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nl?RO=I)Lil POUR LÀ HEDUC'EFOF. OU FUSION. DE MATIERES ZINÛIBERES'<a La, présente invention concerne la réduction, ou fusion, de matières zincifères et elle vise, en particulier,, un procédé nouveau de réduction,. ou fusion, de matières zincifères dans lequel des,charges très notablement plus grandes peuvent être plus économiquement travaillées, avec une extraction notablement plus forte de zinc et avec des
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rendements plus graxuts en formes commercialement marchandes de zinc, que dans le s t procédés habituellement #,tiqués jusqu'à présent pour la fusionustrielle'du zinc* Lutin-
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vention offre un procédé industriellement économique et pratique pour réduire, ou fondre,
de la matière zincifère d'une manière sensiblement continue et sur une échelle relativement grande procédé dans lequel il est produit des vapeurs de zinc métallique capables d'être condensées directement et économiquement en zinc* On arrive à cela, suivant l'invention, par une combinaison nouvelle de caractéristiques opératoires et de phases de manipulation, qui n'ont jamais encore été ainsi combinées, donnant des résultats que lion n'a pas obtenus jusqu'à présent dans la fudion industrielle du zinc$
Le zinc métallique, lorsqu'on le produit par la réduction'à hautes températures de minerais de zinc oxydés, est presque universellement fait, à l'heure ac- tuelle,
dans des fours à distiller le zinc ayant un cer- tain nombre de cornues relativement petites aux bouts ex- ternes desquelles de petits condenseurs sont attachés* Les cornues sont habituellement montées sous une légère incli- naison, en étant usuellement inclinées de haut en bas du gros. bout, ou extrémité close, vers le bout ouvert ou externe* Le condenseur constitue, en fait, un prolongement de la cornue, bien qu'habituellement monté dans une position sensiblement horizontale et, par suite, non en alignement exact avec l'axe prolongé de la cornue* Les vapeurs de zinc et autres gaz passent, suivant une ligne sensiblement horizontale, de la cornue à travers le condenseur et les gaz d'échappement s'en vont à travers l'extrémité ouverte dé ce dernier, Le rendement de cet appareil condenseur habituel, actuel,
est loin d'être satisfaisant, environ 60 à 65% seulement des vapeurs de zinc métallique qui sortent de la cornue étant condensé à l'état de zinc alors que le restant se condense sous forme de "poudre bleue",
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ou brûle à l'orifice du condenseur) en formant de 1*oxyde de zinc, et est perdue
L'opération complète. avec cette façons, habituel- lement pratiquée jusqu'à présent de produire du zinc métalli- que.
prend ordinairement une pleine journée de vingt quatre heures* Les résidus épuisés sont enlevés des cornues avec beaucoup de difficulté et doivent être tirés ou raclés des cornues à la main avec un outil construit spécialement* Ces résidus épuisés sont fréquemment scorifiés et forment des adhérences très indésirables aux parois des cornues* En plus de la difficulté de chargement et de déchargement des cornues et de la longueur de temps = 24 heures pour le travail complet d'une charge de cornues = que prend l'opéra- tion,
cette façon de procéder habituellement adoptée jusqu'à présent est loin d'effectuer une élimination complète du zinc disponible de la matière zinoifère de la chargea Une quantité relativement grande de ce zinc non éliminé reste avec les résidus épuisés et est perdue* On a déjà proposé divers moyens de remédier aux inconvénients reconnus des fours à zinc actuels, avec leurs nombreuses cornues de petite capacité individuelles Ainsi, on a proposé de disposer les petites cornues verti- calement en vue de diminuer le travail de chargement et de déchargement,
en chargeant par gravité au moyen d'un pont roulant et en déchargeant par gravité en retirant un bouchon amovible ou autre obturateur fermant normalement l'extré- mité inférieure des cornues* On a également proposé de conduire les gaz sortants, provenant d'un certain nombre de ces petites cornues, à un condenseur commun en vue de réduire la main-d'oeuvre et d'autres inconvénients inhérents au retrait du zinc d'un aussi grand nombre de petits conden- seurs et au fait d'avoir chaque jour, à relier aux cornues,
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et à en retirer* autant de petits condenseurs* On @ pro- posé aussi le fonctionnement continu ou progressif des diverses dispositions comme* par exemple, le passage pro- gressif,par gravité,
d'une charge en vrac à travers un tube vertical* Un frittage et une scarification ont invariablement gêné,le maintien économique de la progression de la charge* dans ce dernier type de four, à un point tel que seuls lés tubes de dimensions relativement petites (c'est-à-dire à-distance relativement courte de pénétration de chaleur à travers la charge et (ou) à longueur relative- ment courte de progression de charge) ont été considérés comme pouvant être pratiquement utilisés*
Ces suggestions et propositions antérieures n'ont rencontré que peu, sinon pas, de succès dans l'indus- trie* A la lumière des résultats de leurs propres recherches et expériences, les auteurs de l'invention pensent que la faillite de ces recherches antérieures a été due,
au moins dans une large mesure, à cette opinion commune chez les métallurgistes du zinc que, dès que la chambre de fusion atteint une section importante, il devient impossible de travailler le zinc au centre ou milieu de la charge sans surchauffer et scorifier la charge travaillée, plus spécialement dans ses portions extérieures, voisines des parois chaudes de la chambre* Ainsi, la tendance générale des propositions antérieures a été de faire usage de masses de charge relativement petites et les essais que 1*on a faits pour travailler des charges relativement grosses ont échoué * ou tout au moins n'ont eu aucun succès dans l'industrie parce que, croient les auteurs de l'invention, rien n'avait été prévu pour conduire économiquement de la chaleur dans le centre, ou coeur,
de la charge*
La présente invention est basée sur cette décou-
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verte qu'il est possible de conduire effectivement et économiquement de la chaleur de la paroi chaude d'un four dans le centre ou coeur d'une charge relativement grosse de zinc à fondre sans surchauffer d'une façon excessive la charge dans .ses parties adjacentes à cette parois De plus, les auteurs de l'invention ont découvert qu'il est possible de se départir sensiblement de la méthode en couronnes progressives habituellement adoptée jusqu'à présent pour travailler une charge de zinc à fondreDans le mode de fonctionnement habituellement pratiqué jusqu'ici pour des cornues à zinc,
la partie de la charge à travailler la première est la couronne de charge qui est immédiatement adjacente à la paroi interne, chaude, de la cornues Pen- dant le travail de cette couronne de charge, sa tempéra ture ne s'élève pas beaucoup au-dessus de celle à laquelle la charge particulière se réduit activement, car l'énergie calorifique est consommée pour produire la réduction6 ]Mais, lorsque la couronne de charge est en grande partie travail- lée, la température de la charge travaillée s'élève parce qu'il ne se produit que peu, ou pas, d'autre absorption de chaleur A mesure que la température de cette couronne s'élève, de la chaleur commence à passer plus rapidement dans la couronne de charge immédiatement suivante vers l'intérieur où elle est, à son tour, absorbée à la tempé- rature active du niveau de réaction.
En travaillant ainsi progressivement les couronnes internes concentriques de la charge et en chauffant davantage les couronnes externes de charge ou résidu épuisé, le travail de la charge progresse finalement jusqu au centre Ou coeur de celle-ci. Or, les auteurs de l'invention ont découvert qu'il est possible de travailler le centre ou coeur de la charge sensiblement en même temps que la couronne externe, ou portion de la
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charge qui est la plus voisine de la sburge de chaleur,
en évitant ainsi la nécessité de surchauffer celles des portions de cette charge.qui sont les plus voisines de la source de chaleur afin de chasser de la chaleur dans le milieu ou centre de la charge et en permettant aussi de travailler une quantité beaucoup plus grande de charge par unité de surface de paroi chauffée* la présente in- vention, en tirant parti de ces découvertes, permet de tra- vailler une charge de zinc à fondre relativement grande, cinquante et plus de cinquante fois plus grosse que la charge habituelle dans les cornues à zinc communément utilisées Jusqu'à présent, et permet de plus de travailler cette charge relativement grosse d'une manière sensible- ment continue.
Sous son aspect générale l'invention consiste à faire passer progressivement une charge poreuse d'agglo- mères de matière-, zincifère et d'agent réducteur carbonacé, mélangés, à travers une chambre réductrice relativement longue, de capacité réductrice relativement grande, sans brisement notable des agglomérés durant leur passage à travers la chambre, et à chauffer les agglomérés, au cours de ce passage.
à une température suffisamment haute pour réduire les composés de zinc et volatiliser le zinc métallique résultant, sans scarification ni fusion de la charge agglomérée, en produisant par cela même des vapeurs de zinc métallique'qui, lorsqu'ion les retire de la chambre réductrice, sont capables d'être condensées directement et économiquement en zinc La chambre réductrice peut être une chambre verticale à travers laquelle la charge progresse en grande partie, et de préférence exclusivement, par l'action de gravité ;
ou bien elle peut être horizontale et pourvue de dispositifs appropriés pour faire avancer progressivement la charge, Un tout cas,
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la chambre réductrice est relativement longue dans la direction de la progression de la charge et a une capacité réductrice relativement grande, Bien que l'invention convienne particulièrement pour la production de zinc métallique. par condensation des vapeurs de zinc métallique en métal,on peut, si on le désire, utiliser ces vapeurs pour la production d'oxyde de zinc commercial, pour la peinture, ou de poussière de zinc ou poudre bleuc.
Un exposé du problème du transfert efficace et économique de chaleur d'une paroi de l@ chambre chauffée au centre ou coeur d'une charge de zinc à fondre et de la solution que lui ont donnée les auteurs de 1'*invention aidera à comprendre et à apprécier clairement cette der- nières.
Dans le fonctionnement des cornues à zinc tel qu'il s'est pratiqué habituellement jusqu*ici, avec une charge en vrac, ou non agglomérée, de minerai de zinc et de houille mélangés, la chaleur conduite à travers= la paroi de la cornue réduit très rapidement le zinc ,ou consume la houille, dans la partie de la charge mélangée qui est adjacente à la paroi chaude de la cornue, ou se trouve à proximité immédiate de celle-ci* La cendre de houille épuisée,qui est très lâche et cellulaire par suite de la combustion de son carbone, et le minerai de zinc épuisé, qui est également très lâche et cellulaire par suite de la volatilisation de son zinc,
constituent alors un calorifuge .plus efficace et l'on doit par censé** quent élever à un degré très élevé la température de la paroi de la cornue afin de chasser ou de faire passer, au coeur de la cornue, en un temps donne, la chaleur néces- saire pour réduire le minerai qui se trouve dans ce coeur.
Dans le cas de la cornue à zinc ordinaire, (de 15 à 23 centimètres de diamètre) marchant avec une charge en vrac
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ou non agglomérée, c'est une opération d'une journée (en- viron 24 heures) Mais, même avec cette longueur de temps allouée pour la pénétration de la chaleur, la température de la paroi de la cornue nécessaire pour chasser la chaleur dans le coeur de la charge est si élevée que le minerai et la cendre de houille épuisés dans la couronne extérieure, voisine de la paroi de la cornue, fondent et se scorifient sur la paroi de la cornue ce qui retient ainsi la charge, abaisse la conductibilité thermique de la paroi de la cornue et rend difficile l'enlèvement de la charge épuisée.
Dans le procédé de la présente invention, un passage relativement rapide de chaleur des parois chaudes de la chambre au centre ou coeur de la charge est effectué par des gas portant de la chaleurs Il'allure à laquelle de la chaleur sera portée des parois chaudes de la chambre au centre ou coeur de la charge par des gaz dépend : 1 - du volume de ces gaz :
2 - de la vitesse à laquelle ils lèchent les parois chaude de la chambre, en prenant par cela même de la chaleur, et de la vitesse avec laquelle ils lèchent le centre ou coeur de la charge et 3 - du nombre de fois qu'un volume donné de gaz passe des parois chaudes de la chambre dans le centre ou coeur de la chargea Les auteurs de 1* invention ont trouvé que l'effet optimum de ces trois facteurs pour produire un transfert rapide de chaleur de la paroi chaude de la chambre au centre ou coeur de la charge, peut être réalisé en agglomérant la charge et en faisant passer, ou avancer, progressivement la charge agglomérée à travers une chambre réductrice relativement longue dans la direction dans laquelle la charge progresse, en comparaison de ses dimensions trans- versales Dans ces conditions, les gaz engendrés dans la charge,
en passant à travers celle-ci, coulent constamment et amènent par cela même de la chaleur des parois chaudes
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de la chambre au centre ou coeur de la charge. Plus le four est long, dans la direction de la progression de la charge, plus grande sera la vitesse de ces gaz trans- portant de la chaleur et plus grand sera le nombre de contacts d'un volume donné de gaz avec la paroi chaude et le centre de la charge* Par le mouvement progressif de la charge, chaque partie de celle-ci passe à travers les aires, ou zones, de grande vitesse de gaz et, par conséquent, de transfert élevé de ¯Chaleur, et l'unifor- mité de traitement de la charge est assurée
L'agglomération de la charge, outre qu'elle facilite le transfert de chaleur par des gaz portant de la chaleur,
favorise le transfert de chaleur à travers la charge par rayonnements Ceci résulte des vides existant dans la charge, à travers lesquels la chaleur sautera avec rapidités Plus ces vides sont grands plus la quantité de chaleur transférée de cette manière des parois chaudes au centre de la charge est grande*
De plus, chaque aggloméré individuel, en raison de sa plus grande compacité due au fait qu'il a été agglo- méré, conduit beaucoup mieux la chaleur que le même poids de charge en vrac6 Non seulement l'agglomération facilité le transfert de chaleur des parois chaudes de la chambre réductrice à un aggloméré situé au milieu ou coeur de la charge, en raison des libres passages offerts aux gaz entre les agglomérés,
mais chaque aggloméré entrant dans la constitution de la charge est beaucoup plus capable de convoyer de la chaleur de sa surface à son milieu quun poids équivalent de charge en vrac, par suite de la com- pacité plus grande due à l'agglomération* Le long'trans- port de chaleur, 15 à 30 centimètres par exemple, ou davantage, est accéléré par l*existance d'un libre jeu
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pour les courants de gaz portant de la chaieur et:
par rayonnement en travers des vides existant dans la charge*
Le court transport de chaleur, 12 à 75 millimètres par exemple, dans une unité individuelle de la charge (un aggloméré) voisine du coeur de la chambre réductrice est accéléré par l'augmentation de la conductibilité de cette unité due à sa plus grande compacités
Ainsi, le procédé de la présente invention comprend une combinaison de ces trois façons efficaces d'assurer un transfert de chaleur. à savoir :
transfert rapide de chaleur par des gaz porte-chaleur passant avec une vitesse considérable à travers les vides de la charge agglomérée, rayonnement rapide de chaleur en travers des vides * aux-mêmes et bonne conduction de chaleur à travers des agglomérés individuels plus compacts°
Bien qu'il soit vrai que plus les agglomérés sont gros, dans une certaine gamme de grosseurs et en considérant une chambre réductrice particulière à.travers laquelle les agglomérés avancent progressivement, plus grande est la porosité de la charge dans son ensemble et, par conséquent, plus grands.sont les volumes de gaz à grande vitesse qui peuvent être chassés à travers la charge à une différence de pression donnée,
il arrive néanmoins un moment où les agglomérés deviennent si gros que les gaz à grande vitesse amènent de la chaleur à la surface des agglomérés plus vite que cette chaleur ne peut être emmenée de la surface de l'aggloméré au coeur de celui-ci. La dimension ou grosseur optimum des agglomérés doit par conséquent être déterminée par un équilibre entre ces deux facteurs et dépendra, d'un côté, de la relation entre la grosseur des agglomérés et les dimensions transversales de la chambre réductrice et, d'un autre côté, de la conduc-
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tibilité pour la chaleur d'un aggloméré individuel, c'est-à- dire de la nature conductrice spécifique pour la chaleur,
de la matière dont 1*aggloméré est faite et de la compacité de cet agglomérée
Les avantages qu'il y a à faire passer progrès** sivement les agglomérés travers la chambre réductrice, plutôt qu'a charger d'une façon intermittente la chambre dans son ensemble, à travailler la charge puis à décharger de la chambre le résidu épuisé, sont nombreux;
mais deux sont d'importance saillante dans une chambre réductrice de capacité relativement grande* Le premier de ces avantages, réside en le fait qu'à mesure que la progression de la charge à travers la chambre se rapproche de plus en plus d'une progression continue, la nature de la charge qui se trouve dans la chambre devient de plus en plus uniforme et, par suite, le volume et la composition des gaz chargés sortant deJla chambre deviennent de plus en plus uniformes, ce qui diminue par cela même propor- tionnellement la dimension de l'appareil de condensation et la difficulté de la condensation des gazé Le second avantage saillant est que le travail de la charge et sa rétention dans la chambre réductrice ne sont pas prolongés d'une façon excessive en raison de ce qu'une des portions de la'charge est travaillée plus vite' que d'autres portions.
La vitesse des gaz porter-chaleur, à l'extrémité de sortie de gaz de la chambre réductrice, est relativement élevée et le travail de la charge à cette extrémité de la chambre procède plus rapidement qu'à l'autre extrémité de celle-ci* En l'absence d'un mouvement progressif de la charge à travers la chambre réductrice, la charge serait travaillée plus rapidement à l'extrémité de sortie qu'à l'autre bout et, par conséquent, le travail de la charge dans son ensem
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ble et sa rétention dans la chambre réductrice seraient prolongée-, parce que la charge tout entière doit être main- tenue dans la. chambre réductrice jusqu'à ce que la portion qui se trouve à l'extrémité de la chambre où le travail se fait lentement ait été travaillée,
tandis que la portion de la charge qui se trouve à l'extrémité de sortie de gaz de la chambre a déjà été travaillée et reste inactive pen- dant Inachèvement du travail de la charge à l'extrémité de la chambre où le travail se fait lentement*
Le transfert efficace et économique de chaleur des parois de la chambre réductrice au centre ou coeur de la/charge par des gaz porte-Chaleur dépend en outre de la forme et des dimensions de la dite chambres Les auteurs de l'invention ont trouvée que l'on obtient les meilleurs résultats dans une chambre réductrice relativement longue dans la direction de la progression de la charge en compa- raison de ses dimensions transversales, tout en ayant en même temps une capacité réductrice relativement grandePlus la chambre réductrice est longue, pour des dimensions transversales données,
plus grande sera la vitesse des gaz porte-chaleur à l'extrémité de sortie de gaz et, en fait, dans toute. la chambre, et plus grand sera le nombre de fois qu*un volume donne de gaz passera entre, et fera contact avec, les parois chaudes de la chambre et le centre ou coeur de la charge, dans son passage de- son point de génération le plus éloigné au. point, ou aux points, de sortie- de gaza
Afin d'assurer, à l'intérieur de la chambre réductrice, des conditions:
optima pour le transfert efficace
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et économique de chaleur dans toute la quir e"4 s gaz porte-chaleur, les agglomérés doivent être de grosseur sensiblement uniforme et de forme telle que la porosité de la charge dans son ensemble soit sensiblement uniforme* De plus, puisqu*il est important de maintenir ces condi- tions favorables à un.-transfert de chaleur pendant tout le travail de la charge, les agglomérés doivent rester sensiblement intacts, c'est-à-dire ne pas se briser, dans leur passage à travers la chambre réductrice.
La charge mélangée de matière zincifère et (jugent réducteur carbonacé peut être agglomérée d'une manière appropriée quelconque pour donner des agglomérés de la grosseur de la forme et de la résistance voulues En général, il y a avantage à agglomérer par briquetage, ou à la presse-filière, puisqu'on peut par cela même pro- duire commodément des agglomérés de grosseur et de forme
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/relativement uniformes et d''conductllbillt4/haute pour la chaleur Dans le cas de certaines matières zincifères et de cerf tains agents réducteurs carbonacés. la pression seule, telle quon 1* obtient dans le briquetage ou dans le refoulement à la presse-filière.
peut produire des agglomérés de la résistance et de la conductibilité ther- mique requises* Dans d*autres cas, il peut être désirable d'incorporer dans la charge mélangée un liant ou matière agglomérante comme, par exemple, la houille bitumeuse, la liqueur résiduelle de la fabrication du papier par le procédé au bisulfite, le goudron, la poix, etc...
Les agglomérés peuvent être soumis à un traitement approprié tel que séchage, chauffage, etc*.*, pour développer la résistance requise et d'autres propriétés avantageuses ou pour favoriser l'action collante du liante
La résistance qu'il est nécessaire d'imprimer
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aux agglomérés dépend dans une certaine mesure du type de chambre réductrice qu'on emploie et du mode de progression de la charge à travers cette chambre* lorsque les agglo- mérés sont soumis à une attrition, en frottant les uns contre les autres, par exemple, il doivent présenter une plus grande résistance que quand le mouvement relatif entre agglomérés individuels, dans la charge avançant progressif vement, est faible* Ainsi,
des agglomérés plus solides ou plus résistants sont nécessaires dans le cas d'une chambre réductrice verticales à travers laquelle les agglomérés avancent progressivement sous Inaction de la gravité, que dans le cas d*une chambre réductrice hori- zontale à travers laquelle la charge est progressivement avancée pendant qu'elle est supportée sur une sole mobile, ou d'une manière équivalente En tout cas, les agglomérés doivent être suffisamment solides pour assurer leur passage à travers la chambre réductrice sana brisement notable soit par effritement ou par scorification ou:
vitrification, et par brisement notable il faut entendre ici le brisement des agglomérés en morceaux et en fines, par rupture ou attrition, ou scorification, ou de toute autre façon, à un degré suffisant pour contrarier sensiblement le passage de chaleur et (ou) de gaz à travers le charge en raison du remplissage par la matière fine des vides, ou espaces à gaz, entre les agglomérés*
Les agglomérés doivent être de forme telle que la charge agglomérée dans son ensemble possède et conserve pendant toute sa progression à travers la chambre réduc- trice une porosité sensiblement uniforme et adéquate pour le passage voulu à travers la Charge;
à une vitesse rela- tivement élevées des gaz porte**chaleur$ Des agglomérés de formes sensiblement sphériques et cylindriques, avec et
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sans trous les traversant, aussi bien que des dispositions en forme d'oreiller très bourré, sont entièrement satis faisants. ;
mais il va sans dire qu'on peut employer d'autres formes moins régulières analogues à du coke concassée Ainsi, les agglomérés peuvent être plus longs dans une de leurs dimensions que dans les deux autres pour faciliter la conductibilité thermique des parois chaudes de la chambre aux portions les plus éloignées de la charges En outre, les agglomérés peuvent être creux au milieu ou présenter autre- ment des portions creuses à l'intérieur. Lorsque les agglo- mérés ont une forme autre que la forme sphérique, il est important, en chargeant et faisant avancer la charge à travers la chambre réductrice, que les agglomérés prennent et conservent des positions telles, les uns par rapport aux autres, dans leur passage à travers la chambre réduc- trice,
que cela donne la porosité nécessaire au passage des gaz entre les parois chaudes de la chambre et le centre ou coeur de la charges Les.agglomérés àont de préférence de grosseur sensiblement uniforme afin de donner à la charge dans son ensemble une porosité uniforme maximum* La grosseur réelle des agglomérés sera déterminée dans une certaine mesure par les dimensions transversales et la longueur de la cham- bre réductrices Il résulte des recherches et des expériences des auteurs de l'invention que la grosseur moyenne des agglomérés doit être proportionnée au rapport existant entre la distance que la chaleur a à parcourir pour pénétrer dans des portions de la charge les plus éloignées des parois chaudes de la chambre et la longueur du chemin parcouru par la charge à travers la chambre réductrice* En d'autres
termes, pour une longueur donnée quelconque du four, plus la distanee que la chaleur a à parcourir- pour pénétrer dans la charge est grande, plus la grosseur moyenne des
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agglomérés doit être grande* Plus le four est long pour une pénétration de chaleur donnée quelconque, plus la grosseur moyenne des agglomérés peut être petite. @e plus. la gros- seur moyenne des agglomérés ne doit pas être sensiblement plus grande que celle qui donnera à ces agglomérés une surface suffisante ( qui est le milieu d'absorption de
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chaleur) pour la.
oond\' chaleur de cette surface au coeur de l'aggloméré aussi vite que de la chaleur passe de la paroi chaude de la chambre 9. la surface de 1* aggloméré Quand, la pénétration de chaleur à travers la charge dans son ensemble est supérieure à 15 centimètres (c'est-à-dire, s'il s* agit d'un lit de charge d'une pro- fondeur de 15 centimètres sur une sole horizontale, ou d'une chambre verticale de 30 centimètres de diamètre) le
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diamètre moyen, ou 10D8 transversales moyennes, ne doit pas être inférieur à environ 25 millimètres* Dans le cas où la pénétration de chaleur de la charge dans son ensemble est supérieure à 15centimètres,
mais ne dépasse pas 60 centimètres* la distance maximum de conduction de chaleur dans un aggloméré individuel (c'est-à-dire la dis- tance de la surface à la partie de coeur la plus éloignée) ne doit pas être supérieure à environ 75 à 100 millimètres* Pour de plus grandes distances de pénétration dechaleur de la charge dans son ensemble, la grosseur minimum moyenne et la grosseur maximum moyenne des agglomérés seront plus grandes
En conséquence,
pour la mise en pratique de l'invention! la grosseur moyenne et la forme des agglomérés doivent être telles que les vides existant à travers la charge donnent à celle-ci dans son ensemble une porosité non inférieure à l'équivalent de la porosité d'une charge semblable en sphères de 25 millimètres et qu'aucune portion
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d'un agglomère individuel ne soit à plus d'environ 75 à 100 millimètres de la surface de celui ci Par porosité de la charge dans son ensemble, il faut entendre la réci- proque de la résistance au passage d'un gaz à travers une unité de profondeur ou d'épaisseur de la charge,
* et on mesure cette porosité en fonction de la réciproque de la résistance au passage d'un gaz à travers un lit similaire de sphères de 25 millimètres Comme cela a été dit précé- déminent la porosité doit être aussi favorable que possible au passage des gaz tantôt dans un sens et tantôt dans l'au tre entre les parois chaudes de la chambre et le coeur ou centre de la charge et doit être, de préférence, uniforme ment répartie, comme dans le cas d'une charge similaire de sphères de 25 millimètres*
La chambre réductrice, comme cela a été dit précédemment, doit être relativement longue dans la direc- tion de la progression de la charge et cette dernière doit passer, de préférence, à travers cette chambre en sens inverse de la direction générale du passage, à travers la chambre,
des gaz engendrés dans celle-ci* Dans le cas où des difficultés de construction ou des Difficultés thermi- ques ne s'y opposent pas, il est préférable de donner à la chambre réductrice une surface chauffée maximum en contact avec la charge, ou sur la ou les parois faisant face à celle-ci* Dans des fours du type à sole mobile, il est pré- férable d'avoir des soles relativement larges et des lits de charge relativement peu épais* On peut augmenter le rapport de la surface interne, chauffée, de la chambre réductrice au volume de la charge en ondulant, plissant cannelant ou striant cette surface 6
La chambre réductrice peut être construite en une matière quelconque possédant une résistance suffisante,
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pour maintenir les masses requise$.
ou volte "requis, de charge à des températures de 1050 à 1300 C.. Lorsqu'on effectue la réduction à des températures plus élevées, la chambre réductrice doit être faite en matériaux réfractaires tela que maçonnerie réfractaire* carborundum, oxyde d*alu- minium, etc Avec des températures de fonctionnement in- férieures à environ 1150 C.. la chambre réductrice peut être faite en métal comme le fer forgé, les alliages nickel- chrome-fer, etc
La chambre réductrice peut être chauffée d'une manière appropriée quelconque Il est préférable de chauffer extérieurement les parois de la chambre par de la chaleur dérivée d'énergie électrique, ou par les produits de com- bustion chauds obtenus en brûlant du combustible comme la houille,.
le pétrole ou le gaza Si on le désire, on peut engendrer de la chaleur dans la paroi de la chambre réduc- trice elle-même, comme dans un four électrique à induction, la paroi de la chambre réductrice agissant pour absorber et convertir en chaleur lténergie électromagnétique rayon- née d'un circuit électrique primaire l'entourantEn tant que ce qui concerne la chauffage de la charge, c'est l'équivalent du chauffage extérieur de la chambres
Dans le passage progressif de la charge à tra- vers la chambre réductrice, la charge est introduite en un endroit, à une des extrémités par exemple,
dans la chambre et est retirée ou déchargée en un autre endroit t l'autre extrémité par exemple* On peut faire avancer la charge à travers la chambre réductrice par Inaction de la gravité seule, comme dans des cornues verticales pu par des moyens mécaniques tels que des transporteurs à pla- teaux, des soles ou des chariots mobiles, ou tant par gravité que par des moyens mécaniques, comme dans un four
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rotatif inclinée Le chargement et le déchargement peuvent être continus ;
mais, dans la pratique réelle, sur une chambre réductrice verticale, il est généralement préférable de charger et de décharger à intervalles périodiques, en déchargeant de temps à autre de la chambre la quantité de résidus épuisés qui est nécessaire pour le chargement d'agglomérés frais. tout en maintenant la continuité d'opé ration de l'ensemble de la charge confinée dans la chambre réductrice
Les extrémités de chargement et de déchargement de la chambre sont fermées d'une façon appropriée pour empêcher la perte de zinc aussi bien que la rentrée d'un excès d'air ou d'autres gaze, Cette fermeture peut être effectuée mécaniquement par des résidus épuisés, du poussier de houille* des cloisons, des registres, des cloches de chargement, etc..
La fermeture de la chombre peut également être effectuée par des différences de pression de gaz, c'est-à-dire en maintenant dans la chambre, à l'extrémité de décharge, une pression de gaz inférieure à celle qui règne à l'extrémité de la chambre en cet endroit et en maintenant dans la dite chambre, à l'extrémité de chargement , une pression supérieure à celle régnant à l'extérieur de la chambre en cet endroits Des cloisons, registres, cloches de chargement et moyens de fermeture mécaniques du même genre ne sont pas entièrement 'étanches ;
mais ils servent à faciliter l'écoulement des gaz dans la direction voulue à travers la chambre réductrice, tout en empêchant un écoulement préjudiciable de gaz dans la mauvaise direction . lorsqu'on les supplémente par des différences de pression de gaz, les moyens de fermeture mécaniques peuvent être rendus des plus efficaces et des plus satisfaisants*
Les agglomérés peuvent être chargés dans la
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chambre réductrice tels qu'ils sont livrés par les dispo- sitifs d'agglomération, et peuvent ainsi être froids et (ou) humides* Ou bien on peut sécher les agglomérés, naturellement ou artificiellement, et les charger ensuite dans la chambre réductrice* Si on le désire, on peut réchauffer les agglomérés à une température appropriée avant leur introduction dans la chambre réductrice.
Lorsque le procédé d'agglomération implique un chauffage des agglomérés, comme dans une carbonisation, par exemple, il est généralement avantageux d'introduire les agglomérés chauds résultants dans la chambre réductrice sans perte notable de chaleur après l'opération d'agglomération*
Sur les dessins ci-joints, on a représenté deux types différents de fours propres à la mise en pratique de l t invention. Nais il va sans dire que ce ne sont là que des exemples et que l'invention peut être mise en pratique dans d'autres types de four$
Sur ces de sains
Fig. 1 est une élévation, en coupe longitudinale et fig. 3, une élévation latérale en coupe d'un four à cornue verticale et
Fig. 3 est une élévation en. coupe longitudinale et Fig.
4, une élévation en coupe transversale, suivant 4-4, fig. 3 d'un four horizontal à sole mobile*
Le four représenté aux figs. 1 et 2 comprend une cornue cylindrique verticale 10, de préférence cons- tituée par plusieurs tubes de carbofrax superpose*'se, Cette cornue est entourée, sur la majeure partie de sa longueur, par une chambre de chauffage 11 établie à l'intérieur d'une structure de four comprenant une chemise extérieure en acier 12, une couche de poudre de sil-o-cel 13 , un gar- nissage intermédiaire 14 en maçonnerie réfractaire ou
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autre matière appropriée et un garnissage intérieur 15 en matière réfractaire telle par.exemple, que des briques de carbofrax.
Des ouvertures appropriées sont de préférence prévues à travers la paroi de la structure de four pour permettre l'introduction de pyromètres à l'intérieur de la chambre de chauffage 11 afin de déterminer et de contrôler d'une façon appropriée la température dans toute la longueur de cette chambre* La structure de four est montée sur une fondation appropriée 16.Un prolongement cylindrique 17 est boulonné, ou assujetti autrement d'une façon appropriée sur le dessous de la plaque de fond en acier du four et sert de prolongement à la cornue 10 au-dessous du fond du four.
Un transporteur à plateaux, 18, est monté sous le prolongement 17 et sert à retirer la charge travaillée, ou résidu épuisé, du bas de la cornue 10 et à la transporter de sous le four à un moyen de décharge appropria
On peut employer, pour chauffer la cornue 10; tout moyen appropriée Ainsi, par exemple, les produits de combustion obtenus en brûlant du combustible, comme la houille, le pétrole ou le gaz, peuvent être conduits à travers la chambre de chauffage 11 autour de la cornue 10 et à une cheminée appropriée.
Dans 14'appareil représenté sur les dessins, le chauffage la cornue 10 est effectue électriquement Les unités de chauffage électrique comprennent trois paires de résistance e graphite, 19, situées à des niveaux différents à. l'intérieur de la chambre de chauffage il.
Les résistances 19 sont creuses sur une partie appro- priée de leur longueur et présentent une rainure en hélios offrant un chemin de résistance hélicoïdale pour le passage du courant électriques Les résistances 19 de chaque paire sont connectées ensemble sur l'un des côtés du four et du côté @opposé du four, les deux résistances sont connectées
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respectivement à des bornes opposées de la source d'éner- gie électrique*
Les résistances 19 sont supportées dans des tubes en carbofrax, 20, dont les extrémités reposent dans les parois opposées du four et dont les milieux sont supportés sur des consoles 21. Les tubes 20 présentent, sur le dessus.* des ouvertures 22.
Cette disposition des résistances à l'intérieur des tubes en carbofrax produit un chauffage très uniforme dans toute la longueur de la cornue 10.
L'unité ou élément supérieur de la cornue 10,
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/la au-dessus de/structure du four* présente une ouverture X// latérale communiquant avec un'condenseur 2-3 reposant sur le dessus du four, Ce condenseur comprend une chemise extérieure en acier 24, une couche intermédiaire de pâte de charbon 25 et un garnissage intérieur en graphite 26.
Une cloison longitudinale en graphite 27 divise 1 intérieur du condenseur en une chambre inférieure et une chambre supérieure à travers lesquelles les produits gazeux prove- nant de la cornue passent et dans lesquelles les vapeurs de zinc métallique se condensent et se rassemblent en une mare à l'extrémité inférieure du condenseur* On retire de temps en temps le zinc fondu du condenseur par un trou de coulée 28, normalement, fermé par un bouchon de terre réfractaire ou autres Une ouverture 29 existe près du sommet de la chambre de condensation supérieure pour per- mettre aux gaz d'échappement de sortir du condenseur
L'élément supérieur de la cornue 10 est fermé par une plaque 30, en matière réfractaire,
au centre de laquelle il existe une ouverture où est adaptée une trémie de chargement 31. Le dessus de cette trémie est fermé, sauf lorsqu*on charge des agglomérés frais dans la cornue, par un couvercle 32 6 La partie supérieure de la. cornue,
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la trémie de chargement avec son couvercle et le condenseur sont recouverts d'une, masse 33 de houille fine, de pous sier de coke, etc*, d'une épaisseur appropriée, pour isoler ces parties.
L'exemple spécifique suivant illustre les prin cipes de la présente invention mise en pratique dans un appareil de la disposition représentée aux figs& 1 et 2 ; mais il va sans dire que cet exemple n'est nullement limi- tatito
La charge était constituée par environ 60 parties en poids de minerai de silicate de zinc, (contenant de 45 à 50 % de zinc), finement divisé, et 40 parties en poids d'une houille grasse bitumeuse (contenant environ 18 % de matière volatile) avec @ % de liqueur résiduelle de la fabrication du papier par le procédé au bisulfite (50 % de solides)
A peu près 80 % du minerai de zinc passait à travers un crible de 8 mailles au centimètre linéaire*
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#/pulvérisée'' La houille bitumeuse avait été/ de façon qu'environ 80 % erle,elf7,f passe à travers un crible de 8 mailles au cen- / timètre linéaire.
Le minerai de zinc et la houille étaient placés dans un malaxeur tournant, du genre employé pour le mélange de béton, et intimement mélangésDu malaxeur tournant, la matière était versée directement dans un mou lin chilien à sec et soumise à l'action de malage et de broyage du moulin pendant quelques minutes* Du moulin, la matière passait à une presse à briquettes et était formée en briquettes par une forcede compression d'envi
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ron 1&0 kilogrammes par centi3nètre;
- carréa Les briquettes étaient à peu près sphériques et avaient environ 65 milli- mètres de diamètre
Les briquettes, sans séchage, étaient changées
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dans une cornue de carbonisation isrerticale chauffée exté
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rieurement, où elles étaient soumises à une température de carbonisation d'environ 7000 C..Dans 1* opération de carbonisation, il est désirable de laisser dans le produit carbonisé un pourcentage aussi élevé que possible des subs- tances volatiles non condensables et, en même temps, déliminer aussi complètement que possible les goudrons.
Comme résultat de la carbonisation, les particules intime ment mélangées de minerai et de houille sont fermement tenues ensemble par l'action agglutinante du coke formé dans l'opération de carbonisation.
Les agglomérés carbonisés étaient transférés. sans. perte notable de chaleur, de la cornue de -Ocrbonisa- tion à la cornue-de fusion verticale et introduite dans celle-ci à l'allure d'environ 160 kilos à intervalles d'une heure et demie Le chauffage de la cornue était contrôlé de manière à ne pas surchauffer la charge et il ne se for- mait pas de scorie non plus qu*il ne s'effectuait de' fusion des agglomérés* La température dans la chambre de chauffage
11 était d'environ 1250 à 1300 C..
Dans l'exemple parti- culier en question, la cornue.avait environ 7 mètres 60 centimètres de long (de haut) et était faite de sections de tube de carbofrax d'environ 38 centimètres de diamètre intérieur, 45 centimètres de longueur et 5 centimètres d'épaisseur de parafa
Les produits gazeux de la réaction, pour la ma- jeure partie des vapeurs de-zinc et de l'oxyde de carbone, avec de 0,4 % à 0,8 % d'anhydride carbonique, passaient à travers le condenseur, où les vapeurs de zina se conden- saient et se rassemblaient et d'où. on retirait périodi- quement le condensé* Malgré que le chargement était inder- mittent (toutes les heures et demies) l'opération dans son ensemble était continue, la cornue 10 étant toujours rem- plie d'une charge agglomérée subissant la réduction.
On
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retirait du bas de la cornue avant chaque opération de chargement* la quantité de résidus épuisés nécessaire pour le chargement subséquent d'environ 160 kil-os d'agglo- mérés fraisa Pour la majeure partie. ces résidus, à mesure quon les déchargeait conservaient leur forme briquetée originelle et étaient libres et non adhérents (ce que le métallurgiste en zinc appellerait un résidu sec).
La quan- tité de zinc contenue dans ces résidus se montait en moyen- ne à environ 2 ce qui représentait ainsi une élimination ou extraction d'environ 96 % du zinc total contenu dans le minerai originel* * 96 % du zinc éliminé ou extrait du minerai se condensait, et était receuilli sous la forme de zinc métallique en plaques, les 4 % restants étant, pour la plus grande partie, récupérables sous forme d'oxyde de zinc et de poudre bleuea
Des agglomérés carbonisés de matières zincifère et carbonisée conviennent particulièrement pour la réduc tion ou fusion dans une cornue verticale à travers laquelle la charge d'agglomérés passe progressivement, sensiblement sous l'action de la gravité seule.
Le mélange intime de matière zincifère et d'agent réducteur carbonacé est lié ensemble en un aggloméré (ou briquette) solide et cohérent par l'action liante du coke formé dans l'opération de carbonisation, Ces agglomérés carbonisés sont suffisamment solides pour résister aux forces d'attrition auxquelles ils sont soumis dans leur passage à travers la cornue verticale, sans brisement notable, et les avantages d'une charge agglomérée sont par cela même assurés, comme cela a été dit précédemment, dans tout le passage de la charge à travers la cornue* De plus des agglomérés carbonisés, lorsqu'ils sont faits convenablement, sont sensiblement désoxydés, spécialement lorsqu'ils sont chargés ,chauds, de l'appareil de carbonisation dans la chambre réductrice.
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Par "désoxydés" il faut entendre que les agglomérés, si on les place dans une chambre étanche aux gaz, pourvue seulement d'une sortie, et si on les chauffe à des tempé ratures de réduction du zinc, dégagent des gaz avec une teneur moyenne en anhydride carbonique (CO2)n'excédent pas 2 %.
L'appareil représenté aux figs. 3 et 4 comprend une sole mobile 35 , du type des transporteurs à plateaux, constituant le fond d'une chambre réductrice relativement longue, 36., de section rectangulaire* Cette chambre est incorporée dans une construction de four appropriée, 37 ; ayant un carneau de chauffage 38 s'étendant par-dessus la paroi supérieure 39 de la chambre réductrice* Des brûleurs 40 s'étendent, à travers la parois latérale (ou les parois latérales) de la structuré du four dans le carneau 38 et les produits de combustion, chauds, de ces brûleurs passent à travers ce carneau, à un conduit d'échappement 41 commu- niquant avec une cheminée 42.
Les plateaux du transporteur, à mesure qu'ils pénétrent dans la chambre réductrice en se mouvant dans la direction indiquée par les flèches, sont recouverts d'une couche appropriée de matière fine qui leur est livrée par une trémie 43 à l'extrémité du four où se fait l@ char- gement6 Les agglomérés sont chargés sur la couche de fines par une trémie d'alimentation 44 pourvue d'une cloche de chargement 45. A l'extrémité de sortie du four, une nou- velle quantité de matière fine est chargée, par une trémie 46. sur les résidus épuisés à mesure qu'ils émergent de la chambre réductrice.
Par ces moyens, conjointement avec les pressions de gaz régnant dans toute la longueur de la chambre réductrice, cette dernière est convenablement fermée pour assurer l'écoulement désiré de gaz
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engendrés dans la chambre vers un conduit de sortie de gaz 47 et empêcher la rentrée préjudiciable, dans la dite chambre, d*air ou d'autres gazo
La sortie de gaz 47 communique avec la partie supérieure de la chambre 36 , près de l'extrémité de charge- ment, et s'élève à travers le carneau 38 et la ou les cou- ches de matière réfractaire, 48, le recouvrant. L'extrémité supérieure du conduit de sortie de gaz 47 communique, par un passage horizontal,avec un condenseur pour les vapeurs métalliques, Les parties du conduit 47 qui s'étendent au- delà.
de 1* influence protectrice, pour la chaleur, de la structure de four sont recouverts d'une masse appropriée 55, de matière calorifuge telle que poussier de houille, poussière de coke, etc.*
Le condensiez? comprend une chambre rectangulaire 49, , en graphite, et une partie supérieure, ou tour, multi- cellulaire 50, en graphites La chambre 49 et la tour 50 sont noyées dans une masse, 51, de poussier de houille, de poussière de:
coke, ou de matière calorifuge équivalente, convenablement renfermée par une chemise en métal 52, Le dessus de la tour 50 est couvert par une hotte 53 dont le bord inférieur est enfoui dans la masse calorifuge 51 et qui présente, à sa partie supérieure, un orifice 54 à travers lequel les gaz d'échappement du condendeur d'en vont*
Dans la pratique de l'invention, l'appareil des figs. 3 et 4 fonctionne comme il suit :
Le transporteur à plateaux 35 se meut à une vitesse relativement lente dans la direction des flèches et, à l'extrémité de chargement du four, reçoit une couche de matière fine sur laquelle vient se superposer la charge agglomérée, La charge agglo- mérée remplit sensiblement la chambre réductrice 36. au- dessus du lit de matière fine, et est avancée progressivement
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à travers la chambre par le mouvement du transporteur 9. plateaux. De la chaleur est transférée et conduite du ciel chaud, ou paroi supérieure chaude,. 39 de la chambre réductrice dans la. charge agglomérée de la manière qui caractérise 1*invention et comme cela a été décrit en particulier ci-dessus.
Le mélange de vapeurs de zinc métallique et
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/la d*oxyde de carbone (résultant de/réduction -de la ,,E,rf matière zincifère contenue dans la charge agglomérée) passe de la chambre réductrice* à travers la sortie de gaz 47, dans le condenseur où sensiblement toutes les vapeurs de zinc métallique se condensent 'en zinc fondu, De temps à autre, on retire le zinc fondu du condenseur par une ouver- ture existant à la partie inférieure de la chambre 49 et communiquant.avec un tuyau 56 traversant la paroi latérale de la structure du four, Normalement, le trou de coulée existant dans la partie inférieure du condendeur est fermé par un bouchon interne, 57, assujetti à une tige 58 qui traverse un'bouchon externe 59, s*adaptant dans 1* extrémité du tuyau 56, et qui se prolonge au-delà de ce dernier,
bouchon*
Les résidus épuisés et les fines sont déchargés du transporteur à plateaux sur un cribla 60 à travers lequel les fines passent tandis que les agglomérés, sensi- blement non brisés dans leur passage à travers le four, glissent le lonJg du crible et sont emmenés d'une façon appropriée, La matière fine passant à travers le crible est ramenée aux trémies 43 et 46 suivant les besoins* Cette matière fine peut consister en des résidus épuisés prove- nant de charges travaillées précédemment Dans le fonc- tionnement normal du four, il passera à travers le crible 60 une quantité de fines suffisante, et même habituellement un peu plus que suffisante, pour satisfaire aux besoins
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des trémies à fines 43 et 46.
L'extrémité de décharge du four est renfermée par une chemise en tôle 61 et toute poussière. résultant de l'opération de déchargement eàt emmenée de la chemise 61à la cheminée 42.
On peut, pour mettre l'invention en pratique, employer divers Mélanges de charge* Ainsi, on a obtenu des résultats satisfaisants avec des mélanges de 10 à 50 %, en poids, d'agent réducteur carbonacé et de 90 à 50 %, en poids, de matière zincifère
Dans le travail de la charge agglomérée, les , composés de zinc qui se trouvent dans le minerai (ou autre matière zincifère) sont réduits en zinc métallique lorsque le carbone contenu dans l'agent réducteur carbonacé se combine avec l'oxygène des composés de zinc.
Les vapeurs de zinc métallique et l'oxyde de carbone résultants consti- tuent les produits gazeux de la réduction et c'est le passage de ces gaz, de leurs points de génération dans la charge à travers les agglomérés, vers le conduit de sortie de gaz de la chambre réductrice qui constitue le moyen -pour le transfert efficace de chaleur de la paroi chaude de la chambre à travers la charge* par des courants de gaz fortement chauffés se mouvant à une vitesse relativement grande,
Il est désirable que les produits gazeux de la réduction, sortant de la chambre réductrice, soient de l'oxyde de carbone et des vapeurs de zinc relativement purs et, pour cette raison,
il est désirable de maintenir à l'intérieur de la chambre réductrice une atmosphère strictement réductrice* Une caractéristique de linvention est que le produit-gazeux sortant de la chambre réductrice contient des vapeurs de zinc métallique capables d'être directement et économiquement condensées en zinc Par "ca- pables d'être directement condenséesen zinc", il faut
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entendre que, si le produit gazeux est conduit directe- ment (et sans.
traitement intermédiaire ) de la chambre réductrice dans un ou plusieurs condenseurs du type actuel de ceux des fours à zinc à cornues, au moins 60 % des vapeurs de zinc contenues dans le produit gazeux sera condensé en zinc Par *capables d'être économiquement condensées en zinc", il faut entendre la condensation en zinc d'au moins 60 % des vapeurs de zinc métallique conte- nues dans le produit gazeux, avec un nombre -raisonnable de condenseurs, du type actuel de ceux des cornues à zinc, par tonne de métal condensé, dans un temps donnéeIl va sans dire,naturellement,
que 1*on a fait ici usage de ce langage simplement pour décrire les qualités du produit gazeux et sans intention de vouloir faire entendre néces- sairement que les vapeurs de zinc: métallique sont, dans la. mise en pratique de 1* invention, réellement condensées en zinc, car, comme cela a été dit précédemment, les vapeurs de zinc métallique contenues dans le produit gazeux sortant de la chambre réductrice peuvent, si on le désire, être condensés sous forme de poussière de zinc ou de poudre bleue, ou être brûlées ou oxydées en oxyde de zinc pour la peinture,
dans le cas où l'on désire fabriquer des produits de zinc plutôt que du zinc même*
Bien qu*il soit préférable d'employer des agglo- mérés de matière zincifère et d'agent réducteur carbonacé mélangés, les principes de l'invention peuvent être avantageusement appliqués à une charge agglomérée poreuse faite d'agglomérés de matière zincifère et d'agglomérés d'agent réducteur* C'est ainsi, par exemple, que la matière zincifère peut être agglomérée par frittage et que l'agent réducteur carbonacé peut être aggloméré par carbonisation et que les agglomérés frittes et le coke résultants peuw
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vent être chargés dana la chambre réductrice d'une manière appropriée quelconque* Ainsi,
¯la. matière zincifère frittée et 1* agent réducteur carbonisé ou réduit en cake peuvent , être mélangés en- proportions appropriées et chargés dans la chambre réductrice ; ou bien l'on peut charger des cou- ches, alternantes de ma.'Sère zincifère frittée et d'agent réducteur réduit en coke* Il va sans dire que l'on peut faire autrement des agglomérés distincts de matière zinci- fère et des agglomérés distincts d'agent réducteur et les charger dans la chambre réductrice pour former la charge agglomérée poreuse caractéristique de l'invention.
EN RESINE, 1* invention comprend :
Un procédé de réduction de matières zincifères dans lequel une charge d'agglomérés de matière zincifère et d'agent réducteur est passée progressivement à travers une chambre réductrice et chauffée à une température suf- fisamment élevée pour réduire les composés de zinc et volatiliser le zinc métallique résultant, procédé essen- tiellemen caractérisé par le fait que les agglomérés passent à travers la chambre réductrice sans brisement notable et sans scorification ni fusion et que la charge agglo- mérée, dans son ensemble ,
possède une porosité telle que le transfert dechaleur de la paroi chaude de la chambre réductrice à travers la charge agglomérée est effectué en grande partie par des courants de gaz chauds passant à travers les vides de la charge agglomérée vers la sortie de gaz de la chambre réductrice, ledit procédé ¯pouvant d'ailleurs être caractérisé, en outre, par un ou plusieurs des points suivants :
a) Les agglomérés ont une forme et une grosseur telles qu'aucune partie d'un aggloméré ne se trouve à plus de dix centimètres de la surface de celui-ci et la porosité
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de la charge agglomérée dans son ensemble est sensiblement uniforme et favorable au passage des gaz tantôt dans un sens et tantôt dans l'autre entre la paroi chaude de la chambre et le centre ou coeur de la charge et n'est pas moindre que l'équivalent de la porosité d'une charge similaire de sphères de 25 millimètres b) Les agglomérés sont formés en carbonisant un mélange de matière zincifère et d'agent réducteur carbonacé.
0). -La charge poreuse consiste en agglomérés frittes de matière zincifère et en agglomérés réduits en coke de matière carbonacéea d) L'agent réducteur est une houille grasse bitumeuse e) On introduit les agglomérés dans la chambre réductrice sans refroidissement notable après la carboni sation, le frittage on autre opération d'agglomération.
f) Les vapeurs de zinc métallique contenues dans le produit gazeux retire de la chambre réductrice sont capables d'être directement et économiquement condensés en zincs g) La chambre réductrice est relativement longue dans la direction de la progression de la charge, et de capacité réductrice relativement grande et on la fait fonctionner d'une manière sensiblement continue en'en déchargeant les résidua épuisés à mesure que c'est nécessai- re pour y charger des agglomérés fraiss h) La chambre réductrice est sensiblement ver- ticale et la charge agglomérée progresse à travers elle principalement sous l'action de la gravités i)Les résidus épuisés @échargés de la chambre réductrice sont pour la majeure partie, encore sous la forme d'agglomérés.
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j) les vapeurs de zinc métallique rétirées de la chambre réductrice sont soumises à un traitement approprié pour la production du produit (zinc, poussière de zinc ou oxyde de zinc) désirée
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nl? RO = I) Lil FOR THERE HEDUC'EFOF. OR MERGER. ZINOIBERATED MATERIALS The present invention relates to the reduction, or smelting, of zinciferous materials and it relates in particular to a novel reduction process. or smelting, of zinciferous materials in which very notably larger charges can be more economically processed, with a notably higher extraction of zinc and with
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higher yields in commercially marketable forms of zinc, than in the usual processes #, hitherto noted for industrial zinc smelting * Lutin-
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vention offers an industrially economical and practical process for reducing, or melting,
zinciferous material in a substantially continuous manner and on a relatively large scale process in which metallic zinc vapors capable of being condensed directly and economically into zinc are produced. This is achieved according to the invention by a new combination of operating characteristics and handling phases, which have never before been combined in this way, giving results which have not hitherto been obtained in industrial zinc fudion $
Metallic zinc, when produced by the reduction at high temperatures of oxidized zinc ores, is almost universally made, at the present time,
in zinc distillation furnaces having a number of relatively small retorts at the outer ends of which small condensers are attached * Retorts are usually mounted at a slight incline, usually tilted up and down the large. end, or closed end, towards the open or external end * The condenser is, in fact, an extension of the retort, although usually mounted in a substantially horizontal position and therefore not in exact alignment with the extended axis of the retort * The vapors of zinc and other gases pass, in a substantially horizontal line, from the retort through the condenser and the exhaust gases go through the open end of the latter. usual, current condenser device,
is far from satisfactory, only about 60 to 65% of the metallic zinc vapors which come out of the retort being condensed in the state of zinc while the remainder condenses in the form of "blue powder",
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or burns at the orifice of the condenser) forming zinc oxide, and is lost
The complete operation. in this manner, usually practiced heretofore, of producing metallic zinc.
usually takes a full twenty-four hour day * Spent residues are removed from retorts with great difficulty and must be pulled or scraped from retorts by hand with a specially constructed tool * These spent residues are frequently slagged and form very unwanted adhesions to the retort walls * In addition to the difficulty of loading and unloading the retorts and the length of time = 24 hours for the complete work of a retort load = what the operation takes,
this procedure usually adopted heretofore is far from effecting a complete removal of the available zinc from the zinoiferous material of the charge. A relatively large amount of this unremoved zinc remains with the spent residues and is wasted * It has already been proposed various means of overcoming the recognized drawbacks of current zinc furnaces, with their numerous individual small capacity retorts. Thus, it has been proposed to arrange the small retorts vertically in order to reduce the work of loading and unloading,
loading by gravity by means of an overhead crane and unloading by gravity by removing a removable plug or other obturator normally closing the lower end of the retorts * It has also been proposed to conduct the outgoing gases, coming from a certain many of these small retorts, to a common condenser in order to reduce labor and other inconveniences inherent in removing zinc from such a large number of small condensers and having every day, to be connected to retorts,
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and to remove * as many small condensers * We also propose the continuous or progressive operation of the various arrangements such as * for example, the progressive passage, by gravity,
of a bulk charge through a vertical tube * Sintering and scarification have invariably hampered the economical maintenance of charge progression * in the latter type of furnace, to such an extent that only tubes of relatively small dimensions (i.e. at a relatively short distance of heat penetration through the load and (or) at a relatively short length of load progression) were considered to be practically usable *
These earlier suggestions and proposals have met with little, if any, success in industry. * In the light of the results of their own research and experience, the inventors believe that the failure of this earlier research was due,
at least to a large extent, to this common opinion among zinc metallurgists that, as soon as the melting chamber reaches a large section, it becomes impossible to work the zinc in the center or middle of the load without overheating and slagging the worked load , more especially in its outer portions, adjacent to the hot walls of the chamber. Thus, the general tendency of previous proposals has been to make use of relatively small load masses and the tests which have been made to work relatively large loads. have failed * or at least have had no success in the industry because, believe the authors of the invention, nothing had been planned to economically conduct heat in the center, or core,
of the load *
The present invention is based on this finding
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green that it is possible to conduct heat from the hot wall of a furnace effectively and economically into the center or core of a relatively large load of zinc to be melted without excessively overheating the load in its parts. adjacent to this wall In addition, the authors of the invention have discovered that it is possible to depart substantially from the progressive crown method usually adopted until now for working a charge of zinc to be melted In the mode of operation usually practiced so far for zinc retorts,
the part of the load to be worked first is the load crown which is immediately adjacent to the internal, hot wall of the retort During the work of this load crown, its temperature does not rise much above above that at which the particular load is actively reduced, because heat energy is consumed to produce the reduction6] But, when the load crown is largely worked, the temperature of the worked load rises because 'little or no other heat absorption occurs. As the temperature of this corona rises, heat begins to flow more rapidly through the immediately following corona of charge inward where it is is, in turn, absorbed at the active temperature of the reaction level.
By thus gradually working the concentric inner rings of the charge and by further heating the outer rings of charge or spent residue, the work of the charge eventually progresses to the center or core thereof. Now, the authors of the invention have discovered that it is possible to work the center or core of the load substantially at the same time as the outer ring, or portion of the
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load which is closest to the heat sburge,
thus avoiding the need to overheat those portions of this load which are closest to the heat source in order to expel heat in the middle or center of the load and also allowing a much larger quantity of heat to be worked. load per unit heated wall area * The present invention, taking advantage of these findings, enables a relatively large load of zinc to be melted, fifty and more than fifty times larger than the usual load in Zinc retorts commonly used heretofore, and further allows this relatively large load to be worked in a substantially continuous manner.
In its general aspect, the invention consists in gradually passing a porous charge of agglomerates of zinc-bearing material and carbonaceous reducing agent, mixed, through a relatively long reducing chamber, of relatively large reducing capacity, without breaking. of the agglomerates during their passage through the chamber, and to heat the agglomerates during this passage.
at a temperature high enough to reduce the zinc compounds and volatilize the resulting metallic zinc, without scarification or melting of the agglomerated charge, thereby producing metallic zinc vapors which, when removed from the reducing chamber, are capable of being condensed directly and economically into zinc The reducing chamber may be a vertical chamber through which the charge progresses largely, and preferably exclusively, by the action of gravity;
or it can be horizontal and provided with appropriate devices to progressively advance the load, Anyway,
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the reducing chamber is relatively long in the direction of charge progression and has a relatively large reducing capacity. Although the invention is particularly suitable for the production of metallic zinc. By condensing the vapors of metallic zinc into the metal, one can, if desired, use these vapors for the production of commercial zinc oxide, for painting, or zinc dust or blue powder.
A discussion of the problem of efficient and economical heat transfer from a heated chamber wall to the center or core of a zinc charge to be melted and the solution given to it by the authors of the invention will help to understand. and to clearly appreciate the latter.
In the operation of zinc retorts as has been customary heretofore, with a bulk, or un-agglomerated charge of mixed zinc and coal ore, the heat conducted through the retort wall very quickly reduces zinc, or burns hard coal, in that part of the mixed charge which is adjacent to, or is in close proximity to, the hot retort wall * Spent coal ash, which is very loose and cellular due to the combustion of its carbon, and the spent zinc ore, which is also very loose and cellular due to the volatilization of its zinc,
then constitute a more effective heat insulator and one must by supposed ** quent raise to a very high degree the temperature of the wall of the retort in order to drive out or to pass, through the heart of the retort, in a given time, the heat needed to reduce the ore in that core.
In the case of the ordinary zinc retort, (15 to 23 centimeters in diameter) walking with a bulk load
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or not agglomerated, this is a one-day operation (about 24 hours) But, even with this length of time allotted for heat penetration, the retort wall temperature required to drive the heat into the core of the charge is so high that the ore and coal ash depleted in the outer crown, near the retort wall, melt and scorify on the retort wall, thereby retaining the charge, lowering the conductivity of the retort wall and makes it difficult to remove the spent charge.
In the process of the present invention, a relatively rapid passage of heat from the hot walls of the chamber to the center or core of the load is effected by gases carrying heat at which rate the heat will be carried from the hot walls of the load. the chamber at the center or heart of the gas charge depends on: 1 - the volume of these gases:
2 - the speed at which they lick the hot walls of the chamber, thereby taking heat, and the speed with which they lick the center or core of the load and 3 - the number of times a given volume of gas passes from the hot walls of the chamber into the center or core of the charge. The inventors have found that the optimum effect of these three factors to produce rapid heat transfer from the hot wall of the chamber. at the center or core of the load, can be achieved by agglomerating the load and gradually passing, or advancing, the agglomerated load through a relatively long reducing chamber in the direction in which the load is advancing, compared to its transverse dimensions. versales Under these conditions, the gases generated in the load,
while passing through it, flow constantly and thereby bring heat to the hot walls
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from the chamber to the center or heart of the load. The longer the furnace, in the direction of the progress of the charge, the greater the velocity of these heat-carrying gases and the greater the number of contacts of a given volume of gas with the hot wall and the center of the load * By the progressive movement of the load, each part of it passes through the areas, or zones, of high gas velocity and, therefore, of high transfer of heat, and the unifor - equal treatment of the load is ensured
The agglomeration of the load, in addition to facilitating the transfer of heat by gases carrying heat,
promotes heat transfer through the radiant load This results from the voids existing in the load, through which heat will jump rapidly The larger these voids the greater the amount of heat transferred in this way from the hot walls to the center of the load is tall*
In addition, each individual chipboard, due to its greater compactness due to the fact that it has been agglomerated, conducts heat much better than the same bulk load weight.6 Not only does agglomeration facilitate heat transfer from hot walls of the reducing chamber to an agglomerate located in the middle or heart of the load, due to the free passages offered to the gases between the agglomerates,
but each agglomerate entering into the constitution of the charge is much more capable of conveying heat from its surface to its medium than an equivalent weight of bulk charge, owing to the greater compactness due to the agglomeration. The transport of heat, for example 15 to 30 centimeters, or more, is accelerated by the existence of free play
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for gas streams carrying heat and:
by radiation across voids in the load *
The short transport of heat, 12 to 75 millimeters for example, in an individual unit of the load (a chipboard) near the heart of the reducing chamber is accelerated by the increase in the conductivity of this unit due to its greater compactness
Thus, the method of the present invention comprises a combination of these three effective ways of providing heat transfer. to know :
rapid heat transfer by heat carrier gases passing with considerable speed through the voids of the agglomerated charge, rapid radiation of heat through the voids * to themselves and good conduction of heat through more compact individual agglomerates °
While it is true that the larger the agglomerates, within a certain range of sizes and considering a particular reducing chamber through which the agglomerates progressively advance, the greater the porosity of the filler as a whole and hence , larger are the volumes of high velocity gas that can be forced through the load at a given pressure difference,
however, there comes a time when the agglomerates become so large that the high velocity gases bring heat to the surface of the agglomerates faster than this heat can be carried from the surface of the agglomerate to the core of it. The optimum size or size of the agglomerates must therefore be determined by a balance between these two factors and will depend, on the one hand, on the relationship between the size of the agglomerates and the transverse dimensions of the reducing chamber and, on the other hand , of the conduc-
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heat sensitivity of an individual chipboard, i.e. of the specific heat conductive nature,
of the material of which the agglomerate is made and of the compactness of this agglomerate
The advantages of passing the agglomerates progressively through the reducing chamber, rather than intermittently loading the chamber as a whole, working the charge and then discharging the spent residue from the chamber , are many;
but two are of salient importance in a reducing chamber of relatively large capacity. The first of these advantages is that as the progression of the charge through the chamber approaches more and more a progression continues, the nature of the charge in the chamber becomes more and more uniform, and as a result, the volume and composition of the charged gases leaving the chamber become more and more uniform, which in turn decreases proportionally. The size of the condensing apparatus and the difficulty of condensing the gases The second salient advantage is that the work of the charge and its retention in the reducing chamber are not prolonged excessively because of the fact that one portion of the 'load is worked faster' than other portions.
The speed of the heat-carrying gases at the gas outlet end of the reducing chamber is relatively high and the work of the load at this end of the chamber proceeds more quickly than at the other end of it. * In the absence of a gradual movement of the load through the reducing chamber, the load would be worked faster at the outlet end than at the other end and, therefore, the work of the load in its together
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ble and its retention in the reducing chamber would be prolonged, because the entire charge must be kept in the. reducing chamber until the portion at the end of the chamber where the work is done slowly has been worked,
while the portion of the load which is at the gas outlet end of the chamber has already been worked and remains inactive during the work of the load at the end of the chamber where the work is done slowly. *
The efficient and economical transfer of heat from the walls of the reducing chamber to the center or heart of the / load by heat carrier gases also depends on the shape and dimensions of said chambers The authors of the invention have found that the 'The best results are obtained in a reducing chamber which is relatively long in the direction of the progress of the load in comparison with its transverse dimensions, while at the same time having a relatively large reducing capacity The longer the reducing chamber, for dimensions transversal data,
the greater the velocity of the heat carrier gases at the gas outlet end and, indeed, throughout. chamber, and the greater the number of times a given volume of gas will pass between, and make contact with, the hot walls of the chamber and the center or core of the charge, as it passes from its point of generation furthest away at. gaza exit point or points
In order to ensure, inside the reducing chamber, the following conditions:
optimum for efficient transfer
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and economical in heat throughout the heat carrier gas, the agglomerates should be of substantially uniform size and of a shape such that the porosity of the load as a whole is substantially uniform * In addition, since it is important To maintain these conditions favorable to heat transfer throughout the work of the charge, the agglomerates must remain substantially intact, that is to say not break, in their passage through the reducing chamber.
The mixed charge of zinc-bearing and carbonaceous reducing material can be agglomerated in any suitable manner to give agglomerates of the desired size and strength. In general, it is advantageous to agglomerate by briquetting, or die press, since by this very fact one can conveniently produce agglomerates of size and shape
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/ relatively uniform and of high heat conductivity In the case of certain zinciferous materials and certain carbonaceous reducing agents. pressure alone, such as obtained in briquetting or in the delivery to the die press.
may produce agglomerates of the required strength and thermal conductivity * In other cases it may be desirable to incorporate into the mixed feed a binder or agglomerating material such as, for example, bituminous coal, waste liquor the manufacture of paper by the bisulphite process, tar, pitch, etc.
The agglomerates can be subjected to an appropriate treatment such as drying, heating, etc. *. *, To develop the required strength and other advantageous properties or to promote the tacky action of the binder.
The resistance that it is necessary to print
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to agglomerates depends to some extent on the type of reducing chamber used and the mode of charge progression through this chamber * when the agglomerates are subjected to attrition, by rubbing against each other, for example , they must present a greater resistance than when the relative movement between individual agglomerates, in the progressively advancing load, is weak * Thus,
stronger or stronger agglomerates are needed in the case of a vertical reducing chamber through which the agglomerates progressively advance under the inaction of gravity, than in the case of a horizontal reducing chamber through which the load is progressively moved. advanced while it is supported on a bogie, or in an equivalent manner In any case, the agglomerates must be strong enough to ensure their passage through the reducing chamber without appreciable breaking either by crumbling or by slagging or:
vitrification, and by significant breaking is meant here the breaking of agglomerates into pieces and fines, by breaking or attrition, or slagging, or in any other way, to a sufficient degree to appreciably thwart the passage of heat and (or) of gas through the charge due to fine material filling the voids, or gas spaces, between the agglomerates *
The agglomerates should be shaped such that the agglomerated filler as a whole possesses and maintains throughout its progression through the reducing chamber a porosity which is substantially uniform and adequate for the desired passage through the filler;
at a relatively high velocity of the gases carries ** heat $ Agglomerates of substantially spherical and cylindrical shapes, with and
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without holes passing through them, as well as very stuffed pillow-shaped arrangements, are fully satisfactory. ;
but it goes without saying that we can use other less regular shapes similar to crushed coke Thus, the agglomerates can be longer in one of their dimensions than in the other two to facilitate the thermal conductivity of the hot walls of the chamber at the most remote portions of the charge. In addition, the agglomerates may be hollow in the middle or otherwise have hollow portions inside. When the agglomerates have a shape other than the spherical shape, it is important, by loading and advancing the load through the reducing chamber, that the agglomerates assume and maintain such positions, with respect to each other, in their passage through the reduction chamber,
that this gives the porosity necessary for the passage of gases between the hot walls of the chamber and the center or core of the charge The agglomerates are preferably of substantially uniform size in order to give the charge as a whole maximum uniform porosity * The The actual size of the agglomerates will be determined to some extent by the transverse dimensions and the length of the reducing chamber. It results from the researches and experiments of the authors of the invention that the average size of the agglomerates must be proportionate to the ratio existing between the distance that the heat has to travel to penetrate into portions of the load farthest from the hot walls of the chamber and the length of the path traveled by the load through the reducing chamber * In other
In terms, for any given length of the furnace, the greater the distance that the heat has to travel to penetrate the load, the greater the average size of the
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Agglomerates Must Be Large * The longer the furnace for any given heat penetration, the smaller the average agglomerates size can be. @e more. the average size of the agglomerates must not be appreciably greater than that which will give these agglomerates a sufficient surface (which is the absorption medium of
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heat) for the.
Heat from this surface to the core of the chipboard as fast as heat passes from the hot wall of chamber 9. The surface of the chipboard When, the heat penetration through the load as a whole is greater. 15 centimeters (that is, if it is a load bed 15 centimeters deep on a horizontal hearth, or a vertical chamber 30 centimeters in diameter) the
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average diameter, or average transverse 10D8, must not be less than about 25 millimeters * In the event that the heat penetration of the load as a whole is greater than 15 centimeters,
but not more than 60 centimeters * the maximum heat conduction distance in an individual chipboard (i.e. the distance from the surface to the furthest part of the core) should not be more than about 75 to 100 millimeters * For greater heat penetration distances of the load as a whole, the minimum average size and the maximum average size of the agglomerates will be greater
Consequently,
for the practice of the invention! the average size and shape of the agglomerates should be such that the voids existing across the load give the whole load a porosity not less than the equivalent of the porosity of a similar load in 25 mm spheres and that 'no portion
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of an individual agglomerate is no more than about 75 to 100 millimeters from the surface thereof By porosity of the filler as a whole is meant the reciprocal of the resistance to the passage of a gas through a unit of depth or thickness of the load,
* and this porosity is measured as a function of the reciprocal of the resistance to the passage of a gas through a similar bed of 25 millimeter spheres As has been said previously, the porosity must be as favorable as possible to the passage of gases sometimes in one direction and sometimes in the other between the hot walls of the chamber and the core or center of the load and should preferably be uniformly distributed, as in the case of a similar load of spheres of 25 millimeters *
The reducing chamber, as has been said previously, must be relatively long in the direction of the progress of the load and the latter must pass, preferably, through this chamber in the opposite direction to the general direction of the passage, to across the room,
gases generated in it * In the event that construction or thermal difficulties do not preclude it, it is preferable to give the reducing chamber a maximum heated surface in contact with the load, or on the wall (s) facing it * In bogie-hearth type furnaces, it is preferable to have relatively wide hearths and relatively thin charging beds * The internal surface ratio can be increased , heated, from the reducing chamber to the volume of the load by undulating, pleating, grooving or striating this surface 6
The reducing chamber may be constructed of any material having sufficient strength,
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to maintain the required masses $.
or volte "required, charging at temperatures from 1050 to 1300 C .. When reducing at higher temperatures, the reducing chamber should be made of refractory materials such as refractory masonry * carborundum, aluminum oxide *. minium, etc. With operating temperatures below about 1150 C .. the reducing chamber can be made of metal such as wrought iron, nickel-chromium-iron alloys, etc.
The reducing chamber may be heated in any suitable manner. It is preferable to heat the walls of the chamber externally by heat derived from electrical energy, or by the hot combustion products obtained by burning fuel such as coal. ,.
Oil or gas If desired, heat can be generated in the wall of the reducing chamber itself, as in an electric induction furnace, the wall of the reducing chamber acting to absorb and convert to heat the electromagnetic energy radiated from a primary electrical circuit surrounding it As regards the heating of the load, it is the equivalent of the external heating of the rooms
In the gradual passage of the load through the reducing chamber, the load is introduced in one place, at one of the ends for example,
in the chamber and is withdrawn or discharged at another place t the other end for example * The load can be advanced through the reducing chamber by the inaction of gravity alone, as in vertical retorts or by mechanical means such as conveyors with trays, soles or mobile carriages, or both by gravity and by mechanical means, as in an oven
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tilted rotary Loading and unloading can be continuous;
but, in actual practice, on a vertical reducing chamber it is generally preferable to load and unload at periodic intervals, occasionally discharging from the chamber the amount of spent residue which is necessary for the loading of fresh agglomerates. . while maintaining the continuity of operation of the entire load confined in the reducing chamber
The loading and unloading ends of the chamber are closed in a suitable manner to prevent loss of zinc as well as the re-entry of excess air or other gauze. This closure can be effected mechanically by residue. exhausted, coal dust * from partitions, registers, loading bells, etc.
The closing of the chamber can also be effected by gas pressure differences, that is to say by maintaining in the chamber, at the discharge end, a gas pressure lower than that prevailing at the end. of the chamber at this location and by maintaining in said chamber, at the loading end, a pressure greater than that prevailing outside the chamber at this location Partitions, registers, loading bells and mechanical closing means of the same kind are not completely waterproof;
but they serve to facilitate the flow of gases in the desired direction through the reducing chamber, while preventing damaging flow of gases in the wrong direction. when supplemented by differences in gas pressure, the mechanical closing means can be made most effective and satisfactory *
The agglomerates can be loaded into the
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reducing chamber as they are delivered by the agglomeration devices, and can thus be cold and (or) humid * Or the agglomerates can be dried, naturally or artificially, and then loaded into the reducing chamber * If if desired, the agglomerates can be heated to a suitable temperature before their introduction into the reducing chamber.
When the agglomeration process involves heating the agglomerates, as in carbonization, for example, it is generally advantageous to introduce the resulting hot agglomerates into the reducing chamber without noticeable loss of heat after the agglomeration operation *
In the accompanying drawings, there are shown two different types of ovens suitable for the practice of the invention. But it goes without saying that these are only examples and that the invention can be put into practice in other types of oven $
On these healthy
Fig. 1 is an elevation, in longitudinal section and FIG. 3, a sectional side elevation of a vertical retort furnace and
Fig. 3 is an elevation in. longitudinal section and Fig.
4, an elevation in cross section, along 4-4, fig. 3 of a horizontal bogie hearth furnace *
The oven shown in figs. 1 and 2 comprises a vertical cylindrical retort 10, preferably constituted by several tubes of superimposed carbofrax * 'se, This retort is surrounded, for the major part of its length, by a heating chamber 11 established inside it. 'a furnace structure comprising an outer steel jacket 12, a layer of sil-o-cel powder 13, an intermediate lining 14 of refractory masonry or
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other suitable material and an inner lining 15 of refractory material such for example, as carbofrax bricks.
Suitable openings are preferably provided through the wall of the furnace structure to allow the introduction of pyrometers into the interior of the heating chamber 11 to appropriately determine and control the temperature throughout the length. of this chamber * The furnace structure is mounted on a suitable foundation 16. A cylindrical extension 17 is bolted, or otherwise appropriately secured to the underside of the steel bottom plate of the furnace and serves as an extension of the retort 10 below the bottom of the oven.
A tray conveyor, 18, is mounted below the extension 17 and serves to remove the worked load, or spent residue, from the bottom of the retort 10 and transport it from under the furnace to a suitable discharge means.
It is possible to use, to heat the retort 10; any suitable means Thus, for example, the combustion products obtained by burning fuel, such as coal, oil or gas, can be conducted through the heating chamber 11 around the retort 10 and to a suitable chimney.
In the apparatus shown in the drawings, the heating of the retort 10 is effected electrically. The electric heating units comprise three pairs of graphite resistors, 19, located at different levels. inside the heating chamber there.
The resistors 19 are hollow over a suitable part of their length and have a helical groove providing a path of helical resistance for the passage of electric current. The resistors 19 of each pair are connected together on one side of the furnace and on the opposite side of the oven, the two resistors are connected
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respectively to opposite terminals of the electric power source *
The resistors 19 are supported in carbofrax tubes, 20, the ends of which rest in the opposite walls of the furnace and the media of which are supported on brackets 21. The tubes 20 have, on the top. * Openings 22.
This arrangement of resistors inside the carbofrax tubes produces very uniform heating throughout the length of retort 10.
The upper unit or element of the retort 10,
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/ the above / structure of the furnace * has a lateral opening X // communicating with a condenser 2-3 resting on the top of the furnace, This condenser comprises an outer steel jacket 24, an intermediate layer of coal paste 25 and an internal graphite lining 26.
A longitudinal graphite partition 27 divides the interior of the condenser into a lower chamber and an upper chamber through which the gaseous products from the retort pass and in which the metallic zinc vapors condense and collect in a pool at the bottom. lower end of the condenser * From time to time, molten zinc is removed from the condenser through a tap hole 28, normally closed with a refractory earth plug or the like. An opening 29 exists near the top of the upper condensing chamber to allow - put the exhaust gases out of the condenser
The upper element of the retort 10 is closed by a plate 30, made of refractory material,
in the center of which there is an opening where is fitted a loading hopper 31. The top of this hopper is closed, except when loading fresh agglomerates in the retort, by a cover 32 6 The upper part of the. retort,
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the loading hopper with its cover and the condenser are covered with a mass 33 of fine coal, coke dust, etc., of a suitable thickness, to isolate these parts.
The following specific example illustrates the principles of the present invention put into practice in an apparatus of the arrangement shown in Figs & 1 and 2; but it goes without saying that this example is by no means limiting
The charge consisted of about 60 parts by weight of zinc silicate ore, (containing 45 to 50% zinc), finely divided, and 40 parts by weight of bituminous fatty coal (containing about 18% volatile matter). ) with @% residual liquor from papermaking by the bisulfite process (50% solids)
About 80% of the zinc ore passed through an 8 mesh per linear centimeter screen *
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# / pulverized '' The bituminous coal had been / so that about 80% erle, elf7, f passed through an 8 mesh sieve with a linear centimeter.
The zinc ore and coal were placed in a rotary mixer, of the kind used for mixing concrete, and thoroughly mixed. From the rotary mixer, the material was poured directly into a dry Chilean flaxseed and subjected to the action of mixing and of grinding of the mill for a few minutes * From the mill, the material passed through a briquetting press and was formed into briquettes by a compression force of approx.
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ron 1 & 0 kilograms per centi3neter;
- square The briquettes were roughly spherical and were about 65 millimeters in diameter
The briquettes, without drying, were changed
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in an outside heated isrertical carbonization retort
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previously, where they were subjected to a charring temperature of about 7000 ° C. In the charring operation, it is desirable to leave in the charred product as high a percentage as possible of the volatile, non-condensable substances. at the same time, remove the tars as completely as possible.
As a result of the charring, the intimately mixed particles of ore and coal are held firmly together by the caking action of the coke formed in the charring process.
The carbonized agglomerates were transferred. without. noticeable heat loss from the -Ocrbonization retort to the vertical fusion retort and fed into it at a rate of about 160 kilograms at 1.5 hour intervals Retort heating was controlled so as not to overheat the load and neither slag formed nor melted the agglomerates. * The temperature in the heating chamber
11 was about 1250 to 1300 C ..
In the particular example in question, the retort was approximately 7 meters 60 centimeters long (high) and was made of sections of carbofrax tubing approximately 38 centimeters in inner diameter, 45 centimeters in length and 5 centimeters thick parafa
The gaseous products of the reaction, for the most part zinc vapors and carbon monoxide, with 0.4% to 0.8% carbon dioxide, passed through the condenser, where the zina vapors condensed and gathered and from where. The condensate was removed periodically. Although the charge was indistinct (every one and a half hours) the whole operation was continuous, the retort 10 always being filled with an agglomerated charge undergoing reduction.
We
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removed from the bottom of the retort before each loading operation * the amount of spent residue necessary for the subsequent loading of approximately 160 kil-bones of fresh agglomerates. For the most part. these residues, as they were discharged, retained their original briquetted form and were loose and non-adherent (what the zinc metallurgist would call a dry residue).
The quantity of zinc contained in these residues amounted on average to about 2 which thus represented a removal or extraction of approximately 96% of the total zinc contained in the original ore * * 96% of the zinc removed or extracted from the The ore condensed, and was collected as zinc metal in plates, the remaining 4% being, for the most part, recoverable in the form of zinc oxide and blue powdera
Carbonized agglomerates of zinciferous and carbonized material are particularly suitable for reduction or fusion in a vertical retort through which the charge of agglomerates gradually passes, substantially under the action of gravity alone.
The intimate mixture of zinciferous material and carbonaceous reducing agent is bound together into a strong and coherent agglomerate (or briquette) by the binding action of the coke formed in the carbonization operation.These carbonized agglomerates are strong enough to resist the forces attrition to which they are subjected in their passage through the vertical retort, without noticeable breaking, and the advantages of an agglomerated load are thereby ensured, as has been said previously, in all the passage of the load through the retort * In addition, carbonized agglomerates, when properly made, are substantially deoxidized, especially when loaded, hot, from the carbonization apparatus into the reducing chamber.
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By "deoxidized" it should be understood that the agglomerates, if they are placed in a gas-tight chamber, provided only with one outlet, and if they are heated to zinc reduction temperatures, give off gases with an average content. in carbon dioxide (CO2) does not exceed 2%.
The apparatus shown in figs. 3 and 4 comprises a bogie 35, of the type of plate conveyors, constituting the bottom of a relatively long reducing chamber, 36., of rectangular section * This chamber is incorporated into a suitable furnace construction, 37; having a heating flue 38 extending over the top wall 39 of the reducing chamber * Burners 40 extend, through the side wall (or side walls) of the furnace frame into the flue 38 and the hot combustion products from these burners pass through this flue to an exhaust duct 41 communicating with a chimney 42.
The conveyor trays, as they enter the reducing chamber moving in the direction indicated by the arrows, are covered with a suitable layer of fine material which is delivered to them by a hopper 43 at the end of the furnace. where the loading takes place The agglomerates are loaded onto the layer of fines by a feed hopper 44 provided with a loading bell 45. At the outlet end of the oven, a new quantity of fine material is loaded, by a hopper 46. on the spent residues as they emerge from the reducing chamber.
By these means, together with the gas pressures prevailing throughout the length of the reducing chamber, the latter is suitably closed to ensure the desired flow of gas.
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generated in the chamber to a gas outlet duct 47 and prevent the harmful re-entry into said chamber of air or other gas
The gas outlet 47 communicates with the top of the chamber 36, near the loading end, and rises through the flue 38 and the refractory layer (s), 48, covering it. The upper end of the gas outlet duct 47 communicates, by a horizontal passage, with a condenser for the metallic vapors, the parts of the duct 47 which extend beyond.
of the protective influence, for heat, of the furnace structure are covered with a suitable mass 55, of heat insulating material such as coal dust, coke dust, etc. *
Condense it? comprises a rectangular chamber 49,, in graphite, and an upper part, or tower, multi-cell 50, in graphites The chamber 49 and the tower 50 are embedded in a mass, 51, of coal dust, of dust of:
coke, or equivalent heat-insulating material, suitably enclosed by a metal jacket 52, The top of the tower 50 is covered by a hood 53, the lower edge of which is buried in the heat-insulating mass 51 and which has, at its upper part, a port 54 through which the exhaust gases from the condenser go *
In the practice of the invention, the apparatus of figs. 3 and 4 works as follows:
The tray conveyor 35 moves at a relatively slow speed in the direction of the arrows and, at the loading end of the furnace, receives a layer of thin material on which the agglomerated load is superimposed. The agglomerated load substantially fills the reducing chamber 36. above the bed of fine material, and is progressively advanced
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through the chamber by the movement of the conveyor 9. trays. Heat is transferred and conducted from the hot sky, or hot top wall ,. 39 of the reducing chamber in the. filler agglomerated in the manner which characterizes the invention and as has been described in particular above.
The mixture of metallic zinc vapors and
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/ the carbon monoxide (resulting from / reduction -of the ,, E, rf zinciferous material contained in the agglomerated charge) passes from the reducing chamber * through the gas outlet 47, into the condenser where substantially all the vapors of metallic zinc condense to molten zinc. From time to time the molten zinc is removed from the condenser through an opening in the lower part of chamber 49 and communicating with a pipe 56 passing through the side wall of the structure. Normally, the tap hole existing in the lower part of the condenser is closed by an internal plug, 57, secured to a rod 58 which passes through an external plug 59, fitting into the end of the pipe 56, and which extends beyond the latter,
plug*
The spent residues and fines are discharged from the tray conveyor onto a screen 60 through which the fines pass while the agglomerates, substantially unbroken in their passage through the furnace, slide down the length of the screen and are carried away. In an appropriate manner, the fine material passing through the screen is returned to hoppers 43 and 46 as required * This fine material may consist of spent residues from previously worked charges In normal operation of the furnace, it will pass through the sieve 60 a sufficient quantity of fines, and even usually a little more than sufficient, to meet the needs
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fine hoppers 43 and 46.
The discharge end of the furnace is enclosed by a sheet metal jacket 61 and any dust. resulting from the unloading operation and taken from the jacket 61 to the chimney 42.
Various filler mixtures can be employed to practice the invention. Thus, satisfactory results have been obtained with mixtures of 10 to 50%, by weight, of carbonaceous reducing agent and 90 to 50%, by weight. weight, of zinc material
In the work of the agglomerated charge, the zinc compounds found in the ore (or other zinciferous material) are reduced to metallic zinc when the carbon contained in the carbonaceous reducing agent combines with the oxygen of the zinc compounds. .
The resulting vapors of metallic zinc and carbon monoxide constitute the gaseous products of the reduction and it is the passage of these gases, from their points of generation in the feed, through the agglomerates, to the outlet duct. gas from the reducing chamber which constitutes the means for the efficient transfer of heat from the hot wall of the chamber through the load * by streams of strongly heated gases moving at a relatively high speed,
It is desirable that the gaseous products of the reduction exiting the reducing chamber be relatively pure carbon monoxide and zinc vapors and, for this reason,
it is desirable to maintain within the reducing chamber a strictly reducing atmosphere * A feature of the invention is that the product gas leaving the reducing chamber contains metallic zinc vapors capable of being directly and economically condensed into zinc. "capable of being directly condensed in zinc", it is necessary
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to hear that, if the gaseous product is conducted directly (and without.
intermediate treatment) of the reducing chamber in one or more condensers of the present type of those of retort zinc furnaces, at least 60% of the zinc vapors contained in the gaseous product will be condensed into zinc Par * capable of being economically condensed into zinc "means the zinc condensation of at least 60% of the metallic zinc vapors contained in the gaseous product, with a reasonable number of condensers, of the present type of those of zinc retorts, per ton of condensed metal, in a given time It goes without saying, naturally,
that use has been made here of this language simply to describe the qualities of the gaseous product and without the intention of necessarily wanting to imply that the vapors of zinc: metallic are in the. practice of the invention, actually condensed into zinc, because, as has been said previously, the vapors of metallic zinc contained in the gaseous product leaving the reducing chamber can, if desired, be condensed in the form of dust zinc or blue powder, or be burnt or oxidized to zinc oxide for painting,
in the event that one wishes to produce zinc products rather than zinc itself *
Although it is preferable to employ agglomerates of zinciferous material and carbonaceous reducing agent mixed, the principles of the invention can be advantageously applied to a porous agglomerated filler made of agglomerates of zinciferous material and agglomerates. reducing agent * Thus, for example, the zinciferous material can be agglomerated by sintering and the carbonaceous reducing agent can be agglomerated by carbonization and the resulting sintered agglomerates and coke can
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may be charged in the reducing chamber in some suitable way * Thus,
the. Sintered zinc material and the carbonized or reduced cake reducing agent can be mixed in suitable proportions and charged to the reducing chamber; or alternatively, alternating layers of sintered zinciferous material and reduced coke reducing agent can be charged. It goes without saying that one can otherwise make separate agglomerates of zinc-containing material and separate agglomerates of reducing agent and charge them into the reducing chamber to form the porous agglomerated filler characteristic of the invention.
IN RESIN, 1 * invention comprises:
A process for reducing zinciferous material in which a charge of agglomerates of zinciferous material and reducing agent is gradually passed through a reducing chamber and heated to a temperature high enough to reduce zinc compounds and volatilize metallic zinc resulting process, essentially characterized by the fact that the agglomerates pass through the reducing chamber without appreciable breaking and without slagging or melting and that the agglomerated filler, as a whole,
has a porosity such that the transfer of heat from the hot wall of the reducing chamber through the agglomerated charge is effected largely by hot gas streams passing through the voids of the agglomerated charge to the gas outlet of the reducing chamber , said process ¯ can moreover be characterized, in addition, by one or more of the following points:
a) Agglomerates have a shape and size such that no part of an agglomerate is more than ten centimeters from the surface thereof and the porosity
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of the agglomerated load as a whole is substantially uniform and favorable to the passage of gases sometimes in one direction and sometimes in the other between the hot wall of the chamber and the center or core of the load and is not less than the equivalent of the porosity of a similar load of 25-millimeter spheres b) Agglomerates are formed by carbonizing a mixture of zinc-bearing material and carbonaceous reducing agent.
0). -The porous charge consists of sintered agglomerates of zinciferous material and of agglomerates reduced to coke of carbonaceous material a d) The reducing agent is a bituminous fatty coal e) The agglomerates are introduced into the reducing chamber without appreciable cooling after carbonization, the sintering or another agglomeration operation.
f) The metallic zinc vapors contained in the gaseous product withdrawn from the reducing chamber are capable of being directly and economically condensed into zincs g) The reducing chamber is relatively long in the direction of charge progression, and of reducing capacity relatively large and operated in a substantially continuous fashion by discharging the spent residue as needed to charge fresh agglomerates therein h) The reducing chamber is substantially vertical and the agglomerated charge progresses through it mainly under the action of gravity i) The depleted residue @ discharged from the reducing chamber is for the most part still in the form of agglomerates.
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j) the metallic zinc vapors withdrawn from the reducing chamber are subjected to an appropriate treatment for the production of the desired product (zinc, zinc dust or zinc oxide)
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