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Procédé et four pour l'extraction directe du cuivre sous forme de métal à partir de minerais, produits de concentration,etc.
La consommation croissante de cuivre a créé des débouchés tels qu'on a pu, par le procédé de flottage, utiliser même des miner ais de cuivre pauvres, etque les procédés chimico- métallurgiques ont été perfectionnés en c.onséquence.
Ces perfectionnements ont conduit notamment à arrêter le service des fours à cuve à chemise d'eau, qui ont été rempla- cés, dans les grands établissements métallurgiques, par les grands fours à sole et à réverbère, de grande longueur.
Toutefois souvent la construction des fours n'a pas marché de pair avec cette évolution. En particulier précis ément ces fours à sole, par exemple, ont degrands défauts en c.e qui con- .cerne leur entretien aussi bien que le service et le chargement.
La mise en marche d'un grand four de ce genre est déjà compli- quée ; sa durée est abrégée sensiblement par la dilatation et le retrait causés par les mises en marche et les arrêts fréquents.
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Le garnissage, l'isolement, le chauffage et l'entretien des grandes vo-ûtes surbaissées, etc. exigent de grandes connais- sances spéciales, ainsi que beaucoup de temps et d'argent, si l'on veut que la production atteigne la valeur désirée.
La mise en écoulement de la matte de cuivre n'est pas sans danger et l'enlèvement du laitier est très pénible pour les ouvriers. Il faut ajouter encore les difficultés du transport de la matte dans des poches et son transfert dans les conver- tisseurs basiques au moyen de grues ou de ponts-roulants élec- triques, ainsi que d'autres difficultés pour adapter la tempé- rature de la matte aux charges du convertisseur.
Si l'on considère en outre que l'applifa-tion du procédé de soufflage Manhés, malgré qu'il soit scientifiquement au point et perfectionné, est coûteuse et délicate dans les con- vertisseurs basiques, et en outre que la nécessité, exigée par la loi, de rendre inoffensifs les gaz sulfureux du conver- tisseur, ou les difficultés de l'utilisation de ces gaz, sont des points faibles de ces installations, il en résulte qu'en raison de la nouvelle subdivision du service dans des appareils fonctionnant par intermittences la métallurgie moderne du cui- vre est obligée de compter avec des frais d'installation qui chargent considérablement le prix du produit final.
La présente invention a pour but d'éviter ces inconvé- nients. Elle a pour objet un dispositif fonctionnant en une o- pération ininterrompue, dispositif dont le service est plus simple et plus facile que celui des dispositifs connus, et qui assure une plus grande utilisation de la chaleur et de la for- ce motrice qu'avec ces derniers, et par conséquent une réduc- tion correspondante du prix de revient.
L'invention est représentée schématiquement à titre d'exem- ple dans le dessin annexé.
La figure I est une coupe longitudinale, et
La figure 2 est un plan de l'objet de l'invention.
Les minerais convenablement concassés ou les produits de
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flottage concentrés et autres produits sont chargés de façon connue dans les premiers tambours V 1, V 2, V 3, où ils sont soumis à Inaction oxydante des gaz de combustion qui traversent ces tambours. Le chauffage a lieu au moyen de compartiments de chauffage transportables 4 et de brûleurs 5 à charbon pulvéru- lent. Le premier tambour central comporte une enveloppe à dou- bles parois à travers laquelle on fait passer les additions et la matière de réduction. A la sortie des premiers tambours in- clinés se trouvent des auges basculantes 12 au sortir desquelles la matière est amenée par un couloir 13 dans le tambour à réac- tion 14.
Les orifices de sortie des premiers tambours, ainsi que l'orifice d'entrée du tambour à réaction 14 sont entourés par une tête de four reliée aux compartiments de chauffage d'une chaudière 22 à chaleur perdue. A cette chaudière est relié le réchauffeur d'air 23 qui fournit l'air secondaire fortement chauffé pour les brûleurs à charbon pulvérulent. Au-dessous des carneaux de la chaudière à chaleur perdue se trouvent des poches à poussière; un transporteur 24 assure l'enlèvement continuel des poussières folles au moyen de wagonnets. Ces poussières fol- les sont envoyées dans l'enveloppe extérieure des premiers tam- bours de grillage centraux.
Après avoir traversé le réchauffeur d'air 23 les gaz du four sont envoyés dans une installation de filtrage électrique et à la fabrique d'acide sulfurique. Le tambour à réaction 14 comporte, à son orifice de sortie, une chambre de fusion élargie 15 formant convertisseur, à laquelle fait suite un compartiment de chauffage.16 chaufféau charbon pulvérulent et formant col- lecteur. La chambre de fusion du convertisseur ainsi que le com- partiment de chauffage 16 sont transportables pour qu'il soit plus facile de les changer. Le collecteur 16 comporte un bec refroidi 18 par lequel on extrait le laitier de raffinage riche et par lequel la matte de cuivre préalablement épurée est cou- lée sur un ruban demoulage d'anodes.
Les fours rotatif et le tambour à réaction sont accouplés
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de façon que la charge préalablement grillée dans les premiers tambours jusqu'à 5 à 6 % de soufre environ arrive automatique- ment et directement dans le four tubulaire rotatif destiné à la réduction ultérieure. Le traitement dans c.e four d'un nou- veau genre est tel que la partie non élargie serve à l'élimi- nation du soufre et à. la fusion préalable, et que la partie élargie serve à la fusion, au soufflage, à l'élimination du laitier et à la réduction ultérieure avec formation de cuivre noir. Les premiers tambours, les tambours da réaction et de réduction sont superposés.
L'orifice de sortie des premiers tambours se trouve directement au-dessus de l'orifice d'en- trée des tambours de réduction, et les orifices de sortie et d'entrée sont entourés par une tête de four commune comportant les dispositifs communs de transfert et de charge 12 et 13, ce qui permet de récupérer sous forme de vapeur toute la cha- leur dégagée qui est utilisée dans une chaudière installée à cet effet.
L'un des premiers tambours, de préférence le ta:.ibour cen- tral lorsqu'il y en a trois, est fait en forme de cylindre concentrique double, de façon à faire passer la matière à griller à travers l'intérieur, et les additions, le cas échéant mélangées avec des produits intermédiaires, dans l'enveloppe extérieure avec un chauffage approprié.
Comme on l'a déjà, dit, la matière est grillée jusqu'à 5 à 6 % de soufre dans les premiers tambours chauffés au moyen de brûleurs à charbon pulvérulent, et au sortir des premiers tambours elle arrive automatiquement au tambour à réaction avec les additions chauffées et le coke fin servant d'agent de ré- duction. Sous l'action de ce qu'on appelle les phénomènes de combustion complémentaire du chauffage à charbon pulvérulent dans les longs fours tubulaires rotatifs, il se produit dans la partie non élargie une nouvelle réductiohde la teneur en soufre et un commencement de fusion de la charge, qui devient pâteuse. La matière entre maintenant dans la partie faite en
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forme de convertisseur.
Lorsqu'une quantité suffisante de matte riche a été accumulée, on met les tuyères dans la position de soufflage. Les phénomènes chimiques suivants se produisent alors successivement:
1 ) FeS + 3 0 = FeO + SO2,
2 ) Cu2S + 3 0 = Cu2O + SO2, 3 ) 2 Cu2O + Cu2S = 6 Cu + SO2,
4 ) $FeO + SiO2 = FeO.SiO2
5 ) 2 Ou 2 0 + SiO 2 + 2 FeS = 2 Cu2S + 2 FeO.SiO2.
Le cuivre métallique tombe au fond du bain et après élimi- nation du laitier par rotation appropriée, par l'orifice de sor- tie pouvant être fermé, de façon connue (le laitier pauvre allant à la halde et le laitier riche étant renvoyé dans l'opé- ration), on fait tourner le convertisseur de façon que le cuivre noir coule, par un c.anal ménagé latéralement, dans le collecteur, qui sert également de chambre à combustion pour le chauffage au charbon pulvérulent. Dans ce collecteur la teneur en sous-oxyde de cuivre est réglée par brassage à la perche, puis on élimine le laitier par coulée et l'on coule le cuivre ainsi préalablement raffiné sur un ruban de coulée qui passe devant le trou de cou- lée, pour en faire des plaques d'anodes.
On voit par ces opérations que l'ancien chapeau de conver- tisseur, qui est devenu un simple orifice d'écoulement, est fermé en marche, et que les grandes quantités de chaleur libé- rées par les réactions, qui sont en grande majorité exothermi- ques, profitent au four rotatif à réaction ou à la chaudière à chaleur perdue ; convient de faire ressortir en outre que, lorsqu'il faut, pour le chauffage du revêtement et pour son rayonnement calorique, plus de chaleur que la quantité fournie par la réaction pendant la formation du laitier, le chauffage au charbon pulvérulent a une action compensatrice dans la deuxième partie du soufflage; comme il n'y a pas de matte à couler, toutes les pertes de chaleur sont ainsi évitées.
Comme aucun air nui- sible n'est maintenant plus aspiré à travers le chapeau, qui est
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fermé, on peut compter que les gaz arrivent à la fabrication de SO4H2 avec une teneur en SO2 de 14 % en volume au moins, au lieu de 7 à 8 % seulement comme jusqu'ici.
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Process and furnace for the direct extraction of copper in the form of metal from ores, products of concentration, etc.
The increasing consumption of copper has created such opportunities that even poor copper ores have been used by the float process, and the chemical-metallurgical processes have been perfected accordingly.
These improvements have led in particular to stopping the service of water-jacketed tank furnaces, which have been replaced, in large metallurgical establishments, by large hearth and reverberation furnaces, of great length.
However, the construction of ovens often did not go hand in hand with this development. Particularly precisely these hearth furnaces, for example, have major defects in regard to their maintenance as well as service and loading.
Starting up a large oven of this kind is already complicated; its duration is shortened appreciably by the expansion and withdrawal caused by frequent starting and stopping.
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The lining, insulation, heating and maintenance of large low vaults, etc. require a great deal of special knowledge, as well as a lot of time and money, if the production is to reach the desired value.
The flow of the copper matte is not without danger and the removal of the slag is very painful for the workers. To this must be added the difficulties of transporting the matte in pockets and its transfer to the basic converters by means of cranes or electric overhead traveling cranes, as well as other difficulties in adapting the temperature of the tank. matte to converter loads.
Considering further that the applifa-tion of the Manhes blowing process, despite being scientifically developed and perfected, is expensive and delicate in basic converters, and further that the necessity demanded by the law, to make the sulphurous gases of the converter harmless, or the difficulties of the use of these gases, are weak points of these installations, it follows that due to the new subdivision of the service in devices operating intermittently modern copper metallurgy has to reckon with installation costs which considerably increase the price of the final product.
The object of the present invention is to avoid these drawbacks. It relates to a device operating in uninterrupted operation, a device whose service is simpler and easier than that of known devices, and which ensures greater use of heat and motive force than with the latter, and consequently a corresponding reduction in the cost price.
The invention is shown schematically by way of example in the accompanying drawing.
Figure I is a longitudinal section, and
Figure 2 is a plan of the object of the invention.
Suitably crushed ores or products of
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floating concentrates and other products are loaded in a known manner into the first drums V 1, V 2, V 3, where they are subjected to oxidative inaction of the combustion gases which pass through these drums. The heating takes place by means of transportable heating compartments 4 and powdery charcoal burners 5. The first central drum has a double walled shell through which the additions and reducing material are passed. At the exit of the first inclined drums there are tilting troughs 12, at the exit of which the material is brought by a passage 13 into the reaction drum 14.
The outlet ports of the first drums, as well as the inlet port of the reaction drum 14 are surrounded by a furnace head connected to the heating compartments of a waste heat boiler 22. To this boiler is connected the air heater 23 which supplies the strongly heated secondary air for the powdery coal burners. Below the waste heat boiler flues are dust pockets; a conveyor 24 ensures the continual removal of the loose dust by means of wagons. This crazy dust is sent to the outer casing of the first central roasting drums.
After passing through the air heater 23, the gases from the furnace are sent to an electric filtering installation and to the sulfuric acid factory. The reaction drum 14 has at its outlet an enlarged melting chamber 15 forming a converter, followed by a heating compartment 16 heated by powdered carbon and forming a manifold. The melting chamber of the converter as well as the heating compartment 16 are transportable so that they are easier to change. The collector 16 has a cooled spout 18 through which the rich refined slag is extracted and through which the previously purified copper matte is cast onto an anode molding tape.
The rotary kilns and the reaction drum are coupled
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so that the feed previously roasted in the first drums up to about 5 to 6% sulfur automatically and directly enters the rotary tube furnace intended for the subsequent reduction. The treatment in this new type of furnace is such that the un-enlarged part serves for the removal of sulfur and. prior melting, and that the enlarged part serves for melting, blowing, removal of slag and subsequent reduction with formation of black copper. The first drums, the reaction and reduction drums are superimposed.
The outlet of the first drums is directly above the inlet of the reduction drums, and the outlet and inlet ports are surrounded by a common furnace head having the common devices of transfer and charge 12 and 13, which makes it possible to recover in the form of steam all the heat released which is used in a boiler installed for this purpose.
One of the first drums, preferably the central ta: .ibour when there are three, is made in the shape of a double concentric cylinder, so as to pass the material to be grilled through the interior, and the additions, if necessary mixed with intermediates, in the outer casing with appropriate heating.
As has already been said, the material is roasted up to 5 to 6% sulfur in the first drums heated by means of pulverulent charcoal burners, and on leaving the first drums it automatically reaches the drum in reaction with the heated additions and fine coke as a reducing agent. Under the action of what are called the phenomena of complementary combustion of the powdery coal heating in long rotary tube furnaces, a new reduction in the sulfur content occurs in the non-enlarged part and a start of melting of the charge. , which becomes pasty. The material now enters the part made in
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converter form.
When a sufficient quantity of rich matte has been accumulated, the nozzles are placed in the blowing position. The following chemical phenomena then occur successively:
1) FeS + 3 0 = FeO + SO2,
2) Cu2S + 3 0 = Cu2O + SO2, 3) 2 Cu2O + Cu2S = 6 Cu + SO2,
4) $ FeO + SiO2 = FeO.SiO2
5) 2 Or 2 0 + SiO 2 + 2 FeS = 2 Cu2S + 2 FeO.SiO2.
The metallic copper falls to the bottom of the bath and, after removal of the slag by suitable rotation, through the outlet opening which can be closed, in a known manner (the poor slag going to the dump and the rich slag being returned to the dump. (operation), the converter is rotated so that the black copper flows, through a channel formed laterally, into the manifold, which also serves as a combustion chamber for the powdered coal heating. In this collector, the copper suboxide content is regulated by stirring with a pole, then the slag is removed by casting and the copper thus previously refined is poured on a casting tape which passes in front of the tap hole. , to make anode plates.
We see by these operations that the old converter cap, which has become a simple flow orifice, is closed in operation, and that the large quantities of heat liberated by the reactions, which are for the most part exothermic - ques, benefit the rotary reaction furnace or the waste heat boiler; It should be further emphasized that when more heat is required for the heating of the coating and for its heat radiation than the quantity supplied by the reaction during the formation of the slag, the heating with powdery carbon has a compensating action in the second part of the blowing; as there is no casting matte, all heat loss is avoided.
As no harmful air is now sucked in through the hat, which is
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closed, we can count that the gases arrive at the production of SO4H2 with an SO2 content of at least 14% by volume, instead of only 7 to 8% as before.