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"PROCEDE DE SEPARATION DE METAUX VOLATILS ET NON VOLATILS. "
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Un procédé qui a trouvé pendant les dernières dix armées une large application pratique dans les usines métallurgiques,- par exemple pour la séparation du cuivre d'avec du zinc, du cuivre d'avec de 1' µtain en partant de mitrailles, du cuivre d'avec du plomb en partant de)speiss , de cuivre noir et analogue,- consiste dans le traitement de ces matières par insufflation dans des convertisseurs .Les convertisseurs utilisés à cet effet dans les usines métallurgiques sont constitués de cylindres verticaux ou horizontaux en tôle de fer, revêtus de matières ré- fractaires, dont la maçonnerie est perche sur un côté de tuyères à air.
Par ces dernières on insuffle de l'air comprimé qui fait @ subir au métal un brassage par tourbillonnement, en provoquant la combustion ainsi qu'une volatilisation partielle des composantes volatiles . Les convertisseurs sont uniquement basculables, principalement en vue de leur remplissage et de leur vidange.
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Ce traitement par insufflation possède plusieurs désavantages.
La partie de maçonnerie du four qui forme les ouvertures des tuyères devant subir des très grands efforts est du fait rapidement détruite, d'où la zone des tuyères doit être souvent renouvelée. par le fait, que les ouvertures de sortie des tuyères interrompent une partie de la paroi du convertisseur jusque dans le bain métalli- que, à savoir, la partie inférieure de la dite paroi, sur laquelle s'élève encore une plus grande partie de la paroi, le renouvellement de la zone à tuyères de la paroi entraîne la nécessité du renouvelle- ment d'une partie relativement grande de la paroi.
Ainsi le revêtement présente ses endroits les plus faibles partout où ont lieu les réactions principales et où est développée la plus forte chaleur, à cause des tuyères qui se trouvent à ces endroits.
Un autre désavantage considérable du procédé par insufflation dans les convertisseurs,-de même que du procédé d'affinage dans des fours à réverbère fixea,-se manifeste par les résultats métallur- giques de ce procédé. Par suite de la disposition de l'entrée de l'air comprimé dans le bain métallique liquide il se produit, outre l'oxydation des matières volatiles, l'oxydation d'une partie consi- dérable des métaux non volatils, de sorte qu'il en résulte à la fin du procédé,- par exemple en cas de traitement d'alliages de cuivre par insufflation, - à côté du cuivre métallique une quantité considérable de scories ou crasses de cuivre, qui doivent être spé- cialement réduites à nouveau en métal dans des fours à cuve .
Les scories ou crasses résultant d'insufflation contiennent jusqu'à 35% de cuivre, et les scories oucrasses d'affinage de cuivre pro- venant des fours à réverbère fixes même jusqu'à 50% de cuivre.
Tous ces désavantages peuvent être supprimés par l'application du procédé qui est décrit dans ce qui suit. Il est peut être opportun de décrire d'abord quelques observations qui ont été faites par l'inventeur durant de nombreuses années dans le traitement par insufflation des alliages et produits intermédiaires en cuivre et
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métaux volatils.
Soit ici mentionné d'avance, que le résultat principal de ces observations consiste dans la découverte, que le coke , ou semblables ' des - ratières réductrices/ sont appelés à jouer un rôle d'une importance capitale dans les processus de l'espèce envisagée.
Pour obtenir une bonne volatilisation il est nécessaire que le mé- tal ait :La possibilité de jouer entre oxydation et réduction suc- cessives, cette possibilité étant créée par le fait, que le métal pulvérisé ou dispersé par l'air comprimé est mis continuellement en contact avec du coke. Si cette possibilité n'existe pas, les métaux volatils ne sont volatilisés qu'en moindre partie, tandis que la majeure partie surnage, sous forme d'oxyde, sur le bain métallique et tonne avec une partie du métal non volatil oxydé une scorie, qui doit étre soumise à un traitement ultérieur compli- qué.
Dans ce qui suit, est décrit la marche ou l'allure de deux charges successivement enfournée et traitées par insufflation dans le même convertisseur, la différence entre la marcha de ces deux charges, montrant ce qu'il y a d'essentiel dans la volatilisation desmétaux.
Un convertisseur revêtu de briques de magnésite fût rempli de coke jusqu'au bord et le coke fût porté par soufflage jusqu'à l'incandescence blanche. En même temps du cuivre noir, riche en étain, avec environ 18% d'étain, fût liquéfié dans un cubilot, et 2500 kg de cette fonte furent tenus à disposition à 1' état liquide dans une poche de coulée. Ensuite le convertisseur fût entièrement vidé du coke incandescent par basculage et dans ce convertisseur vide, à paroi intérieure d'une incandescence blanche, fût versé le bronze à l'étain, chaud et liquide , Le convertisseur fût re- dressé et l'insufflation d'air sous pression immédiatement commen - cée.
Dans l'ouverture du convertisseur se montra un faible dé- veloppement de fumée qui cessa après 20 minutes environ, après quoi une flamme verte sans fumée indiqua, une forte combustion de cuivre.
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L'insufflation fût arrêtée et le convertisseur fût culbute .
30% du cuivre furent recueillis à l'état fortement oxydé sous forme de mtal. Prèsque la tolatité de l'étain avait formé une scorie de stannate da cuivre, d'un point de fusion élevé, qui nageait en partie sur le cuivre, mais qui recouvrait d'autre'part d'une couche épaisse la paroi intérieure du convertisseur, en formant sur cette dernière un second revêtement au recouvrement intérieur.
Une charge égale à clle venant d'être décrite fût préparée de la même manière, avec cette différence toutefois qu' on laissa dans le second cas 150 kilogs de coke dans le convertisseur. Con- trairement à la charge sans coke, d'épais nuages blancs d'oxyde d'étain sortirent dans ce second tas ,immédiatement après le coin- mencement du soufflage, de l'ouverture du convertisseur, et ceci dura environ 20 minutes.
Après basculage du convertisseur il s'est montré, que 50% du cuivre avaient été recueillis sous forme mé- tallique et que le revêtement du convertisseur était entièrement nu ou propre, il n'y avait donc pas de recouvrement en scorie de stannate. Pendant que dans le premier cas presque la totalité de l'étain était restée dans le convertisseur sous forme de stanmate, il pouvait être intercepté dans le second cas en dehors du con- vertisseur sous forme de fumée d'oxyde blanche libre. Comme désa- vantage on a dû constater dans le second cas, que la zone des tuyères du revêtement ou maçonnerie , avait beaucoup souffert, au point qu'elle aurait à peine supporté des chargés ultérieures.
Le procédé décrit dans ce qui suit est basé sur les expériences puisées dans les deux constatations susmentionnées. Conformément à ce procédé faisant objet de la présente invention, le bain est maintenu durant le soufflage, recouvert d'une couche de matière combustible de manière, à provoquer un mélange aussi intime que possible entre matière en fusion, matière combustible et air, rotatif
Le processus est réalisé dans un four,/dans lequel les tuyères @sont disposées sur l'une ou les deux faces d'extrémité de manière
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à ne pas être continuellement en contact avec le bain chaud du fait que:, pendant la rotation, elles sont toujours sorties du bain et peuvent se refroidir au dessus de ce dernier.
Les dessins annexas représentent à titre d'exemple deux modes d'exécution d'un four servant à réaliser l'objet de la présente invention.
Les figures 1 et 2 représentent une coupe longitudinale et une coupe transversale dans un premier mode d'exécution de ce four. Les figures 3,4 et 5 en représentent des détails. Par a est désigné le four proprement dit, rotatif par 360 dans lesdeux sens et garni d'un revêtement réfractaire. Le dessin montre 20 tuyères b, chacune avec une boite à tuyère c, ces dernières étant raccordées chacune au moyen d'un tube ou tuyau métallique e à la conduite annulaire d'amenée d' air d en fer forgé. Cette conduite principale d'amenée d'air d est subdivisée par des cloisons f en compartiments séparés étanches correspondant aux boites à tuyères c. L'étanchéité vers l'extérieur estobtenue au moyen d'une plaque annulaire g serrée dans une boite à bourrage.
Pendant que la conduite annulaire d tourne avec le four, la plaque annulaire g reste immobile en étant fixée au tube d'amenée d'air h.
Ce dernier débouche dans une boite à vent i en forme de secteur, qui elle est également fixée à g. En gl la plaque annulaire g est munie d'ouvertures qui s'étendent sur toute la longueur de la boite à vent 1. Grâce à une telle disposition le vent venant du compresseur peut passer uniquement par les tuyères qui plongent dans le bain métallique, Les autres tuyères sont fermées par la plaque annulaire g. Deux brûleurs à l'huile k sont prévus en quali- té de moyens de chauffage supplémentaire: pour permettre d'élever la température en cas de besoin. Le canal de sortie 1 s'adapte le plus possible à l'ouverture libre restant dans la paroi d'ex- trémité du four, ce canal aussi bien que les brûleurs étant fixes par rapport au four rotatif.
Les figures 6 et 7 représentent un second mode d'exécution
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du four, suivant lequel!le tuyères au lieu d'avoir une disposition circulaire, sont disposées, en deux rangées parallèles, simples @ ou multiples, sur le côté inférieur et sur le côté supérieur de'l'une des ouvertures d'extrémité du four. Grâce à cette dis- position il est possible de faire plonger chaque fois l'une seulement des dites rangées 'de tuyères, tandis que l'autre en position supérieure peut se refroidir pendant ce temps.
A des intervals de temps déterminés le four est tourné de 180 , de sorte que chaque rangée de tuyères peut être soumise pendant un certain temps au refroidissement. Dans ce mode d'exécu- tion la conduite d'amenée du vent doit être découplée en m et raccordée à chaque tour, de manière à ce que le vent passe toujours seulement par la rangée inférieure des tuyères.
Le four étant muni de l'un dès dispositifs d'amenée de vent venant d'être décrits, la charge est traitée comme suit:
Les matières sont fondues dans le four au moyen du brûleur se trouvant en dessous du canal de sortie des gaz. Pendant cette phase il faut avoir soin de ne faire fondre qu'une quantité de métal dont le niveau s'élève seulement jusqu'au bord inférieur des ouvertures des tuyères (dans l'exemple des figures 1 à 5 jusqu'au bord inférieur de la tuyère la plus basse), vu qu'autrement, les tuyères, avant d'être traversées par l'air comprimé, seraient rem - plies de matières en fusion. Aussitôt que le niveau du bain s'est élevé jusqu'aux ouvertures des tuyères, on admet l'air comprimé, et à présent le contenu du four peut être augmenté en continuant de charger ce dernier de matières solides.
La surface du bain est simultanément recouverte de coke, ou de matières combustibles semblables en morceaux, de manière à ce que la couche en matière combustible forme une couverture sans solution de continuité à la surface du bain. Au fur et à mesure que le combustible est consommé il faut en ajouter du nouveau. Aussitôt que toutes les composantes volatiles sont éliminées du bain métallique, on peut couler ce dernier de la manière connue par une ouverture prévue à la
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'périphérie du four.
S'il s'agit de traiter par insufflation das combinaisons de soufre,- mattes de cuivre,- qui ne contiennent pas de composantes volatiles à récupérer, il n'est naturellement pas nécessaire de couvrir le bain d'une couche réductrice de combustible. Mais dans le cas ou il s'agit de combinaisons mi tes du soufre, comme par exemple des mattes de cuivre contenant du plomb, la volatilisa- tion du plomb, =¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯est considérablement favo- risée par l'emploi d'une couche en matière combustible.
Par les modes d'exécution de la présente invention, venant d'être décrits, il est non seulement possible d'éviter le d4savanta- ge de détériorations de la maçonnerie dans la zone des tuyères, mentionné plus haut dans la description du second essai, mais aussi d'effectuer le travail très proprement et d'obtenir un rende--- ment excellent.
Le rendement indiqué plus haut pour le second essai doit être considéré uniquement comme exemple, qui peut naturellement être dé- passé de beaucoup au moyen du nouveau procédé faisant objet de la présente invention.
REVENDICATIONS.
I) Procédé de séparation de métaux volatils d' avec des métaux non volatils par insufflation d'air,'-caractérisé en ce que durant le soufflage le bain est maintenu recouvert, d'une couche ou couver- ture de matière combustible d- manier., à provoquer un mélange aussi intime que possible entre matière en fusion, matière combustible et air.
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"PROCESS FOR SEPARATING VOLATILE AND NON-VOLATILE METALS."
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A process which has found during the last ten armies a wide practical application in metallurgical factories, - for example for the separation of copper from zinc, copper from 1 µtin starting from scrap, copper from 'with lead from) speiss, black copper and the like, - consists in the treatment of these materials by blowing in converters. The converters used for this purpose in metallurgical plants consist of vertical or horizontal cylinders of sheet metal. iron, coated with refractory materials, the masonry of which is perched on one side of air nozzles.
The latter are blown in with compressed air which causes the metal to undergo swirling stirring, causing combustion and partial volatilization of the volatile components. The converters are only tiltable, mainly for filling and emptying.
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This insufflation treatment has several disadvantages.
The masonry part of the furnace which forms the openings of the nozzles which have to undergo very great forces is therefore quickly destroyed, hence the zone of the nozzles must be often renewed. by the fact that the outlet openings of the nozzles interrupt part of the wall of the converter into the metal bath, namely the lower part of said wall, on which still rises a greater part of the wall, the renewal of the nozzle zone of the wall entails the need to renew a relatively large part of the wall.
Thus the coating has its weakest places wherever the main reactions take place and where the strongest heat is developed, because of the nozzles which are located at these places.
Another considerable disadvantage of the converter blowing process, as well as of the refining process in fixed reverberation furnaces, is manifested by the metallurgical results of this process. As a result of the arrangement of the inlet of compressed air into the liquid metal bath, besides the oxidation of the volatile matter, the oxidation of a considerable part of the non-volatile metals takes place, so that at the end of the process, - for example in the case of treatment of copper alloys by blowing, - next to the metallic copper a considerable quantity of copper slag or dross results, which must be specially reduced again by metal in shaft furnaces.
The slag or dross resulting from blowing contains up to 35% copper, and the slag or dross from copper refining from stationary reverberation furnaces even up to 50% copper.
All these disadvantages can be eliminated by applying the method which is described in what follows. It may be opportune to first describe some observations which have been made by the inventor over many years in the blast treatment of copper alloys and intermediates and
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volatile metals.
Let it be mentioned here in advance, that the main result of these observations consists in the discovery, that coke, or the like 'of - reducing dobbies / are called upon to play a role of capital importance in the processes of the species envisaged. .
To obtain good volatilization, the metal must have: The possibility of playing between successive oxidation and reduction, this possibility being created by the fact that the metal sprayed or dispersed by the compressed air is continuously put in contact with coke. If this possibility does not exist, the volatile metals are only volatilized to a small extent, while the major part floats, in the form of oxide, on the metal bath and with part of the oxidized non-volatile metal, a slag, which must be subjected to complicated further processing.
In what follows, is described the rate or the pace of two charges successively loaded and treated by blowing in the same converter, the difference between the rate of these two charges, showing what is essential in the volatilization of metals.
A converter lined with magnesite bricks was filled with coke to the brim, and the coke was blown to white glow. At the same time black copper, rich in tin, with about 18% tin, was liquefied in a cupola, and 2500 kg of this iron were kept available in a liquid state in a ladle. Then the converter was completely emptied of the incandescent coke by tilting and in this empty converter, with an interior wall of a white incandescence, was poured the tin bronze, hot and liquid, The converter was re-erected and the blowing of pressurized air immediately started.
In the opening of the converter there was a weak build-up of smoke which ceased after about 20 minutes, after which a green smoke without smoke indicated strong burning of copper.
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Insufflation was stopped and the converter tumbled.
30% of the copper was collected in the strongly oxidized state as metal. Nearly the tolatity of the tin had formed a copper stannate slag, with a high melting point, which partly swam over the copper, but which also thickly covered the inner wall of the converter. , by forming on the latter a second coating to the interior covering.
A charge equal to that just described was prepared in the same way, with the difference, however, that in the second case 150 kilograms of coke were left in the converter. In contrast to the coke-free feed, thick white clouds of tin oxide came out in this second pile, immediately after the start of the blowing, the opening of the converter, and this lasted about 20 minutes.
After tilting the converter it was shown that 50% of the copper had been collected in metallic form and the converter coating was completely bare or clean, so there was no stannate slag overlap. While in the first case almost all of the tin remained in the converter as a stanate, in the second case it could be intercepted outside the converter as free white oxide fume. As a disadvantage, it must have been observed in the second case, that the zone of the nozzles of the coating or masonry, had suffered greatly, to the point that it would hardly have supported subsequent loads.
The method described in the following is based on the experiments drawn from the two aforementioned observations. In accordance with this process forming the subject of the present invention, the bath is maintained during the blowing, covered with a layer of combustible material so as to cause a mixture as intimate as possible between molten material, combustible material and air, rotating
The process is carried out in an oven, / in which the nozzles @are arranged on one or both end faces so
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not to be continuously in contact with the hot bath because :, during rotation, they are always out of the bath and can cool above the latter.
The accompanying drawings show by way of example two embodiments of a furnace serving to achieve the object of the present invention.
Figures 1 and 2 show a longitudinal section and a cross section in a first embodiment of this oven. Figures 3, 4 and 5 show details thereof. By a is designated the actual furnace, rotating through 360 in lesdeux directions and lined with a refractory lining. The drawing shows 20 nozzles b, each with a nozzle box c, the latter each being connected by means of a metal tube or pipe e to the annular wrought iron air supply duct d. This main air supply duct d is subdivided by partitions f into separate sealed compartments corresponding to the nozzle boxes c. The outward tightness is obtained by means of an annular plate g clamped in a stuffing box.
While the annular duct d rotates with the furnace, the annular plate g remains stationary by being fixed to the air supply tube h.
The latter opens into a sector-shaped wind box i, which is also attached to g. In gl the annular plate g is provided with openings which extend over the entire length of the wind box 1. Thanks to such an arrangement, the wind coming from the compressor can pass only through the nozzles which plunge into the metal bath. other nozzles are closed by the annular plate g. Two oil burners k are provided as additional heating means: to allow the temperature to be raised if necessary. The outlet channel 1 adapts as closely as possible to the free opening remaining in the end wall of the oven, this channel as well as the burners being fixed relative to the rotary oven.
Figures 6 and 7 show a second embodiment
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furnace, whereby the nozzles, instead of having a circular arrangement, are arranged, in two parallel rows, single or multiple, on the lower side and on the upper side of one of the end openings of the furnace. oven. By virtue of this arrangement it is possible to immerse only one of the said rows of nozzles each time, while the other in the upper position can cool down during this time.
At fixed time intervals the furnace is rotated 180, so that each row of nozzles can be subjected to cooling for a certain time. In this mode of execution the wind supply pipe must be decoupled in m and connected at each turn, so that the wind always passes only through the lower row of nozzles.
As the furnace is fitted with one of the wind supply devices just described, the load is treated as follows:
The materials are melted in the furnace by means of the burner located below the gas outlet channel. During this phase, care must be taken not to melt a quantity of metal whose level rises only to the lower edge of the nozzle openings (in the example of Figures 1 to 5 to the lower edge of the nozzle. lowest nozzle), since otherwise the nozzles, before being passed through by the compressed air, would be filled with molten material. As soon as the level of the bath has risen to the nozzle openings, compressed air is admitted, and now the contents of the furnace can be increased by continuing to charge the latter with solids.
The surface of the bath is simultaneously covered with coke, or similar lumpy combustible material, so that the combustible material layer forms a seamless blanket on the surface of the bath. As the fuel is consumed, more must be added. As soon as all the volatile components are removed from the metal bath, the latter can be poured in the known manner through an opening provided in the
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periphery of the oven.
If it is a question of treating by blowing das combinations of sulfur, - copper mattes, - which do not contain volatile components to be recovered, it is naturally not necessary to cover the bath with a reducing layer of fuel. But in the case of mixed sulfur combinations, such as copper mattes containing lead, the volatilization of lead, = ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ is considerably favored by the use of a layer of combustible material.
By the embodiments of the present invention, just described, it is not only possible to avoid the disadvantage of deterioration of the masonry in the zone of the nozzles, mentioned above in the description of the second test, but also to carry out the work very cleanly and obtain excellent performance.
The yield indicated above for the second run should be considered only as an example, which can of course be greatly exceeded by means of the new process which is the object of the present invention.
CLAIMS.
I) A process for the separation of volatile metals from non-volatile metals by blowing air, '- characterized in that during the blowing the bath is kept covered with a layer or cover of combustible material as required. ., to cause a mixture as intimate as possible between molten material, combustible material and air.