<Desc/Clms Page number 1>
" PROCEDE POUR LA REALISATION DE REACTIONS ENDO- THERMIQUES " @ La présente invention concerne l'obtention, en partant de matières premières brutes, de métaux volatils , notamment du zinc.
Elle est caractérisée par l'application de chaleur à peu près exclusivement par radiation , ce qui a pour ré- sultat d'éviter les inconvénients des procédés antérieurs.
Son principe sera facile à comprendre en se référant à son application spécifique au traitement du zinc, et les dessins annexés représentent un four de fusion destiné à la produc- tion du zinc. Après avoir décrit ce four particulier, on
<Desc/Clms Page number 2>
expliquera, en indiquant certains procédés préférés, celui suivant l'invention.
Sur ces dessins :
La fig. 1 est une vue en plan du four.
La fig. 2 en est une coupe radiale à plus grande échelle.
,La fig. 3 est une vue en élévation intérieure, avec parties en arrachement, montrant les dispositifs de chargement et de déchargement.
La fig. 4 est une vue partielle, en élévation de côté, avec parties en arrachement.
La fig. 5 est une vue partielle extérieure en élévation de côté.
La fig. 6 est une coupe suivant la ligne 6-6 de la fig. 2.
La fig. 2, à laquelle on se réfère en premier lieu, montre un four comportant des parois latérales 7 et 9 et un plafond 11 en maçonnerie appropriée. Ce four parti- culier peut être, si on le désire, à fonctionnement continu et peut, en conséquence, avoir la forme annulaire représen- tée sur la fig. 1, une chambre 13 complétant l'anneau ; elle n'est pas chauffée mais constitue un logement pour le mécanisme de chargement et de déchargement décrit plus loin.
Sur la fig. 2, la chambre du four formée par les parois 7 et 9 et le plafond 11, peut être divisée par une cloison horizontale 15 , à haute conductibilité thermique, représentée sur cette fig. 2, ainsi que sur la fig. 6, comme étant constituée par des plaques 17 en carbure de silicium, ou substance analogue, retenues par des supports 19 en forme de poutre, qui peuvent être en briques de silice ap- propriées. La cloison 15 et le plafond 11, avec des parois d'extrémité 20 (fig.3), délimitent une chambre de combus- tion dans laquelle on brûle des gaz pour faire rayonner de
<Desc/Clms Page number 3>
la chaleur à travers la cloison 15. Un mélange de gaz combustible et d'air y pénètre par les lumières 21. Ce gaz arrive par les tuyaux 23.
L'air comburant peut être refoulé par un ventilateur 25 (fig. 3), par l'intermédiaire des conduits 27 disposés de part et d'autre du four, dans des montants creux 29 qui l'envoient dans la chambre de combustion. La cheminée 30 évacue les produits de la combustion.
On peut ménager un accès à la cloison 15 (fig. 5) en disposant dans la paroi 9 des arceaux 31 qui permettent de retirer à volonté les briques se trouvant en arrière de cette paroi. Des briques amovibles 33 permettent la surveillance.
La chaleur rayonnée par la cloison 15 est reçue par la matière traitée placée sur une sole appropriée 35, en matière réfractaire, disposée en face de cette cloison, la sole et la cloison constituant les parois d'une chambre de réaction. Dans le cas présent, la sole 35 est'annulaire et peut être en briques de silice appropriées montées sur des plaques métalliques 37 supportées elles-mêmes par des chariots 39 roulant sur les rails circulaires 41. Une crémaillère annulaire 43, solidaire des essieux fixes des chariots, est attaquée (fig. 3) par un pignon 45 entraîné, par l'intermédiaire d'un train d'engrenages approprié, par un moteur électrique 47 faisant tourner la sole en dessous de l'arceau. Une fosse appropriée 49, disposée entre les voies, permet d'accéder aux chariots et aux autres mécanismes.
Des moyens convenables servent à obturer la chambre de réaction dans laquelle des parois de retenue 51, disposées auprès des parois latérales de la chambre de 'combustion, forment des récipients renfermant une masse de sable 53 dans laquelle plongent des tabliers d'obturation 55 constitués par des plaques, de préférence en ferro-chrome,
<Desc/Clms Page number 4>
descendant des côtés de la sole 35.
Sur les fig. 1 et 3, vis-à-vis de la sole, à la solution de continuité de la chambre de combustion en partie annulaire, et logé dans la chambre non chauffée 13 mentionnée plus haut, se trouve un dispositif amenant la matière à traiter sur la sole 35 et en évacuant les résidus. On peut considérer que la sole 35 se meut, sur la fig. 3, de la gauche vers la droite. Dans le cas présent, cette sole est chargée de matières granuleuses non agglomé- rées et non compactes. Vis-à-vis de la sole est placée une trémie 57 qui peut être pourvue d'un dispositif 59 faisant que cette trémie assure l'alimentation de manière positive.
Une plaque de réglage 61 , placée au-dessus du haut de la sole 35 entre des plaques latérales 63, peut être soulevée ou abaissée au moyen de la crémaillère 65 à laquelle elle est reliée et qui est entraînée par un pignon 66 commandé, par chaîne, par un volant 67 ; plaque détermine la hauteur ou épaisseur de la couche de matière fournie à la sole. La matière entassée par la trémie en avant de la plaque de réglage, sert à obturer l'extrémité entrée de la chambre de combustion. Pour évacuer la matière de la sole 35 au fur et à mesure qu'elle sort de la chambre de combustion, on peut prévoir un râcloir 69 que l'on fait monter ou descendre au moyen d'arbres filetés 71 reliés l'un à l'autre par des engrenages.
Ce râcloir peut servir à nettoyer la sole après sa sortie du dessous de la paroi rayonnant la chaleur et avant qu'elle ne pénètre à nouveau dans la chambre de combustion. Les résidus enlevés par le râcloir peuvent tomber dans les trémies 73 (fig. 1) et être évacués par le transporteur à courroie 75.
Les produits volatils de la chambre de réaction
<Desc/Clms Page number 5>
peuvent être extraits de cette dernière (fig. 2) par les ouvertures 77. Dans le cas présent, ces produits volatils contiennent des vapeurs de zinc qui peuvent être condensées dans des condenseurs constitués par les séries annulaires supérieure et inférieure de plaques 79 et 81 en saillie sur la paroi latérale 9, la chambre de condensation existant entre ces plaques étant pourvue de chicanes appropriées 83. La plaque inférieure 81 est , comme représenté, inclinée vers l'intérieur et vers le bas de façon que le métal con- densé s'écoule vers l'intérieur (fig. 4) soit dans l'un des pots collecteurs 85 disposés à intervalles autour de la paroi du four, soit dans un canal incliné 87 de l'un des blocs 89 et qui conduit au pot collecteur 85.
Des portes appropriées 91 permettent de retirer, à intervalles conve- nables, le métal recueilli dans les pots 85.
Du fait que la disposition annulaire du four représenté permet le fonctionnement continu, on comprendra plus facilement la portée la plus compréhensible de la présente invention si l'on décrit d'abord le mode opératoire de ce four particulier. On fait tourner la sole 35 lente- ment et de manière continue pendant que la trémie 57 y dépose une couche mince, de préférence sous forme pulvéru- lente, non compacte, d'un mélange de minerai de zinc grillé (oxyde de zinc brut) et de substance réductrice, d'environ 12 m/m d'épaisseur, ou de préférence beaucoup plus faible, et, au fur et à mesure que la sole ainsi chargée tourne en dessous de la paroi rayonnante 15, le métal distille.
La chaleur rayonnante a une action sur la surface exposée de la charge sur laquelle elle frappe, surface qui se renou- velle dans une certaine mesure au cours de la réaction ; dans une couche de l'épaisseur indiquée plus haut, cette chaleur a une action par conduction à travers toute cette
<Desc/Clms Page number 6>
couche, tout au moins pendant que le traitement continue, au point que l'on obtient un rendement thermique sensi- blement constant, la production des vapeurs se faisant à une vitesse sensiblement constante et la courbe de production , ainsi qu'on doit s'y attendre, tombant brus- quement vers la fin du traitement lorsque l'on a obtenu un rendement industriel en métal à peu près complet.
Il n'existe pas, près de la paroi d'un four chargé, une accu- mulation de résidus et (ou) de combustible en excédent, de nature à constituer un empêchement sérieux à la transmis- sion de la chaleur et à causer une diminution sensible dans le rendement. On se trouve habituellement en présence de cadmium qui se sépare le premier. Comme il existe un cer- tain nombre de pots collecteurs, la séparation sélective du cadmium se trouve ainsi obtenue.
La rotation étant ter- minée, tous les résidus restant sur la sole peuvent être enlevés par le râcloir 69. A titre de variante, ce râcloir peut être actionné, de manière intermittente, seulement après que la sole a décrit un certain nomhre de tours com- plets, des couches successives de matières à traiter étant déposées chacune sur les résidus de la couche présente, et une couche mince fraîche se trouvant toujours exposée à l'action de la paroi rayonnant la chaleur. Les résidus peu- vent alors s'accumuler en quantités importantes et être enlevés.
La rotation de la sole a été indiquée comme continue et lente, mais il est évident que l'on peut faire tourner cette sole rapidement pour la charger et l'arrêter pour la maintenir au même point avec sa charge en présence de la paroi rayonnant de la chaleur, aussi longtemps qu'il est nécessaire ou désiré pour que la réaction s'effectue. Lors- que l'on mélange une substance réductrice solide à l'oxyde brut, il y a avantage, afin d'éviter l'effet calorifuge de
<Desc/Clms Page number 7>
l'excès de substance, d'utiliser dans des proportions sensiblement théoriques cette substance qui, de plus, doit être aussi pauvre en cendres que possible. Par exemple, le coke de pétrole est utilisable industrielle- ment et contient peu de cendres.
Dans ce cas, le mélange disparaît à peu près complètement en présentant des sur- faces fraîches à la chaleur rayonnante, sans accumulation sensible de cendres et de scories constituant une couche calorifuge. On peut, en conséquence déposer sur la sole, faire avancer dans le four et traiter une couche d'oxyde brut et de substance réductrice de forte épaisseur, par exemple d'environ 100 m/m ; substance disparaissant à peu près complètement, les couches successives sont soumises efficacement à la chaleur rayonnante sans que l'on ait à compter sur la conduction de la chaleur à travers la couche épaisse au début.
On croit que cette disparition de la substance peut, dans certains cas, être facilitée par la scorification des constituants inertes de l'oxyde brut utilisé, la scorie produite s'écoulant à travers le minerai non réduit pour arriver au bas de la couche. Cette conception est basée sur la nature des produits résiduels.
Bien que cette scorie puisse absorber une certaine quantité de zinc qui ne peut pas être récupérée directement au cours de l'opération, la disparition des matières inertes de sur l'oxyde de zinc non réduit et le carbone, de sorte que ces matières ne gênent pas le rayonnement de la chaleur sur la masse permet l'emploi de couches plus épaisses.
Lorsque l'on traite de la "poudre bleue" qui ne renferme pas de gangue et qui ne nécessite que très peu de carbone pour sa réduction, on peut donner à la couche une épaisseur d'environ 300 m/m ou même davantage.
<Desc/Clms Page number 8>
Dans les procédés antérieurs de production du zinc, on mettait l'oxyde brut et les matières réductrices, dans des cornues chauffées de l'extérieur. La chaleur arrivait au mélange par conduction. Ces procédés sont lents et d'un mauvais rendement. Il est évident que le traitement du milieu de la charge, comparé à celui des parties en contact avec les parois,présentait une forte perte dans le rendement thermique. Dans le traitement de matières finement divisées afin de donner à la charge la porosité nécessaire pour permettre la pénétration de la chaleur, on utilisait un excès de combustible calorifuge en soi et souillant les résidus de manière inacceptable.
En certains cas, les charges ont été mises sous forme de briquettes mais on s'est trouvé dans les mêmes conditions de conduction insuffisante jusqu'au milieu des briquettes, tandis que le fait que ces dernières gardaient leur forme empêchait la chaleur de pénétrer à l'intérieur. Dans le dispositif suivant l'invention, l'application de la chaleur se fait à peu près exclusivement par radiation, sur une charge disposée de façon à permettre de traiter une grande surface de matière avec un rendement thermique sensiblement constant. On sépare ainsi rapidement et complètement les constituants métalliques. Le mécanisme est simple et les frais de main-d'oeuvre sont peu élevés.
<Desc / Clms Page number 1>
"PROCESS FOR CARRYING OUT ENDOTHERMAL REACTIONS" @ The present invention relates to obtaining, starting from raw raw materials, volatile metals, in particular zinc.
It is characterized by the application of heat almost exclusively by radiation, which has the result of avoiding the drawbacks of the prior methods.
Its principle will be readily understood by reference to its specific application to the processing of zinc, and the accompanying drawings show a melting furnace for the production of zinc. After having described this particular oven, we
<Desc / Clms Page number 2>
will explain, indicating certain preferred methods, that according to the invention.
On these drawings:
Fig. 1 is a plan view of the furnace.
Fig. 2 is a radial section on a larger scale.
, Fig. 3 is an interior elevational view, with parts broken away, showing the loading and unloading devices.
Fig. 4 is a partial view, in side elevation, with parts broken away.
Fig. 5 is a partial exterior side elevation view.
Fig. 6 is a section taken along line 6-6 of FIG. 2.
Fig. 2, to which reference is made first, shows an oven having side walls 7 and 9 and a ceiling 11 of suitable masonry. This particular furnace may, if desired, be continuously operated and may therefore have the annular shape shown in FIG. 1, a chamber 13 completing the ring; it is not heated but constitutes a housing for the loading and unloading mechanism described later.
In fig. 2, the oven chamber formed by the walls 7 and 9 and the ceiling 11, can be divided by a horizontal partition 15, with high thermal conductivity, shown in this FIG. 2, as well as in FIG. 6, as being constituted by plates 17 of silicon carbide, or the like, retained by supports 19 in the form of a beam, which may be of suitable silica bricks. The partition 15 and the ceiling 11, with end walls 20 (fig. 3), delimit a combustion chamber in which gases are burned to radiate heat.
<Desc / Clms Page number 3>
heat through partition 15. A mixture of combustible gas and air enters it through ports 21. This gas enters through pipes 23.
The combustion air can be delivered by a fan 25 (FIG. 3), via the ducts 27 arranged on either side of the furnace, in hollow uprights 29 which send it into the combustion chamber. The chimney 30 removes the products of combustion.
Access to the partition 15 (FIG. 5) can be provided by placing arches 31 in the wall 9 which make it possible to remove at will the bricks located behind this wall. Removable bricks 33 allow surveillance.
The heat radiated by the partition 15 is received by the treated material placed on a suitable hearth 35, made of refractory material, placed in front of this partition, the sole and the partition constituting the walls of a reaction chamber. In the present case, the sole 35 is annular and can be of suitable silica bricks mounted on metal plates 37 themselves supported by carriages 39 rolling on the circular rails 41. An annular rack 43, integral with the fixed axles of the carriages, is attacked (FIG. 3) by a pinion 45 driven, via a suitable gear train, by an electric motor 47 rotating the sole below the arch. A suitable pit 49, arranged between the tracks, provides access to the carriages and other mechanisms.
Suitable means serve to seal the reaction chamber in which retaining walls 51, disposed near the side walls of the combustion chamber, form receptacles enclosing a mass of sand 53 in which are immersed shutter aprons 55 constituted by plates, preferably ferro-chrome,
<Desc / Clms Page number 4>
descending from sides of sole 35.
In fig. 1 and 3, facing the hearth, to the solution of continuity of the partly annular combustion chamber, and housed in the unheated chamber 13 mentioned above, is a device bringing the material to be treated on the sole 35 and removing the residues. It can be considered that the sole 35 is moving, in FIG. 3, from left to right. In the present case, this hearth is loaded with non-agglomerated and non-compact granular materials. Vis-à-vis the sole is placed a hopper 57 which can be provided with a device 59 causing this hopper to ensure the feed in a positive manner.
An adjustment plate 61, placed above the top of the sole 35 between side plates 63, can be raised or lowered by means of the rack 65 to which it is connected and which is driven by a pinion 66 controlled, by chain. , by a steering wheel 67; plate determines the height or thickness of the layer of material supplied to the hearth. The material piled up by the hopper in front of the adjustment plate serves to seal the inlet end of the combustion chamber. To remove the material from the sole 35 as it leaves the combustion chamber, a scraper 69 can be provided which is raised or lowered by means of threaded shafts 71 connected to one another. 'other by gears.
This scraper can be used to clean the hearth after it comes out of the underside of the heat radiating wall and before it re-enters the combustion chamber. The residue removed by the scraper can fall into the hoppers 73 (fig. 1) and be discharged by the conveyor belt 75.
The volatile products of the reaction chamber
<Desc / Clms Page number 5>
can be extracted from the latter (fig. 2) through the openings 77. In the present case, these volatile products contain zinc vapors which can be condensed in condensers formed by the upper and lower annular series of plates 79 and 81 in projection on the side wall 9, the condensation chamber existing between these plates being provided with suitable baffles 83. The lower plate 81 is, as shown, inclined inward and downward so that the condensed metal s' flows towards the interior (FIG. 4) either in one of the collecting pots 85 arranged at intervals around the wall of the furnace, or in an inclined channel 87 of one of the blocks 89 and which leads to the collecting pot 85.
Appropriate doors 91 allow the metal collected in the pots 85 to be removed at suitable intervals.
Because the annular arrangement of the oven shown allows continuous operation, the most understandable scope of the present invention will be more readily understood if the procedure for this particular oven is first described. The hearth is rotated slowly and continuously while hopper 57 deposits thereon a thin layer, preferably in powdered, non-compacted form, of a mixture of roasted zinc ore (crude zinc oxide). and of reducing substance, about 12 m / m thick, or preferably much less, and, as the hearth thus loaded rotates below the radiating wall 15, the metal distils.
Radiant heat has an action on the exposed surface of the charge on which it strikes, a surface which is renewed to some extent during the reaction; in a layer of the thickness indicated above, this heat has an action by conduction through all this
<Desc / Clms Page number 6>
layer, at least while the treatment continues, to the point that a substantially constant thermal efficiency is obtained, the production of the vapors taking place at a substantially constant rate and the production curve, as should be observed. to wait there, falling sharply towards the end of the treatment when an almost complete industrial yield of metal has been obtained.
There is no accumulation of residues and / or excess fuel near the wall of a loaded furnace, such as to constitute a serious impediment to the transmission of heat and cause noticeable decrease in yield. We are usually in the presence of cadmium, which separates first. As there are a certain number of collecting pots, the selective separation of cadmium is thus obtained.
With the rotation complete, any residue remaining on the hearth can be removed by scraper 69. Alternatively, this scraper can be operated, intermittently, only after the hearth has gone through a certain number of turns. - Plets, successive layers of materials to be treated each being deposited on the residues of the present layer, and a fresh thin layer always being exposed to the action of the heat radiating wall. Residues can then accumulate in large quantities and be removed.
The rotation of the hearth has been indicated as continuous and slow, but it is evident that one can rotate this hearth quickly to load it and stop it to keep it at the same point with its load in the presence of the radiating wall of the hearth. heat, as long as necessary or desired for the reaction to proceed. When mixing a solid reducing substance with the raw oxide, there is an advantage in order to avoid the heat insulating effect of
<Desc / Clms Page number 7>
the excess of substance, to use in appreciably theoretical proportions this substance which, moreover, must be as low in ash as possible. For example, petroleum coke can be used industrially and contains little ash.
In this case, the mixture disappears almost completely, presenting fresh surfaces to the radiant heat, without appreciable accumulation of ash and slag constituting a heat-insulating layer. It is therefore possible to deposit on the hearth, to advance in the furnace and to treat a layer of crude oxide and of reducing substance of great thickness, for example of about 100 m / m; As the substance disappears almost completely, successive layers are effectively subjected to radiant heat without having to rely on conduction of heat through the thick layer at the start.
It is believed that this disappearance of the substance may, in some cases, be facilitated by slagging the inert constituents of the raw oxide used, the slag produced flowing through the unreduced ore to reach the bottom of the bed. This design is based on the nature of the residual products.
Although this slag can absorb a certain amount of zinc which cannot be recovered directly during the operation, the disappearance of inert matter from unreduced zinc oxide and carbon, so that these materials do not interfere no heat radiation on the mass allows the use of thicker layers.
When dealing with "blue powder" which does not contain gangue and which requires very little carbon for its reduction, the layer can be made to a thickness of about 300 m / m or even more.
<Desc / Clms Page number 8>
In previous zinc production processes, the raw oxide and reducing materials were placed in retorts heated from the outside. The heat came to the mixture by conduction. These processes are slow and inefficient. It is evident that the treatment of the middle of the load, compared to that of the parts in contact with the walls, had a high loss in thermal efficiency. In the treatment of finely divided materials in order to give the filler the porosity necessary to allow the penetration of heat, an excess of fuel was used which was inherently heat insulating and soiling the residue unacceptably.
In some cases, the charges were put in the form of briquettes, but the same conditions of insufficient conduction were found up to the middle of the briquettes, while the fact that the latter kept their shape prevented the heat from entering the briquettes. inside. In the device according to the invention, the application of heat takes place almost exclusively by radiation, on a load arranged so as to make it possible to treat a large surface of material with a substantially constant thermal efficiency. The metal constituents are thus quickly and completely separated. The mechanism is simple and the labor costs are low.