<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
PERFCTIOTNEMNT. APPORTES A I, éFFINA.G,. D¯ METAUX PAR DISTILLATION.
La présente invention concerne l'affinage de métaux par distilla- tion et se rapporte spécialement à la séparation et la récupération de zinc à partir de plomb zincifère qui a été désargenté au préalable par l'addition de zinc.
Il a déjà été proposé de séparer le zinc de plomb par un procédé de distillation par charges et de récupérer le zinc sous forme métallique en condensant la vapeur de zinc. Dans ce procédé, une masse de plomb zincifère fondu se trouvant dans une chambre de distillation présente une surface ho- rizontale étendue qui est continuellement renouvelée en agitant le métal, cette surface étendue étant soumise à une pression ne dépassant pas environ 10 millimètres de mercure,et étant située sous une surface horizontale éten- due refroidie par eau, sur laquelle la vapeur de zinc est condensée sous la forme de métal solide.
L'objet général de la présente invention consiste à prévoir des perfectionnements à la séparation d'un constituant relativement volatil d'un composé de métal fondu, en opérant sous une faible pression, et en particulier à la récupération du zinc de plomb zincifère.
La méthode selon la présente invention consiste, d'une manière gé- nérale, à maintenir une pression relativement basse dans une chambre conte- nant un composé de métal fondu, de façon à vaporiser progressivement un cons- tituant relativement volatil de ce métal, à condenser progressivement la di- te vapeur métallique sur une surface relativement froide, et à enlever con- tinuellement ou par intermittences de l'espace sous vide, le métal condensé ainsi obtenu.
De préférence, le métal fondu contenant le dit constituant volatil est amené continuellement dans une partie supérieure de la dite chambre, s'é- coule vers le bas à travers celle-ci dans une état atténué, et est continuel- lement déchargé, ayant une faible teneur en ce constituant volatil, depuis une
<Desc/Clms Page number 2>
partie inférieure de la dite chambre.
L'expression "état atténué" sert à désigner tout état dans lequel la surface libre ou exposée est grande par rapport au volume du métal.
Dans la forme d'exécution préférée de l'invention, la vapeur mé- tallique est condensée à l'état liquide sur une surface de condensation dis- posée plus ou. moins verticalement, qui est maintenue à une température ap- propriée, et le liquide condensé s'écoule par gravité de cette surface vers un passage de décharge dans lequel est maintenue une colonne barométrique du métal fonda, condensé.
Une particularité importante de cette forme de réalisation de 1' invention consiste à utiliser, comme surface de condensation, une couche de métal solide qui est condensé sur une surface réfrigérante disposée de telle façon qu'un gradient croissant de température,s'étend vers l'extérieur de- puis cette surface vers le métal fondu à l'état atténué. De cette façon, la dite couche solide s'accroît progressivement jusqu'à ce que sa surface se trou- ve dans une position telle que la vapeur métallique se condense à l'état li- quide sur cette surface et s'écoule donc vers le bas le long de celle-ci vers le point d'évacuation.
Par conséquent, l'épaisseur de la dite couche condensée solide s' ajuste automatiquement aux variations dans le gradient de température, de sorte qu'il n'est plus nécessaire de contrôler de près et avec précision les conditions de température.
- Dans une variante d'exécution de l'invention, la vapeur métallique est condensée sous la forme solide sur un liquide visqueux non volatil qui est obligé à s'écouler vers le bas le long d'une surface refroidie, vers un passage d'évacuation dans lequel une colonne barométrique du dit liquide est maintenue pour former joint.
L'invention porte également sur un appareil pour la mise en oeuvre du susdit procédé, lequel appareil comprend une chambre de récupération adap- tée pour être maintenue sous une pression relativement basse et pour conte- nir du métal fondu dans une forme présentant une surface de superficie rela- tivement grande, des moyens formant, à l'intérieur de cette chambre, une sur- face de condensation s'étendant sensiblement verticalement, et des moyens de décharge disposés de fagon à recueillir le liquide qui descend par gravité de' la dite surface de condensation,
De préférence, le dit appareil comprend des moyens pour amener con- tinuellement le dit métal fondu, qui doit être traité, dans une partie supé- rieure dé la dite chambre,
des moyens pour évacuer continuellement le métal fondu traité d'une partie inférieure de la dite chambre, et des moyens obl- geant le dit métal fondu à passer dans un état atténué à travers la dite cham- bre.
Dans la forme d'exécution préférée de l'invention, le dit appareil comprend des moyens par lesquels la dite surface de condensation est maintenue à une température supérieure au point de fusion du dit métal volatil, de sor- te que la vapeur métallique soit condensée à l'état liquide sur cette surface et s'écoule par gravité le long de celle-ci vers les dits moyens d'évacuation.
Une importante forme d'exécution de ce dernier mode de réalisation de l'invention comprend un condenseur s'étendant en substance verticalement, 'adapté pour être maintenu à une température inférieure au point de fusion du constituant volatil et dont la surface de condensation est disposée en re- gard de la surface d'évaporation du métal fondu et est espacée de celle-ci, de telle façon que le métal condensé s'accumulera.sur cette surface de conden- sation sous la forme solide et se rapprochera de la surface d'évaporation jus- qu'à ce que la surface extérieure du dit condenseur solide ait une températu- re correspondant au point de fusion du dit constituant volatil.
Par conséquent, lorsque la température de la surface ,extérieure du condensat est égale au point de fusion du constituant séparé, ce dernier se condensera sur cette surface à l'état liquide et s'écoulera par gravité sur le dit condensat solide vers les moyens d'évacuation.
<Desc/Clms Page number 3>
Dans une autre forme d'exécution de l'invention, le dit appareil comprend des moyens pour amener un liquide visqueux non volatil à une partie supérieure de la dite surface de condensation,de sorte que le dit liquide s'écoulera par gravité le long de cette-surface sous la forme d'un film ad- hérent sur lequel la vapeur métallique se condensera.
Dans chacune des dites applications, les dits moyens d'évacuation du condensât comprennent des moyens formant un passage pour une colonne ba- rométrique du liquide pour assurer un joint étanche au vide.
L'invention comprend également les méthodes et dispositions qui seront décrites ci-après, pour enlever le métal condensé du système à vide.
Une description d'une application spéciale de l'invention à la séparation du zinc métallique de plomb préalablement désargenté sera donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig. 1 est une vue en coupe verticale d'une forme préférée d' exécution d'un appareil de distillation conforme à l'invention; la Fig. 2 est une vue moitié en plan, moitié en coupe horizontale, suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue en coupe à plus grande échelle des moyens mon- trés en Fig. 1 pour la distribution du métal fondu devant être traité; la Fig. 4 est une vue en coupe à plus grande échelle d'une trappe à vapeur et des éléments y associés, montrés en Fig.l;
les Figs. 5, 6 et 7 sont des vues en coupe verticale, similaires à la Fig. 1, de variantes d'exécution de l'appareil de distillation et des moyens d'enlèvement du zinc; la Fig. 8 est une vue en coupe verticale montrant une autre dis- position pour l'enlèvement du zinc du système à vide, et la Fig. 9 est une vue en coupe verticale d'encore une autre forme d'exécution de l'invention.
L'appareil montré en Figs. 1 à 4 comprend une chambre cylindrique verticale fermée 10 pourvue d'un tuyau à vide 11 disposé axialement, qui pé- nètre par le dessus et s'étend jusqu'à proximité du fond de la chambre.
La partie supérieure de la chambre fait saillie au-dessus d'une maçonnerie 21 qui entoure la partie restante de la chambre et celle-ci prend appui sur cette maçonnerie par plusieurs vis de support et de mise à niveau 22 qui sont montées dans des pattes extérieures 101 prévues à la paroi de la chambre.
Le dit tuyau à vide forme la surface intérieure d'un condenseur annulaire 12 convergent vers le bas et refroidi par eau, à travers lequel on peut faire circuler de l'eau de refroidissement, comme montré, en Fig.l.
Un tube distributeur 13 convergent vers le bas et d'un diamètre re- lativement grand est disposé concentriquement dans la chambre et est soudé par son extrémité inférieure au fond de la chambre, en formant ainsi un ré- servoir annulaire relativement étroit entre ce tube et la paroi de la chambre 10.
L'extrémité supérieure du tube de distribution 13 se trouve dans la partie supérieure de la chambre et est mécanisée de façon à former une sur- face plane.
Au-dessus du tube distributeur est agencée une bague de contrôle 14 de même diamètre, disposée coaxialement.; et ces deux organes sont espacés de façon à former entre eux une fente annulaire étroite 15 à travers laquelle le métal fondu peut s'écouler du réservoir annulaire sur la surface intérieu- re du tube distributeur. Dans ce but, la bague de contrôle peut être supportée sur l'extrémité supérieure du tube distributeur au moyen de plusieurs organes d'espacement, tels que des fils 16, disposés à intervalles convenables entre les dits organes.
<Desc/Clms Page number 4>
A proximité de son extrémité inférieure, le tube distributeur 13 est pourvu d'un joint flexible 17 établi en tôle métallique, et ce tube est supporté, près de son extrémité supérieure, par plusieurs pattes extérieures 18 prévues sur le tube, qui reposent sur des consoles 19 faisant saillie sur la paroi intérieure de la chambre 10. Ces pattes et consoles sont réunies par des broches 20 qui traversent des trous prévus dans ces éléments.
Puisque les consoles intérieures de support 19 sont disposées près des pattes extérieures 101 pour les vis de support et de mise à niveau 22, on comprendra qu'en ajustant celles-ci, l'extrémité supérieure du tube distri- buteur 13 peut être placée horizontalement
Le métal fondu à traiter est amené au susdit réservoir annulaire par un tuyau 23 dont l'extrémité d'entrée plonge dans un bain 24 de plomb fondu préalablement désargenté, dont la surface libre est exposée à la pres- si-on atmosphérique et se trouve dans une position telle que la surface supé- rieure d'une colonne barométrique supportée par le bain se trouve au-dessous du niveau du bord supérieur de la bague de contrôle 14. et quelque peu au-des- sus du niveau de la fente annulaire étroite 15.
Lorsque l'appareil est en service, le métal fondu passe donc con- tinuellement dans le réservoir annulaire à l'intérieur de la chambre 10 et sa surface libre est située au-dessus du niveau de la fente 15, comme montré en Figs. 1 et 3. Le métal fondu traverse donc continuellement la fente annulai- re et s'écoule ensuite vers le bas le long de la surface intérieure convergen- te du tube distributeur 13, sous la forme d'un mince courant annulaire.
De préférence, et tel que montré en Fig. 1, l'extrémité de déchar- ge du tube d'alimentation 23 pénètre dans un passage vertical 36 à extrémi- tés ouvertes, disposé dans le réservoir annulaire, pour éviter des remous indésirables du métal dans le réservoir, sous l'effet du métal introduit dans celui-ci.
Une paroi annulaire de retenue qui fait saillie vers le haut de- puis le fond de la chambre 10 forme la périphérie intérieure d'un canal col- lecteur 25 pour recevoir le métal fondu déchargé à l'extrémité inférieure du tube distributeur 13, et un tuyau d'évacuation 26 de métal traité commu- nique par son extrémité supérieure avec le canal 25, tandis que l'extrémité inférieure du tuyau 26 plonge dans un bain 27 de métal traité, la longueur du tuyau d'évacuation 26 au-dessus de la surface du bain 27 étant plus grande. que la hauteur d'une colonne barométrique de plomb.
Un tuyau d'évacuation de zinc 28 s'étend verticalement vers le bas depuis le centre du fond de la chambre 10, tandis que son extrémité supérieu- re fait saillie à l'intérieur d'un réservoir 102 et est enfermée dans une clo- che 29, de façon à former, à l'intérieur du réservoir 102,une trappe ou joint de zinc fondu qui sépare l'intérieur de la chambre de l'intérieur du tuyau. d'évacuation de zinc 28.
L'extrémité inférieure de ce tuyau d'évacuation de zinc 28 plonge dans un bain de zinc fondu 30 et la longueur de ce tuyau est plus grande que la hauteur d'une colonne barométrique de zinc, comme indiqué dans les dessins.
Des carneaux 261 et 281 par lesquels on peut faire passer des gaz chauds fournis par un four, entourent les tuyaux d'évacuation 26 et 28 et s' ouvrent dans l'espace annulaire entourant le récipient 10, la structure 21 é- tant, en outre pourvue de carneaux d'admission et d'échappement, respective- ment 211 et 212, pour des gaz chauds, ce qui permet de maintenir la chambre*' à la température requise.
Le susdit joint de zinc fondu dans le réservoir 102 permet donc de maintenir le zinc dans le tuyau d'évacuation 28 et dans le bain 30 à une température dépassant suffisamment le point de fusion pour faciliter la cou- lée du métal sans soumettre l'intérieur de la chambre 10 à la pression de va- peur du zinc.
Un écran circulaire métallique 31 est disposé horizontalement dans la chambre, au-dessus du réservoir 102 et au-dessous de l'extrémité inférieu-
<Desc/Clms Page number 5>
re du condenseur et du tuyau à vide, dans le but qui sera précisé ci-après.
En service,du plomb préalablement désargenté, de préférence à une température d'environ 500 -700 C, entre continuellement dans le réservoir annulaire de la chambre 10, par le tuyau d'alimentation 23, et passe ensuite par la fente annulaire étroite 15 à l'extrémité supérieure du tube distribu- teur 13, de sorte que le métal fondu s'écoule le long de celui-ci sous la for- me d'un mince courant annulaire disposé concentriquement autour du condenseur.
L'intérieur de la chambre est évacué, de préférence jusqu'à ce que la pression dans celle-ci soit de l'ordre d'environ 10-100 microns de mercu- re, de sorte qu'à mesure que le métal fondu descend le long de la surface de distribution, sa teneur en zinc s'évapore progressivement, le plomb résiduel, à basse teneur en zinc, étant finalement recueilli dans le canal collecteur annulaire 25 au fond de la chambre, pour être évacué par le tuyau 26.
La vapeur de zinc ainsi dégagée est condensée autour de la péri- phérie du condenseur 12, sous la forme d'un collet de métal solide désigné par 35 en Fig. 1, et l'on comprendra qu'à mesure que ce collet augmente en-épais- seur, la température à sa surface augmente progressivement, en raison de son rapprochement de la surface d'évaporation environnante et de la chaleur la- tente dégagée par le zinc qui se condense. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que la surface du collet de zinc condensé soit maintenue au point de fusi- on du zinc, et dans la suite la vapeur de zinc est condensée sur cette sur- face sous la forme liquide et s'écoule le long de celle-ci jusqu'à s'égoutter de l'extrémité inférieure du collet.
Il importe que la surface en fusion du collet de zinc ne s'approche pas suffisamment de la surface d'évaporation pour recontaminer le métal s'é- coulant le long de celle-ci, et selon l'invention on choisit les porportions adéquates des diamètres des surfaces de distribution et de condensation qui conviennent aux conditions de fonctionnement requises, ces proportions pouvant être aisément déterminées avec-une précision suffisante par un homme de métier.
Le zinc liquide qui tombe en gouttes de l'extrémité inférieure du condenseur, comme décrit ci-dessus, tombe sur l'écran 31 et contourne celui- ci pour accéder au réservoir 102 situé sous cet écran.
L'écran 31 est maintenu approximativement à une température corres- pondant au point de fusion du zinc (c'est-à-dire 420 C), par le zinc liqui- de tombant sur cet écran, tandis que la température du zinc dans le réservoir peut être un peu plus élevée, en raison de la nécessité d'éviter la solidifi- cation du métal dans ce réservoir. Dans ces conditions, le zinc aurait tendan- ce à s'évaporer du métal se trouvant dans le réservoir 102, mais en montant, la vapeur entre en contact avec la surface inférieure de l'écran 31 qui est plus froide, et se condense donc de nouveau sur cette surface.
Toute vapeur de zinc non condensée est extraite par le tuyau à vi- de 11 et puisque la paroi de celui-ci est refroidie par l'eau circulant,à tra- vers le condenseur, cette vapeur est condensée à l'état solide sur cette paroi.
Le tuyau à vide sert donc aussi de trappe à zinc qui empêche le dépôt du mé- tal dans la pompe à vide.
Le métal solide qui s'accumule ainsi sur la paroi du tuyau à vide est enlevé à intervalles, soit en chauffant cette paroi, soit par des moyens mécaniques. Dans l'un et l'autre cas, le métal tombe sur l'écran 31 et est refondu sur celui-ci pour passer ensuite dans le réservoir 102.
Dans ce but,des éléments de chauffe électriques (non montrés) peu- vent être disposés autour du tuyau à vide, de manière à pouvoir être mis sous courant de temps en temps.
A titre de variante, un dispositif racleur à mouvement axial alter- natif, tel qu'indiqué en 40 dans la Fig. 1, peut être disposé dans le tuyau à vide 11, ce dispositif pouvant être actionnera intervalles, par exemple au moyen d'une tige de support 41.
Dans la variante de construction montrée en Fig. 5, le tuyau à vi-
<Desc/Clms Page number 6>
de 11 est agencé centralement sous la chambre 10 et communique avec le fond de celle-ci.,
Le tuyau 11 est dévié latéralement à une certaine distance au-des- sous de la chambre 10, et est ensuite replié vers le haut à l'extrémité de cette partie latérale, pour former un tube en U. L'extrémité inférieure de cette partie en forme de U du.tuyau à vide est maintenue à une température correspondant approximativement au point de fusion du zinc (420 C) par un bain 45 qui entoure cette partie et est maintenu à la température requise. hors- que l'appareil est utilisé dans une installation d'affinage du plomb, ce bain peut avantageusement être composé de plomb fondu, mais on peut faire usage de toute autre matière appropriée au but visé.
Un réservoir 46 formé dans le fond de la partie en U du tuyau 11, centralement sous le condenseur 12, est relié par un tube 47 incliné vers le haut, à l'extrémité supérieure d'un tuyau de décharge 28, dont l'extrémité inférieure plonge dans un bain 30 de zinc fondu, comme dans la construction décrite ci-dessus. De cette façon, un joint de zinc liquide arrêtant la va- peur est formé et maintenu dans le réservoir 46 dans le but déjà indiqué.
La partie du tuyau à vide 11 qui s'élève au-dessus du bain à tem- pérature constante 45 est refroidie pour former une trappe pour la vapeur de zinc, tout comme le tuyau 11 en Fig. l, des moyens appropriés quelconques, tels que ceux qui ont déjà été décrits, étant prévus pour enlever périodi- quement le zinc métallique qui s'accumule ainsi sur la paroi du tuyau. Le métal ainsi enlevé tombe au fond du coude en forme de U et fond alors pour passer ensuite dans le réservoir 46.
Dans une autre variante d'exécution selon la Fig. 6, le tube dis- tributeur 13 forme la partie inférieure de la chambre et le réservoir pour le métal entrant dans l'appareil entoure seulement la partie supérieure de ce tube.
Cette construction permet de chauffer la surface extérieure du tu- be distributeur directement par des gaz de brûleur, non seulement pour com- penser la perte de chaleur du métal fondu due à l'évaporation du zinc, mais aussi pour permettre de maintenir le métal sortant à une température voulue quelconque, indépendamment de la température du métal entrant dans l'appa- reil. Lorsqu'on applique cette construction, le métal d'alimentation de l' appareil peut donc être introduit à une température inférieure à celle né- cessaire au fonctionnement convenable de l'appareil montré en Fig. 1.
La Fig. 6 illustre également une autre méthode d'enlèvement du zinc récupéré, en dissolvant celui-ci dans du plomb ramolli qui exige une addition de zinc en vue du traitement subséquent de désargentage.
Dans ce but, le tuyau à vide 11 s'étend centralement vers le bas depuis le fond de la chambre 10 et constitue un prolongement vers le haut d' un tuyau vertical de décharge 50 pour le plomb ramolli, l'extrémité inférieu- re dé ce tuyau plongeant dans un bain 51.
De plomb ramolli ou liquéfié est amené par un tuyau 52 qui s'é- tend verticalement vers le haut à l'intérieur du. tuyau 50 et qui est pourvu, à son extrémité supérieure, d'un disque distributeur 53 sur lequel s'écoule le métal pour tomber de sa périphérie en formant un rideau cylindrique.
Le tuyau à vide est prolongé par un tuyau 111 qui traverse latéra- lement la paroi de la partie d'extrémité inférieure du tuyau 11, au-dessous* du disque distributeur 53, de sorte que les vapeurs et gaz extraits de la cham- bre 10 par le tuyau 11 doivent traverser le rideau de plomb ramolli ou liquéfié pour pouvoir pénétrer dans le tuyau 11
Le zinc liquide qui tombe de la surface de condensation à l'in- térieur de la chambre 10 tombe directement dans le plomb ramolli et est in- corporé dans celui-ci de la manière résultant du dessin.
La Fig. 7 montre une autre variante, dans laquelle la surface du condenseur 12 est maintenue approximativement. au point de fusion du zinc par
<Desc/Clms Page number 7>
un bain à température constante 55, constitué par du plomb fondu ou toute au- tre matière appropriée. Comme déjà signalé ci-dessus, il est toutefois préfé- rable de maintenir la température requise de la surface de condensation de la manière décrite avec référence à la Fig. l. ce qui évite la nécessité d'un con- trôle précis des températures.
La Fig. 7 montre également la prévision d'un canal hélicoïdal 131 sur la surface intérieure du tube distributeur., pour le métal fondu descendant le long de celui-ci,
De plus, la Fig. 7 illustre une autre'méthode d'enlèvement du zinc récupéré en obligeant le métal fondu qui s'égoutte du condenseur de tomber à travers une colonne barométrique 56 d'une huile appropriée maintenue à une tem- pérature relativement basse,, pour accéder dans un bac 57 dont le zinc qui s' est solidifié pendant son passage à travers l'huile peut être enlevé à inter- valles par râclage.
Ou bien, comme indiqué en Fig. 8, le zinc métallique solide qui tombe du condenseur descend à travers une masse d'huile qui est maintenue à une température suffisamment basse., est ensuite refondu dans une extension chauffée du tuyau, qui s'étend vers le bas, de sorte que le zinc est déchar- gé à l'état liquide comme dans les dispositions décrites ci-dessus.
Dans la variante de construction montrée en Figo 9, la vapeur mé- tallique développée dans la chambre est condensée à l'état solide sur un véhi- cule liquide visqueux, par exemple, une huile appropriée, qui s'écoule conti- nuellement vers le bas le long d'un condenseur 12 refroidi par eau et diver- gent vers le bas,dans lequel le tuyau à vide Il est agencé centralement.
Le véhicule liquide et le zinc tombant de l'extrémité inférieure du condenseur sont recueillis dans un bac 60 se trouvant à l'extrémité supé- rieure d'un tuyau de décharge 61, dans lequel on maintient une colonne baromé- trique du liquide.
Le liquide visqueux est amené à la vitesse requise par un tuyau 62, à l'extrémité supérieure de la chambre.
REVENDICATIONS.
1 - Procédé pour la séparation et la récupération d'un constituant relativement volatil d'un composé de métal, dans lequel on expose une masse du métal fondu à l'intérieur d'un espace fermé, on maintient dans celui-ci une zone de condensation verticale alongée, on maintient le dit espace fer- mé sous une faible pression, de telle façon que le constituant volatil soit évaporé progressivement de la dite masse de métal fondu et soit progressi- vement condensé dans la dite zone de condensation,et on décharge progressive- ment le condensat par gravité de la dite zone de condensation et du dit es- pace fermé.
2 - Procédé pour la séparation et la récupération d'un constituât relativement volatil d'un composé de métal, dans lequel on oblige le métal fondu à s'écouler vers le bas d'une façon sensiblement continue dans un état atténué, dans une zone d'évaporation s'étendant sensiblement verticalement à l'intérieur d'un espace fermé, on maintient une zone de condensation s'éten- dant sensiblement verticalement à l'intérieur du dit espace fermé, sensible- ment opposée latéralement à la dite zone d'évaporation, on maintient le dit - espace fermé sous une faible pression,
de telle façon que le constituant vola- til soit progressivement évaporé dans la dite zone d'évaporation et soit pro- gressivement condensé dans la dite zone de condensation, on décharge progres- sivement le condensat par gravité de la zone de condensation et du dit es- pace fermé,, et on décharge d'une façon sensiblement continue le métal traité du dit espace fermé.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
PERFCTIOTNEMNT. PROVIDED TO I, éFFINA.G ,. D¯ METALS BY DISTILLATION.
The present invention relates to the refining of metals by distillation and especially relates to the separation and recovery of zinc from zinciferous lead which has been previously de-silvered by the addition of zinc.
It has already been proposed to separate zinc from lead by a batch distillation process and to recover the zinc in metallic form by condensing the zinc vapor. In this process, a mass of molten zinciferous lead in a distillation chamber has an extended horizontal surface which is continually renewed by stirring the metal, this extended surface being subjected to a pressure not exceeding about 10 millimeters of mercury, and being located under an extended horizontal water-cooled surface, on which the zinc vapor is condensed as a solid metal.
The general object of the present invention is to provide improvements in the separation of a relatively volatile constituent from a molten metal compound, operating under low pressure, and in particular in the recovery of zinc from zinciferous lead.
The method according to the present invention generally consists in maintaining a relatively low pressure in a chamber containing a compound of molten metal, so as to gradually vaporize a relatively volatile constituent of this metal, at gradually condensing the said metal vapor on a relatively cold surface, and continuously or intermittently removing from the vacuum space the condensed metal thus obtained.
Preferably, the molten metal containing said volatile component is continuously supplied to an upper portion of said chamber, flows downwardly therethrough in an attenuated state, and is continuously discharged, having a low content of this volatile constituent, since a
<Desc / Clms Page number 2>
lower part of said chamber.
The term "attenuated state" is used to denote any state in which the free or exposed area is large relative to the volume of the metal.
In the preferred embodiment of the invention, the metallic vapor is condensed in the liquid state on a condensing surface arranged more than or. less vertically, which is maintained at a suitable temperature, and the condensed liquid flows by gravity from this surface to a discharge passage in which is maintained a barometric column of the condensed molten metal.
An important feature of this embodiment of the invention is to use, as the condensing surface, a layer of solid metal which is condensed on a cooling surface disposed such that an increasing temperature gradient extends towards the surface. 'exterior from this surface to the molten metal in the attenuated state. In this way, said solid layer gradually increases until its surface is in a position such that the metal vapor condenses in the liquid state on this surface and therefore flows towards the surface. down along it to the discharge point.
Therefore, the thickness of said solid condensed layer automatically adjusts to variations in the temperature gradient, so that it is no longer necessary to closely and precisely control the temperature conditions.
- In an alternative embodiment of the invention, the metallic vapor is condensed in the solid form on a non-volatile viscous liquid which is forced to flow downwards along a cooled surface, towards a passage of drain in which a barometric column of said liquid is maintained to form a seal.
The invention also relates to an apparatus for carrying out the aforesaid method, which apparatus comprises a recovery chamber adapted to be maintained under a relatively low pressure and to contain molten metal in a form having a surface of. relatively large surface area, means forming, inside this chamber, a condensing surface extending substantially vertically, and discharge means arranged to collect the liquid which descends by gravity from said said chamber. condensation surface,
Preferably, said apparatus comprises means for continuously supplying said molten metal, which is to be treated, into an upper part of said chamber,
means for continuously discharging the molten metal treated from a lower part of said chamber, and means forcing said molten metal to pass in an attenuated state through said chamber.
In the preferred embodiment of the invention, said apparatus comprises means by which said condensing surface is maintained at a temperature above the melting point of said volatile metal, so that the metallic vapor is condensed. in the liquid state on this surface and flows by gravity along the latter towards said discharge means.
An important embodiment of this latter embodiment of the invention comprises a condenser extending substantially vertically, adapted to be maintained at a temperature below the melting point of the volatile component and of which the condensing surface is disposed. with respect to the evaporating surface of the molten metal and is spaced therefrom so that the condensed metal will accumulate on this condensing surface in the solid form and approach the surface of evaporation until the outer surface of said solid condenser has a temperature corresponding to the melting point of said volatile component.
Consequently, when the temperature of the outer surface of the condensate is equal to the melting point of the separated component, the latter will condense on this surface in the liquid state and flow by gravity over said solid condensate to the means of 'evacuation.
<Desc / Clms Page number 3>
In another embodiment of the invention, said apparatus comprises means for supplying a viscous non-volatile liquid to an upper part of said condensing surface, so that said liquid will flow by gravity along it. this surface in the form of an adherent film on which the metallic vapor will condense.
In each of said applications, said means for evacuating the condensate comprise means forming a passage for a barometric column of the liquid to ensure a vacuum-tight seal.
The invention also includes the methods and arrangements which will be described below, for removing the condensed metal from the vacuum system.
A description of a special application of the invention to the separation of metallic zinc from previously de-silvered lead will be given below with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a vertical sectional view of a preferred embodiment of a distillation apparatus according to the invention; Fig. 2 is a half plan view, half in horizontal section, taken along line 2-2 of FIG. 1; Fig. 3 is a sectional view on a larger scale of the means shown in FIG. 1 for the distribution of the molten metal to be processed; Fig. 4 is a sectional view on a larger scale of a steam trap and associated elements, shown in Fig.l;
Figs. 5, 6 and 7 are vertical sectional views, similar to FIG. 1, variant embodiments of the distillation apparatus and the zinc removal means; Fig. 8 is a vertical sectional view showing another arrangement for removing zinc from the vacuum system, and FIG. 9 is a vertical sectional view of yet another embodiment of the invention.
The apparatus shown in Figs. 1 to 4 comprises a closed vertical cylindrical chamber 10 provided with an axially disposed vacuum pipe 11 which penetrates from above and extends to near the bottom of the chamber.
The upper part of the chamber protrudes above a masonry 21 which surrounds the remaining part of the chamber and the latter is supported on this masonry by several support and leveling screws 22 which are mounted in lugs. 101 provided to the wall of the chamber.
Said vacuum pipe forms the inner surface of a downwardly converging, water-cooled annular condenser 12, through which cooling water can be circulated, as shown in Fig.l.
A downwardly converging distributor tube 13 of relatively large diameter is arranged concentrically in the chamber and is welded at its lower end to the bottom of the chamber, thereby forming a relatively narrow annular reservoir between this tube and the wall of the chamber 10.
The upper end of the distribution tube 13 is located in the upper part of the chamber and is mechanized so as to form a flat surface.
Above the distributor tube is arranged a control ring 14 of the same diameter, arranged coaxially .; and these two members are spaced apart so as to form between them a narrow annular slot 15 through which molten metal can flow from the annular reservoir onto the interior surface of the distributor tube. For this purpose, the control ring can be supported on the upper end of the distributor tube by means of several spacers, such as wires 16, arranged at suitable intervals between said members.
<Desc / Clms Page number 4>
Near its lower end, the distributor tube 13 is provided with a flexible joint 17 made of sheet metal, and this tube is supported, near its upper end, by several outer legs 18 provided on the tube, which rest on brackets 19 projecting from the inner wall of the chamber 10. These legs and brackets are joined by pins 20 which pass through holes provided in these elements.
Since the inner support brackets 19 are disposed near the outer legs 101 for the support and leveling screws 22, it will be understood that by adjusting these, the upper end of the distribution tube 13 can be placed horizontally.
The molten metal to be treated is brought to the aforesaid annular reservoir by a pipe 23, the inlet end of which is immersed in a bath 24 of molten lead previously de-silvered, the free surface of which is exposed to atmospheric pressure and is located in a position such that the top surface of a barometric column supported by the bath is below the level of the upper edge of the control ring 14. and somewhat above the level of the annular slot narrow 15.
When the apparatus is in use, therefore, the molten metal continuously passes into the annular reservoir within the chamber 10 and its free surface is located above the level of the slot 15, as shown in Figs. 1 and 3. The molten metal therefore continuously passes through the annulus slot and then flows downward along the converging interior surface of the distributor tube 13 as a thin annular stream.
Preferably, and as shown in FIG. 1, the discharge end of the supply tube 23 enters a vertical passage 36 with open ends, disposed in the annular tank, to avoid undesirable eddies of the metal in the tank, under the effect of the metal introduced into it.
An annular retaining wall which projects upwardly from the bottom of chamber 10 forms the inner periphery of a collecting channel 25 for receiving the molten metal discharged at the lower end of the distributor tube 13, and a discharge pipe 26 of treated metal communicates at its upper end with channel 25, while the lower end of pipe 26 immerses in a bath 27 of treated metal, the length of discharge pipe 26 above the surface of the bath 27 being larger. than the height of a barometric column of lead.
A zinc discharge pipe 28 extends vertically downward from the center of the bottom of chamber 10, while its upper end protrudes inside a reservoir 102 and is enclosed in a closure. che 29, so as to form, inside the reservoir 102, a trap or seal of molten zinc which separates the interior of the chamber from the interior of the pipe. zinc drain 28.
The lower end of this zinc discharge pipe 28 is immersed in a bath of molten zinc 30 and the length of this pipe is greater than the height of a barometric column of zinc, as shown in the drawings.
Flues 261 and 281, through which hot gases supplied by a furnace can be passed, surround the exhaust pipes 26 and 28 and open into the annular space surrounding the container 10, the structure 21 being, in furthermore provided with intake and exhaust ducts, respectively 211 and 212, for hot gases, which makes it possible to maintain the chamber * 'at the required temperature.
The aforesaid molten zinc seal in the reservoir 102 therefore makes it possible to maintain the zinc in the discharge pipe 28 and in the bath 30 at a temperature sufficiently above the melting point to facilitate the casting of the metal without subjecting the interior. from chamber 10 to the vapor pressure of the zinc.
A circular metal screen 31 is disposed horizontally in the chamber, above the reservoir 102 and below the lower end.
<Desc / Clms Page number 5>
re the condenser and the vacuum pipe, for the purpose which will be specified below.
In service, lead previously de-silvered, preferably at a temperature of about 500 -700 C, continuously enters the annular reservoir of the chamber 10, through the supply pipe 23, and then passes through the narrow annular slot 15 to the upper end of the distributor tube 13, so that the molten metal flows along it in the form of a thin annular stream disposed concentrically around the condenser.
The interior of the chamber is vented, preferably until the pressure therein is on the order of about 10-100 microns of mercury, so that as the molten metal descends along the distribution surface, its zinc content gradually evaporates, the residual lead, with a low zinc content, being finally collected in the annular collecting channel 25 at the bottom of the chamber, to be evacuated through the pipe 26.
The zinc vapor thus released is condensed around the periphery of the condenser 12 in the form of a solid metal collar designated 35 in FIG. 1, and it will be understood that as this collar increases in thickness, the temperature at its surface increases progressively, due to its proximity to the surrounding evaporation surface and the latent heat given off by zinc which condenses. This process continues until the surface of the condensed zinc collar is maintained at the melting point of the zinc, and thereafter the zinc vapor is condensed on this surface in liquid form and flows out. along it until it drains from the lower end of the collar.
It is important that the molten surface of the zinc collar does not come close enough to the evaporating surface to recontaminate the metal flowing along it, and according to the invention the suitable proportions of the evaporators are chosen. diameters of the distribution and condensation surfaces which are suitable for the operating conditions required, these proportions being able to be easily determined with sufficient precision by a person skilled in the art.
The liquid zinc which drops in drops from the lower end of the condenser, as described above, falls on the screen 31 and bypasses the latter to access the reservoir 102 located under this screen.
Screen 31 is maintained at approximately a temperature corresponding to the melting point of zinc (i.e. 420 C), by liquid zinc falling on this screen, while the temperature of zinc in the tank may be a little higher, due to the need to avoid solidification of the metal in this tank. Under these conditions, the zinc would tend to evaporate from the metal in the tank 102, but on rising, the vapor comes into contact with the lower surface of the screen 31 which is cooler, and therefore condenses. again on this surface.
Any uncondensed zinc vapor is extracted through the vacuum pipe 11 and since the wall of the latter is cooled by the water flowing through the condenser, this vapor is condensed in a solid state on this wall.
The vacuum hose therefore also serves as a zinc trap which prevents metal from depositing in the vacuum pump.
The solid metal which thus accumulates on the wall of the vacuum pipe is removed at intervals, either by heating this wall or by mechanical means. In either case, the metal falls on the screen 31 and is remelted thereon to then pass into the tank 102.
For this purpose, electric heating elements (not shown) can be arranged around the vacuum pipe, so that they can be switched on from time to time.
Alternatively, a scraper device with reciprocating axial movement, as indicated at 40 in FIG. 1, can be arranged in the vacuum pipe 11, this device being able to actuate intervals, for example by means of a support rod 41.
In the construction variant shown in Fig. 5, the screw pipe
<Desc / Clms Page number 6>
of 11 is arranged centrally under the chamber 10 and communicates with the bottom thereof.,
The pipe 11 is deflected laterally some distance below the chamber 10, and is then bent upwards at the end of this side part, to form a U-tube. The lower end of this part U-shaped vacuum pipe is maintained at a temperature approximately corresponding to the melting point of zinc (420 C) by a bath 45 which surrounds this part and is maintained at the required temperature. Apart from the fact that the apparatus is used in a lead refining plant, this bath may advantageously be composed of molten lead, but any other material suitable for the intended purpose may be used.
A reservoir 46 formed in the bottom of the U-shaped part of the pipe 11, centrally under the condenser 12, is connected by a tube 47 inclined upwards, to the upper end of a discharge pipe 28, the end of which lower immersed in a bath of molten zinc, as in the construction described above. In this way, a liquid zinc vapor arresting seal is formed and maintained in reservoir 46 for the purpose already stated.
The part of the vacuum pipe 11 which rises above the constant temperature bath 45 is cooled to form a trap for the zinc vapor, as is the pipe 11 in FIG. 1, any suitable means, such as those already described, being provided for periodically removing metallic zinc which thus accumulates on the wall of the pipe. The metal thus removed falls to the bottom of the U-shaped bend and then melts and then passes into the reservoir 46.
In another variant embodiment according to FIG. 6, the distributor tube 13 forms the lower part of the chamber and the reservoir for the metal entering the apparatus surrounds only the upper part of this tube.
This construction allows the outer surface of the distributor tube to be heated directly by burner gases, not only to compensate for the heat loss from the molten metal due to evaporation of the zinc, but also to help keep the metal flowing out. at any desired temperature, regardless of the temperature of the metal entering the apparatus. When this construction is applied, therefore, the feed metal to the apparatus may be introduced at a temperature lower than that required for proper operation of the apparatus shown in FIG. 1.
Fig. 6 also illustrates another method of removing recovered zinc, by dissolving it in softened lead which requires addition of zinc for the subsequent de-silvering treatment.
For this purpose, the vacuum pipe 11 extends centrally downward from the bottom of the chamber 10 and constitutes an upward extension of a vertical discharge pipe 50 for the softened lead, the lower end of which is this pipe plunging into a bath 51.
Softened or liquefied lead is fed through a pipe 52 which extends vertically upwards inside the. pipe 50 and which is provided, at its upper end, with a distributor disc 53 on which the metal flows to fall from its periphery, forming a cylindrical curtain.
The vacuum pipe is extended by a pipe 111 which laterally passes through the wall of the lower end part of the pipe 11, below * the distributor disc 53, so that the vapors and gases extracted from the chamber 10 through pipe 11 must pass through the curtain of softened or liquefied lead to be able to enter pipe 11
Liquid zinc which falls from the condensing surface within chamber 10 falls directly into the softened lead and is incorporated therein as shown in the drawing.
Fig. 7 shows another variant, in which the surface of the condenser 12 is maintained approximately. at the melting point of zinc by
<Desc / Clms Page number 7>
a constant temperature bath 55, consisting of molten lead or any other suitable material. As already noted above, however, it is preferable to maintain the required temperature of the condensing surface as described with reference to FIG. l. this avoids the need for precise temperature control.
Fig. 7 also shows the provision of a helical channel 131 on the inner surface of the distributor tube., For the molten metal descending along it,
In addition, FIG. 7 illustrates another method of removing the recovered zinc by causing the molten metal which drips from the condenser to fall through a barometric column 56 of a suitable oil maintained at a relatively low temperature, to enter a chamber. tank 57 from which the zinc which has solidified during its passage through the oil can be removed at intervals by scraping.
Or, as indicated in Fig. 8, the solid metallic zinc which falls from the condenser descends through a mass of oil which is kept at a sufficiently low temperature., Is then remelted in a heated extension of the pipe, which extends downwards, so that the zinc is discharged in the liquid state as in the arrangements described above.
In the construction variant shown in Figo 9, the metallic vapor developed in the chamber is condensed in the solid state on a viscous liquid vehicle, for example a suitable oil, which continuously flows to the chamber. down along a water-cooled condenser 12 and diverge downwards, in which the vacuum pipe II is centrally arranged.
Liquid carrier and zinc falling from the lower end of the condenser are collected in a pan 60 located at the upper end of a discharge pipe 61, in which a barometric column of the liquid is maintained.
The viscous liquid is supplied at the required speed through a pipe 62 at the upper end of the chamber.
CLAIMS.
1 - A process for the separation and recovery of a relatively volatile constituent of a metal compound, in which a mass of the molten metal is exposed inside a closed space, a zone of elongated vertical condensation, the said closed space is kept under a low pressure, so that the volatile constituent is progressively evaporated from the said mass of molten metal and is gradually condensed in the said condensation zone, and one discharges gradually the condensate by gravity of the said condensation zone and of the said closed space.
2 - A process for the separation and recovery of a relatively volatile constituent of a metal compound, in which the molten metal is forced to flow downward in a substantially continuous manner in an attenuated state, in a zone evaporation extending substantially vertically inside a closed space, a condensation zone extending substantially vertically inside said closed space is maintained, substantially opposite laterally to said zone d 'evaporation, the said space is kept closed under low pressure,
in such a way that the volatile constituent is progressively evaporated in said evaporation zone and is progressively condensed in said condensation zone, the condensate is gradually discharged by gravity from the condensation zone and from said es - closed space ,, and the treated metal is discharged in a substantially continuous manner from said closed space.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.