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Monsieur Dr.Wilhelm B u d d ë u s à Berlin-Adlershof, Rudower Chaussee. pour: Procédé pour extraire au four à moufles ou au four électrique le zinc de minerais de zinc oxydés ou de matériaux analogues ou d'autres produits sidérurgiques renfermant ce métal.
Demandes de brevets allemandsen sa faveur du 8 décentre 1926 et du 14 février 1927. ¯¯¯¯¯¯, Le processus thermique employé jusqu'ici à la réduction de minerais de zinc oxydés , de produits métallurgiques renfer- mant des oxydes de 'zinc et autres matières analogues était basé exclusivement sur l'opération suivants; l'oxyde de zinc renfermé dans les matières à traiter était réduit à l'état de 'vapeur de zinc par du carbone, puis cette vapeur de zinc était transformée en zinc liquide par condensation.
On sait que le processus de réduction d'oxyde de zinc par le carbone est fortement endothermique, et que, par suite, on est obligé, des que le mélange des matières qui renferment le zinc et le charbon a atteint la température de réduction, d'introduire de l'extérieur de la chaleur, jusqu'au moment où les
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les derniers restes de zinc sont pratiquement extraits du mé- lange.
En raison de la longue durée de la distillation du zinc, l'utilisation du charbon ou des gaz de gazogène employés au chauffage des moufles est très incomplète. En effet, en règle générale et dans les cas les plus favorables, elle ne dépasse pas 8à 10% de la quantité de chaleur théorique que fournit le combustible. Il en est de même au sujet de l'uti- lisation du courant électrique quand le chauffage du mélange s'effectue au four électrique.
Dans le procédé appliqué jusqu'ici, l'utilisation de la capacité du four à moufle est incomplète également ,étant donné qu'il faut recourir à une quantité de charbon réducteur de 3 à 4 fois plus grande que celle des données théoriques, si l'on veut obtenir une extraction pratiquement satisfaisan- te du zinc renfermé dans les matières introduites dans le moufle .
Le traitement des produits résiduaires des moufles dans le four à plomb exige lui aussi, dans le dit procédé , plu- sieurs opérations préparatoires,telles que le lavaje du char- bon réducteur et la calcination du produit lavé, sans compter les pertes inévitables.
Conformément à la présente invention, le carbone néces- saire à la réduction de l'oxyde de zinc est remplacé totale- ment ou partiellement par du silicium ou par des siliciures fortement siliciés.
D'une part, ce mode opératoire permet , par suite du poids
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spécifique plus élevé du siliciure et de la consommation plus faible que l'on en fait, d'augmenter sensiblement le charge- ment en matières zincifères à traiter dans le moufle. D'autre part, la réaction entre le silicium et l'oxyde de zinc, à la température de réduction de ce dernier, est de caractère endothermique tellement faible qu'il suffit d'entre tenir à travers le moufle un léger apport de chaleur pendant la durée expulsion du zinc.
A la température d'environ 1300 C. qui est celle ordinairement employée dans le traitement au moufle, et même en portant une seule fois le chauffage à cette tem- pérature, le processus de réduction est déjà faiblement exothermique, cela déjà pour la simple raison que la réduction, par du silicium, de l'oxyde de fer renfermé dans les minerais, constitue une réaction fortement exothermique.
En conséquence, dans ce processus silicothermique, le zinc est chassé au dehors de la charge du moufle dans une durée temps bien plus courte, ce qui contribue également à augmenter considérablement le rendement du four à moufles.
Enfin, par suite de sa température de fusion élevée,la silice formée au cours de la réduction présente la particula- rité de ne former que de simples agglomérats avec les impure- tés des matières zincifères, sans toutefois se fusionner avec ces matières, et d'absorber ainsi les impuretés telles que plomb, cuivre etc., à l'instar de ce que fait le charbon réduc- teur en excès dans le traitement au moufle pratiqué jusqu'ici.
D'autre
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j'autre part, dans le nouveau procède le résidu obtenu dans le moufle présente l'avantage de ne pas brûler à l'extraction et de dégager des vapeurs métalliques; de plus encore, se trou- vant à l'état calciné, il peut être introduit directement dans le four à plomb sans lavage et calcination préalables, ce qui constitue un avantage énorme.
Toutefois, les résidus obtenus dans les moufles peuvent également être incorporés dans un bain de scories en vue d'en extraire le plomb et le cuivre ainsi qu'il a été expliqué dans le brevet beloe antérieur 338.292.
Dans la pratique, il est avantageux d'ajouter à la charge du moufle de faibles quantités de matières contenant du car- bone, par ex. du charbon ou du fer carburé, afin de réaliser ainsi une faible formation d'oxyde de carbone qui assure l'ex- pulsion des derniers restes des vapeurs de zinc.
Le nouveau procédé peut être mis en #uvre dans les fours à moufles ou dans les fours électriques existants, sans néces- siter la moindre transformation ou l'achat d'autres accessoires.
Les chiffres suivants mettent en relief les différences entre les deux procédés de réduction au point de vue thermique;
D'après Richards", la dépense de chaleur pour le traite- ment au moufle d'une charge normale comporte environ 1686 ca- lories par kilogr. de zinc réduit. Dans les Niâmes conditions, le chauffage d'un mélange d'oxyde de zinc et de silicium ou de siliciures fortement siliciés nécessite; pour porter le mélan- ge à la température de réaction env. 200 calories et pour la réduction
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réduction silicothermique 41 calories, soit en totalité 241 calories, c'est à dire un septième seulement des quantités de chaleur que nécessite le traitement au moufle actuel à l'aide de carbone réducteur.
En pratique, ces proportions seront un peu moins favo- rables, mais néan moins, l'économe de combustible sera tou- jours énorme. La valeur du nouveau procédé se manifeste d'ail- leurs encore dans l'augmentation du pouvoir producteur du four à moufles ou du four électrique,et dans la plus grande facilité avec laquelle les résidus du four à moufles peuvent être traités.
Le four à moufle ou le four électrique ne sont pas indispensables pour réaliser le procédé décrit ci-dessus.
Si l'on veut mettre en oeuvre ce procédé sans leur concours, il n'y a qu'à opérer de la façon suivante,laquelle également rentre dans le cadre de l'invention.
La faible chaleur additionnelle nécessaire à la mise en jeu de la réaction exothermique est fournie par un bain de laitier chauffé à un degré supérieur à la température de réduction du zinc. Dans ce bain de laitier, on incorpore le mélange formé des matières renfermant les oxydes de zinc et le silicium ou les siliciures, et nn y ajoute, si nécessaire, du combustible contenant du carbone.
Le surchauffage du bain de laitier peut être effectué de diverses manières connues en elles-mêmes. Ainsi,par exemple, on pourra fusionner le laitier dans un four à cuve en
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en présence de coke, ou dans un four à flamme avec chauffage au charbon, ou aux poussières de charbon ou à l'hule.
Toutefois, conformément à la présente invention, le chauffage peut s'opérer par la combustion, au sein du bain de laitier, de matières dégageant de la chaleur, en insuff- lant dans le bain de l'air ou de l'oxygène Comme matières cédant ou dégageant de la chaleur, ou pourra employer des pyrites zincifères ou de la blende, le zinc renfermé dans ces composés se dissolvant dans le bain à l'état de silicate de zinc sous l'influence de la chaleur produite par le souff- lage, tandis que le soufre se dégage de la façon connue,sous forme d'anhydride sulfureux.
Dans le laitier ainsi surchauffé, on incorpore alors un mélange formé des matériaux renfermant l'oxyde de zinc et le silicium ou les siliciures et, si nécessaire, de faibles quantités de substances contenant du carbone; après quoi,le dégagement des Tapeurs de zinc commence immédiatement, et il se poursuit jusqu'au moment où le refroidissement du bain a ramené la température de ce dernier jusqu'à celle de réduc- tion du zinc. Au cours de ce processus s'opère non seule- ment le dégagement du zinc renfermé les minerais zincifères (blende et pyrites zincifères) ajoutés pendant le soufflage éleveur, de la température, mais encore celui du zinc associé aux matières contenant les oxydes de zinc.
Après cessation du dégagement des vapeurs de zinc,on ajoute à nouveau de la blende ou de la pyrite au bain de lai- tier, puis on insuffle de l'air, et après éleva-potion de la température on incorpore à nouveau un mélange formé de ma- tériaux
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tériaux contenant de l'oxyde de zinc, de silicium ou de si- liciures et de faibles quantités de combustible.
Quand le bain de laitier doit être remplacé par un nou- veau bain, on lui ajoute alors uniquement, après élévation de la température par un soufflage préalable, du silicium ou des siliciures accompagnés d'un peu de charbon, afin de ré- duire à l'état de zinc le silicate de zinc qui se trouve en- core en dissolution dans le laitier.
Tel que décrit,le procédé permet donc d'opérer le traite- ment métallurgique des matériaux des zincifères et simul- tanément le traitement métallurgique direct de blende ou de blende partiellement grillée. Mais le procédé permet égale- ment d'opérer le traitement métallurgique direct de minerais de zinc et plomb ou de minerais de plomb,zinc et cuivre en groupement complexe.
Si l'on ajoute au bain de laitier de tels minerais par- tiellement grillés ,on obtient alors, après adjonction de si- licium ou de siliciures, tout d'abord la totalité du plomb des minerais (brevet belge No.338.292) à l'état de plomb mé- tallique, ainsi que du cuivre sous forme de matte cuivre- plomb, tandis que le zinc se dissous dans le bain à l'état de silicate pour être ensuite éliminé à l'état de vapeur zinc, dès qu'une nouvelle adjonction de silicium ou de siliciures est effectuée, conformément à la présente invention, et qu' éventuellement la température est relevée par un soufflage.
Donc,
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Donc, d'après le présent procédé ,les difficultés que comportait jusqu'ici le traitement métallurgique de minerais complexes du genre en question se trouvent écartées d'une faco- extrêmement simple.
D'après le mode opératoire décrit,il est également possib le d'extraire des laitiers normaux provement des fours à cuve employés au traitement métallurgique des minerais de plomb ou de cuivre, les quantités de zinc que renferment ces laitiers, lesquelles quantités varient ordinairement de 6 à
20%.
Les vapeurs de zinc produites diaprés ce procédé peuvent naturellement être brûlées en dehors du bain de laitier au contact de l*air, de façon à obtenir de façon connue l'oxyde de zinc,
En vue d'économiser de la chaleur, les matériaux zinci- fères à traiter peuvent être ajoutés au bain à l'état sur- chauffé , par ex. à l'état de blende encore chaude venant directement des fours de grillage. Les matériaux contenant le zinc et le mélange formé de silicium- ou de siliciures et . de faibles quantités de combustible renfermant du carbone sont ajoutés au bain de laitier soit mélangés, soit séparé- ment.
Revendications.
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Mr. Dr. Wilhelm B u d ë u s in Berlin-Adlershof, Rudower Chaussee. for: A process for extracting zinc in a muffle furnace or electric furnace from oxidized zinc ores or similar materials or from other steel products containing this metal.
German patent applications in his favor of December 8, 1926 and February 14, 1927. ¯¯¯¯¯¯, The thermal process hitherto employed in the reduction of oxidized zinc ores, metallurgical products containing zinc oxides and other analogous materials was based exclusively on the following operation; the zinc oxide contained in the materials to be treated was reduced to the state of zinc vapor by carbon, then this zinc vapor was converted into liquid zinc by condensation.
It is known that the process of reduction of zinc oxide by carbon is strongly endothermic, and that, consequently, one is obliged, as soon as the mixture of the materials which contain the zinc and the carbon has reached the temperature of reduction, d '' introduce heat from outside, until the
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the last zinc residues are practically extracted from the mixture.
Due to the long duration of the zinc distillation, the use of coal or gasifier gases employed for heating the muffles is very incomplete. In fact, as a general rule and in the most favorable cases, it does not exceed 8 to 10% of the theoretical quantity of heat supplied by the fuel. The same is true of the use of electric current when the mixture is heated in an electric oven.
In the process applied so far, the use of the capacity of the muffle furnace is also incomplete, since it is necessary to use a quantity of reducing carbon 3 to 4 times greater than that of the theoretical data, if the It is desired to achieve a substantially satisfactory extraction of the zinc contained in the materials introduced into the muffle.
The treatment of the residual products from the muffles in the lead furnace also requires, in said process, several preparatory operations, such as washing the reducing carbon and calcining the washed product, in addition to the inevitable losses.
In accordance with the present invention, the carbon necessary for the reduction of the zinc oxide is totally or partially replaced by silicon or by highly siliconized silicides.
On the one hand, this operating mode allows, due to the weight
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higher specificity of the silicide and lower consumption than it actually is, to significantly increase the load of zinciferous materials to be treated in the muffle. On the other hand, the reaction between silicon and zinc oxide, at the reduction temperature of the latter, is of such a low endothermic nature that it suffices to hold through the muffle a slight supply of heat during the expulsion time of the zinc.
At the temperature of about 1300 C. which is that ordinarily employed in the muffle treatment, and even if the heating is brought to this temperature only once, the reduction process is already weakly exothermic, this already for the simple reason that the reduction, by silicon, of the iron oxide contained in the ores, constitutes a strongly exothermic reaction.
As a result, in this silicothermal process, zinc is driven out of the muffle charge in a much shorter time, which also helps to significantly increase the efficiency of the muffle furnace.
Finally, owing to its high melting point, the silica formed during the reduction has the peculiarity of forming only simple agglomerates with the impurities of the zinciferous materials, without however merging with these materials, and of This will absorb impurities such as lead, copper, etc., as does the excess reducing carbon in the muffle treatment hitherto practiced.
Else
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I on the other hand, in the new process, the residue obtained in the muffle has the advantage of not burning on extraction and of giving off metallic vapors; moreover, being in the calcined state, it can be introduced directly into the lead furnace without prior washing and calcination, which constitutes an enormous advantage.
However, the residues obtained in the mittens can also be incorporated into a slag bath with a view to extracting the lead and copper therefrom as was explained in the prior beloe patent 338,292.
In practice, it is advantageous to add to the muffle charge small amounts of carbon-containing materials, eg. carbon or carburized iron, in order to thus achieve a low formation of carbon monoxide which ensures the expulsion of the last remains of the zinc vapors.
The new process can be implemented in existing muffle furnaces or electric furnaces without the need for any conversion or the purchase of other accessories.
The following figures highlight the differences between the two reduction processes from a thermal point of view;
According to Richards, "the heat expenditure for the muffle treatment of a normal load is about 1686 calories per kilogram of reduced zinc. Under Niame conditions, heating a mixture of oxides of zinc and silicon or highly siliconized silicides requires: to bring the mixture to the reaction temperature approx. 200 calories and for the reduction
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silicothermal reduction 41 calories, that is to say in total 241 calories, that is to say only one seventh of the quantities of heat required by the current muffle treatment using reducing carbon.
In practice, these proportions will be a little less favorable, but nevertheless, the fuel economy will always be enormous. The value of the new process is further manifested in the increased power output of the muffle furnace or electric furnace, and in the greater ease with which muffle furnace residues can be processed.
The muffle furnace or the electric furnace are not essential for carrying out the process described above.
If it is desired to implement this method without their assistance, it is sufficient to operate as follows, which also comes within the scope of the invention.
The small additional heat necessary for the initiation of the exothermic reaction is provided by a slag bath heated to a degree above the reduction temperature of the zinc. In this slag bath, the mixture formed of the materials containing the oxides of zinc and the silicon or the silicides is incorporated, and fuel containing carbon is added thereto, if necessary.
The superheating of the slag bath can be carried out in various ways known per se. Thus, for example, we can fuse the slag in a shaft furnace in
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in the presence of coke, or in a flame furnace with coal heating, or with coal dust or hule.
However, in accordance with the present invention, the heating can be effected by the combustion, within the slag bath, of materials which give off heat, by blowing air or oxygen into the bath. yielding or giving off heat, or may employ zinciferous pyrites or blende, the zinc contained in these compounds dissolving in the bath in the form of zinc silicate under the influence of the heat produced by the blowing , while sulfur evolves in the known manner, in the form of sulfur dioxide.
In the slag thus superheated, is then incorporated a mixture formed of materials containing zinc oxide and silicon or silicides and, if necessary, small amounts of substances containing carbon; after which the release of the zinc swappers begins immediately, and continues until the cooling of the bath has brought the temperature of the latter down to that of reduction of the zinc. During this process, not only does the release of the zinc contained in the zinciferous ores (zinciferous blende and pyrites) added during the breeder's blowing of the temperature, but also that of the zinc associated with the materials containing the zinc oxides.
After the release of the zinc vapors has ceased, blende or pyrite is added to the milk bath again, then air is blown in, and after raising the temperature, a mixture formed is again incorporated. of materials
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Materials containing oxide of zinc, silicon or silicides and small amounts of fuel.
When the slag bath must be replaced by a new bath, then only, after raising the temperature by prior blowing, is added silicon or silicides accompanied by a little charcoal, in order to reduce to the state of zinc is the zinc silicate which is still in solution in the slag.
As described, the process therefore makes it possible to carry out the metallurgical treatment of the zinciferous materials and simultaneously the direct metallurgical treatment of blende or of partially roasted blende. But the process also makes it possible to carry out the direct metallurgical treatment of zinc and lead ores or of lead, zinc and copper ores in complex groups.
If such partially roasted ores are added to the slag bath, then, after addition of silicon or silicides, all of the lead in the ores (Belgian patent No. 338,292) are obtained at the state of metallic lead, as well as copper in the form of a copper-lead matte, while the zinc dissolves in the bath in the silicate state to be subsequently removed in the state of zinc vapor, as soon as a further addition of silicon or silicides is carried out, in accordance with the present invention, and the temperature is optionally raised by blowing.
Therefore,
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Thus, according to the present process, the difficulties heretofore involved in the metallurgical treatment of complex ores of the kind in question are eliminated in an extremely simple way.
According to the procedure described, it is also possible to extract normal slags from shaft furnaces employed in the metallurgical treatment of lead or copper ores, the quantities of zinc contained in these slags, which quantities usually vary from 6 to
20%.
The zinc vapors produced by this process can naturally be burned outside the slag bath in contact with air, so as to obtain zinc oxide in a known manner,
In order to save heat, the zinc-bearing materials to be treated can be added to the bath in the superheated state, e.g. in the state of still hot blende coming directly from the roasting ovens. Materials containing zinc and the mixture formed of silicon- or silicides and. small amounts of carbon containing fuel are added to the slag bath either mixed or separately.
Claims.
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