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Procédé et dispositif pour la fabrication du blanc de zinc.
L'invention a pour objet un procédé et un dispositif pour la fabrication du blanc de zinc,à partir de matières premières métallique s.
Bien qu'il ait pour point de départ des matières premières coûteuses (le zinc métallique ou les alliages de zinc) compara tivement au procédé direct, qui, en une opération unique, réduit le zinc à partif du minerai et le regrille aussitôt, le procédé dit indirect pour la fabrication d.u blanc de zinc a cependant pu s'imposer, car le produit qu'il fournit, pour toute une série de propriétés de la plus grande importance dans ses emplois comme colorant, et comme agent de vulcanisation, ne peut pas é'tre égalé par les produits obtenus en traitant le minerai de zinc.
Le procédé indirect doit toutefois être conduit de manière à restreindre les frais d'exploitation le plus possible, afin de ne pas augmenter encore l'avantage économique du procédé direct
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en ce qui concerne la matière première, et l'on a déjà entrepris de nombreuses recherches pour la rationalisation du procédé indirect.
Jusqu'à une époque très récente, le zinc était uniquement distillé dans des moufles, ce qui, par suite de la discontinuité de la marche et de l'usure des moufles, entrainait de grosses' dépenses et une consommation élevée de combustible. L'applica - tion de fours à chauffage direct a également fait l'objet de nombreuses tentatives, elle a constamment causé des mécomptes au point de vue de la qualité du produit, On a proposé, par exemple, de diriger sur le bain de zinc une flamme de mazout, ce qui permettait de réaliser d'autres avantages en donnant un mouvement au bain de zinc. En tout cas, le produit obtenu n'est pas blanc, mais il présente une teinte grise et ne peut prendre une couleur blanche que par un grillage supplémentaire.
Ce réchauffage entraine, d'autre part, des inconvénients,qui ré duisent, à de nombreux points de vue, les possibilités d'utili - sation du produit.
Parmi d'autres procédés qui ont déjé été proposés, ceux dans lesquels la plus grande partie du zinc est traitée dans le four lui-même, soit par soufflage d'air à la manière d'un traitement au convertisseur, soit en faisant passer au-dessus de lui des gaz de la combustion, bien qu'ils présentent des avantages d'économie de chaleur, ne fournissent jamais, au point de vue de la qualité, des produits comparables à ceux obtenus dans les moufles, car un léger jaunissement de l'oxyde de zinc ne peut pas être évité.
On peut attribuer ces résultats aux circonstances suivantes: on sait que l'oxyde de zinc ZnO se colore enjaune sous l'influ- ence de la chaleur, mais redevient blanc par refroidissement.
Jusqu'à des températures d'environ 8000 C ,la durée du chauffage ne joue pas de rôle important. Mais si le ZnO a été chauffé à des températures très élevées, on ne peut pas faire disparaître
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même après refroidissement, sa couleurjaune, chose que l'on ignorait jusqu'ici, dans la conduite de la fabrication du blanc 'de zinc.
En raison du grand dégagement de chaleur auquel donnent lieu les réactions zn # O = ZnO et Zn # Co2 = Zno # 00, 1$ oxyde formé est tout d'abord exposé à une température très élevée, qui . subit toutefois, dans les procédés au moufle, un abaissement inatantané et considérable, par l'effet des gaz oxydants en excès ; il en est tout autrement dans les fours à chauffage direct.
Dans ces derniers, le ZnO formé dans la partie initiale du four s'étend sur toute la surface supérieure du bain métal - lique, le long de laquelle de nouvelles combustions ont constam- ment lieu, si bien que la température élevée, suivant la cons - truction du four, se maintient plus ou moins longtemps avant qu'un refroidissement puisse avoir lieu. Même lorsqu'on dispose de très bons dispositifs d'aspiration, des fractions de seconde suffisent encore pour provoquer un jaunissement permanent du produit.
De plus, dans ce procédé, l'économie réalisée sur le combustible est plus que compensée par des phénomènes bien plus défavorables, car, dans tous ces cas, on ne peut pas éviter une plus grande production de cendre, due à l'action directe des gaz oxydantssur le zinc fondu.
Il en résulte la nécessité de ne brûler les vapeurs de zinc que lorsqu'elles n'ont plus aucun rapport avec le bain de zinc, comme cela a lieu dans les procédés par moufles. Mais ici se présente une difficulté qui n'a pas été résolue de façon satis - faisante, et qui empêchait les procédés utilisant des fours à chauffage direct de se montrer égaux sous tous les rapports aux procédés à moufles.
Conformément à l'invention, cette difficulté est éliminée et l'on obtient, dans les fours chauffés directement, un produit de valeur absolument équivalente au blanc de zinc fourni par des
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procédés à moufles, grâce à ce que la vaporisation du zinc est réalisée au moyen des gaz ou de vapeurs qui exercent directement leur effet sur le bain de zinc en fusion, mais ne contiennent aucun constituant capable d'attaquer ou d'oxyder le zinc.
On emploie de préférence, pour la vaporisation du zinc, les gaz chauds provenant d'un foyer convenable (générateur, foyer à grille, brûleur à huile ) et qui, avant d'être amenés en contact avec le bain de zinc, sont purifiés d'une manière telle, que chaque élément pouvant attaquer ou oxyder le zinc, avant tout 02 et 002, soit éliminé ; cela peut être par exemple obtenu par le passage de ce gaz à travers une substance réductrice, par exemple une couche de coke porté au rouge. De tels gaz purifiés peuvent être non seulement amenés sur la surface su périeure du bain, mais encore à travers la masse de ce dernier, ce qui permet de réaliser une très bonne utilisation de la chaleur, sans craindre les productions de cendre, qui étaient iné - vitablee avec les gaz normaux.
La mise en application de ce procédé est réalisée de la façon suivante : la vaporisation du zinc fondu a lieu dans une chambre, et le grillage des vapeurs formées dans une autre chambre, où est introduit le gaz nécessaire à la combustion,par exemple l'air. Lorsqu'on utilise un foyer à coke, celui-ci peut servir en même temps comme filtre pour les gaz, la matière pre mière étant disposée sur la couche de coke du foyer elle-même et vaporisée sur ce foyer
Au lieu de la couche de coke incandescent à travers la - quelle sont conduits les gaz, le bain de zinc peut être maintenu recouvert de charbon ou de coke. Cette couche superficielle ré- duit à nouveau les gaz, avant qu'ils viennent directement en contact avec le zinc fondu.
Comme la réduction endothermique des gaz, en cas de travail mal dirigé, pourrait entraîner un refroidissement trop fort, rendant inévitable un ralentissement de la vaporisation du zinc,
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il est recommandable d'opérer, dès le générateur de gaz, de
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Lolo tl'l1.1i'li6l'l:1 qu'il s'en dégaége dcc l'oxyda dc carbone en prépon- dérance. L'élimination des petits résidus de C02 et de 02 n'a plus alors qu'une influence insignifiante sur la température des gaz chauds.
On peut obtenir une diminution des frais de production par l'augmentation de la quantité des gaz de passage.
Comme la vitesse de vaporisation du bain de métal croît proportionnellement à la surface, on peut développer cette der nière et augmenter la capacité de production du four, en donnant un mouvement approprié au bain de zinc, d'une manière continue ou intermittente. Les fours rotatifs, connus en eux-mêmes, se sont montrés particulièrement appropriés à l'obtention de ce résultat.
Le procédé qui vient d'être décrit permet également de réaliser des économies de combustible, en utilisant pour la fusion du zinc la chaleur dégagée par la combustion des vapeurs de zinc, le dispositif de fusion de zinc étant directement ap pliqué sur la chambre de combustion, ce qui permet d'atteindre une très bonne transmission de chaleur. Cet agencement écarte tout danger, pouvant résulter de la fusion directe du zinc dans l'atmosphère oxydante de la chambre de combustion, de calcina - tion ou d. e souillure du blanc de zinc formé.
On trouve au procédé cet autre avantage, que les éléments accessoires que comporte le métal traité pour sa teneur en zinc, et qui, par d'autres traitements seraient également oxydés,pour rester dans la cendre de zinc et perdre ainsi toute valeur,res- tent dans le four, grâce au nouveau procédé, sous forme métal - lique comme sous-produit de valeur ; ces éléments peuvent en être extraits d'une manière appropriée, puis ensuite traités convenablement.
On a représenté au dessin, à titre d'exemple, deux dispo - sitifs permettant la mise en pratique du nouveau procédé, en coupe verticale.
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A la figure 1, on a représenté un foyer à coke qui montre une charge de coke 3 reposant sur la grille 2, à l'intérieur de la cuve 1. L'extrémité supérieure de la cuve 1 présente des orifices de passage pour l'air 4 dont la section droite peut être réglée par un registre ou appareil quelconque 5. La chambre de vaporisation 8 , formée par un tambour rotatif 10 monté sur des galets 9 et contenant le bain de zinc 7, se branche sur l'ouverture latérale 6 dela cuve, Les galets 9 sont commandés, par exemple, par une transmission par vis sans fin 11. Du côté du tambour voisin de la. cuve, est ménagée une chambre 12 remplie d'une couche de coke.
- Une enveloppe 14, qui forme la chambre de combustion 13, présente des orifices d'entrée d'air 15, ainsi qu'un canal 16 qui conduit à un système d'aspiration (non représenté Ce système sert à propulser l'air, par l'orifice 4, la couche de coke de la chambre 12, la chambre de vaporisation 8 et la chambre de combustion 13, dans le sens indiqué par les flèches.
En 17 a lieu l'alimentation en matière première ; celle-ci arrive dans le bain 7 par le canal légèrement incliné 18. Les gaz de combustion venant du foyer sont réduits par la couche de coke contenue dans la chambre 12, et provoquent la vaporisa tion du bain 7, mis en mouvement par la roi,n.tion du tambour ro tatif 10. Les vapeurs de zinc sont entraînées dans la chambre de combustion 13 et y sont brûléespar l'air aspiré en 15. Le mélange d'air et de gaz va, par le canal, dans une installation courante de concentration ou de condensation supplémentaire,où le blanc de zinc obtenu se sépare. La chaleur de réaction déve - loppée dans la chambre de combustion 13 réchauffe également le canal 18, si bien que la matière commence déjà à fondre dans ce dernier.
Dans le dispositif conforme à la figure 2, le coke ne remplit que la partie inférieure de la cuve 1',. qui, dans ce cas, est fermée à son extrémité supérieure. Le canal de chargement
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18', débouche au-dessus de la charge de coke 3' , dé sorte que le zinc fondu dans le canal 18' s'écoule sur le coke et est vaporisé sur celui-ci. La cuve du foyer l' forme alors, en même temps, à sa partie supérieure, ainsi, la chambre de vaporisation 8', d'où les vapeurs de zinc passent directement à la chambre de combustion 13'. La réduction des gaz est produite, dans ce mode de réalisation, par le coke du foyer lui-même, tandis que l'air est aspiré par l'orifice inférieur 4' à travers la charge de coke 3'. Le mode de fonctionnement du dispositif est ensuite le même que celui de l'exemple décrit plus haut.
Comme variante partiello de la forme do réalisation de la fig.1, la réduction des gaz et vapeurs déterminant la vaporisation du bain de zinc peut également se réaliser en enlevant à ces gaz et vapeurs, avant leur action sur le bain de zinc,leur capacité de réaction sur le zinc, et ce, par un traitement d'épuisement préalable avec vapeur de zinc.
L'avantage réalisé par cette variante est multiple. D'une part, les gaz chauds sont purifiés, de manière particulièrement sure et complète, de tous composants susceptibles de réagir avec le zinc lors de l'action des gaz sur le bain de zinc, et d'oxyder ce zinc. D'autre part, on réussit par ce moyen à transformer de manière particulièrement simple et efficace, en blanc de zinc, les résidus contenant du zinc, résidus qui, s'ils sont même en très faible quantité, sont toujours présents dans la mise en oeuvre du procédé.
Enfin, la transformation en blanc de zinc de ces résidus se réalise de la manière'la plus économique que l'on puisse imaginer, principalement au point de vue thermique, sans aucune consommation de combustible, car la quantité de chaleur employée à la réduction des résidus conte nant du zinc est libérée à nouveau lors de la combustion subsé- quente des vapeurs de zinc, se répartit dans les gaz chauds et rentre ainsi sans perte en action pour la transformation en blanc de zinc des résidus.
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Les dispositifs permettant la mise en oeuvre de cette variante peuvent être de divers types. Dans une des formes de réalisation le plus convenable, les résidus contenant du zinc sont amenés, ensemble avec le combustible, dans le générateur ; les résidus à teneur de zinc sont réduits de la manière connue et le zinc qui se vaporise réduit à son tour les gaz chauds d'une manière particulièrement complète. Suivant une autre forme de réalisation, il est construit dans le générateur de gaz chauds un dispositif servant à la réception des résidus à teneur de zinc mélangés à du charbon de réduction, ce dispositif pouvant être par exemple un creuset ou une cornue de graphite ; la vapeur de zinc qui se dégage se réunit aux gaz chauds du foyer en réagissant avec ceux-ci de la façon indiquée précédemment.