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Procédé de liquéfaction de zinc en poussière.
Il est connu que le zinc sous forme de poussière est- très difficile à amener en état liquide et à rassembler en masse fondue et cela d'autant plus que l'état de division de la poussière de zinc est plus fin. Cette difficulté existe surtout pour la poussière de zinc produite dans une atmosphère plus pauvre en zinc que l'atmosphère existant dans les procédés usuels de réduction qui partent d'une teneur sensiblement équi- moléculaire de Zn et Co.
La liquéfaction de zinc en poussière se fait difficilement surtout pour la raison que les particules individuelles métalliques possèdent une grande tension superficiell'e et sont enveloppées d'une mince pellicule d'oxyde ou de sulfure. Ce fait-. et des autres causes ont pour conséquence que, dans le cas d'un état de division très poussé de là poussière de zinc, il est impossible de ramener le métal à l'état liquide autrement que par une distillation qui, dans ces conditions, est particu- lièrement onéreuse.
Impropre à là liquéfaction de poussière de zinc est aussi la réduction connue d'oxydes de métaux par des métaux alcalins ou des alliages de ces métaux suivant laquelle (voir le brevet
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allemand 330.679) on soumet les oxydes de métaux dans une cuve chauffée à l'action du métal alcalin ou d'un alliage d'un métal alcalin, par exemple, de sodium avec un autre métal approprié pour la réduction, par exemple, du fer, du manganèse ou du silicium. Comme l'oxyde de métal à réduire doit se trouver pour ce traitement en état liquide lorsque le métal alcalin ou l'alliage réducteur agit sur lui,
ce procédé ne peut pas donner du succès dans le cas des parti- cules de poussière de zinc recouvertes de pellicules d'oxyde étant donné que ces particules ne peuvent pas être liquéfiées par mixtion en chaleur avec un métal alcalin ou un alliage d'un métal alcalin.
Aussi on a proposé dans le brevet américain 1.718.378 de réaliser la réduction d'oxyde de zinc au moyen d'hydro- gène pour l'empêchement d'une ré-oxydation due à des vapeurs d'eau dégagées, de façon à introduire le zinc en état de poudre avec de l'oxyde anhydrique de calcium dans un bain fondu de chloruresde sodium, potassium ou calcium et à forcer l'hydrogène par toute la masse ou à employer, sans addition d'oxyde de calcium, un hydrocarbure fluide comme agent réducteur. Ce procédé est assez compliqué parce qu'il exige, outre des sels de métaux fondus, encore de l'hydro- gène avec de l'oxyde de calcium ou un hydrocarbure, et, de plus, son efficacité est au moins bien imparfaite dans le cas de poussière de zinc où il s'agit d'un état de subdivision poussé beaucoup plus loin que dans le zinc pulvérisé normal.
L'invention a pour but de créer un procédé simple et efficace pour la liquéfaction de zinc en poussière. Ce problème est résolu suivant l'invention parce qu'on emploie
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comme agent réducteur un métal réducteur en état fondu et en solution ou en alliage avec du zinc également fondu pour débarrasser les particules de lâ poussière de zinc des couches d'oxyde ou de sulfure de zinc ou de tout autre sel de zinc les recouvrant'et qu'on utilise pour la liquéfaction de ces parti- cules de zinc pur la chaleur d'un bain ne contenant que ce métal' réducteur fondu et du zinc également fondu,
De cette façon il est possible de liquéfier les particules de poussière de zinc par la simple mise en contact avec du métal réducteur se trouvant en état fondu et de réaliser une liquéfaction de toute la masse de la poussière de zinc à traiter à des tempéra- tures inférieures à la température de volatilisation du zinc c'est-à-dire à des températures d'environ 500 à 700 C. De plus, ces avantages sont obtenus par un procédé continu et facilement exécutable.
Comme métal réducteur on peut employer un métal alcalin ou alcalino-terreux ou un autre métal agissant par réduction sur la matière des pellicules enveloppant les particules de la poussière de zinc. En pratique il est avantageux de prévoir au dessus du bain de zinc une couche liquide d'une matière empêchant la volatilisation du métal réducteur contenu dans le bain de zinc. Cette couche liquide peut être constituée en partie ou en totalité, de préférence, par un ou plusieurs sels du métal réducteur contenu dans le bain de zinc de sorte que les parti- cules de poussière de zinc qui traversent ces sels sont,avanta- geusement préparées en vue de la réduction, dans le bain de zinc, de la pellicule les recouvrant de façon que les produits de la réduction entrent facilement et rapidement en solution.
La couche liquide constituée en partie ou en totalité par un ou plusieurs sels du métal réducteur du bain de zinc et
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située au dessus de ce bain peut être utilisée, suivant l'invention, pour effectuer une récupération du métal ré- ducteur, Dans ce but on peut prévoir un enlèvement continu ou intermittent de la masse liquide de cette couche et régénérer de la masse enlevée le métal réducteur d'une façon appropriée , par exemple dans un four, pour le réintro- duire alors dans le bain de zinc. Une réalisation avantageuse de la régénération du métal réducteur est obtenue par ce qu'une électrolyse est produite directement entre la couche liquide de sels et le bain de zinc.
Le dessin montre à titre d'exemple schématiquement un dispositif permettant d'exécuter le procédé suivant l'in- vention et fait comprendre une réalisation pratique de ce procédé plus en détail.
Le dispositif représenté par le dessin comprend une chambre 1 qui est maintenue à une température de 500 à 7000 C. par une source de chaleur d'un type quelconque non montrée dans le dessin. Au fond de cette chambre 1 il se trouve le bain de zinc 2 qui contient en solution ou en alliage sodium ou un autre métal agissant par réduction sur oxyde ou sulfure de zinc. Au dessus de ce bain de zinc 2 il y a une couche liquide 3 qui est constituée en partie ou en totalité par un ou plusieurs sels fondus du métal réducteur contenu dans le bain de zinc, par exemple par chlorure de sodium ou chlorure de potassium. Dans la couche 3 il plonge un agitateur 4 dont la commande 13 est située en dehors de la paroi de la chambre 1. Au-dessus de la couche 3 est prévue une conduite 5 servant à l'introduction de la poussière de zinc à traiter dans la chambre 1.
Cette introduction peut se faire tangentiellement à la paroi
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cylindrique de la chambre 1 ou aux plùsieurs endroits de cette paroi de façon à produire une répartition uniforme de la poussière métallique sur la couche 3.
L'extrémité inférieure de la chambre 1'.est en communica- tion avec une chambre additionnelle 6 à travers une ouverture 7 ayant la même ou à peu près la même hauteur que le bain de zinc 2. La chambre additionnelle 6 contient un dispositif permettant de régénérer de la couche liquide 3 le métal réducteur. On peut prévoir dans la chambre 6, par exemple, un dispositif à action électrolytique en connectant une génératrice à courant-, continu 8 à sa borne négative avec une électride 9-plongeant dans le bain de zinc 2 et à sa borne positive avec une électrode 10 étant en contact à là couche fondue 3.
De l'extrémité supérieure de la chambre additionnelle 6 il part un tuyau 11 permettant. l'échappement de gaz, tandis qu'il est prévu au fond de la chambre principale 1- un canal 12 pour l'enlèvement de zinc et dans la paroi latérale de là chambre principale 1 à la hauteur de la couche fondue 3 un canal 14 pour l'introduction des sels formant cette couche. Les canaux 12 et 14 peuvent être norma- lement fermés pour n'être ouverts que dans le cas de besoin.
Les particules de la poussière de zinc qui entrent, dans la chambre 1 par la conduite 5 et dont chacune est enveloppée d'une mince pellicule d'oxyde de zinc ou de sulfure de zinc ou d'un autre sel de zinc tombent sur l'a couche fbndue de sels métalliques 3, passent par cette couche 3 et entrent dans le bain 2 composé de zinc et de métal réducteur. Sur ce chemin, elles sont débarrassées des pellicules les enveloppant.par l'action des sels métalliques de la couche 3 et du métal réduc- teur du bain 2 de sorte qu'elles peuvent passer à l'état liquide. Le zinc fondu peut être enlevé de la chambre 1 à
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travers le canal 12 d'une façon continue ou intermittente.
Pendant cette opération de liquéfaction, le), couche 3 comprenant des sels métalliques fondus assure un rôle mul- tiple. Tout d'abord elle sert à empêcher la volatilisation du métal réducteur contenu dans le bain de zinc 2, par exemple, de sodium, sous l'action de chauffage du four formé par la chambre 1. De plus elle est un dissolvant pour l'oxyde ou sulfure des pellicules enveloppant les particules de la poussière de zinc. En outre elle provoque une sépa- ration de ces particules et des gaz entraînés éventuellement par celles-ci et évite des agglomérats de particules de zinc empêchant autrement le contact individuel des particules de la poussière de zinc avec le métal réducteur.
Enfin la couche de sels métalliques 3 entre électrolytiquement en action pour la régénération et pour la réintroduction du métal réducteur dans le bain de zinc 2.
Aussi le métal réducteur se trouvant dans le bain de zinc doit satisfaire à plusieurs conditions. En premier lieu, il doit être susceptible de se dissoudra dans le zinc du bain 2 ou de former avec ce zinc un alliage. Alors, il doit exercer une action réductrice rapide sur l'oxyde de zinc ou le sulfure de zinc ou autre sel de zinc recouvrant les particules de la poussière de zinc. De plus, il doit diminuer par formation d'une combinaison intermédiaire la tension superficielle des particules de poussière de zinc et faciliter ainsi la liquéfaction de ces particules et leur réunion en une masse liquide. En outre il doit être de nature telle qu'il peut être récupéré de la couche fondue de sels métalliques 3 par voie électrolytique et être réintroduit dans le bain de zinc 2.
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L'invention peut être réalisée en détail aussi d'une manière se distinguant de l'exemple montré par le dessin. Par exemple, le dispositif servant. à exécuter le procédé peut com- prendre, au lieu de deux chambres, aussi plus de deux chambres.
En outre, il ne faut pas prévoir à priori un bain de zinc dans le dispositif parce que ce bain se produit automatiquement au cours du procédé par les particules de poussière de zinc passant en état liquide. Dé plus, au lieu d'un métal réducteur volatile aux températures employées, on peut utiliser aussi un métal qui ne se volatilise pas à ces températures. Enfin, quand la poussière de zinc à liquéfier est contenue dans les gaz chauds partant d'un four à réduction et sera introduite avec ces gaz dans le dispositif suivant l'invention, on peut. utiliser l'énergie calorifique de ces gaz pour chauffer la chambre con- tenant le bain de zinc et omettre une source extérieure de chaleur.
Dans ce cas, on peut combiner avec la partie supérieure de cette chambre un réfrigérant qui permet de refroidir les gaz entrainant la poussière de zinc et provoque la précipitation des vapeurs de zinc sous forme de poussière tandis que les gaz sont évacués du réfrigérant,
REVENDICATIONS.
1. Procédé de liquéfaction de zinc sous forme de poussière, caractérisé é par le fait qu'on emploie comme agent réducteur un métal réducteur en état fondu et en solution ou en alliage avec du zinc également fondu pour débarrasser les particules de la poussière de la couche d'oxyde ou de sulfure de zinc les recouvrant et qu'on utilise pour la liquéfaction de ces particules de zinc pur la chaleur d'un bain ne contenant que ce métal réducteur fondu et du zinc également fondu.
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A process for liquefying zinc to dust.
It is known that zinc in the form of dust is very difficult to bring into a liquid state and to collect in a molten mass, the more so as the state of division of the zinc dust is finer. This difficulty exists especially for zinc dust produced in an atmosphere poorer in zinc than the atmosphere existing in the usual reduction processes which start from a substantially equicolecular content of Zn and Co.
Liquefaction of zinc to dust is difficult mainly for the reason that the individual metal particles have a high surface tension and are enveloped in a thin film of oxide or sulphide. Thereby-. and other causes have the consequence that, in the case of a very advanced state of division of the zinc dust, it is impossible to bring the metal back to the liquid state other than by a distillation which, under these conditions, is particularly expensive.
Unsuitable for the liquefaction of zinc dust is also the known reduction of metal oxides by alkali metals or alloys of these metals according to which (see patent
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German 330.679) the metal oxides are subjected in a heated tank to the action of the alkali metal or an alloy of an alkali metal, for example, sodium with another metal suitable for the reduction, for example, of iron , manganese or silicon. As the metal oxide to be reduced must be in liquid state for this treatment when the alkali metal or the reducing alloy acts on it,
this process cannot be successful in the case of zinc dust particles coated with oxide films since these particles cannot be liquefied by heat mixing with an alkali metal or an alloy of a metal alkaline.
Also it has been proposed in US Patent 1,718,378 to carry out the reduction of zinc oxide by means of hydrogen for the prevention of re-oxidation due to evolved water vapors, so as to introduce zinc in powder form with anhydrous calcium oxide in a molten bath of sodium, potassium or calcium chlorides and to force the hydrogen through the whole mass or to use, without addition of calcium oxide, a fluid hydrocarbon as a reducing agent. This process is quite complicated because it requires, besides the salts of molten metals, also hydrogen with calcium oxide or a hydrocarbon, and, moreover, its efficiency is at least imperfect in the field. zinc dust case where it is a state of subdivision pushed much further than in normal powdered zinc.
The object of the invention is to create a simple and efficient process for liquefying zinc to dust. This problem is solved according to the invention because one employs
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as a reducing agent a reducing metal in molten state and in solution or alloyed with zinc also molten to rid the particles of zinc dust from the layers of zinc oxide or sulphide or any other zinc salt covering them, and that the heat of a bath containing only this molten reducing metal and also molten zinc is used for the liquefaction of these particles of pure zinc,
In this way it is possible to liquefy the zinc dust particles by simply bringing them into contact with reducing metal in a molten state and to liquefy the whole mass of the zinc dust to be treated at temperatures below the zinc volatilization temperature, that is to say at temperatures of about 500 to 700 C. In addition, these advantages are obtained by a continuous and easily executable process.
As reducing metal, an alkali or alkaline earth metal or another metal acting by reduction on the material of the films enveloping the particles of the zinc dust can be employed. In practice, it is advantageous to provide above the zinc bath a liquid layer of a material preventing the volatilization of the reducing metal contained in the zinc bath. This liquid layer may consist in part or in whole, preferably, of one or more salts of the reducing metal contained in the zinc bath so that the zinc dust particles which pass through these salts are advantageously prepared. with a view to the reduction, in the zinc bath, of the film covering them so that the products of the reduction easily and quickly enter into solution.
The liquid layer formed in part or in whole by one or more salts of the reducing metal of the zinc bath and
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located above this bath can be used, according to the invention, to carry out a recovery of the reducing metal. For this purpose it is possible to provide for a continuous or intermittent removal of the liquid mass from this layer and to regenerate the mass removed. reducing metal in a suitable manner, for example in an oven, to then reintroduce it into the zinc bath. An advantageous embodiment of the regeneration of the reducing metal is obtained by the fact that an electrolysis is produced directly between the liquid layer of salts and the zinc bath.
The drawing schematically shows by way of example a device for carrying out the method according to the invention and shows a practical embodiment of this method in more detail.
The device shown in the drawing comprises a chamber 1 which is maintained at a temperature of 500 to 7000 ° C. by a heat source of any type not shown in the drawing. At the bottom of this chamber 1 there is the zinc bath 2 which contains sodium solution or alloy or another metal acting by reduction on zinc oxide or sulphide. Above this zinc bath 2 there is a liquid layer 3 which is formed in part or in whole by one or more molten salts of the reducing metal contained in the zinc bath, for example by sodium chloride or potassium chloride. In layer 3 it immerses a stirrer 4 whose control 13 is located outside the wall of the chamber 1. Above layer 3 is provided a pipe 5 serving for the introduction of the zinc dust to be treated in. bedroom 1.
This introduction can be done tangentially to the wall
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cylindrical of the chamber 1 or in several places of this wall so as to produce a uniform distribution of the metal dust on the layer 3.
The lower end of the chamber 1 is in communication with an additional chamber 6 through an opening 7 having the same or about the same height as the zinc bath 2. The additional chamber 6 contains a device allowing to regenerate the reducing metal from the liquid layer 3. One can provide in the chamber 6, for example, an electrolytic device by connecting a direct current generator 8 to its negative terminal with an electrode 9-immersed in the zinc bath 2 and to its positive terminal with an electrode 10 being in contact with the molten layer 3.
From the upper end of the additional chamber 6 it leaves a pipe 11 allowing. the gas exhaust, while there is provided at the bottom of the main chamber 1- a channel 12 for the removal of zinc and in the side wall of the main chamber 1 at the height of the molten layer 3 a channel 14 for the introduction of salts forming this layer. Channels 12 and 14 can normally be closed so that they can only be opened when needed.
The particles of zinc dust which enter chamber 1 through line 5, each of which is enveloped in a thin film of zinc oxide or zinc sulphide or other zinc salt, fall onto the chamber. a fbndue layer of metal salts 3, pass through this layer 3 and enter the bath 2 composed of zinc and reducing metal. On this path, they are freed of the films enveloping them by the action of the metal salts of the layer 3 and of the reducing metal of the bath 2 so that they can pass to the liquid state. Molten zinc can be removed from chamber 1 to
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through channel 12 continuously or intermittently.
During this liquefaction operation, the), layer 3 comprising molten metal salts plays a multiple role. First of all, it serves to prevent the volatilization of the reducing metal contained in the zinc bath 2, for example of sodium, under the action of heating the furnace formed by the chamber 1. In addition, it is a solvent for the oxide or sulphide of the films enveloping the particles of zinc dust. In addition, it causes separation of these particles and the gases possibly entrained by them and prevents agglomerates of zinc particles otherwise preventing individual contact of the zinc dust particles with the reducing metal.
Finally, the layer of metal salts 3 electrolytically enters into action for regeneration and for the reintroduction of the reducing metal into the zinc bath 2.
Also the reducing metal in the zinc bath must meet several conditions. First, it must be capable of dissolving in the zinc of bath 2 or of forming an alloy with this zinc. Then, it must exert a rapid reducing action on the zinc oxide or the zinc sulphide or other zinc salt covering the particles of the zinc dust. In addition, it should decrease by formation of an intermediate combination the surface tension of the zinc dust particles and thus facilitate the liquefaction of these particles and their union into a liquid mass. In addition, it must be of such a nature that it can be recovered from the molten layer of metal salts 3 by electrolytic means and be reintroduced into the zinc bath 2.
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The invention can be implemented in detail also in a manner differing from the example shown by the drawing. For example, the serving device. to carry out the process may include, instead of two chambers, also more than two chambers.
In addition, it is not necessary to provide a priori for a zinc bath in the device because this bath occurs automatically during the process by the zinc dust particles passing into a liquid state. In addition, instead of a reducing metal volatile at the temperatures employed, it is also possible to use a metal which does not volatilize at these temperatures. Finally, when the zinc dust to be liquefied is contained in the hot gases leaving a reduction furnace and will be introduced with these gases into the device according to the invention, it is possible. use the heat energy of these gases to heat the chamber containing the zinc bath and omit an external source of heat.
In this case, it is possible to combine with the upper part of this chamber a refrigerant which makes it possible to cool the gases entraining the zinc dust and causing the precipitation of the zinc vapors in the form of dust while the gases are evacuated from the refrigerant,
CLAIMS.
1. Process for liquefying zinc in the form of dust, characterized in that a reducing metal in molten state and in solution or in alloy with zinc also molten to rid the particles of dust from the powder is used as reducing agent. a layer of zinc oxide or sulphide covering them and that the heat of a bath containing only this molten reducing metal and also molten zinc is used for the liquefaction of these particles of pure zinc.