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"PERFECTIONNEMENTS APPORTES A LA METALLURGIE THERMIQUE DU ZINC"
Dans la métallurgie thermique du zinc, la réoxydation des vapeurs de zinc qui se proauit parfois très rapidement, soit aux dépens ae l'anhydride carbonique, soit aux dépens de la vapeur d'eau, diminue le rendement en métal,d'uns manière fâcheuse.
Le réauctif solide (carbone) mêlé en excès à la blende grillée, sert notamment à empêcher cette oxydation par son action sur 002 ou H20 dans la charge, mais l'oxydation peut se reproauire lors du passage des vapeurs de la cornue au condenseur. Aussi, a-t-on proposé d'insérer entre le condenseur et la cornue productrice de zinc, divers dispositifs tendant à ménager un contact avec du carbone solide en dehors de la charge.
Il a été fait d'autre part appel à la circulation en
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cycle du gaz oxyde de carbone considéré comme agent fondamental de la réauction,où il se transforme en CO2.
Zn 0 + CO = Zn + CO2 (réaction réversible).
Le C02 se régénère dans le cycle par contact avec le carbone à haute température, selon la réaction connue:
C + CO2 = 2CO (réaction réversible).
Un tel cycle pratiqué dans des appareils étanches peut donc restituer sous forme utilisable de CO, tout le carbone de réduction, et il a été constaté que la vitesse de circulation du gaz réducteur (00 peut accélérer très sensiblement la réduction.
La présente invention permettra de réaliser dans la mé- thoae de circulation en cycle gazeux, une accélération de la réduction beaucoup plus marquée, une mise en oeuvre facile de la charge et une récolte aisée des divers produits et des résidus de réduction, ainsi qu'une utilisation très favorable de l'énergie employée. La présente invention ne suppose pas nécessairement l'emploi d'un cycle gazeux fermé, elle s'accor- de aussi dans son application à l'emploi d'un courant gazeux d'oxyde de carbone s'échappant librement à l'extrémité des organes de récolte du métal.
Le procédé, tout en supprimant l'usage des cornues et creusets réfractaires usuels chargés à la main et enlui substituant celui de creusets mobiles contenant la charge et manipulés mécaniquement, ne nécessite aucun alliage ou acier spécial pour la construction du four.
A titre d'exemple, l'objet de l'invention sera décrit ci-après en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels Fig. 1, 2 et 3 représentent en coupe transversale trois formes d'exécution d'un four permettant la réalisation
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du procéaé suivant l'invention.
Le four montré en Fig. 1 se compose d'une cuve en acier coulé ordinaire, isolée intérieurement par une couche fixe de réfractaire 5. Cet-ce couche délimite une chambre où existent trois régions : un logement 1 pour le creuset mobile à fond plat où se place la charge additionnée de réauctif solide; une résistance 2 chauffant sous l'action du courant;la chambre de condensation 5 du métal, caractérisée par une sec- tion notablement plus grande et un volume important. A la partie supérieure de cette chambre, une paroi réfractaire percée sur son pourtour d'orifices pour le passage des gaz et vapeurs, sert aussi d'écran thermique pour modérer la tempé- rature de la chambre de condensation; à l'intérieur de celles ci des chicanes favorisent le contact des gaz avec les parois.
Le haut du four peut se fermer à l'aide d'une pièce ré- fractaire 4 accrochée au couvercle métallique 6 qui peuvent se soulever solidairement par l'anneau 10 quand on veut in- troauire ou extraire dans le four ou du four le creuset 1.
Les prises de courant du résistor sont refroidies par l'eau à la manière habituelle.
Le creuset de réduction est fait de graphite ou d'un mélange de graphite et de produits réfractaires.
Les chicanes de la chambre 3, ainsi que les écrans qui les surmontent sont également en graphite ou réfractaire.
Le gaz réducteur entre par la tubulure 7, y est ou non préchauffé par un résistor auxiliaire 8, puis vient au contact de la face inférieure très chaude de la pièce 4 en ralentis- sant sa marche, vu la grande section réservée au creuset ; il pénètre donc déjà chaud dans la masse à réduire, en descendant @ à travers elle, sa température allant continuellement en
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croissant, puisqu'il approche de'la source chauffante 2. De cette façon, le mélange gazeux qui traverse le fond du creuset est aussi pauvre que possible en Ce'et aussi riche que possi- ble en zinc, car il s'est trouvé incessamment en présence de carbone libre, avec lequel CO2 réagit d'autant plus vite que la température est plus élevée.
Il ne peut donc y avoir ni rétrogradation de la réduction, ni réformation d'acide carbonique. Le courant descendant de gaz et vapeur se réchauf fe encore au passage du résistor et pénètre immédiatement dans les canaux également bien chauffés qui donnent accès à la charnu bre de condensation.Grâce à cette disposition, il a été possible d'éviter tout phénomène de bouchage par les mélanges d'oxyde de zinc et de zinc qui ont, dans d'autres dispositifs, donné de grosses difficultés.
Les gaz, une fois dans la chambre, ralentissent leur marche considérablement et l'on peut agir sur la température de la chambre de plusieurs façons : par l'épaisseur et la conductivité thermique des écrans i, par l'épaisseur de la paroi 5 autour et au fond de la chambre, par ses dimensions et par le volume de gaz qu'on y appelle à la température considérée.
En sortant au bas de l'appareil en 18, les gaz pénètrent dans une allonge de sûreté avec tampon de débouchage où peuvent se déposer des poussières de zinc ; nappe métallique fluide du condenseur peut être soutirée en 9. exemple : Dans un four à cuve de 70 cm. de diamètre et 70 cm. de haut, selon Fig. 1, chauffé au préalable à 11000, on introduit successivement 1 à 12 h. 45 puis à 15 h., deux charges de blende supergrillée à 60,6% Zn. de 2 Kilogs chacune, plus 700 grs. de graphite dans un creuset de graphite de 5 li- tres;6 de capacité.
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1ère charge sortie à 15 h. Réduction de 99,1% de zinc total. Les résidus contiennent encore 11,6 de Zn.
2 charge sortie à 17 h.15. Réauction de 98,1 % du zinc total. Les résidus contiennent encore 22,7 de Zn.
Teneur en gaz CO2 dans le premier quart d'heure atteint 2% pour 1 et 1,4 pour 2 et s'abaisse rapidement jusque 0,4- 0,6% en 1 et en 2. Le dégagement de 00 atteint 460 litres à l'heure au maximum pour la charge 1,415 litres pour la charge 2. Profondeur uniforme de la charge, environ 6 cm. au début.
Température finale 1100 .
La mesure du 00 montre que la réduction se réalise à raison de 75% du zinc total durant la première heure et demie.
L'appareil décrit en référence à la Fig. 1 permet donc d'obtenir dans un intervalle de temps très court, une réduction parfaite sans dépasser des températures de 1100 . La réduction se faisant en couches peu profondes de la charge, uniformément étalée au-dessus de la source de chaleur, l'uniformité de ré- duction y est complète ; lesvapeurs de zinc plus lourdes que le gaz sont facilement entraînée vers le bas et trouvent ainsi tres aisément la voie de la condensation.
Il est bon de faire observer que les chiffres ci-dessus aonnés sont obtenus avec du graphite Acheson comme réductif, c'est-à-dire avec un carbone sans cendre, mais moins apte à réagir avec l'anhydride carbonique que le réductif industriel, Comme l'indiquent toutes les recherches des auteurs. Il en résulte qu'avec le réductif industriel, le temps de la réduction peut encore être sensiblement abrégé.
L'uniformité très grande de la réduction dans toute la charge du creuset de "l'appareil montré en Fig. 1 (le volume de la charge, pendant laréduction diminue très considérablement et elle s'affaisse régulièrement dans le creuset), permet de
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réaliser les conditions de réduction analogue, avec un courant ascendant de gaz, comme montré en Fig. 2, le gaz réducteur passant cette fois à travers le résistor avant d'atteindre la charge.
Dans ce cas, la réaction progresse à partir du fond du creuset et le gaz très chaud apporte son excédent de chaleur dans les parties hautes de la charge. Le résistor 2' qui reçoit les gaz par le bas, transmet dans cette direction une part de sa chaleur à un amas 12 de carbone où länhydride carboni- que présent, est également ramené à l'état d'oxyde de carbone et la chaleur de condensation est cette fois reportée en 3' immédiatement au-dessus du creuset l' et est délimitée par des parois réfractaires de graphite et est calorifugée vers le haut.
Elle est amovible avec le couvercle, on peut donc, en ouvrant le four par l'anneau 10' pratiquér,ou bien l'introduction du creuset ou bien l'enlèvement du creuset, ou bien encore la coulée par l'orifice de coulée 11, par basculement du four, du zinc amassé dans le condenseur. De nouveau, les vapeurs de zinc sont emportées vers le condenseur amovible en un temps très court et la rétrogradation de la réduction peut être évitée. L'orifice de sortie des gaz du condenseur amovible vient se placer devant la tubulure 7 de sortie du four, raccordée elle aussi à une allonge de sûreté.
Exemple: Charge comme dans l'exemple 1, contenant 1212 gr. de zinc total.- Température entre 1100 1180 .- Réduction de la blende terminée en une heure 15 m.- Zinc restant dans le résidu: 12 gr. 27, soit 99,1% de réduction.- Teneur en zinc du résidu: 1,47%.
Le résidu est séparé magnétiquement en deux parties.
Partie magnétique : 1,49% de Zn - non magnétique: 1,44%.
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Dans les dispositifs précédents, l'expérience montre que la plus grande partie du zinc, environ 75% est déjà enlevée à la charge durant la première heure et demie (Ex. I) durant la première haute (Ex. II). Il en résulte que pendant une notable partie de la marche, les quantités de zinc qui peuvent parvenir au condenseur sont nécessairement réduites dans une large mesure. Cette condition très défavorable et qui existe aussi au maximum dans la métallurgie courante, a notamment pour conséquence d'empêcher la condensation du zinc à l'état liquide quand la concentration .des va- xxxxxxxxxxx peurs de zinc. devient trop faible; elle aboutit nécessairement à des pertes notables d'énergie.
Ces conséquences peuvent être évitées facilement grâce à la présente invention,par la mise en liaison, comme montré en Fig. 3, d'un four du type montré en Fig. 2, avec un four du type montré en Fig. 1. Le condenseur amovible du four suivant Fig. 2 doit être remplacé par un couvercle 4 analogue à celui du four suivant Fig. 1.
Ces deux fours sont accouplés par leur tubulure 7. Le four 1 fonctionne exactement comme il a été dit, le courant gazeux y étant descendant, mais sa chambre de condensation et son allonge servent de collecteurs communs pour le zinc des deux fours.
On charge d'abord le four 1 qui fonctionne comme il a été dit, avec la différence que le gaz réducteur a déjà traversé en montant le four II déjà chaud, mais encore dépourvu de charge et qui, par conséquent, sert de préchauffeur.
Au moment où la réduction de la charge en I est déjà avancée, on charge le four Il qui, à son tour, fournit du zinc en abon- dance, de cette façon et en faisant dans la suite alterner les
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charges en 1 et en II après des temps convenables, ie condenseur unique du four 1 reçoit continuellement une concentration de vapeur de zinc élevée, car une des deux charges est pauvre, l'autre est riche et du zinc vapeur parvient au condenseur commun en quantité notable, et le courant de gaz est constamment dirigé de II vers I.
Donc, en réglant la température du condenseur commun convenablement, on y fera régner un régime permanent de condensation. Cet accouplement qui conduit en même temps à une grande économie d'énergie et à une condensation régulière, pourra évidemment, sans s'écarter du domaine de l'invention, être étendu à un système comportant plus de deux fours à condenseurs communs disposés convenablement.
REVENDICATIONS.
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1 - Perfectionnement des méthodes de réduction de la blende grillée par l'oxyde de carbone gazeux en présence de carbone solide en excès, permettant à la fois d'accélérer considérablement la vitesse de réduction de la blende en faisant circuler à travers elle le courant de gaz réducteur chauffé à température suffisante pour que la concentration de l'acide carbonique n'atteigne au contact de la charge qu'une valeur très faible et que les vapeurs de zinc produites ne stationnent pas dans la charge et soient emportées immédiatement dans le condenseur, la couche de minerai à réduire étant partout la même et uniformément exposée à la source de chaleur.
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"IMPROVEMENTS TO THE THERMAL METALLURGY OF ZINC"
In thermal zinc metallurgy, the reoxidation of zinc vapors which sometimes occurs very quickly, either at the expense of carbon dioxide or at the expense of water vapor, decreases the metal yield, in an unfortunate manner. .
The solid reactant (carbon) mixed in excess with the roasted blende is used in particular to prevent this oxidation by its action on 002 or H20 in the load, but the oxidation can be repeated during the passage of the vapors from the retort to the condenser. Also, it has been proposed to insert between the condenser and the zinc-producing retort, various devices tending to provide contact with solid carbon outside the load.
On the other hand, traffic was used in
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cycle of carbon monoxide gas considered as a fundamental agent of the reaction, where it is transformed into CO2.
Zn 0 + CO = Zn + CO2 (reversible reaction).
C02 regenerates in the cycle by contact with carbon at high temperature, according to the known reaction:
C + CO2 = 2CO (reversible reaction).
Such a cycle, carried out in sealed devices, can therefore restore all the reduction carbon in usable form of CO, and it has been observed that the speed of circulation of the reducing gas (00 can very significantly accelerate the reduction.
The present invention will make it possible to achieve in the gas cycle circulation method a much more marked acceleration of the reduction, an easy implementation of the load and an easy harvest of the various products and of the reduction residues, as well as a very favorable use of the energy employed. The present invention does not necessarily presuppose the use of a closed gas cycle, it is also consistent in its application with the use of a gaseous stream of carbon monoxide escaping freely at the end of the tubes. metal harvesting bodies.
The process, while eliminating the use of conventional hand-loaded refractory retorts and crucibles and substituting for that of mobile crucibles containing the charge and mechanically handled, does not require any alloy or special steel for the construction of the furnace.
By way of example, the object of the invention will be described below with reference to the appended schematic drawings, in which FIG. 1, 2 and 3 show in cross section three embodiments of a furnace allowing the production
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of the procéaé according to the invention.
The oven shown in Fig. 1 consists of an ordinary cast steel tank, internally insulated by a fixed layer of refractory 5. This layer delimits a chamber where there are three regions: a housing 1 for the mobile crucible with a flat bottom where the added charge is placed. of solid reactive; a resistor 2 heating under the action of the current, the metal condensation chamber 5, characterized by a notably larger cross-section and a large volume. At the upper part of this chamber, a refractory wall pierced around its periphery with orifices for the passage of gases and vapors, also serves as a heat shield to moderate the temperature of the condensation chamber; inside these baffles promote contact of the gases with the walls.
The top of the furnace can be closed using a refractory part 4 attached to the metal cover 6 which can be lifted together by the ring 10 when it is desired to insert or extract the crucible into the furnace or from the furnace. 1.
The resistor sockets are water cooled in the usual way.
The reduction crucible is made of graphite or a mixture of graphite and refractories.
The baffles of chamber 3, as well as the screens which surmount them are also in graphite or refractory.
The reducing gas enters through the pipe 7, is preheated or not there by an auxiliary resistor 8, then comes into contact with the very hot underside of the part 4, slowing down its operation, given the large section reserved for the crucible; it therefore penetrates already hot in the mass to be reduced, while going down @ through it, its temperature going continuously in
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increasing, as it approaches the heating source 2. In this way, the gas mixture passing through the bottom of the crucible is as low as possible in Ce and as rich as possible in zinc, because it has been found. incessantly in the presence of free carbon, with which CO2 reacts all the faster the higher the temperature.
There can therefore be neither retrogradation of reduction nor reformation of carbonic acid. The downward current of gas and vapor heats up again as it passes through the resistor and immediately enters the equally well-heated channels which give access to the condensation core. Thanks to this arrangement, it has been possible to avoid any clogging phenomenon. by mixtures of zinc oxide and zinc which have, in other devices, given great difficulties.
The gases, once in the chamber, slow down their progress considerably and we can act on the temperature of the chamber in several ways: by the thickness and thermal conductivity of the screens i, by the thickness of the wall 5 around and at the bottom of the chamber, by its dimensions and by the volume of gas called therein at the temperature considered.
Leaving at the bottom of the device at 18, the gases enter a safety extension with an unblocking plug where zinc dust can be deposited; The fluid metallic layer of the condenser can be withdrawn in 9. example: In a 70 cm shaft furnace. in diameter and 70 cm. from above, according to Fig. 1, heated beforehand to 11000, successively introduced 1 to 12 h. 45 then at 3 p.m., two loads of super-roasted 60.6% Zn blende. of 2 Kilogs each, plus 700 grs. of graphite in a 5 liter graphite crucible; 6 capacity.
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1st load out at 3 p.m. 99.1% reduction of total zinc. The residues still contain 11.6 Zn.
2 charge exit at 5.15 p.m. Reduction of 98.1% of total zinc. The residues still contain 22.7 Zn.
CO2 gas content in the first quarter of an hour reaches 2% for 1 and 1.4 for 2 and drops rapidly to 0.4-0.6% in 1 and 2. The release of 00 reaches 460 liters at per hour maximum for load 1.415 liters for load 2. Uniform depth of load, approximately 6 cm. in the beginning.
Final temperature 1100.
The measurement of 00 shows that the reduction takes place at a rate of 75% of the total zinc during the first hour and a half.
The apparatus described with reference to FIG. 1 therefore makes it possible to obtain, in a very short period of time, a perfect reduction without exceeding temperatures of 1100. As the reduction takes place in shallow layers of the load, uniformly spread over the heat source, the reduction uniformity is complete; the zinc vapors heavier than the gas are easily drawn downwards and thus very easily find the path of condensation.
It is good to point out that the above figures are obtained with Acheson graphite as reductive, that is to say with an ashless carbon, but less able to react with carbon dioxide than the industrial reductive, As all of the authors' research indicates. As a result, with the industrial reductive, the reduction time can still be significantly shortened.
The very great uniformity of the reduction throughout the crucible charge of the apparatus shown in Fig. 1 (the volume of the charge during reduction decreases very considerably and it sags regularly in the crucible), allows to
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achieve the similar reduction conditions, with an ascending gas flow, as shown in Fig. 2, the reducing gas this time passing through the resistor before reaching the load.
In this case, the reaction progresses from the bottom of the crucible and the very hot gas brings its excess heat to the upper parts of the charge. The resistor 2 'which receives the gases from below, transmits in this direction a part of its heat to a carbon mass 12 where the carbon dioxide present is also reduced to the state of carbon monoxide and the heat of condensation is this time transferred to 3 'immediately above the crucible 1' and is delimited by refractory walls of graphite and is insulated upwards.
It is removable with the cover, so it is possible, by opening the furnace through the ring 10 'to practice, either the introduction of the crucible or the removal of the crucible, or else the casting through the pouring orifice 11 , by tilting the oven, zinc collected in the condenser. Again, the zinc vapors are carried away to the removable condenser in a very short time and downshift of reduction can be avoided. The gas outlet orifice of the removable condenser is placed in front of the furnace outlet pipe 7, also connected to a safety extension.
Example: Load as in example 1, containing 1212 gr. of total zinc.- Temperature between 1100 1180 .- Reduction of the blende completed in one hour 15 m.- Zinc remaining in the residue: 12 gr. 27, or 99.1% reduction. Zinc content of the residue: 1.47%.
The residue is magnetically separated into two parts.
Magnetic part: 1.49% of Zn - non-magnetic: 1.44%.
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In the previous devices, experience shows that most of the zinc, about 75% is already removed from the load during the first hour and a half (Ex. I) during the first high (Ex. II). As a result, during a considerable part of the operation, the quantities of zinc which can reach the condenser are necessarily reduced to a large extent. This very unfavorable condition and which also exists at most in current metallurgy, has the particular consequence of preventing the condensation of zinc in the liquid state when the concentration .des goes- xxxxxxxxxxx fears of zinc. becomes too weak; it necessarily results in notable losses of energy.
These consequences can be avoided easily thanks to the present invention, by the connection, as shown in FIG. 3, of an oven of the type shown in FIG. 2, with an oven of the type shown in FIG. 1. The removable oven condenser as shown in Fig. 2 must be replaced by a cover 4 similar to that of the following oven Fig. 1.
These two furnaces are coupled by their tubing 7. Furnace 1 operates exactly as has been said, the gas stream being downward therein, but its condensation chamber and its extension serve as common collectors for the zinc of the two furnaces.
We first charge the furnace 1 which operates as has been said, with the difference that the reducing gas has already passed through by mounting the already hot furnace II, but still devoid of load and which, therefore, serves as a preheater.
When the reduction of the load at I is already advanced, the furnace II is charged which, in its turn, supplies zinc in abundance, in this way and by subsequently alternating the
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charges in 1 and II after suitable times, the single condenser of furnace 1 continuously receives a high zinc vapor concentration, because one of the two charges is lean, the other is rich and zinc vapor reaches the common condenser in quantity. noticeable, and the gas flow is constantly directed from II to I.
Therefore, by adjusting the temperature of the common condenser suitably, a permanent condensation regime will be made there. This coupling which leads at the same time to a great saving of energy and to a regular condensation, could obviously, without departing from the field of the invention, be extended to a system comprising more than two common condenser furnaces arranged suitably.
CLAIMS.
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1 - Improvement of the methods of reduction of the blende roasted by the gaseous carbon monoxide in the presence of solid carbon in excess, allowing at the same time to considerably accelerate the speed of reduction of the blende by making circulate through it the current of reducing gas heated to a temperature sufficient for the concentration of carbonic acid to reach only a very low value on contact with the charge and for the zinc vapors produced to not remain in the charge and to be carried immediately into the condenser, the layer of ore to be reduced being the same everywhere and uniformly exposed to the heat source.