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"Procédé et appareil pour la production continue de zinc métallique à partir de minerais de zinc oxydés"
La présente invention concerne un procédé pour la production continue de zinc métallique à partir de minerais de zinc oxydés, Elle prévoit un procédé de réduction continue du minerai par de la chaleur produite par la combustion partielle de matière carbo- née en présence du minerai, de façon à engendrer des gaz chauds de réaction, dans lesquels le zinc se trouve sous la forme de vapeur métallique, bien qu'à faible concentration, avec d'autres gaz contenant de l'anhydride carbonique, pratiquement tout le zinc des dits gaz de réaction étant recueilli directement sous la forme métallique.
L'invention prévoit également un nouveau système pour recueillir d'une façon continue du zinc métallique condensé
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depuis les gaz zincifères dilués produits par des procédés de réduction du minerai par chauffage direct.
La plupart du zinc de la production mondiale est obtenu par des procédés de réduction thermiques, dans lesquels la chaleur nécessaire est fournie à une charge de minerai mélangé avec de la matière réductrice, à travers les parois refractaires d'un creuset, notamment par chauffage externe ou indirect. Dans certaines installations, il est fait usage d'un grand nombre de petits creusets disposés dans une chambre commune du four. Dans d'autres installations, on utilise de grands creusets verticaux, des moyens séparés de chauffage externe étant prévus pour chaque creuset.
Dans le premier cas, les opérations ont un caractère essentiellement discontinu, c'est-à-dire de travail charge par charge, et impliquent des limitations pour ce qui concerne la capacité de production de l'installation et les frais de produc- tion, tandis que le déchargement et le rechargement des creusets donne lieu à des conditions de travail désagréables pour les ouvriers. Dans tous les cas, les procédés connus ne sont réelle- ment efficaces que lorsqu'on utilise des minerais de zinc relati- vement riches ou concentrés, dont les disponibilités diminuent rapidement.
De plus, la nécessité de transmettre de la chaleur à travers des parois réfractaires de grande surface impose des conditions sévères pour la qualité de la matière réfractaire à utiliser, qui doit posséder à la fois une haute résistance méca- nique aux températures élevées, une conductibilité thermique maximum et une bonne résistance à l'abrasion et à la corrosion chimique.
La présente invention a pour but général d'éliminer ces limitations inhérentes aux procédés usuels de réduction thermique.
Parmi ses buts plus particuliers, il convient de citer : l'obtention d'une meilleure efficacité de la chaleur et d'une plus grande capacité de production dans la production de zinc
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métallique à partir de minerais oxydés; l'emploi pratique, dans ce but, de minerais de zinc pauvres ou de mauvaise qualité, aussi bien que des minerais usuels riches ou concentrés; l'emploi pratique de combustibles d'une qualité relativement mauvaise ; la réduction du prix unitaire de la production de zinc métallique ; et l'amélioration des conditions de travail et la diminution du travail nécessaire. es susdits objets et d'autres avantages sont réalisés, selon la présente invention, en appliquant divers principes corrélatifs qui comprennent :
En premier lieu, que le fonctionnement d'un four de libé- ration du zinc du type à grille mobile, qui n'a été utilisé jusqu'à présent que pour la production de gaz zincifères à forte teneur en oxyde de zinc, peut être transformé de façon à opérer dans des conditions réductrices et à réaliser une génération très efficace de gaz chauds chargés de zinc dans lesquels le zinc est une vapeur métallique stable, même si la vapeur s'y trouve à faible concentration, en mélange avec d'autres produits gazeux chauds résultant de la réduction du minerai et la combustion partielle du combastible.
En deuxième lieu, que des gaz zincifères dilués de ce genre, s'ils sont maintenus bien chauds et à l'abri de l'air ou autres agents oxydants externes, peuvent contenir autant d'anhydride carbonique qu'il doit en exister dans les produits tésultant des procédés de réduction par chauffage direct, tel que celui du four à grille mobile, ainsi que des quantités limitées de vapeur d'eau, sans qu'il se produise une réoxydation importante de la vapeur de zinc, aussi longtemps que la température des gaz est maintenue suffisamment élevée.
En troisième lieu, que la teneur en zinc de ces gaz chauds peut être convertie en une forme métallique condensée, avec peu ou pas de réoxydation indésirable, par un refroidissement brusque
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des gaz depuis une température élevée, tout en maintenant encore les gaz à l'abri de l'air; et que cela peut être réalisé efficace- ment en combinant les gaz chauds avec une quantité suffisante de gaz non-oxydant froid pour refroidir les dits gaz chauds brusque- ment jusqu'à une température inférieure au point de fusion du zinc, de sorte que la vapeur forme, dans le mélange gazeux, de la pous- sière métallique qui peut être recueillie.
Après que la poussière a été recueillie de ces gaz, et après que ceux-ci ont été refroidis davantage, une quantité réglée des gaz froids dont la poussière de zinc a été extraite partiellement ou totalement, peut être ramenée dans le circuit de circulation pour constituer totalement ou en parties le gaz froid non-oxydant pour la poursuite du procédé.
En quatrième lieu, à titre d'observation générale, la produc- tion d'un produit de zinc métallique de basse qualité conformément aux principes et avec la réalisation des objets mentionnés ci-dessus donne des avantages importants par rapport aux procédés convention- nels de production de zinc métallique, bien que le produit de basse qualité exige un raffinage avant d'être utilisé comme métal de fabrication.
En d'autres termes, dans beaucoup de situations prati- ques existant actuellement, l'importance de pouvoir utiliser diverses qualités de mineraisét de combustibles dans une installa- tion ayant une capacité de production extraordinairement grande, et de pouvoir travailler avec une efficacité beaucoup plus grande de la chaleur et avec des frais beaucoup moins élevés que jusqu'à présent, compense plus qu'amplement les frais de raffinage du produit métallique de basse qualité.
Selon une forme de réalisation préférée de la présente inven- tion, un four à grille mobile d'un type connu est utilisé en liai- son directe avec un système refroidisseur et collecteur approprié qui reçoit des gaz chauds chargés de zinc directement de la chambre principale de réaction ou d'élimination de zinc du four et qui
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maintient ces gaz complètement à l'abri de l'air ou d'autres gaz oxydants extérieurs, et le four est agencé pour travailler avec un lit de charge de combustible et de minerai, avec souf- flage de gaz oxydant approprié, de façon à engendrer des gaz chauds réducteurs chargés de vapeur de zinc dans la chambre d'élimination, en excluant l'air ou autres gaz oxydants extérieurs, de l'espace à gaz de cette chambre.
Le fonctionnement est continu et comprend, d'une manière générale, les phases qui consistent à réduire du minerai de zinc oxydé en présence de matière solide carbonée, par combustion partielle de cette matière à l'aide de gaz oxydant approprié amené d'un seul côté de la masse de réaction; à engendrer des gaz de combustion et de réduction, chargés de zinc, à l'état réducteur, dans une chambre isolée thermiquement, délimitée par le côté opposé de la masse de réaction et chauffée par celle-ci à une température qui n'est pas sensiblement inférieure à la température de réaction; à maintenir les gaz en condition reduc- trice dans la dite chambre, de sorte que pratiquement toute leur teneur en zinc se trouve sous la forme de vapeur métallique;
et, en excluant totalement l'air, à enlever les gaz de réaction, à les refroidir brusquement depuis une température supérieure à la température de réoxydation du zinc contenu jusqu'à une température à laquelle le zinc est condensé, et à collecter le zinc métallique condensé. Selon un mode préféré de réalisation, le refroidissement à choc et le traitement ultérieur des gaz sont effectués de la façon qui a déjà été décrite d'une façon générale ci-dessus.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressor- tiront de la description détaillée d'un exemple préféré de réali- sation qui sera donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La Fig. la est une vue en coupe verticale longitudinale d'un
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four a grille mobile adapté à la mise en oeuvre de l'invention;
La Fig. 1b est une vue schématique d'un système condenseur et collecteur de zinc, relié directement à la chambre de réaction principale du four à grille mobile, et
La Fig. Z est une vue en coupe verticale transversale d'une chambre de refroidissement des gaz de réaction, faisant partie du dit système, la coupe étant faite suivant la ligne -2 de la Fig. 1b.
Le four 1 tel qu'illustré est d'une construction générale- ment similaire à celle du four à grille mobile utilisé jusqu'à présent pour la production d'oxyde de zinc à partir d'un lit mobile de briquettes de minerai et de combustible. Il ressemble également à unemachine de grillage usuelle, étant actionné par tirage de bas en haut et étant pourvu d'une longue voûte réfrac- taire thermiquement isolante 2, montée au-dessus du brin supérieur d'une grille mobile 3 qui se déplace continuellementc comme une bande sans fin, étant conduite sur des roues 4 et 5 disposées aux deux extrémités de la voûte.
La grille mobile est constituée d'une série de palettes 6 qui forment, dans le brin supérieur, un support horizontal mobile perméable au tirage par insufflation par le bas, mais ne permettant pas le passage des briquettes cons- tituant la charge.
Dans le sens de la longueur, la voûte 2 est divisée en un certain nombre de sections ou chambres individuelles par des parois réfractaires transversales 10, Il, 12, 13, 14 et 15. En partant de l'extrémité antérieure, où la grille entre, on rencon- tre successivement une chambre 16 d'allumage du combustible, une chambre 17 d'allumage du minerai, une chambre principale de réac- tion ou d'élimination 18, une chambre d'épuisement 19, et une chambre de résidus 20 qui communique avec une chambre de décharge 38 par les extrémités postérieures de la voûte et de la grille.
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Des boîtes à vent séparées 16a, 17a, 18a, 18b, 18c, 19a et 19b sont disposées sous la grille pour fournir des courants insuffles de bas en haut dans la matière sur des parties de la grille dans les chambres 16, 17, 18 et 19 respectivement. Chaque boîte à vent est séparée des autres et présente une entrée séparée 22, de sorte que l'intensité du soufflage peut être réglée indépen- damment pour chaque chambre. De plus, les parties inférieures de ces boîtes forment des récipients pour des masses d'eau Epar lesquelles les courant d'air entrant par 22 peuvent être humidi- fiéa sur leur chemin vers la grille. Une autre manière convenable d'humidification de l'air consiste à injecter un brouillard d'eau ou de la vapeur d'eau dans l'air amené aux bottes à vent.
Le long des parois transversales 10, 12, 13 et 14, à l'entrée des chambres 16, 17, 18 et 19 respectivement, sont agen- céa des niveleurs réglables, en hauteur 23, 24, 5 et 26 qui sont disposés de façon à toucher la surface du lit de matière qui se déplace sous eux sur la grille, de manière à. niveler le lit et à isoler pratiquement les gaz dans chaque chambre. Des conduits séparés d'évacuation des gaz 16d, 17d, 18d, 19d et 20d partent de la voûte des diverses chambres pour l'enlèvement des produits gazeux, et ces conduits sont munis de registres 16e, 17e, 18e, 19e et 20e qui peuvent être réglés de façon à maintenir toutes les chambres sous une pression positive de gaz, qui évite l'en- trée d'air et réduit les fuites de gaz d'unechambre à l'autre.
Une trémie à combustible 30 est agencée à l'extrémité antérieure du four, sa sortie étant disposée de façon à déposer du combustible sur la grille 3 en 31, où la grille pénètre dans le four. Une couche de combustible 32 est ainsi formée sur la grille, cette couche ayant une épaisseur déterminée par le niveleur 23. On peut utiliser des briquettes de charbon ou autre matière carbonée solide, en une couche ayant normalement
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une épaisseur d'environ 15 cm. dans le cas de charbon. Si on le désire, les briquettes de combustible peuvent contenir une faible proportion de minerai de zinc.
Lorsqu'elle entre dans la chambre 16 d'allumage du combustible, cette couche est allumée complètement et est maintenue continuellement en combustion par une insufflation d'air appropriée à travers la grille, provenant de la boîte à vent 16a. La température de la chambre 16 est ainsi maintenue, par exemple, à environ 980 à 1.040 C.
Lorsqu'elle quitte la chambre d'allumage du combustible, la grille amène le combustible allumé sous la trémie 34, dont la partie inférieure 35 se trouve sous la voûte, entre les parois transversales 11 et 12, de sorte qu'il se produit un certain pré- chauffage du minerai dans cette partie inférieure. Dans la trémie 34 on déverse des briquettes ou morceaux 36 de mélange de minerai et de matière carbonée. Ce mélange peut contenir, par exemple, environ 30 à 40% de charbon ou coke et 70 à 60% de concentrés de zinc calcinés ou grillés.
D'autres formes de matières contenant de l'oxyde de zinc peuvent être utilisées, même additiormées d'une certaine quantité de poussière de zinc ou zinc métallique brut, et le rapport combustible - minerai peut être grandement modifié avec différentes matières premières, tout en respectant les conditions de fonctionnement du four. Le mélange de charbon et de minerai sortant de la section de trémie 35 forme, au-dessus de la couche de combustible allumé 32, une couche 37 ayant une épaisseur déterminée par le niveleur 24. Cette couche peut avoir normalement une épaisseur d'environ 15 cm. s'il est fait usage de briquettes ayant la composition indiquée. Le rapport moyen entre le poids du charbon et le poids du minerai dans le lit complet formé par les couches 32 et 37 est important pour obtenir la composition requise du gaz réducteur.
Ce rapport doit être plus grand que 1,0 et peut, par exemple, être d'environ 1,4 dans
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une réalisation préférée conforme à ce mode d'exécution du procédé.
Le lit complet de la charge entre maintenant dans la chambre d'allumage du minerai 17, où les briquettes de mélange charbon- minerai sont allumées complètement par un soufflage d'air appro- prié à travers la grille, depuis la boîte à vent 17&. Le soufflage en cet endroit est par ex. réglé de façon à maintenir la tempéra- ture de la chambre 17 entre environ 870 et 925 C, de sorte que l'allumage des briquettes de minerai se fait sans perte excessive de zinc de la charge. A cette température, il se produit néanmoins une certaine réduction du minerai avec dégagement de vapeur de zinc. Les gaz formés et évacués en 17d peuvent par ex. contenir environ 1 à 1,5%, en volume, de vapeur de zinc métallique.
Ces gaz peuvent être combinés avec, et traites comme une partie des gaz de réaction principaux produits dans la chambre 18, au prix d'une certaine dilution, ou bien ils peuvent être brûlés pour former de l'oxyde de zinc commercial en y insufflant de l'air dans le conduit d'évacuation 17d, par exemple à travers une ouverture 17f.
En quittant la chambre 17 pour entrer dans la chambre d'é- limination 18, le lit en combustion est constitué par un mélange de combustible et de minerai dans un état perméable aux gaz et à une température de réduction du minerai, du combustible non brûlé se trouvant sous le minerai. La réduction active du minerai est réalisée dans la chambre 18, dans des conditions qui seront décrites ci-après d'une façon détaillée.
Il convient de noter que le déplacement de la grille 3 à travers la chambre 18 est réglé en fonction de la longueur de cette chambre et de la quantité de matières réactives, de telle façon que la majeure partie de la teneur en zinc de la charge soit libérée dans la chambre 18 et que l'oxyde de zinc n'appa- raisse qu'en faible quantité dans les gaz engendrés, à l'extré-
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mité postérieure de cette chambre, où la charge s'approche de la chambre 19. De cette façon, la charge peut entrer dans la chambre d'épuisement 19 après élimination d'environ 85 à 90% de sa teneur en zinc.
En entrant dans la chambre 19, la charge passe sous le niveleur isolant 26 et pendant son séjour dans la chambre 19, on y insuffle un excès d'air depuis les boîtes à. vent 19a et 19b, en vue d'enlever aussi complètement que possible le zinc restant. Dans la chambre 19, la charge est ainsi disloquée par des cavités de soufflage et de l'oxyde de zinc est produit dans les gaz de réaction. Toute vapeur de zinc que ces gaz peuvent contenir peut être oxydée pour former de l'oxyde de zinc commercial, au moyen d'air admis, soit par l'ouverture 19f au-dessus de la charge, soit par l'ouverture 19g dans le conduit d'évacuation 19d des gaz.
La charge brûlée qui quitte la chambre d'épuisement passe sous un autre niveleur isolant 20b et est finalement déchargée à la fin de la grille mobile dans la chambre 38, La poussière et la fumée qui se produisent pendant ce déchargement sont évacuées à travers la chambre 20 et sa cheminée 20d. La matière de déchet en 38 est constituée par une faible quantité de clinker, une quantité relativement grande de poudre fine de charbon, et de la gangue non fondue du minerai. Elle ne contient pas plus d'environ 1 à 3% de zinc. Sa teneur en combustible non brûlé peut être récupérée par plusieurs procédés comnus de séparation.
En faisant travailler le four à grille mobile avec une charge de la nature indiquée ci-dessus, par ex. 85%environ de la teneur en zinc du minerai peuvent être convertis en vapeur métallique et environ 10%, en oxyde de zinc commercial, tandis qu'environ 5% restent non réduits dans la matière de déchet. La distribution des métaux entre les diverses chambres est par ex. approximativement comme suit :
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EMI11.1
<tb> Pourcent <SEP> du <SEP> total.
<tb>
<tb>
Chambra <SEP> Zn <SEP> u <SEP> Eh <SEP>
<tb>
<tb> Allumage <SEP> du <SEP> minerai <SEP> 3-5 <SEP> 40-50 <SEP> 10-15
<tb>
<tb> Elimination <SEP> 80-85 <SEP> 45-50 <SEP> 70-80
<tb>
<tb> Epuisement <SEP> 10-12 <SEP> 5-7 <SEP> 5-10
<tb>
<tb> décharge <SEP> 3-5 <SEP> 1-2 <SEP> 1-2
<tb>
En ce qui concerne plus spécialement le fonctionnement de la chambre principale de réaction ou d'élimination 18, le lit de charge complètement allumé entre dans cette chambre en passant sous le niveleur isolé 25 et, dans une partie antérieure de la longue chambre 18, de l'air humidifié ou chargé d'humidité est insufflé dans le lit depuis la boîte à vent 18a agencée sous celui-ci, de façon à élever la température de la charge rapidement jusqu'à 10950C environ ou plus.
La vitesse d'insufflation est contrôlée et est réduite à mesure que la matière réactive avance dans la chambre, par un contrôle indépendant des courants humidi- fiés débités par les boîtes à vent successives 18b et 18c, afin d'empêcher l'apparition de cavités de soufflage dans le lit, de sorte que seulement les gaz de réaction s'échappent de la face supérieure du lit ont accès à l'espace à gaz de la chambre. Dans la partie postérieure de la chambre, au-dessus de la boîte à vent 18c, le soufflage d'air est fortement réduit, les conditions étant réglées comme indiqué ci-dessus, de telle façon que tout au plus une faible quantité seulement d'oxyde de zinc apparaît dans les gaz de réaction engendrés à proximité de la sortie de la charge de la dite chambre.
L'air chargé d'humidité insufflé dans la partie inférieure du lit doit contenir plus de 2% de vapeur d'eau en volume, et une humidification beaucoup plus forte est préférée dans la plupart des cas. La teneur en humidité du vent doit être augmentée à mesure qu'augmente le pouvoir oxydant du vent, tel que par exem-
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ple lorsqu'on insuffle dans la charge de l'air enrichi en oxygène au lieu d'air atmosphérique. La quantité de vent est réglée en fonction du mouvement .et de la composition du lit, de sorte que les gaz engendrés dans la chambre 18 par la combustion partielle et les réactions réductrices ont un caractère réducteur effectif.
L'espace à gaz de la chambre est maintenu positivement à l'abri d'entrées d'air ou d'oxygène libre sous d'autres formes, en main- tenant cet espace fermé et sous pression positive de gaz. de réac- tion. Dans ces conditions et les conditions de température élevée, décrites ci-dessus, la vapeur de zinc métallique libérée du lit ne subit pas d'oxydation par l'anhydride carbonique et la vapeur d'eau qui l'accompagnent dans les gaz de réaction. De plus, l'oxyde de zinc contenu dans les gaz engendrés, dans la partie postérieure de la chambre est de nouveau réduit au-dessus du lit sous l'effet des conditions réductrices qui y sont maintenues, ce qui est assuré en aspirant ces gaz vers l'avant dans la chambre de réaction, en contre-courant par rapport au mouvement de la charge.
Dans ce but, le conduit d'évacuation 18d peut être disposé à l'extrémité antérieure de la chambre 18, de sorte que les gaz engendrés à l'arrière de cette chambre doivent s'écouler en contre-courant par rapport au lit, pour traverser la zone où Inaction réductrice est la plus forte, lorsqu'ils atteignent leur sortie.
Par conséquent, des gaz chargés de zinc et de caractère réducteur sont produita dans la chambre 18 et évacués de celle-ci à des températures élevées, pratiquement toute leur teneur en zinc étant présente sous la forme de vapeur métallique stable.
Dans la pratique, en travaillant dans des conditions telles que spécifiées ci-dessus, par exemple, la composition des gaz effluents est approximativement, en volume, 10 à 11% d'anhydride carbonique, 12 à 13% d'oxyde de carbone, 5 à 7% d'hydrogène, 3 à 4% de vapeur d'eau, 3 à 5% de vapeur de zinc, le reste étant principalement de
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l'azote.
En s'écoulant vers le conduit d'évacuation 18d, les gaz chauds de réaction montent d'abord à travers la colonne thermi- quement isolée 39, formant une extension verticale de la chambre 18, où leur vitesse est réduite de telle façon que les poussières et fines cendres peuvent se déposer et se séparer ainsi du courant gazeux. Les gaz passent ensuite par le conduit d'évacuation ther- miquement isolé 18d, vers le système de refroidissement et de recueillement du zinc, dont une forme préférée d'exécution est illustrée et désignée d'une manière générale en 40 en Fig. Ib.
Bien que la vapeur de zinc métallique dans les gaz chauda de réaction fournis par le four soit stable aussi longtemps que les gaz sont maintenus à une température suffisamment élevée, lorsqu'on refroidit les gaz vers le point de rosée du zinc, le zinc a tendance à être réoxydé à la fois par l'anhydride carbo- nique et la vapeur d'eau présenta. En vue d'empêcher cette réoxy- dation,, qui forme de l'oxyde de zinc, les gaz chauds sont refroidis brusquement pour condenser le zinc brutalement sous forme métal- lique, ce qui peut se faire avantageusement en les conduisant par le conduit 18d directement dans une chambre de refroidissement à choc ou de mélange 41, où du gaz non-oxydant est additionné pour amener leur température immédiatement au-dessous du point de fusion du zinc.
Si on le désire, on peut effectuer un certain refroidissement préliminaire, bien que, de préférence, les gaz sont amenés dans la chambre de refroidissement brusque à une température aussi voisine que possible de celle régnant dans la chambre de réaction. En tout cas, ils doivent continuer d'être non-oxydants par rapport à leur teneur en zinc, au-dessus d'une température limite qui varie avec leur composition, cette tempé- rature étant relativement plus élevée pour des concentrations croissantes de vapeur de zinc ou pour des rapports décroissants
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entre CO et CO2 ou entre l'hydrogène et la vapeur d'eau dans les gaz.
Lorsqu'on travaille en faisant usage d'insufflation d'air selon ce mode de réalisation, la température limite pour l'entrée des gaz de réaction dans la chambre de refroidissement est gêné** ralement supérieure à 955 C, le rapport entre le CO et le CO2 dans les gaz devant être supérieur à 1,0 et le rapport entre l'hydrogène et la vapeur d'eau devant être supérieur à 1,2.-
La chambre 41, telle que montrée au dessin, est de forme cylindrique, mais elle peut aussi être établie en forme de cône ou d'un autre corps de révolution creux. Les gaz de réaction y pénètrent et en sortent suivant son axe.
La chambre a un volume suffisamment grand pour contenir aussi bien le courant de gaz de réaction qu'un courant de gaz froid non-oxydant qui est admis dans la chambre et est suffisant pour refroidir les gaz de réac- tion jusqu'à une température inférieure au point de fusion du zinc; ce gaz réfrigérant est introduit d'une façon continue par des entrées tangentielles 42a et 42b, dirigées dans le même sens, disposées en opposition dans la paroi latérale de la chambre. Le gaz réfrigérant est amené à ces entrées par les branches 43a et 43b du conduit 43.
Au début du travail, ce gaz peut être n'importe quel gaz inerte ou réducteur qui est disponible, de température suffisamment basse, tandis que pendant la suite des opérations, il est composé totalement ou en grande partie de gaz résiduels froids fournis par le système collecteur de zinc et remis en cir- culation, tel que décrit ci-après.
Dans la chambre de mélange 41, les gaz chauds- de réaction qui entrent dans la chambre sont mélangés intimement avec une nappe tourbillonnante du gaz froid non-oxydant qui est introduit par les entrées 42a et 42b, et de cette façon ils sont refroidis à choc presque'instantanément jusqu'à une température inférieure au point de fusion du zinc. De cette façon, la vapeur de zinc est
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transformée brusquement en poussière de zinc. L'action de la dite nappe tourbillonnante empêche la poussière naissante et les gouttelettes ou particules de zinc s'approchant de la forme solide, de coller aux surfaces de la chambre, auxquelles elles auraient sinon tendance à adhérer, en obstruant ainsi le passage libre et en s'oxydant par suite du contact persistant avec les composants réactifs des gaz chauds entrant dans la chambre.
Le gaz réfrigérant de la nappe tourbillonnante se mélange aux gaz de réaction, de sorte que l'équilibre thermique entre toutes les particules solides et gazeuses présentes s'établit rapidement et existe dans le courant gazeux quittant la chambre.
En outre, la poussière de zinc se forme dans un état bien flocu leux, de sorte que la majeure partie peut en général en être efficacement captée en faisant passer le dit courant par des séparateurs à cyclones.
Dans ce but, les gaz combinés contenant la poussière de zinc en suspension sont conduits de la chambre de refroidissement 41 à travers le conduit d'évacuation 44, directement dans un sys- tème collecteur à cyclones.. Ils passent d'abord par le cyclone 45, puis par le conduit 46 contenant la soufflante 47, pour traverser un deuxième cyclone 48 et, de là, ils passent par le conduit 49 et un troisième cyclone 50. Les cyclones sont complè- tement fermés pour empêcher les entrées d'air. La plupart de la poussière de zinc est en général captée dans ces cyclones.
Les gaz résiduels qui contiennent encore de la très fine poussière de zinc en suspension sont alors amenés par le conduit 51 dans un échangeur de chaleur 52, où ils sont refroidis jusqu'à une basse température convenant à l'extraction de la poussière de zinc restante dans des filtres-sacs ou filtres de Taylor.
Le courant gazeux refroidi quitte l'échangeur de chaleur par un conduit 53 qui est divisé en deux branches. L'une de celles-ci, 53a, est reliée au conduit 43 d'amenée de gaz réfrigé- rant à la chambre de mélange 41, de sorte qu'une quantité régla- ble du gaz résiduel froid est ramenée directement dans la chambre
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de mélange pour servir de gaz non-oxydant pour refroidir les gaz de réaction continuant d'affluer depuis le four.
L'autre branche 53b passe par une soufflante 54 et puis par une soupape d'étranglement 55, pour entrer dans une enceinte où la partie restante des gaz refroidis s'écoule par des conduits 56 directement dans des filtres-sacs appropriés 57 pour compléter le captage des poussières.
Les conduits 43, 46, 49, 51,53 et 56 sont montrés schéma- tiquement, mais il est bien entendu que leurs dimensions réelles sont adaptées aux volumes de gaz qu'ils doivent véhiculer.
Une variante de réalisation consiste à relier la sortie 53 de l'échangeur de chaleur directement aux filtres et à remettre en circulation du gaz froid complètement débarrassé de poussières, en l'amenant de l'enceinte des filtres vers la chambre de mélange 41, après le passage des gaz à travers les filtres. Cela exige toutefois l'emploi d'une enceinte parfaitement fermée pour les filtres, car il est indispensable d'éviter les rentrées d'air dans tout le système de circulation des gaz.
La poussière de zinc recueillie dans les cyclones, dans le mode de mise en oeuvre décrit ci-dessus, atteint par exemple environ 60% de la teneur en zinc des, gaz du four. Pratiquement tout le restant de la poussière de zinc est recueilli dans les filtres. Le zinc métallique recueilli conformément à cette méthode ne subit qu'une très légère oxydation, de sorte que la proportion de zinc métallique dans le zinc total du produit dépasse généralement 94%. Un produit de zinc métallique possédant ce degré de pureté peut être fondu et coulé en plaques de zinc de basse qualité, ou bien il peut être aisément raffiné pour obtenir du zinc de haute pureté.
On comprendra que les nouvelles particularités du procédé et de l'installation décrits ci-dessus et définis ci-après
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peuvent être appliqués d'autres manières et sous d'autres formes que dans les modes préférés d'exécution qui ont été décrits ci- dessus et illustrés aux dessins annexés, sans pour cela se dépar- tir de l'esprit de l'invention.
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"Method and apparatus for the continuous production of metallic zinc from oxidized zinc ores"
The present invention relates to a process for the continuous production of metallic zinc from oxidized zinc ores. It provides a process for the continuous reduction of the ore by heat produced by the partial combustion of carbonaceous material in the presence of the ore, so as to generate hot reaction gases, in which the zinc is in the form of metal vapor, although in low concentration, together with other gases containing carbon dioxide, practically all of the zinc in said reaction gases being collected directly in the metallic form.
The invention also provides a new system for continuously collecting condensed metallic zinc.
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from the dilute zinciferous gases produced by direct heating ore reduction processes.
Most of the zinc in world production is obtained by thermal reduction processes, in which the necessary heat is supplied to a charge of ore mixed with reducing material, through the refractory walls of a crucible, notably by external heating. or indirect. In some installations, use is made of a large number of small crucibles arranged in a common chamber of the furnace. In other installations, large vertical crucibles are used, separate means of external heating being provided for each crucible.
In the first case, the operations have an essentially discontinuous character, that is to say work load by load, and involve limitations with regard to the production capacity of the installation and production costs, while the unloading and recharging of the crucibles gives rise to unpleasant working conditions for the workers. In any event, the known processes are only really effective when using relatively rich or concentrated zinc ores, the availability of which is rapidly decreasing.
In addition, the need to transmit heat through refractory walls with a large surface area imposes severe conditions on the quality of the refractory material to be used, which must have both a high mechanical resistance at high temperatures and a conductivity. maximum thermal resistance and good resistance to abrasion and chemical corrosion.
The general aim of the present invention is to eliminate these limitations inherent in the usual thermal reduction processes.
Among its more specific goals, it is worth mentioning: obtaining a better heat efficiency and a greater production capacity in the production of zinc
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metallic from oxidized ores; the practical use, for this purpose, of poor or poor quality zinc ores, as well as common rich or concentrated ores; the practical use of fuels of relatively poor quality; reduction in the unit price of metallic zinc production; and improving working conditions and reducing the work required. The above objects and other advantages are achieved, according to the present invention, by applying various related principles which include:
First, that the operation of a movable grate type zinc liberation furnace, which has heretofore been used only for the production of zinciferous gases with a high zinc oxide content, can be transformed so as to operate under reducing conditions and to achieve a very efficient generation of hot gases charged with zinc in which the zinc is a stable metallic vapor, even if the vapor is present in it at low concentration, mixed with other hot gaseous products resulting from the reduction of the ore and the partial combustion of the fuel.
Second, that dilute zinciferous gases of this kind, if kept hot and protected from air or other external oxidizing agents, may contain as much carbon dioxide as there should be in the gases. products resulting from reduction processes by direct heating, such as that of the mobile grate furnace, as well as limited amounts of water vapor, without significant reoxidation of the zinc vapor occurring, as long as the temperature of throttle is kept sufficiently high.
Third, that the zinc content of these hot gases can be converted to a condensed metallic form, with little or no unwanted re-oxidation, by sudden cooling.
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gases from an elevated temperature, while still keeping the gases shielded from the air; and that this can be effectively achieved by combining the hot gases with a sufficient quantity of cold non-oxidizing gas to cool said hot gases sharply to a temperature below the melting point of zinc, so that the vapor forms metallic dust in the gas mixture which can be collected.
After the dust has been collected from these gases, and after these have been further cooled, a controlled quantity of the cold gases from which the zinc dust has been partially or totally extracted, can be returned to the circulation circuit to constitute totally or in parts the cold non-oxidizing gas for the continuation of the process.
Fourth, as a general observation, the production of a low quality metallic zinc product in accordance with the principles and with the achievement of the objects mentioned above gives important advantages over conventional methods of production of metallic zinc, although the low quality product requires refining before being used as the manufacturing metal.
In other words, in many practical situations existing today, the importance of being able to use various grades of ore and fuel in a plant with an extraordinarily large production capacity, and of being able to work with much more efficiency. high heat and at much lower cost than hitherto more than compensates for the cost of refining the low quality metal product.
According to a preferred embodiment of the present invention, a movable grate furnace of known type is used in direct connection with a suitable cooler and collector system which receives hot zinc-laden gases directly from the main chamber. reaction or removal of zinc from the furnace and which
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keeps these gases completely sheltered from air or other external oxidizing gases, and the furnace is arranged to work with a bed of fuel and ore feed, with the blowing of suitable oxidizing gas, so as to generating hot reducing gases charged with zinc vapor in the elimination chamber, excluding air or other external oxidizing gases from the gas space of this chamber.
The operation is continuous and generally includes the phases which consist in reducing oxidized zinc ore in the presence of carbonaceous solid material, by partial combustion of this material with the aid of suitable oxidizing gas supplied from a single side of the reaction mass; in generating combustion and reduction gases, charged with zinc, in the reducing state, in a thermally insulated chamber, delimited by the opposite side of the reaction mass and heated by the latter to a temperature which is not substantially lower than the reaction temperature; maintaining the gases in a reducing condition in said chamber so that substantially all of their zinc content is in the form of metallic vapor;
and, completely excluding air, removing the reaction gases, cooling them sharply from a temperature above the reoxidation temperature of the contained zinc to a temperature at which the zinc is condensed, and collecting the metallic zinc condensed. According to a preferred embodiment, the shock cooling and subsequent treatment of the gases are carried out in the manner which has already been generally described above.
Other features and advantages of the invention will emerge from the detailed description of a preferred embodiment which will be given below with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1a is a longitudinal vertical sectional view of a
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mobile grid oven suitable for implementing the invention;
Fig. 1b is a schematic view of a condenser and zinc collector system, connected directly to the main reaction chamber of the mobile grate furnace, and
Fig. Z is a transverse vertical sectional view of a reaction gas cooling chamber forming part of said system, the section taken along line -2 of FIG. 1b.
Furnace 1 as illustrated is of a generally similar construction to the movable grate furnace heretofore used for the production of zinc oxide from a moving bed of ore and fuel briquettes. . It also resembles a conventional wire mesh machine, being operated by pulling from the bottom up and being provided with a long thermally insulating refractory vault 2, mounted above the upper strand of a movable grid 3 which moves continuously c as an endless belt, being driven on wheels 4 and 5 arranged at both ends of the arch.
The mobile grid is made up of a series of pallets 6 which form, in the upper strand, a mobile horizontal support permeable to draft by blowing from the bottom, but not allowing the passage of the briquettes constituting the load.
Lengthwise, the vault 2 is divided into a number of sections or individual chambers by transverse refractory walls 10, 11, 12, 13, 14 and 15. Starting from the anterior end, where the grid enters. , there are successively a fuel ignition chamber 16, an ore ignition chamber 17, a main reaction or elimination chamber 18, a depletion chamber 19, and a residue chamber 20 which communicates with a discharge chamber 38 via the posterior ends of the arch and the grid.
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Separate wind boxes 16a, 17a, 18a, 18b, 18c, 19a and 19b are disposed below the grid to provide currents blown upwardly into the material on parts of the grid in chambers 16, 17, 18 and 19 respectively. Each wind box is separate from the others and has a separate inlet 22, so that the intensity of the blowing can be regulated independently for each chamber. In addition, the lower parts of these boxes form receptacles for bodies of water through which the air streams entering through 22 can be moistened on their way to the grate. Another suitable way of humidifying the air is to inject a water mist or water vapor into the air supplied to the wind boots.
Along the transverse walls 10, 12, 13 and 14, at the entrance to the chambers 16, 17, 18 and 19 respectively, are arranged levelers adjustable in height 23, 24, 5 and 26 which are arranged in such a way. to touch the surface of the bed of material that moves under them on the grid, so as to. level the bed and practically isolate the gases in each room. Separate gas discharge ducts 16d, 17d, 18d, 19d and 20d leave the vault of the various chambers for the removal of gaseous products, and these ducts are provided with registers 16th, 17th, 18th, 19th and 20th which can be set to maintain all chambers under positive gas pressure, which prevents entry of air and reduces gas leakage from chamber to chamber.
A fuel hopper 30 is arranged at the front end of the furnace, its outlet being arranged so as to deposit fuel on the grid 3 at 31, where the grid enters the furnace. A layer of fuel 32 is thus formed on the grid, this layer having a thickness determined by the leveler 23. It is possible to use briquettes of charcoal or other solid carbonaceous material, in a layer normally having
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a thickness of about 15 cm. in the case of coal. If desired, the fuel briquettes can contain a small proportion of zinc ore.
As it enters the fuel ignition chamber 16, this layer is fully ignited and is continually kept burning by a suitable blowing of air through the grate from the air box 16a. The temperature of chamber 16 is thus maintained, for example, at about 980 to 1,040 C.
When it leaves the fuel ignition chamber, the grate brings the ignited fuel under the hopper 34, the lower part 35 of which is located under the vault, between the transverse walls 11 and 12, so that a some preheating of the ore in this lower part. Briquettes or pieces 36 of mixture of ore and carbonaceous matter are poured into the hopper 34. This mixture may contain, for example, about 30-40% charcoal or coke and 70-60% calcined or roasted zinc concentrates.
Other forms of materials containing zinc oxide can be used, even with a certain amount of zinc dust or raw metallic zinc, and the fuel to ore ratio can be greatly changed with different raw materials, while respecting the operating conditions of the oven. The mixture of coal and ore leaving the hopper section 35 forms, above the layer of ignited fuel 32, a layer 37 having a thickness determined by the leveler 24. This layer may normally have a thickness of about 15. cm. if briquettes of the composition indicated are used. The average ratio between the weight of the coal and the weight of the ore in the complete bed formed by the layers 32 and 37 is important to obtain the required composition of the reducing gas.
This ratio should be greater than 1.0 and may, for example, be about 1.4 in
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a preferred embodiment in accordance with this embodiment of the method.
The complete bed of the charge now enters the ore ignition chamber 17, where the coal-ore mixture briquettes are ignited completely by a suitable blast of air through the grate from the windbox 17 &. The blowing at this point is eg. set to maintain the temperature of chamber 17 between about 870 and 925 ° C so that ignition of the ore briquettes occurs without excessive loss of zinc from the feed. At this temperature, however, some reduction of the ore occurs with the release of zinc vapor. The gases formed and discharged in 17d can e.g. contain about 1 to 1.5%, by volume, of metallic zinc vapor.
These gases can be combined with, and treated as part of the main reaction gases produced in chamber 18, at the cost of some dilution, or they can be burnt to form commercial zinc oxide by blowing it with gas. the air in the exhaust duct 17d, for example through an opening 17f.
On leaving the chamber 17 to enter the elimination chamber 18, the combustion bed is constituted by a mixture of fuel and ore in a gas permeable state and at a temperature of reduction of the ore, unburned fuel. lying under the ore. The active reduction of the ore is carried out in the chamber 18, under conditions which will be described in detail below.
It should be noted that the movement of the grid 3 through the chamber 18 is regulated as a function of the length of this chamber and of the quantity of reactive material, such that the major part of the zinc content of the feed is released in chamber 18 and that the zinc oxide only appears in a small quantity in the gases generated, at the end of
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rear end of this chamber, where the charge approaches the chamber 19. In this way, the charge can enter the depletion chamber 19 after removal of about 85 to 90% of its zinc content.
On entering chamber 19, the load passes under insulating leveler 26 and during its stay in chamber 19 excess air is blown into it from the boxes. vent 19a and 19b, in order to remove as completely as possible the remaining zinc. In chamber 19, the charge is thus dislocated by blast cavities and zinc oxide is produced in the reaction gases. Any zinc vapor which these gases may contain can be oxidized to form commercial zinc oxide, by means of intake air, either through the opening 19f above the load, or through the opening 19g in the 19d gas discharge duct.
The burnt charge which leaves the depletion chamber passes under another insulating leveler 20b and is finally discharged at the end of the movable grate into chamber 38, The dust and smoke which occurs during this discharge is discharged through the chamber. 20 and its chimney 20d. The waste material at 38 is a small amount of clinker, a relatively large amount of fine coal powder, and the unmelted gangue of the ore. It does not contain more than about 1 to 3% zinc. Its unburnt fuel content can be recovered by several common separation processes.
By operating the movable rack oven with a load of the nature indicated above, e.g. About 85% of the zinc content of the ore can be converted to metal vapor and about 10% to commercial zinc oxide, while about 5% remains unreduced in the waste material. The distribution of metals between the various chambers is e.g. approximately as follows:
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EMI11.1
<tb> Percent <SEP> of the total <SEP>.
<tb>
<tb>
Chambra <SEP> Zn <SEP> u <SEP> Eh <SEP>
<tb>
<tb> Ignition <SEP> of the <SEP> ore <SEP> 3-5 <SEP> 40-50 <SEP> 10-15
<tb>
<tb> Elimination <SEP> 80-85 <SEP> 45-50 <SEP> 70-80
<tb>
<tb> Exhaustion <SEP> 10-12 <SEP> 5-7 <SEP> 5-10
<tb>
<tb> discharge <SEP> 3-5 <SEP> 1-2 <SEP> 1-2
<tb>
With particular regard to the operation of the main reaction or elimination chamber 18, the fully lit feed bed enters this chamber by passing under the insulated leveler 25 and, in an anterior part of the long chamber 18, humidified or moisture laden air is blown into the bed from the air box 18a arranged under it, so as to raise the temperature of the load rapidly to about 10950C or more.
The rate of insufflation is controlled and is reduced as the reactive material advances in the chamber, by independent control of the humidified currents delivered by the successive wind boxes 18b and 18c, in order to prevent the appearance of cavities. blowing into the bed, so that only reaction gases escaping from the upper face of the bed have access to the gas space of the chamber. In the rear part of the chamber, above the windbox 18c, the air blowing is greatly reduced, the conditions being adjusted as indicated above, so that at most only a small amount of Zinc oxide appears in the reaction gases generated near the outlet of the charge from said chamber.
The moisture laden air blown into the lower part of the bed should contain more than 2% water vapor by volume, and much higher humidification is preferred in most cases. The moisture content of the wind should be increased as the oxidizing power of the wind increases, such as for example
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ple when oxygen enriched air is blown into the feed instead of atmospheric air. The amount of wind is regulated according to the movement and the composition of the bed, so that the gases generated in the chamber 18 by the partial combustion and the reducing reactions have an effective reducing character.
The gas space of the chamber is positively kept free from ingress of air or free oxygen in other forms, by keeping this space closed and under positive gas pressure. of reaction. Under these conditions and the high temperature conditions, described above, the metallic zinc vapor released from the bed does not undergo oxidation by carbon dioxide and water vapor which accompany it in the reaction gases. In addition, the zinc oxide contained in the gases generated in the rear part of the chamber is again reduced above the bed under the effect of the reducing conditions which are maintained there, which is ensured by sucking these gases. forward in the reaction chamber, countercurrent to the movement of the load.
For this purpose, the exhaust duct 18d can be arranged at the front end of the chamber 18, so that the gases generated at the rear of this chamber must flow in counter-current relative to the bed, in order to cross the area where reducing inaction is strongest, when they reach their exit.
As a result, zinc-laden and reducing gases are produced in and exhausted from chamber 18 at elevated temperatures, with substantially all of their zinc content being present as stable metal vapor.
In practice, working under conditions as specified above, for example, the composition of the effluent gases is approximately, by volume, 10 to 11% carbon dioxide, 12 to 13% carbon monoxide, 5 to 7% hydrogen, 3 to 4% water vapor, 3 to 5% zinc vapor, the remainder being mainly
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nitrogen.
On flowing to the exhaust duct 18d, the hot reaction gases first rise through the thermally insulated column 39, forming a vertical extension of the chamber 18, where their velocity is reduced so that the gases. dust and fine ash can settle and separate from the gas stream. The gases then pass through the thermally insulated discharge duct 18d to the zinc cooling and collection system, a preferred embodiment of which is illustrated and generally designated at 40 in FIG. Ib.
Although the metallic zinc vapor in the hot reaction gases supplied by the furnace is stable as long as the gases are maintained at a sufficiently high temperature, when the gases are cooled to the dew point of zinc, the zinc tends to be reoxidized by both carbon dioxide and the water vapor present. In order to prevent this reoxidation, which forms zinc oxide, the hot gases are suddenly cooled to condense the zinc suddenly in metallic form, which can be done advantageously by leading them through line 18d. directly into a shock cooling or mixing chamber 41, where non-oxidizing gas is added to bring their temperature immediately below the melting point of zinc.
If desired, some preliminary cooling can be carried out, although preferably the gases are brought into the sudden cooling chamber at a temperature as close as possible to that prevailing in the reaction chamber. In any case, they must continue to be non-oxidizing with respect to their zinc content, above a limit temperature which varies with their composition, this temperature being relatively higher for increasing concentrations of vapor of zinc or for decreasing ratios
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between CO and CO2 or between hydrogen and water vapor in gases.
When working by making use of air blowing according to this embodiment, the limit temperature for the entry of the reaction gases into the cooling chamber is generally greater than 955 C, the ratio between the CO and the CO2 in the gases must be greater than 1.0 and the ratio of hydrogen to water vapor must be greater than 1.2.-
The chamber 41, as shown in the drawing, is cylindrical in shape, but it can also be established in the shape of a cone or other hollow body of revolution. The reaction gases enter and exit it along its axis.
The chamber has a volume large enough to contain both the reaction gas stream and the cold non-oxidizing gas stream which is admitted into the chamber and is sufficient to cool the reaction gases to a lower temperature. at the melting point of zinc; this refrigerant gas is introduced continuously through tangential inlets 42a and 42b, directed in the same direction, arranged in opposition in the side wall of the chamber. The refrigerant gas is brought to these inlets by the branches 43a and 43b of the duct 43.
At the start of work, this gas can be any inert or reducing gas that is available, of sufficiently low temperature, while during the rest of the operations, it is totally or largely composed of cold residual gases supplied by the system. zinc collector and recirculated as described below.
In mixing chamber 41, the hot reaction gases entering the chamber are intimately mixed with a swirling sheet of cold non-oxidizing gas which is introduced through inlets 42a and 42b, and in this way they are shock cooled. almost instantaneously to a temperature below the melting point of zinc. In this way, the zinc vapor is
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suddenly transformed into zinc dust. The action of the said swirling sheet prevents the incipient dust and the droplets or particles of zinc approaching the solid form, from sticking to the surfaces of the chamber, to which they would otherwise tend to adhere, thus obstructing the free passage and oxidizing as a result of persistent contact with the reactive components of the hot gases entering the chamber.
The refrigerant gas from the swirling sheet mixes with the reaction gases so that the thermal equilibrium between all solid and gaseous particles present is quickly established and exists in the gas stream leaving the chamber.
Further, zinc dust forms in a well flocculent state, so that most of it can in general be effectively captured by passing said stream through cyclone separators.
For this purpose, the combined gases containing the suspended zinc dust are conducted from the cooling chamber 41 through the exhaust duct 44, directly into a cyclone collector system. They first pass through the cyclone. 45, then through conduit 46 containing the blower 47, to pass through a second cyclone 48, and from there they pass through conduit 49 and a third cyclone 50. The cyclones are completely closed to prevent entry of air. Most of the zinc dust is usually captured in these cyclones.
The residual gases which still contain very fine zinc dust in suspension are then brought through line 51 into a heat exchanger 52, where they are cooled to a low temperature suitable for the extraction of the remaining zinc dust. in filter bags or Taylor filters.
The cooled gas stream leaves the heat exchanger through a conduit 53 which is divided into two branches. One of these, 53a, is connected to the duct 43 for supplying refrigerant gas to the mixing chamber 41, so that an adjustable quantity of the cold residual gas is returned directly to the chamber.
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of mixture to serve as a non-oxidizing gas to cool the reaction gases continuing to flow from the furnace.
The other branch 53b passes through a blower 54 and then through a throttle valve 55, to enter an enclosure where the remaining part of the cooled gases flows through ducts 56 directly into suitable filter bags 57 to complete the dust collection.
The conduits 43, 46, 49, 51, 53 and 56 are shown diagrammatically, but it is understood that their actual dimensions are adapted to the volumes of gas which they must convey.
A variant embodiment consists in connecting the outlet 53 of the heat exchanger directly to the filters and in recirculating cold gas completely free of dust, by bringing it from the filter enclosure to the mixing chamber 41, after the passage of gases through the filters. However, this requires the use of a perfectly closed enclosure for the filters, because it is essential to avoid air re-entering the entire gas circulation system.
The zinc dust collected in the cyclones, in the embodiment described above, reaches for example about 60% of the zinc content of the gases of the furnace. Most of the remaining zinc dust collects in the filters. The metallic zinc collected according to this method undergoes only very slight oxidation, so that the proportion of metallic zinc in the total zinc of the product generally exceeds 94%. A metallic zinc product having this degree of purity can be melted and cast into low quality zinc plates, or it can be easily refined to obtain high purity zinc.
It will be understood that the new features of the method and of the installation described above and defined below
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can be applied in other ways and in other forms than in the preferred embodiments which have been described above and illustrated in the accompanying drawings, without thereby departing from the spirit of the invention.