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"PROCEDE ET APPAREIL POUR LA FABRICATION DE L'OXYDE
DE ZINC, EN PARTICULIER DU BLANC DE ZINC".
Cette invention concerne un procédé et un appareil pour la fabrication de l'oxyde de zinc et en particulier du blanc de zinc, à partir du zinc métallique, par exemple du zinc brut ou (et) à partir de métaux zincifères, par exemple du plomb zincifère ou (et) d'alliages métalliques contenant du zinc.
Dans cette industrie, des difficultés sont occasionnées, comme on le sait, par les impuretés que contient le bain de fusion, en particulier le plomb contenu dans ce bain. Une partie de ces impuretés passe en effet inévitablement dans l'atmosphère de vapeur de zinc, ce qui nuit essentiellement à l'obtention d'un produit de la qualité la meil-
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leure qu'il est possible d'obtenir à tout instant d'un bain de fusion donné. En raison de la fraction des impuretés qui ne passe pas dans l'atmpsphère de vapeur de zinc, le bain de fusion s'enrichit progressivement en impuretés au cours de la fabrication, à mesure que le zinc se volatilise et, par suite, la fraction des impuretés qui passe dans l'atmosphère de vapeur de zinc augmente aussi graduellement .
Ceci se traduit par une variation de la qualité du produit préparé à l'aide du même bain de fusion. Ces difficultés augmentent considérablement lorsqu'on utilise, comme matières premières, des matières relativement impures dont l'utilisation semble plus avantageuse en raison du fait qu'elles coûtent moins cher.
Pour diminuer les inconvénients sus-indiqués, on a déjà proposé plusieurs moyens.
Une composition antérieure est basée sur le fait que la fraction des impuretés qui passe dans l'atmosphère de vapeur de zinc augmente lorsque le zinc est soumis à une vaporisation par un chauffage extérieur du fond ; bain de zinc est en effet sujet à bouillonner et tend à donner naissance à des bulles. A cause de cela, le bain de zinc doit, suivant les procédés antérieurs sus-mentionnés, être chauffé par la partie supérieure uniquement à l'aide de chaleur rayonnante produite par la combustion des vapeurs de zinc dans la chambre existant au-dessus du bain de zinc lui-même, de telle sorte que la couche de vapeur de zinc qui brûle constamment par la partie supérieure est continuellement renouvelée par la partie inférieure par une vaporisation supplémentaire de la surface supérieure.
Ce pro-
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cédé offre sans doute l'avantage que l'élimination des im- puretés par liquidation, étant donné qu'il n'existe aucun dispositif de chauffage du fond, peut s'effectuer sans difficulté vers une zone surbaissée du récipient à bain de zinc, mais, en raison de l'absence d'un dispositif de chauffage du fond, la chaleur du bain de fusion a la pos- sibilité de se dissiper, ce qui nuit à l'économie de ce procédé.
Suivant un autre moyen proposé, l'application de matières premières relativement impures est rendue possible en raison du fait qu'on monte, en amont des récipients dans lesquels le zinc fondu est converti de l'état liquide à l'é- tat de vapeur, un four à réverbère spécial qui travaille à la façon des fours à bain usuels servant à l'affinage du zinc brut, également sansdispositif de chauffage du fond, @ et dans lequel, par @ la fraction d'impuretés est réduite à une valeur admissible.
Ce procédé connu est in- commode et il est coûteux du point de vue de l'exploitation comme du point de vue du coût de l'installation, étant donné que les masses de fusion préalables produites en vue de la purification du zinc doivent être transférées d'un four d'affinage installé en amont à d'autres récipients à bain de zinc, être versées dans ceux-ci pour convertir en ce point le zinc à l'état de vapeur et, après cette conversion, l'oxyder.
Suivant l'invention, la conversion du zinc de l'é- tat liquide à l'état de vapeur est effectuée dans le même ré- eipient que celui dans lequel s'effectue l'élimination des impuretés par liquation, de sorte que les inconvénients
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résultant de la fusion préalable et du transvasement dont il vient d'être question sont absolument supprimés et, en outre, suivant l'invention, pour produire l'atmosphère devapeur de zinc, il est toujours prévu un dispositif de chauffage du fond, de sorte qu'on évite également la chaleur qui est dissipée par le bain de fusion en raison de l'absence d'un tel dispositif.
Suivant l'invention, ceci est réalisé en raison du fait que la conversion de la masse fondue de l'état liquide à l'état de vapeur est effectuée à l'aide d'un dispositif de chauffage du fond, ou la fois à l'aide d'un tel dispositif et d'un dispositif de chauffage par le haut, à partir d'un seul bain fondu, de telle sorte que; pendant la production de vapeur de zinc, une zone surbaissée de la masse fondue est soustraite à l'action du dispositif de chauffage du fond et ce, au moins partiellement, mais toutefois, de préférence, entièrement ou au moins dans une mesure aussi grande que possible.
L'invention repose par conséquent sur cette constatation que, pour augmenter l'efficacité du phénomène de la liquidation entre différentes parties de la surface de fond du bain de fusion, une différence de température considérable, même dans le cas où l'on utilise un dispositif de chauffage du fond, peut être créée et peut même être maintenue si le chauffage est poussé à un point tel que le zinc est converti à l'état de vapeur.
L'efficacité de la liquation peut être augmentée en raison du fait que la zone surbaissée sus-mentionnée du bain de fusion est soumise à un refroidissement, qui agit
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de préférence de toutes parts sur cette zone et est de pré- férence réalisée par de l'air.
L'effet de refroidissement créé dans la partie inférieure de la zone surbaissée peut être poussé jusqu'à une température comprise entre les points de fusion du zinc et du plomb, de sorte que le zinc que contient la partie in- férieure de la zone surbaissée se solidifie dans du plomb et des impuretés analogues restés à l'état liquide et en flottant à l'intérieur du bain, peut revenir aux endroits qui sont soumis à l'action d'un dispositif de chauffage du fond. De cette manière, la séparation des impuretés peut être poussée à un degré particulièrement élevé.
Suivant un mode de réalisation extrêmement avantageux du présent procédé, la masse fondue est chauffée par le haut sur toute sa longueur, à l'aide d'une chaleur rayonnante, mais est chauffée par le bas sur une partie seu- lement de sa longueur, la partie inférieure non chauffée de la masse fondue pouvant d'ailleurs recevoir la forme d'un prolongement surbaissé en forme de sac.
De préférence, on procède de telle sorte que le chauffage du bain de fusion par le haut s'effectue sur tou- te la longueur de ce bain en utilisant la chaleur de com- bustion du zinc, ce qui s'obtient en brûlant la couche de vapeur de zinc au-dessus du bain de fusion lui-même, alors qu'on n'utilise la chaleur de combustion du zinc pour le chauffage du fond, en faisant descendre la paroi supérieure et (ou) les parois latérales de la chambre de vaporisation (en même temps que de combustion) au moins en partie, au- dessous du bain de fusion (par exemple par une rotation inin-
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terrompue ou intermittente du four de fusion), que sur une partie de la longueurdu bain de fusion, étant donné qu'une partie de la paroi supérieure et (ou)
des parois latérales sont soustraites dans une mesure aussi grande que possible à l'action de chauffage de la chaleur de combustion du zine par l'application d'une cavité en for- me de sac.
Il est connu de tirer parti de la chaleur de combus- tion du zinc pour réaliser un dispositif de chauffage par le bas en produisant le bain de métal dans un four tu- bulaire rotatif, et il est aussi connu d'installer une zone surbaissée à l'intérieur de ce four tubulaire rota- tif pour recueillir les impuretés de densité élevée. Dans ce procédé connu, l'action de la chaleur rayonnante sur le bain métallique par le haut, de même que le chauffage par le bas qui résulte de la rotation du four, s'exercent sur toute la longueur du bain de métal, de sorte que la zone surbaissée constituée à l'intérieur du four tubulai- re rotatif est toujours portée par la chaleur de combus- tion du zinc à la même température que les parties inter- nes restantes dudit four.
En opposition fondamentale à cette disposition, des différences de températures sont intentionnellement maintenues entre différentes parties de la surface de fond du four tubulaire rotatif dans le présent procédé.
C'est seulement par ce moyen qu'il est possible d'ef- fectuer la liquation du plomb, etc... et qu'on effectue la séparation plus efficacement, dans une mesure plus grande et d'une façon plus indépendante de -conditions for- tuites du fonctionnement, parce que, dans le procédé sui- vant l'invention,aussi bien la diversité des poids spéci-
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fiques des éléments susceptibles d'être éliminés par li- quation,que la différence de température entre différentes parties de la surface du fond, sont utilisées en même temps et de la meilleure façon.De cette manière, outre que le procédé est rendu plus économique en comparaison avec le procédé connu,
on obtient un produit dont la qualité est plus grande que celle qu'il était possible d'obtenir jusqu'à ce jour à l'aide d'un bain de fusion de degré de pureté déterminé et,de plus, le fonctionnement est rendu moins sensible aux variations du degré de pureté de la masse fondue, ce qui se traduit non seulement par une plus grande uniformité du produit, mais aussi par le fait que la coulée des impuretés n'a pas besoin d'être effectuée aussi fréquemment.
L'invention sera expliquée ci-après avec plus de détail à l'aide des dessins annexés,qui représentent quelques exemples de réalisation de dispositifs propres à permettre de réaliser le présent procédé.
La Fig. 1 représente un dispositif en coupe longitudinale par la ligne 1-1 de la Fig. 2;
La Fig. 2 est une coupe transversale par la ligne 2-2 de la Fig. 1;
Les Fig. 3 et 4 représentent,par/des coupes longitu- dinales,d'autres exemples de réalisation d'un tambour de fusion.
Selon les Fig. 1 et 2, le bain de fusion est constitué dans un four tubulaire rotatif a. La cobustion des vapeurs de zinc est effectuée dans le four tubulaire rotatif a lui-même et,à cet effet, de l'air ou (et) d'autres gaz oxydants (par exemple CO2) sont introduits dans la chambre a4 de ce four , de telle sorte que, sans entrer
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en contact avec le bain de fusion lui-même, ces gaz passent au-dessus de la couche de vapeurs de zinc déposée au-dessus du bain de fusion et brûlent constamment cette couche par la partie supérieure.
Pour effectuer la mise en train du procédé, on peut utiliser un foyer à grille a qui peut éventuellement fournir aussi le gaz contenant CO2. servant à la combustion du zinc dans la chambre a4. De préférence, par la rotation du four a qui peut, par exemple, reposer sur des galets , de telle sorte que la paroi supérieure al ou (et) les parois latérales a2 de la chambre de vaporisation a4 rendue aussi utilisable comme chambre de combustion, descendent au-dessous du bain de fusion, on tire parti de la chaleur de combustion du zinc, d'une ganière connue en soi, peur constituer aussi un dispositif de chauffage par le bas.
Suivant l'invention, le four de fusion est muni d'un prolongement surbaissé a6 qui est établi et disposé de telle sorte que la surface a7 du fond de ce prolongement, ainsi que ses parois latérales, ne sont pas chauffées par la combustion qui a lieu dans la chambre a4 de vaporisation du zinc, ou sont si peu chauffées par cette combustion que la zone surbaissée a6 du bain de fusion est soustraite dans une mesure aussi grande que cela est pratiquement possible à l'action du dispositif de chauffage du fond. La sole a3 offerte à tout instant au bain de fusion proprement dit et la sole a7 existant à tout instant dans le prolongement surbaissé a6 possèdent donc des températures différentes, ce qui influence d'une manière extrêmement favorable, le processus de l'affinage par liquation ainsi qu'il a déjà été expliqué.
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L'intérieur du prolongement surbaissé a6 est, de préférence, séparé de la chambre interne a4 du tambour a par une ouverture de passage, ou par plusieurs ouvertures de passage a8 disposées à la façon d'une grille, de telle sorte que le maintien d'une température relativement basse dans le prolongement a6 ou près de sa sole a7 est facilité en comparaison avec la sole a3,
La chambre interne a4 du tambour a s'élargit approximativement à la façon d'un tronc de cône dans la direction du prolongement a6 qui entoure ce tambour à la façon d'une couronne, de sorte que les éléments susceptibles d'être éliminés par liquation ont déjà tendance à se bu uvoir vers le prolongement a6 en raison de leurs poids spécifique plus élevé.
Le prolongement a6 constitue autour du tambour a une bride ou couronne creuse a5 qui est refroidie de toutes parts par de l'air, ce qui augmente encore la différence de température entre les surfaces a3 et a7 Par suite de cette différence de température, il se produit dans le matériau de construction du tambour a des tensions internes considérables, et il faut donc que la bride a5 soit entretoisée d'une façon correspondante avec la surface cylindrique du tambour a.
Le prolongement surbaissé a6 peut posséder toute forme appropriée en section. De préférence , ce prolongement va en s'élargissant vers l'extérieur, approximativement à la façon d'un tronc de cône, ce qui augmente encore l'effet de refroidissement au voisinage de la surface de fond a7.
L'action de refroidissement peut être augmentée par une forme convenable du prolongement a6 ou (et) par l'application d'agents réfrigérants convenables, dans une mesure
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telle que le zinc, qui possède le point de fusion le pins élevé , se solidifie dans le prolongement a6 et que le plomb et des impuretés analogues restant à l'état liquide montent et reviennent dans le bain de fusion que contient la chambre a4.
Celles de ces impuretés qui s'accumulent dans le prolongement a6 et qui sont de quelque valeur (plomb, étain etc...) peuvent être coulées, de préférence séparément,par des ouvertures susceptibles d'être obturées, et recevoir alors des usages divers.
La rotation du tambour a peut être réalisée de toute manière(appropriée, par exemple à l'aide d'un moteur électrique r4, de préférence réversible, par l'intermédiai- re d'engrenages r2, r3, r1, ou simplement par la rotation des galets k qui entraîneraient le tambour a par une action de frottement.
Selon la Fig. l, la fumée d'oxyde de zinc passe de la chambre a4 dans un carneau g, d'où elle est transfé- rée, en vue de sa condensation sous forme de blanc de zinc, à un dispositif collecteur, non représenté sur le dessin.
Le remplacement du zinc vaporisé peut être effectué de tou- te manière appropriée, par exemple par un orifice h du car- neau g et par l'orifice f par lequel s'échappe la fumée d'o- xyde de zinc. De préférence, de l'air ou (et) un autre gaz oxydant sont aussi introduits par 1'ouvertures h suscepti- ble d'être obturée, afin de provoquer une combustion supplé- mentaire du zinc en aval de l'ouverture d'échappement f.La partie du carneau g qui se raccorde au four a peut aussi être utilisée comme chambre d'accumulation ou récupérateur maintenu à une température élevée.
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Selon la Fig. 1, la bride a5 entourant le prolongement surbaissé a6 du bain de fusion est constituée à l'extrémité de sortie du tambour a. Il sera toutefois souvent plus avantageux de constituer une bride a5 de ce genre, selon la Fig. 3, au milieu de la longueur du tambour, et d'augmenter le diamètre de la chambre interne a4 du tambour à mesure qu'on se rapproche de ce milieu longitudinal,de telle sorte qu'on obtienne une chambre interne composée de deux troncs de cône ou en forme de tonneau . Les trajets parcourus pour atteindre la cavité a6 du prolongement sont, de ce fait, raccourcis en comparaison avec la construction selon la Fig. l, de même que la répartitéon/des tensions internes, qui résultent de différences de température créées intentionnellement, est ainsi plus favorable.
Selon la Fig. 4, des prolongements surbaissés a6 en forme de couronne, sont prévus aux deux extrémités du tambour a, dont la chambre interne va dans ce cas en s'élargissant du milieu longitudinal vers les deux extrémités.
On pourrait, bien entendu, aussi, prévoir plus de deux prolongements en forme de couronne a6 sur le tambour a, et ces divers prolongements pourraient communiquer entre eux , le cas échéant à l'extérieur de la chambre a4 . En outre, le tambour a pourrait éventuellement aussi être entouré d'un prolongement en forme de couronne a6 ayant un profil approximativement hélicoïdal.
Selon la Fig. l, la combustion des vapeurs de zinc s'effectue au moins en partie dans la chambre de fusion a4 au-dessus du bain de zinc. Les vapeurs de zinc pourraient toutefois aussi être évacuées hors de la chambre à4 sans brûler, auquel cas la combustion ne se produirait que dans le oarneau g;
dans ce cas, il faudrait que le ohauffage du
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fond, qui ne doit régner que sur une partie de la longueur du bain de fusion, soit réalisé d'une autre manière connue en soi (par exemple électriquement), outre que, en même temps, également de toute manière connue, par exemple à l'aide de gaz de combustion non oxydants, on pourrait utiliser aussi un chauffage non oxydant à l'aide d'une chaleur rayonnante par la partie supérieure, quoique sur toute la. longueur du bain de fusion.,
En outre, le procédé peut aussi être réalisé dans un four oscillant en forme de tambour, mais il faut avoir soin, dans ce cas, que l'oscillation du four n'agisse pas sur le bain de fusion si violemment que l'élimination des impuretés par liquation ne puisse se produire.
De plus, on peut aussi travailler dans un conduit stationnaire muni d'un dispositif de chauffage par le bas et, en outre, d'une zone surbaissée qui se trouve soustraite le plus possible à l'action dudit dispositif. Dans ce cas encore, la combus- tion des vapeurs de zinc peut avoir lieu au-dessus du bain de fusion ou dans une chambre de combustion spéciale. Dans oc cas, les vapeurs de zinc peuvent être évacuées hors de la chambre de vaporisation a4 à l'aide d'un courant de gaz réducteurs ou au moins non oxydants (par exemple CO) et transférées dans la chambre de combustion spéciale g.
Une interruption temporaire du chauffage par le bas par la mise en action alternante de gaz réducteurs ou au moins non oxydants, présente aussi des avantages considérables, dans le procédé suivant l'invention, si la combus- tion des vapeurs de zinc s'effectue dans la chambre de vaporisation a4 elle même, c'est-à-dire si la chaleur de combustion du zinc est utilisée à titre de chaleur de rayonnement pour le chauffage par le haut, et, le cas échéant aussi pour le chauffage par le bas, (par exemple par rota-
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tion du four).
En effet, si la chaleur de combustion agit sans interruption, elle peut éventuellement occasionner un surohauffage, et, dans certains cas, le bain de fusion est alors susceptible de bouillonner ou d'avoir tendanoe à former des bulles, ce qui,comme il a été mentionné précédemment, nuit au processus de l'élimination des impuretés par liquation . Pour éviter de tels surchauffages, il est recommandable d'introduire alternativement dans la chambre de vaporisation des gaz d'une nature oxydante, puis des gaz d'une nature réductrice, ou au moins non oxydante, ce qui donne au bain de fusion l'occasion d'abandonner pendant la durée de l'introduction des gaz neutres ou réducteurs,l'excék de chaleur qu'il a absorbé pendant la durée de l'introductior des gaz oxydants.
La durée des périodes alternantes se règlé d'après les conditionde travail qui interviennent à tout instant et dépend, dans chaque cas, du degré de pureté des matières premières utilisées. Dans un cas donné, on peut par exemple interrompre l'admission des gez oxydants toutes les quatre heures et remplacer ces gaz pendant En vi- ron un quart a'heure par des gaz réducteurs.
Les gaz de nature réductrice ou au moins non oxydente, introduits par intermittence, sont amenés, de préférence à l'état chaud, dans la chambre de combustion a4, afin d'éviter des refroidissements éventuellement trop brusques dans cette chambre . Ils peuvent, par exemple, provenir d'un gazogène placé directement en amont de la chambre de vaporisation , afin d'utiliser la chaleur propre du gaz.
Le remplacement temporaire de l'atmosphère oxydante par une atmosphère neutre et(ou) réductrice offre aussi des avantages et, suivant l'invention, peut être appliqué avantageusement à la fabrication du blanc de zinc dans tous les cas où le bain de zinc est converti en vapeur par l'utilisa-
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tion de la chaleur de combustion propre des vapeurs de zinc comme chaleur rayonnante pour le chauffage par le haut, ou, éventuellement aussi, pour le chauffage du fond par le bas, étant donné que l'ébullition du bain nuit dans chaque cas à l'élimination des impuretés, que cette élimination soit effectuée par le présent procédé ou de toux autre manière .