate the charge by briquetting in which the material is subjected to a pressure of 70 to 140 kilograms per square centimeter.
Briquettes made under the conditions particularly described herein possess sufficient strength for the purposes of the invention and retain their shape in the vertical retort until most of the zinc and carbon has been removed or consumed. . The agglomeration of the charge can be carried out satisfactorily on the die press.
The following specific example will better illustrate the principles of the invention; it goes without saying, however, that this example is merely explanatory and in no way restrictive of] - *, invention.
The charge consisted of 75-50 parts, by weight, of zinc silicate ore (containing 45-50% zinc) - and 25-50 parts by weight, of anthractite dust. About 80% of the zinc ore passed through a sieve having a mesh size of 75 hundredths of a millimeter. The anthractic powder together with about 3%, by weight, of the residual liquor of the concentrated bisulfite lye (. Equivalent to about 1.5% by weight).
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solids) was placed in a rotary mixer of the kind used for mixing concrete and, after a short period of mixing, the zinc silicate ore was added, then the mixing was continued for a further period.
The matter of the. rotary kneader in a Chilean dry trough mill and subjected to kneading and grinding of the mill for several minutes. At a Chilean mill, the material was conveyed to a briquetting press and formed into briquettes under a compressive force of about 140 kilograms per square centimeter. The briquettes were of the shaped type. pillow overstuffed about 5 centimeters * at. square, and
38, millimeters thick. The briquettes were dried at a temperature of about 200 ° C., and they were then ready to be loaded into the vertical retort furnace.
The retort was about 3 meters high and 20 centimeters in internal diameter. The bottom of the retort was filled with powdery residue about 60 centimeters from its heights. This residue was finely divided. And consisted of a suitable portion of the material left, from the previous charge. * In- the retort * The retort was filled to the top with the briquettes and the work of the charge began * The heating of the retort was controlled so as not to overheat the charge and there was no formation of slag nifusion of the briquettes * The temperature inside the chamber was maintained at about 1200-1250 C.
There was a. difference of about 20 ° C between the temperature at the top and the temperature at the bottom:. of the heating chamber surrounding the retort .. The charge was completely worked in about 8 hours. We removed the
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load worked (with the exception of about 60 centimeters at the bottom of the retort) by shoveling the residue. , from the pit 18 through the cleanout door 19, the spent charge falling freely through the retort as fast as material was being removed from the pit.
The gaseous products of the reaction, most of the zinc vapor and carbon monoxide, pass from the top of retort 10 into the condenser where the zinc vapor condenses and is collected, as follows. has been described above.
In the work of the briquette charge in the vertical retort, heated externally, the zinc contained in the ore is reduced to metallic vapor when the carbon contained in the carboniferous reducing agent combines with the oxygen of the zinc compounds contained in the ore. ore * To obtain the optimum result, it is important that it comes out of the top of the retort of the carbon oxide! relatively pure bone and zinc vapor so that other impurities remain behind in the charge *. As a result, a strictly reducing atmosphere is maintained at all times inside the retort,
Various mixtures for the filler can be employed in the practice of the invention.
Thus, satisfactory results have been obtained with mixtures of 10-50%, by weight, carbonaceous reducing agent and 90-50%, by weight, zinciferous material.
Assuming that a substantially pure mixture of carbon monoxide, and zinc vapor exits the mouth, or orifice, of the retort 10, the two factors which play the most important role in the performance of the retort. condensation of the zinc vapor are the temperature of the condensing walls and the pressure prevailing in the condensation chamber. These
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two factors are controlled by the size and construction of the condenser. If the temperature in the condenser is too high, it will escape from the zinc mixer which will be lost. If the temperature is too low, the zinc will condense and collect as a "blue powder" rather than a molten state.
If the pressure in the condensing chamber becomes too great. it will have a damping effect on the rate of the reaction and hence adversely affect the recovered products. If the pressure in the condenser becomes too low, the zinc will condense as a "blue powder" rather than as a molten metal.
By operating a vertical retort furnace by charging it in batches or intermittently, rather than continuously charging it the issue of zinc vapor condensation becomes more difficult. With continuous charging $, the propor- tion of zinc and carbon monoxide in the gas mixture, as well as the quantity of zinc vapor contained, in 'this * - it can be kept- well constant and the condensing conditions are therefore uniform.
However. in the case of: loading in batches, considering that an 8 hour period represents one of the batches, most of the zinc is released from the load in the first four hours of the operation. In addition in the first four hours of the operation the percentage of zinc in the gases. mixed is less than within four hours. During the first four hours, the condenser must therefore have a relatively large radiating surface.
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and a relatively large volume in order to keep the temperature and pressure within the limits required for good condensation.
During the last four hours of operation, the proportion of zinc in the mixed gases increases while the amount decreases, so it is. necessary to isolate the condenser in order to maintain a sufficiently high temperature for good condensation. 11 is. It is impossible to change the volume of the condenser and, consequently during this phase of the operation the pressure in the condenser is too low for good condensation and a little zinc necessarily condenses in the form of "blue powder".
In constructing a condenser for a batch operation, it is preferable to adopt a compromise between the two ends rather than to establish a condenser for either of these.
By charging in batches, or intermittently, it is difficult to prevent the formation of a certain amount of "blue powder". To prevent.' completely forming "blue powder", it is necessary to have absolute control of the temperature and pressure of the condenser. This requires a constant and uniform flow of carbon monoxide and zinc vapor mixed together. older, constant not only in the proportion between zmnc and] - *, carbon monoxide, but also in the quantity of vapor which the condenser must receive. This constant supply of carbon monoxide and zinc vapor is best obtained by continuous loading.
When it is impracticable or: infeasible to charge continuously, the closer to continuous charging, the greater the
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working conditions will approach 'the ideal, and the larger the retort,' in the. loading. in batches, the closer we get to ideal conditions,
In the apparatus of fig. 5, a blower is mounted on top of the furnace to promote combustion, or oxidation of the zinc metal vapor coming out of the retort and the formation of zinc oxide. zinc,;
The blowing device comprises a refractory nozzle 38 ciding with the retort 10 and surrounded by a circular compartment 39, to which compressed air from any suitable source can be supplied by a pipe. 40. Compartment 39 present in:
its top, a circular opening 41 slightly larger than the discharge port of the nozzle 38 and located approximately at the level of this port As the zinc vapor exits the nozzle 38 it is oxidized or burnt and transformed in zinc oxide-. The opening 41, existing in the top of the compressed air compartment 39, directs an annular or circumferential jet or stream of air against the escaping stream of zinc vapor and determines its intense combustion.
The resulting zinc oxide particles are sucked into the flared lower end of a flue 43, by means of a suction fan or its equivalent (not shown) interposed in the flue system, and are entrained, through this system, to a bag chamber or any other suitable means for collecting the zinc oxide.
In the event that it is desired to condense the zinc vapor leaving the retort 10 in the form of zinc dust, a bundle 44 can be mounted on top of the furnace, as shown in FIGS. 6 and 7. Cadmies production is largely controlled by volume,
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the exposed surface and the operating temperature of the condenser or box. When a stream of carbon monoxide and zinc vapor is introduced into a condenser in which the temperature is maintained above the melting point of zinc (419 C.) and where the volume to area ratio is small , the zinc vapor diffuses through the carbon monoxide, and on reaching the surface of the condenser, which is cooler than the zinc vapor ;, forms small globules.
These globules unite to form drops which flow down the side of the condenser, and collect at the bottom in a bath of liquid metal.
When a stream of carbon monoxide and zinc is introduced into a condenser in which the temperature is below the melting point of zinc and where the volume to surface ratio is large, the vapor of zinc accumulates in. the stream of carbon monoxide, in very fine particles, of zinc (which solidify on cooling before having a chance to unite) and these particles. fall to the bottom of the condenser in the form of a fine powder * La-, quality of this powder (zinc dust depends on the temperature and the operating pressure inside the box as well as the ratio of the volume to the surface of this box and the dilution of the gases which are maintained there.
The zinc dust box 44 shown in Figs. 6 and 7 of the drawings, comprises a horizontally disposed cylinder, preferably of sheet metal, mounted on a conical nozzle, 45, resting on the upper end of the retort 10. This box is constructed so that the zino vapors and carbon monoxide exiting retort 10 through conical nozzle 45 ascends vertically through inlet section 46 and is deflected.
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in the part 4 $ where the condensation or formation of zinc dust takes place * As the zinc dust particles are formed,
they fall into the trough 48 which fits properly in the lower part of the box 44 and which is provided with a handle 49 attached to one of its ends, by means of which the trough can be removed of the box itself, with the zinc dust that has accumulated there.
The end 50 of the box 44 remains hermetically sealed at all times * To allow the oxidizing atmosphere reigning inside the box to be swept away at the start of the operation of the oven, it is provided at the top of this box, a hole 51 which, located in line with the axis of the cam 10, can be closed by a mud plug or. its equivalent. One or more additional holes are also provided in the top of the box to allow the escape of carbon monoxide *
The dimensions of the box 44, -banat as volume as as exposed surface are determined by the quantity and quality of zinc dust to be collected, the quantity of zinc vapor exiting the retort, the. temperatures maintained inside the box, etc.
You can use boxes of various shapes and sizes; they must, however, be operated in such a manner as to ensure that there will exist a substantially non-oxidizing atmosphere of formation. zinc dust when the zinc vapors are conducted there,
In the oven of figs. 6 and 7, blocks of graphite 52 rest on them. graphite blocks 21 and serve to electrically connect them. These: blocks 52 are provided in the event that the lining or coating 15 of the furnace is not of sufficiently good conductive material.
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heat sorted to satisfactorily complete the electrical circuit between the blocks 21.
When desired, substantially all of the metal zinc vapor can be condensed or collected as zinc dust. The zinc dust thus produced is much finer than that obtained by the means customarily practiced heretofore, as is evidenced by observations of the particle size and by the smooth nature of the paint prepared with these. zinc dust *
IN SUMMARY, the invention comprises:
A method of treating zinc-bearing materials comprising enclosing an agglomerated, or briquetted, filler of zinc-bearing material and carbon-bearing reducing agent mixed, in a straight retort (preferably a vertically disposed retort);
subjecting the agglomerated or briquetted filler in the retort to a temperature sufficiently high to reduce the zinc compounds and volatilize the resulting metallic zinc; in conducting the metallic zinc vapor thus formed out of the retort and in subjecting the metallic zinc vapor leaving the latter to a subsequent treatment for its condensation in the form of liquid metallic zinc or in the state of zinc dust or for its oxidation to zinc oxide, at will, a process which can moreover be characterized by the fact that: a) 'The agglomerated or briquetted charge is heated without melting it or slagging it, so that the agglomerates , or briquettes, worked themselves;
break up into pulp material which is removed from the bottom of the retort and (or);
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b) The agglomerated or briquetted filler is gradually passed, preferably under the action of gravity, through the straight retort or vertically arranged.