<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE DE FUSION'DES MATIERES.ZINCIFERES.
La présente invention concenre la fusion des matières zincifères oxydéeset, plus particulièrement,la fusion au four électrique à arc des mi- nerais zincifères suroxydéso
En raison de sa simplicité propre et de l'absence d'exigences tel- les que la préparation spéciale de la charge., la fusion du zinc au four élec- trique à arc a beaucoup attiré l' attention et laissé entrevoir de nombreuses possibilités. De nombreux moyens ont déjà été proposés pour la fusion du zinc au four électrique mais, à la connaissance de la Demanderesse, ceux des moyens proposés qui ont été appliqués pratiquement n'ont pas permis la production sa- tisfaisante du zinc métal à l'état massif.
Cette persistance des échecs éprou- vés au cours de plusieurs décades est due non pas à la difficulté de fondre le minerai de zinc, étant donné qu'un tel minerai peut être aisément fondu aux températures que permet facilement d'obtenir le four électrique, mais à la con- densation de la vapeur de zinc produite par la fusion du four électrique.
En dépit de prédictions plus optimistes, les réalisations physiques des moyens proposés jusqu'à ce jour ont eu comme résultat la production de grandes quan- tités de fumées poussiéreuses dites "poudre bleue", à l'exclusion à peu près complète de zinc métallique massif
D'une façon générale, le présent procédé de fusione appliqué à la fusion des minerais zincifères suroxydés., ressemble à ceux des procédés anté- rieurs dans lesquels on obtient trois produits, à savoir : la vapeur de zinc, un laitier fondu et du fer métallique résultant de la réduction de l'oxyde de fer qui accompagne invariablement le zinc dans ses minerais.
Comme on.le ver- ra plus loin., le présent procédé est aussi applicable à la fusion de matières zincifères suroxydées qui en principe exemptes de .fer et, dans ce cas, les pro- duits de la fusion ne contiennent pas de fer métallique. La Demanderesse a toutefois constaté que, lorsque la fusion de la matière zincifère suroxydée est réalisée à une température de l'ordre de 1250 -1450 C à l'interface entre un bain de laitier fondu et une couche flottante de la charge zincifère., la vapeur de zinc produite par une telle fusion est en principe libre d'impuretés
<Desc/Clms Page number 2>
génératrices de poussières et qui semblent être en, grande partie la cause de la condensation,
dans de mauvaises conditions de la vapeur de zinc dans la mise en oeuvre des moyens antérieurement proposésa La Demanderesse a découvert que, si l'on maintient le laitier à un degré de fluidité tel qu'il assure une dis- tribution convenable de la chaleur de fusion dans les diverses parties de la masse de laitier, il devient possible de fondre d'une manière satisf aisante une matière zincifère au four électrique à arc tout en empêchant en principe le développement d'une température supérieure à 1450 C dans toute portion du laitier exposée à l'atmosphère du four, la température ci-dessus étant celle mesurée sur le laitier lorsqu'il est coulé hors du four.
La fluidité nécessaire du laitier peut être assurée par le maintien de la composition du laitier en- tre certaines limites bien déterminées, conformément à l'invention.
Les minerais zincifères suroxydés contiennent généralement du zinc, du cadmium, du plomb, du cuivre, de l'argent et du fer, principalement sous forme d'oxydes et qui sont tous aisément réductibles par une matière carbonée à des températures de l'ordre de 1250 à 1450 C, ainsi que des oxydes de calcium, de magnésium et de silicium, dont la réduction dans ces conditions est assez difficile. Une caractéristique normale de l'opération consistant à chauffer la masse entière d'une charge de fusion à une température comprise entre les,, limites précitées dans un four électrique réside dans le fait qu'une portion importante de la charge se trouve chauffée à une température notablement plus élevée.
Lorsqu'une portion d'une charge dérivée de la'réduction d'un minerai zincifère suroxydé est chauffée à une température sensiblement supérieure à 14500C. un ou plusieurs des constituants de la gangue (chaux. magnésie et si- lice), de même que l'oxyde de manganèse s'il est présent, ont une tendance pro- noncée à se volatiliser, que ce soit directement, indirectement ou à la fois directement et indirectement. Ces constituants peuvent être volatilisés direc- tement sous forme des oxydes en soi, ou bien ils peuvent être volatilisés in- directement, d'abord par réduction des oxydes en la forme métallique, ensuite par la volatilisation des métaux, qui sont alors réoxydés par l'oxyde de carbone et l'anhydride rarboique que contient l'atmosphère du four.
La volatilisation de ces constituants de la charge dans-une partie relativement chaude de cette char- ge est suivie de leur solidification dans une partie plus froide de la chambre, et les matières solidifiées apparaissent ensuite dans l'atmosphère du four sous forme de particules de poussière. Ces particules constituent les impuretés précitées génératrices de poussières et qui contribuent à la formation de pou- dre bleue, et sont une indication du fait qu'il règne à l'intérieur du four des conditions qui favorisent la production de grandes quantités de poudre bleue au lieu de zinc métallique massif.
En maintenant la température du laitier fondu entre 1250 et 14500C., ce qui est rendu possible par le réglage de la fluidité du laitier conformément à l'invention, on évite le surchauffage local du laitier ou de la charge à des températures, excédant sensiblement 1450 C et, par cela même, la production dans le gaz de fusion contenant des vapeurs de zinc, d'impuretés génératrices de poussières.
On remarquera par conséquent que l'invention offre un procédé de fusion au four électrique des matières zincifères suroxydées en présence d'une matière réductrice carbonée, et qui donne un laitier fondu et des gaz de fusion contenant une vapeur de zinc métallique sensiblement exempte d'impuretés géné- ratrices de poussières. Cette fusion d'un minerai zincifère suroxydé donne aussi du fer fondu.
Le présent procédé consiste à charger dans le four la ma- tière zincifère et la matière réductrice carbonée à l'état délié et sec, à ré- gler la composition de la charge de telle sorte que celle-ci contienne, d'une part, des quantités relatives de matières zincifères et réductrices propres à effectuer la réduction d'une partie majeure au moins du constituant sine de la charge et au moins une proportion de tout le fer présent dans la matière zincifère (comme dans le cas d'un minerai de zinc), pour exclure la présence, dans le laitier fondu, de plus de 6% en poids d'oxyde de fer (calculé comme Fe) et en outre, à maintenir dans la charge des proportions relatives de matiè- res calcaires et siliceuses, par rapport aux autres constituants donnant naissance au laitier telles que, après la fusion de la matière zincifère,
la teneur totale en chaux (CaO) et en silice (Si02) du laitier fondu résultant
<Desc/Clms Page number 3>
n'excède pas 85 % en poids; dans un rapport compris entre 0,9:1 et 1,2:1, et ne dépassant pas ce rapport, comparativement à la quantité totale des autres constituants du laitzer, représenté par la ligne AB de la figure 1 du dessin annexé; à maintenir le laitier à l'état fondu à une température d'au moins 1250 C par un chauffage à l'arc électrique et à fondre la charge sèche qui se trouve à la surface du laitier fondu à une température n'excédant pas 1450 C. La li- gne AB de la figure 1 représente une relation critique déterminée expérimenta- lement entre le rapport chaux-silice et la quantité totale des autres consti- tuants du laitier.
En observant cette relation de la manière indiquée, on ob- tient un laitier ayant la fluidité requise pour une mise en oeuvre efficace du présent procédé de fusion. Toutefois, la meilleure composition de laitier, correspondant à la meilleure fluidité du laitier, est obtenue, conformément à la présente invention, en déterminant les proportions des matières calcaires et siliceuses précitées de telle sorte que le total de la chaux et de la sili- ce ne dépasse pas 83%, que le rapport chaux-silice soit compris entre 1,05:1 et 1,15:1 et ne dépasse pas, relativement à la quantité totale des autres-cons- tituants du laitier, la valeur représentée par la ligne CD de la figure 1.
Pour mieux faire comprendre l'invention, mais sans que ceci en li- mite la portée, on décrira ci-après plus-particulièrement la fusion d'un mine- rai zincifère suroxydé,
Au cours de la présente opération de fusion, les oxydes de zinc, de cadmium, de plomb, de cuivre et d'argent présents dans le minerai sont fa- cilement réduits.
L'oxyde de fer du minerai est aussi en grande partie réduit en fer métallique, mais il semble qu'une certaine proportion du fer naissant tende à réduire l'oxyde de zinc et à se réoxyder en en oxyde ferreux. Bien qu'on n'obtienne pas, dans une telle opération de fusion continue, des condi- tions d'équilibre stables, on constate néanmoins qu'il se forme une certaine , quantité de fer métallique simultanément avec le zinc métallique, et que, dans une mesure qui dépend principalement de la quantité de matière réductrice pré- sente, un peu d'oxyde ferreux reste à l'état non réduit dans le laitier.
Lors- que le fer métallique est produit dans un laitier convenablement fluidifié et en présence d'une matière réductrice carbonée, il se forme dans le laitier des globules de fer fondu carburé- qui, finalement? s'unissent et tendent à se sé- parer du laitier sous formed'une couche sous-jacente liquide. La masse résul- tante de fer fondu contient normalement une telle quantité de carbone à l'état dissous qu'il, reste fondu à des températures qui peuvent s'abaisser de 1150 - 1200 C environ.
Comme la chaleur de fusion est appliquée à la portion supérieu- re de la charge dans un four à arc électrique, la température qui règne dans la portion inférieure du four, au-dessous du laitier., est généralement un peu plus basse que celle du laitier lui-même. Pour rendre possible le fonctionne- ment continu du four, il faut que- le fer'métallique soit maintenu à l'état fon- du susceptible d'être copié pendant que l'opération de fusion se poursuit à une température comprise entre 1250 et 1450 C. Le fer aura un point de fusion inférieur à 1450 C s'il contient au moins 1,5 à 2 % de carbone et il restera fondu entre environ 1150 à 1200 C s'il contient environ 4 % de carbone.
Si le laitier qui surnage n'est pas exagérément suroxydé, la masse de fer métal- lique restera carburée au degré qui est nécessaire pour qu'il se maintienne à l'état fondu. Comme la présence d'oxyde de fer dans le laitier communique à celui-ci un certain caractère de suroxydation par rapport à la masse de fer métallique carburé, la Demanderesse à constaté qu'il est nécessaire de limiter la teneur en oxyde de fer du laitier à un maximum d'environ 6 % en poids (cal- culé comme Fe), ce qui correspond à 7,7% de FeO, si l'on veut maintenir la mas- se de fer métallique à l'état fondu susceptible d'être convenablement coulé? le fer et le laitier étant de ce fait susceptibles d'être coulés séparément,
cependant qu'une opération de fusion réalisée entre 1250 C et 1450 C peut être entretenue au-dessus des couches de fer et de laitier. Ainsi qu'il est bien connu dans la technique, il est facile de régler la teneur en oxyde de fer du laitier en maintenant une relation convenable entre les quantités de fer et d'agent réducteur carboné présentes dans la charge du four.
Le présent procédé de fusion est applicable à toute matière zinci- fère suroxydée; minerai zincifère ou concentré de minerai, et qu'il se trouve
<Desc/Clms Page number 4>
naturellement à l'état suroxydé ou qu'il soit obtenu par grillage ou par une opération similaire. La Demanderesse à fondu avec succès ces matières zinci- fères types dont la teneur en zinc variait d'un extrême à l'autre.
Par exem- ple, on a fondu des matières zincifères suroxydées telles que le minerai Ster- ling Hill calcinée ayant une teneur en zinc de 20 %, le concentre'de minerai Eagle fritté, contenant environ 55% de zinc, l'oxyde Waelz fritté contenant environ 70% de Zn, et un pigment d'oxyde de zinc spéciale, qui ne satisfaisaitspas aux spécifications imposées en tant que colorant et qui contenait environ 80 % de zinc, et la vapeur de zinc métallique obtenue a été condensée avec d'excel- lents rendements.
Comme le présent procédé de fusion est applicable à la fois à la fusion des minerais d'oxydes naturels, des minerais de sulfures grillés et des minerais qui ont été soumis à une concentration en vrac, on observera que le champ des applications du présent procédé de fusion est pour ainsi dire illimitée ce qui le distingue des autres procédés de fusion du zinc dont les ap- plications sont plus limitées. Par conséquent, le seul traitement d'améliora- tion qu'il y a lieu d'envisager préalablement à la fusion réalisée par le pré- sent procédé est celui consistant à enlever la gangue la plus facilement sépa- rable par une simple opération de concentration réalisée sur la matière en vrac, que ce soit par flottage ou autrement.
Dans la fusion réalisée conformément à l'invention, il importe que l' arc électrique soit réglé de telle manière qu'une répartition favorable des températures soit obtenue du sommet à la base du four. La température régnant au sommet du four est limitée par les réfractaires utilisés dans la structure du four,mais on indiquera à titre de renseignement que des températures de 1200-1350 C, et de préférence de 1270-13000C. sont satisfaisantes pour l'atmos- phère du four. Comme il a été indiqué précédemmment, il est désirable que la température régnant près de la zone de fusion à l'interface entre le laitier fluide et la charge zincifère flottante, ne dépasse pas environ 1450 C, et qu'el- le soit de préférence comprise entre 1350 et 1400 C.
Toutefois, il importe que la température régnant dans toutes les parties de la masse de laitier soit suffisante pour assurer le maintien des conditions de fusion à la surface de cette' masse, d'une part, et des conditions de fusion du fer au-dessous de cet- te masse, d'autre part, en tenant compte, dans les deux cas, de l'effet de re- froidissement dû aux caractéristiques de la réaction relativement froide et endothermique de la charge amenée à la surface du laitier. La position de l'arc électrique requise pour obtenir ce résultat dépend du nombre des électrodes, des dimensions du four et d'autres facteurs variables.
Il faut éviter d'immer- ger les électrodes si profondément que la chaleur soit uniquement engendrée par la résistance du laitier, car la Demanderesse a constaté que ce type de chauffage est totalement impropre à contrecarrer l'effet de refroidissement (et de solidification du laitier) et de la charge flottante. Lorsque le chauf- fage du four est réalisé en conformité avec les indications ci-dessus, l'extrac- tion du zinc de la charge, déterminée par la teneur en zinc du laitier., sera d'au moins 98 %.
Lorsqu'un munerai zincifère est fondu de la manière précédemment décrite., le laitier résultant est composé de chazzx, de silice et d'autres cons- tituants du laitier, tels que : magnésie? oxyde de manganèse? alumine et, le cas échéant, oxydes non réduits de fer et de zinc. Parmi ces nombreux consti- tuants de formation du laitier, qui proviennent à la fois du minerai et de la cendre de l'agent réducteur carboné, la chaux et la silice constituent d'ordi- naire à elles deux la portion majeure, la portion restante étant composée des autres constituants précités de formation du laitier.
En générale la chaux et la silice constituent ensemble environ 40 % à 85 % et, le plus souvent, environ 60 % à 80 % du laitier. Les autres constituants de formation du lai- tier, comprenant le maximum de 6 % d'oxyde de fer (calculé comme Fe) qu'il est admissible de laisser dans le laitier comme il a été décrit précédemment,repré- sentent les 15 à 60 %, et plus couramment les 20 à 40% restants du laitier.
La Demanderesse a découvert qu'on peut donner au laitier la fluidité requise pour la mise en oeuvre du présent procédé de fusion si l'on maintient une cer- taine relation définie entre le rapport chaux-silice et la quantité desdits autres constituants de formation de laitier. Cette relation est représentée graphiquement à la figure 1 du dessin annexé.
<Desc/Clms Page number 5>
Comme indique à la figure 1, la Demanderesse a con.staté que la re- lation critique précitée est valable pour des rapports chaux-silice aussi fai- bles que 0,9:1 et aussi élevés que 1,2; 1. La valeur minimum (0,9; 1) est le rapport chaux-silice le plus bas pratiquement admissible à l'échelle indus- trielle pour recueillir le zinc et le fer réduits de la charge du four. Pour les rapports chaux-silice inférieurs à 0,9 : 1, il devient si difficile de ré- duire le zinc et le fer qu'il n'est plus possible d'obtenir des -extractions satisfaisantes à des températures de fusion atteignant une valeur aussi élevée que 1450 C.
La limite supérieure (1,2:1) du rapport chaux-silice est imposée par la viscosité du laitier, car la De manderesse a constaté que des laitiers dont le rapport chaux-silice est supérieur à cette valeur sont si visqueux qu'ils sont impropres aux opérations de fusion conformes à l'invention. Entre ces limites, la relation critique précitée entre le rapport chaux-silice et la quan- tité des autres constituants de formation du laitier est représentée par la courbe AB, les rapports situés sur cette ligne ou au-dessous,conduisant à la production de laitiers dont la fluidité est celle qui convient pour la mise en oeuvre du présent procédé de fusion.
La relation représentée par la courbe AB de la figure 1 indique le rapport chaux-silice maximum qui peut être appliqué avec des proportions des autres constituants du laitier supérieures à environ 15 % de la composition du laitier, le total de la chaux et de la silice constituant le reste de cette composition.
Bien que les minerais de zinc suroxydés contiennent des propor- -tions très variables de matières calcaires et siliceuses., la Demanderesse a observé qu'il est généralement nécessaire d'ajouter de la chaux ou de la sili- ce à la charge de façon à obtenir, pour le rapport chaux-silice du laitier, y compris la teneur en silice de la cendre du charbon, une valeur comprise en- tre 0,9 : 1 et 1,2:la Pour obtenir un tel rapport chaux-silice, on peut ajou- ter la quantité nécessaire de chaux ou de silice provenant de sources étrangè- res, ou bien on peut obtenir le rapport chaux-silice nécessaire en traitant conj ointement deux minerais zincifères, ou plus, de différentes teneurs en chaux et en silice.
Il est aisé de produire un laitier possédant la fluidité qu'exige la mise en oeuvre de l'invention en réglant les teneurs en chaux et en silice du laitier de manière à ne pas dépasser le maximum représenté par la ligne AB de figure 1. Dans le cas d'un minerai à base de chaux dont le rapport chaux- silicef est supérieur à 1,2; 1, il faut augmenter la teneur en silice du laitier de manière à abaisser le rapport chaux-silice jusqu'à la ligne AB.
Dans le cas ces d'un minerai à base de silice dont le rapport chaux-silice est inférieur à 0,9:1, il faut augmenter le constituant chaux du laitier pour élever le rap- port chaux-silice de sa composition à une valeur au moins égale à 0,9:1 et n'excédant pas celle représentée par la ligne AB. Bien entendu, la quantité de silice ou'de chaux qu'il sera nécessaire d'ajouter dépendra de la quantité desdits autres constituants du laitier, comme l'indique la figure 1.
Toutefois, comme représenté clairement par la ligne AB, l'addition de chaux ou de silice, suivant le cas, doit être effectuée d'une manière telle que la présence d'au moins 15% des autres constituants du laitier soit assurée dans le laitier ré- sultanto En d'autres termes, il ne faut, en aucun cas, que le total des teneurs en chaux et en silice du laitier dépasse environ 85 % de la composition totale du laitier. On peut assurer la présence de 15 % au moins des "autres" consti- tuants du laitier soit en réglant les conditions de fusion de façon à laisser une plus grande quantité d'oxyde de fer dans le laitier, soit en ajoutant des constituants de formation'de laitier provenant d'une source étrangère tels que l'alumine, la magnésie l'oxyde de fer, la soude et autres,. ou en ayant recours à une combinaison de tels moyens.
La Demanderesse a constaté que, lors- que'le rapport chaux-silice admis pour le laitier est à l'intérieur des limites prescrites pour la ligne AB, des proportions des autres constituants de forma- tion de laitier inférieures à 15 % environ en poids du laitier excluent la pos- sibilité d'obtenir un laitier ayant la fluidité désirable. La limite supérieure de la teneur du laitier en ces "autres" constituants n'est déterminée que par les proportions desdits constituants qui existent naturellement dans le minerai.
Bien que l'établissement d'une composition de laitier caractérisée par un rapport chaux-silice n'excédant pas celui représenté par la ligne AB
<Desc/Clms Page number 6>
de figure 1, assure l'obtention d'un laitier suffisamment fluide pour permettre -une fusion satisfaisante par le présent procédé, la Demanderesse a constaté qu"une relation plus étroitement circonscrite entre la chaux, la silice et les autres constituants du laitier permet d'obtenir des laitiers dont la fluidité et Inutilité sont maxima, Ces compositions de laitier, qui se distinguent par leurs propriétés de fusion optima, sont définies par la ligne CD de la figure la Cette ligne représente le rapport chaux-silice maximum entre les limites de 1,05:1 et 1,15:
1, par rapport au total des autres constituants du laitier, qui est compatible avec les récupérations optima de zinc et de fer. Pour ob- tenir la meilleure fluidité du laitier en conformité avec la relation représen- tée par la ligne CD, il importe que la quantité des "autres" constituants du laitier constitue au total en moins 17 % de la composition du laitier.
Les compositions de laitier satisfaisant à la prescription donnée par la ligne AB de figure 1, qui sont caractérisées par une fluidité assurant une réduction effective des constituants zinc et fer du minerai, en conformité de l' invention, rendent possible l' obtention d'un rendement d'au moins 85 % dans la condensation de la vapeur de zinc dégagée, en résultat d'une élimina- tion plus complète de cette vapeur, des impuretés précitées génératrices de poussières.
D'autre part, les laitiers dont les compositions sont situées à l'extérieur de la ligne AB de la figure 1 sont caractérisés-par le fait que leur fluidité est si faible que les rendements en condensation de vapeur de zinc (c'est-à-dire la proportion de vapeur de zinc introduite dans le conden- seur et qui est convertie en métal fondu) sont notablement inférieurs à 85 %.
Cet effet est mis en évidence dans les exemples suivants dans lesquels les con- ditions de fusion conformes à l'invention sont sensiblement identiques, la dif- férence, dans chaque cas, étant essentiellement une différence dans la compo- sition du laitier, laquelle différence représente elle-même une différence dans la fluidité du laitier et,par conséquent, dans la répartition de la chaleur dans toute la masse du laitier. Un laitier ayant un rapport chaux-silice de 1,27:1, et dont les constituants autres que la chaux et la silice représentent 20 % de la composition du laitier a donné un rendement au condenseur de 80 % environ.
En élevant la teneur en silice du laitier pour obtenir un rapport chaux-silice de 1,14:1, ce qui se traduit par une réductionà 17% de la propor- tion des autres constituants du laitier, on a obtenu au condenseur un rendement un peu supérieur à 85 %. En effectuant une nouvelle réduction du rapport chaux siliceà 1,04:1, tout en maintenantà 17 % la teneur du laitier en les "autres" constituants, le 1-endement au condenseur a été porté à environ 90 %.
Sur la base de données expérimentales semblables, la Demanderesse a déterminé que, dans les conditions de fusion conformesà l'invention,et ainsi qu'il a été précédemment spécifié, des compositions de laitier satisfaisant aux prescrip- tions de la ligne AB de la figure 1, aboutissent à des .rendements en condensa- tion de vapeur de zinc supérieurs à 85%, alors que celles des compositions qui ne satisfont pas aux prescriptions de la ligne AB donnent des rendements de condensation tombant rapidement au niveau de 80 % et au-dessous. D'autre part, des compositions de laitier satisfaisant aux prescriptions plus étroites de la ligne CD de figure 1 rendent possibles des rendements de condensation de vapeur de zinc d'au moins 90 %.
A la connaissance de la Demanderesse, les hauts rendements de condensation qui caractérisent les opérations de fusion conformes à l'invention et qui se rapportent aux compositions de laitier situées entre les limites précédemment exposées, sont le résultat des conditions de tempéra/ ture exceptionnement uniformes établies dans toute la masse de tels laitiers particulièrement fluides.
Conformément à l'invention, on tire parti de la température rela- tivement uniforme régnant dans toute la masse de la couche de laitier fluide pour communiquer à lacharge fraîche la chaleur de fusion nécessaire entre les limites des températures spécifiées. A cet effet, la Demanderesse a découvert qu'il est recommandable d'introduire la charge dans le four, de telle manière et avantageusement à travers la voûte du four, qu'on obtienne, au voisinage des électrodes, une masse de charge qui flotte sur le laitier. De cette façon, la fusion s'effectue principalement à l'interface entre le laitier fluide et la charge flottante.
On peut avantageusement introduire de temps à autre une charge supplémentaire près des parois du four, de manière à constituer un talus
<Desc/Clms Page number 7>
de change sinclinant vers le bas et vers l'intérieur, qui non seulement pro- tège les parois du four, mais fournit une quantité supplémentaire de charge fraîche disponible pour l'absorption de chaleur du laitier.
La seule condition à satisfaire en ce qui concerne la forme physi- que de la charge utilisée pour mettre l'invention en oeuvre., est qu'elle soit déliée et sèche. Par "déliée", on entend ici que la charge ne doit pas être introduite sous une forme massive, par exemple sous forme d'un seul bloc agglo- méré de grandes dimensions. Il importe que la charge soit divisée de façon qu'elle tombe librement sur la surface du laitier fondu et s'y répande dans une mesure correspondant à l'angle d'éboulement des particules de cette charge.
En précisant que la charge doit être "sèche", on veut dire qu'elle ne doit pas être introduite à l'état fondu. Une particularité caractéristique du présent procédé de fusion consiste en ce que la charge est fondue sur la surface du laitier du four fluide et chaude et cette condition ne peut être satisfaite que si la charge est introduite'dans le four sous la forme déliée et sèche précitée. Le degré de subdivision du constituant minerai de la charge n'est pas déterminant. En général, il est préférable de limiter la grosseur maximum des particules du minerai de la charge à environ 12,7 mm de diamètre. Abstrac- tion faite de la question des poussières, il n'y a pas de limite inférieure critique pour les dimensions à donner à des particules quelconques de la charge.
]lest 'préférable que les constituants de la chargé soient mélanges avant leur introduction dans le four, que ce soit sous forme d'Un simple melange physique ou sous forme de particu- les nodulisées ou autrement agglomérées. Par exemple la matière zincifère (telle qu'une masse agglomérée d'oxyde Waelz), le charbon et la chaux peuvent être : mélangés et introduits directement dans le four; ou bien on peut mouiller le mélange d'eau, l'additionner ensuite de 2 % de bentonite à titre de liante l'ag- glomérer alors sous forme de briquettes et le sécher et le broyer avant de l'in- troduire dans le four.
A titre de variante, la matière zincifère seule peut être convertie en briquettes, en utilisant une liqueur de sulfite à titre de liante les briquettes étant cuites puis réduites par broyage à une grosseur convenable, et les particules étant finalement mélangées avec le charbon et la chaux pour leur introduction directe dans le four. Il n'a été observé au- cune différence importante qui aurait pu être attribuée au mode de préparation de la charge, aussi bien dans l'opération de fusion que dans le stade de con- densation. Dans chaque cas, l'excès des fines ou de la fraction de poussières peut être éliminé par une séparation grossière à l'aide d'un courant d'air.
On peut aussi avantageusement préchauffer la charge à des températures de l'or- dre de 400-800 C, en conformité avec la pratique couramment adoptée pour les fours électriques. Tout appareil de préchauffage approprié peut être utilisé à cette fin, la chaleur étant fournie par une flamme d'huile ou de gaz ou par la chaleur de combustion des gaz d'échappement du condenseur de zinc.
La quantité de charbon utilisée pour mettre la présente invention en oeuvre doit avantageusement dépasser quelque peu' celle théoriquement requi- se pour réduire l'oxyde de zinc et ceux des autres oxydes qui sont facilement réduits par une matière carbonée. En général, la Demanderesse a obtenu des résultats satisfaisants avec une quantité de carbone (charbon ou coke) calcu- lée comme à. 100% de celle nécessaire pour réduire les oxydes facilement réduc- tibles autres que le zinc, et à environ 110-125% de la quantité théoriquement nécessaire pour réduire le constituant zinc de la charge.
Des quantités de carbone au-delà de 125% de celle théoriquement nécessaire pour réduire tous les oxydes facilement réductibles de la charge ne semblent pas avoir pour effet d'accroître ni la quantité totale de zinc réduite ni le taux de réduction.
Des quantités de carbone supérieures à 125% environ de celle théoriquement re- quise sont indésirables, non seulement à cause du gaspillage de calories qui en découle, mais aussi à cause de l'effet d'isolement thermique de l'excès de carbone flottant sur le laitier. Lorsque le charbon ou le coke est utilisé comme agent réducteur, la Demanderesse a trouvé qu'il est avantageux de broyer cet agent plutôt que de l'utiliser en morceaux relativement gros. Par exemple, le charbon N 3 tend à se séparer dans une charge zincifère et à effectuer une réduction moins efficace que le même charbon broyé entre des cylindres en mor- ceaux passant à travers un tamis à ouverture de maille de 4,7 mm (série Tyler).
<Desc/Clms Page number 8>
La condensation des gaz de fusion chargés de vapeur de zinc, qui sont obtenus conformément à l'invention, ne présente pas de difficulté spéciale.
Bien qu'on puisse faire usage d'un condenseur du type à chicanes fixes tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis ? 1.873.861 du 23 Août 1932, 'pour condenser la vapeur de zinc, on tire le maximum d'avantage,de la présente inven- tion lorsque la condensation est effectuée dans un condenseur du type dans le- quel la vapeur de zinc est amenée en contact intime avec une surface fraîchement exposée relativement grande de zinc fondu.
Ce dernier type de condenseur, est représenté par celui dans lequel les gaz chargés de vapeur de zinc sont amenés à traverser une pluie de zinc fondu forcé à travers un espace de condensation
EMI8.1
clos,, comme décrit dans les brevets des Etats-Unis Nos. 2.4.57.544 à oLS?o551 tous datés du 28 Décembre 1948 et dans le brevet Belge N 487, 565 du 25 Février 1949., au nom de la Demanderesse. Ce dernier type de condenseur de zinc est capable de recueillir et de condenser sous forme de métal fondu toute la vapeur de zinc que contiennent les gaz de fusion, à l'exception de la quantité de va- peur qui correspond à la tension de vapeur du zinc fondu à la température des gaz d'échappement du condenseur.
On illustrera le présent procédé de fusion par les quelques exem- ples particuliers ci-après :On a préparé une charge composée d'environ 17,8 parties en poids d'un charbon d'anthracite (dont la silice constituait 65 % des cendres) et de 1,3 parties en poids de chaux calcinée, ajoutée à titre de fondant supplémentaire, pour 100 parties en poids d'un concentré de minerai de zinc grillé composé de particules distinctes de 6,3 mm et plus fines.
L'a- nalyse du concentré de zinc était la suivante
EMI8.2
<tb> Zn <SEP> 7092 <SEP> % <SEP> Mn <SEP> 1,6%
<tb>
<tb> Pb <SEP> 0,05 <SEP> S <SEP> 0,20
<tb>
<tb> Fe <SEP> 2,9 <SEP> C02 <SEP> 0,32
<tb>
<tb> Cu <SEP> 0902 <SEP> Cd <SEP> 09002
<tb>
EMI8.3
Gao 2g 5 MgO 09 z7 Si02 l6 Al.2og 0s57
EMI8.4
<tb> C <SEP> 0980
<tb>
ce mélange constituant la charge contenait suffisamment d'oxyde de fer et d'au- tres constituants de gangue de formation du laitier pour satisfaire aux exigen- ces du présent procédé de fusion comme expliqué plus haut9 ainsi qu'il ressort de l'analyse suivant du laitier.
EMI8.5
<tb>
Zn <SEP> 0,5%
<tb>
<tb> Fe <SEP> 6.
<tb>
<tb>
<tb>
CaO <SEP> 34,8
<tb>
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 32,3
<tb>
<tb>
<tb> MgO <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb> Al203 <SEP> 9,7
<tb>
EMI8.6
Cao:Si02 lo cao + sio2 6797.
EMI8.7
<tb>
Autres <SEP> constituants
<tb>
<tb> du <SEP> laitier <SEP> 3299
<tb>
Les matières constituant la charge, intimement mélangées, ont été successivement introduites dans le four à des intervalles de 2 minutes trente secondes, au moyen d'une série de six trémies de chargement disposées dans la voûte du four,, à un débit d'alimentation d'environ 23 kg par heure. Le four était du type à arc électrique classique, à courant monophasé et avec des élec- trodes en graphite de 50 mm de diamètre dont la puissance nominale était de 100 Kw mais qui n'ont travaillé pendant l'opération de fusion que sous une puis- sance de 70 kw environ.
Les deux électrodes avaient été placées de fagon à produire près de la surface du laitier des arcs dont la dimension, avec la consommation d'é- nergie précitée, était suffisante pour maintenir les conditions de température désirées dans le bain et dans la chambre du four située au-dessus du bain.
La température régnant dans cette chambre a été maintenue entre 1250 et 1300 C pendant la période de travail. La température du laitiermesurée sur le lai- tier au moment de sa coulée hors du four, était en moyenne de 1350 C environ.
<Desc/Clms Page number 9>
On a fait passer les gaz de fusion contenant les vapeurs de zinc à travers un condenseur à pluie du type précédemment mentionne et dans lequel la vapeur de zinc s'est condensée sous forme de zinc métallique fondu. Compte tenu des cor- rections pour les pertes de manutention, pour les pertes de vapeur de zinc ré- sultant de fuites du four et pour la quantité de fumée traversant le condenseur, et d'autres facteurs similaires, le rendement de la condensation, dans cette opération, semble avoir été de l'ordre de 90%.
L'obstacle offert à la volati- lisation des oxydes réfractaires est mis en évidence par le fait que le rapport chaux-ailice constaté dans la faible quantité de poudre bleue' formée dans le condenseur était compris entre environ le tiers et la moitié du rapport chaux- silice constaté dans le laitier.
Un second exemple de la fusion d'une matière zincifère conformément à l'invention comprend la fusion, effectuée virtuellement dans les mêmes con- ditions que celles de l'exemple précédente d'un mélange d'oxyde de zinc, de chaux calcinée et d'anthracite. L'oxyde de zinc consistait essentiellement en 100% de ZnO (7999 % de Zn), sous forme d'un pigment qui avait été rejeté en tant que pigment en raison du fait qu'il ne satipas à certaines spé- cifications relatives à la couleuro Des additions de charbon ont été effectuées., à raison de 20,1 parties en poids pour 100 parties de l'oxyde de zinc, pour fournir la matière carbonée nécessaire à une réduction sensiblement complète du ZnO;
la chaux a été ajoutée à raison de 1,2 parties en poids pour 100 par- ties d'oxyde de zinc, de manière à contrebalancer la silice présente dans les cendres de charbon et pour maintenir par ce moyen un rapport CaO:SiO2 conforme à l'inventiono Le laitier avait été préparé synthétiquement, à l'origine, en vue d'obtenir' dans le four un laitier fondu de la composition indiquée ci-après, et il y a lieu de noter que cette composition a été maintenue par la composi- tion de la charge :
EMI9.1
<tb> Fe <SEP> 1,4%
<tb>
<tb>
<tb> CaO <SEP> 42,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 40,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> MgO <SEP> 7,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CaO;
<SEP> Si02 <SEP> 1,04
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CaO+ <SEP> SiO2 <SEP> 8392
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Autres <SEP> constituants
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> du <SEP> laitier <SEP> 16,8
<tb>
Le fer présent dans le laitier provenait des réfractaires du four et des cendres du charbon, et la magnésie a été introduite à la fois comme cons- tituant de l' addition de chaux et par une addition délibérée dont le rôle était de porter à une valeur appropriée le total des "autres" constituants du laitier.
Comme le pigment oxyde de zinc du mélange de fusion précité devait nécessairement être densifié avant d'être introduit dans le four de fusion, on l'a converti en briquettes., et celles-ci ont été broyées en morceaux de 693mm qui ont été mélangés avec du charbon et de la chaux pour constituer la charge du four. On a obtenu des résultats également satisfaisants avec une charge préparée en mélangeant l'oxyde de zinc et la chaux, en agglomérant le mélange sous forme de briquettes., en broyant ces briquettes., en mélangeant les morceaux résultant du broyage avec le charbon et en introduisant dans le four le mélan- ge obtenu La vapeur de zinc dans le gaz de fusion obtenus a été condensée, avec un rendement de 88% environ, dans un condenseur à pluie.
Il y a lieu de noter qu'on a obtenu une fusion satisfaisante de cette charge zincifère et une condensation efficace de la vapeur de zinc résultante sans qu'il en résulte la formation d'une masse de fer métallique comme produit de l'opération de fu- sion. En ce qui concerne la fusion d'une telle matière zincifère par le pré- sent procédée il y a lieu de rappeler que; à l'exception de la condition rela- tive à la teneur admissible du laitier en oxyde de fer,chacune des autres con- ditions prescrites pour la fusion doit être satisfaite.
Il ressort par conséquent de la description qui précède que la pré- sente invention offre un procédé commercialement intéressant de fusion au four électrique de matières zincifères suroxydées, telles que les rebuts d'oxyde de zincs la poudre bleue et les minerais de zinc. L'équipement du four élec-
<Desc/Clms Page number 10>
trique nécessaire pour la fusion est l'équipement classique., et., dans le cas des minerais zincifères, non seulement on obtient comme produit le zinc métal, mais aussi une fonte de fer qui agit pour recueillir les sous-produits métal- liques précieux qui peuvent aisément être récupérés par des méthodes ordinaires.
Dans les conditions normales d'un four travaillant à une échelle industrielle, il semble qu' on ait toutes raisons d'escompter un rendement de 95-97% de l'élé- ment zinc du minerai sous forme de zinc fondu condensé ne contenant que celles des impuretés qu'il est actuellement possible d'éliminer par une rectification ordinaire., En ce qui concerne la fusion des minerais de zinc et matières si- milaires, une récupération sensiblement complète des quantités de plomb, de cadmium, de cuivre, d'argent et d'or que contient le minerai,, peut être assu- rée par le présent procédé,, le plomb, le cadmium et une partie de l'argent et de l'or étant recueillis à partir du zinc métallique condensé,
alors que le cuivre et la partie restante de l' argent et de l'or peuvent être recueillis à partir de la masse de fer. On ne perd dans le laitier que des quantités mi- nimes de ces sous-produits métalliques.