<Desc/Clms Page number 1>
,PROCEDE DE FUSION'DES MINERAIS ZINCIFERES.
La présente invention concerne la fusion des minerais zincifères et plus particulièrement, la fusion de ces minerais au four électrique.
La.. 'fusion du zinc dans le four électrique offre un grand intérêt en raison de la simplicité de la préparation de la charge et de la conduite du four, en comparaison avec les procédés de fusion des minerais de zinc ac- tuellement appliqués. Antérieurement à la présente invention il a été propo- sé pour la fusion des minerais zincifères au four électrique de nombreux pro- cédés dans lesquels une charge sèche du minerai et de la matière réductrice est fondue, ce qui effectue la mise en liberté de vapeurs de zinc métallique, mais;
. à la connaissance de la Demanderesse., aucune opération de ce genre n'a été jusque ici réalisée industriellement, La conclusion à laquelle sont arri- vés tous les chercheurs qui ont tenté de réaliser les procédés ainsi propo- sés antérieurement, est que la teneur relativement élevée en poussières et la teneur élevée en anhydride carbonique des gaz chargés de vapeur de zinc qui sont produits dans un four électrique s'opposent à la condensation pratique- ment satisfaisante de la vapeur de zinc en métal fondu.
Il semble que la vo- latilisation de la vapeur de zinc s'accompagne de celle de certaines impure- tés qui se solidifient de nouveau dans l'atmosphère du four en formant des poussières dans le foura Ces particules de poussières peuvent se comporter à la façon de noyaux pour la condensation et la solidification de la vapeur de zinc sous forme de petites particules constituant ce qu'on peut appeler: une "poudre bleue physique".
Les petites particules d'impuretés donnant naissance à des poussières, et qui sont principalement composées d'oxydes métalliques, paraissent agir comme catalyseur de dissociation de l'oxyde de carbone que contiennent les gaz du four., pour donner de l'anhydride carbonique et du car- bone, lorsque ]±température des gaz tombe à environ 900 C et au.-dessous, L'anhydride carbonique résultant est un codant énergique de la vapeur de zinc et son action sur-cette vapeur que les gaz du four, au moment où ceux-ci sont refroidis dans un condenseur de zinc, est de produire une pou- dre bleue chimique ainsi que des dépôts solides d'oxydes qui obstruent rapi- dement le condenseur.
Indépendamment du point de savoir quelle est celle de
<Desc/Clms Page number 2>
ces deux actions qui est la cause de la formation excessive de poudre bleue, le fait demeure que des conditions du four favorables à la volatilisation des impuretés aboutissent à la production de quantités prohibitives de pou- dre bleue.
Or, la Demanderesse a découvert qu'il est possible de fondre des minerais zincifères oxydés ou suroxydés au four électrique en produisant une vapeur de zinc en principe exempte d'impuretés volatilisées génératrices de poussières. Elle a découvert que ce résultat ne peut être obtenu que par le réglage d'une combinaison de conditions de fusion. Ces conditions de fusion critiques résident dans une relation importante entre la composition de la charge et la manière dont la fusion est effectuée. Le réglage de ces condi- tions critiques rend possible la fusion d'un minerai zincifère avec une ma- tière réductrice carbonée au four électrique et la production conséquente d'une vapeur de zinc métallique en principe exempte d'impuretés génératrices de poussières, d'une part, et d'un laitier fondu sensiblement exempt de zinc, d'autre part.
Le présent procédé de fusion consiste à charger le minerai zin- cifère, et la matière réductrice carbonée solide dans le four, à l'état divi- sé et sec,à faire en sorte que la composition de la charge contienne une proportion d'oxyde de fer suffisante pour assurer, par réduction partielle de cet oxyde, une masse- de fer fondu située au-dessous dudit laitier, et que le laitier fondu contienne lui-même au moins 1,5 % en poids d'oxyde de fer (calculé comme Fe);
à établir entre la proportion de matière réductrice et la proportion des constituants à base d'oxyde de zinc et d'oxyde de fer dé la charge, une relation telle que tout l'oxyde de zinc du minerai soit ré- duit en zinc métallique mais que l'oxyde de fer que contient la charge ne soit réduit qu'à un degré tel qu'il reste dans le laitier au moins 1,5 %, et au plus 6 %, en poids, d'oxyde de fer (calculé comme Fe); et à fondre la charge à la surface du laitier fondu à une température ne dépassant pas 14500C.
Le maintien de la température de fusion à une valeur relativement basse (n'ex- cédant pas 1450 C) dans le four électrique, conformément à l'invention, est rendu possible par le réglage de la conduite du chauffage de la charge du four,par le réglage de la fluidité du laitier dans lequel la chaleur du four est concentrée et en utilisant la charge fraîche pour absorber la chaleur de manière à contribuer à empêcher la température de fusion de dépasser 1450 C environ.
Le procédé de fusion qui fait l'objet de l'invention est applica- ble à tout minerai zincifère oxydé, soit à l'état oxydé dans la nature, soit qu'il ait été obtenu par grillage d'une blende. La Demanderesse a fondu avec succès des minerais types dont les' teneurs en zinc variaient d'un extrême à 1-'autre. Par exemple, elle a fondu des minerais et condensé de la vapeur de zinc métallique avec des rendements dépassant 85 %;
en les- fondant les mine- rais et mélanges de minerais étaient les suivantsminerai de Sterling Hill calciné, d'une teneur en zinc de 20 %, un mélange de minerais frittés de Bu- chans River et de New Calumet avec un minerai brut de Sterling Hill calciné, mélange dont la teneur en zinc résultante était de 30 %, un mélange fritté de minerais de Buchans River et de New Calumet et de résidus de minerais non calcinés contenant 60 % de zinc, et un mélange de minerais Avalos, Paragsha ayant été soumis à un grillage direct et de résidus de minerais titrant 67,5% de zinc.
Le laitier obtenu par la fusion de ceux des minerais pauvres ci- dessus ne contenait à sa sortie du four que 0,1 à 0,75 % de zinc., Les mine- rais plus riches ont donné par fusion un laitier contenant environ 0,5 à 1,5% de zinc. Le reste de la teneur en zinc de chacune des charges en avait été séparé sous forme d'une vapeur de zinc métallique et recueilli. Le plomb et le cadmium présents dans le minerai ont été entraînés par la vapeur de zinc à raison de 97 à 98 % de la teneur totale de la charge en ces élémentsOn n'a décelé dans le zinc métallique condensé que 0,02 à 0,3 % seulement de fer, cette teneur en fer du zinc dépendant des teneurs en fer et en zinc du minerai.
La totalité du cuivre présent dans le minerai a été- virtuellement ré- duite et concentrée dans le fer produit dans l'opération de fusion. La plus grande partie de la teneur en argent et en or de la charge de minerai se re-
<Desc/Clms Page number 3>
trouve dans le fer, la portion restante ayant été retrouvée dans le zinc mé- tallique condensé. Lorsque le minerai contient du manganèse, comme c'est le
EMI3.1
cas du minerai Sterling Hill, la majeure partie de ce manganèse reste dans le laitier,, la portion restante se retrouvant dans le fer.
Par conséquent, à l'exception du manganèse lorsque cet élément est présent dans le minerai zin- cifère fondu conformément à l'invention, tous les constituants précieux du Binerai sont recueillis soit dans le zinc métallique condensée soit dans la fonte de fer formée.
En général, les minerais zincifères suroxydés sont composés de zinc, de cadmium,, de plomb, de cuivred'argent et de èt, en principe sous forme d'oxydes qui- sont facilement réductibles par la matière carbonée à des
EMI3.2
températures de 1-'ordre de nOo...140000, ainsi que d'oxydes de calcium, de ma- gnésium et de silicium qui sont difficilement réductibles dans ces conditions.
Des températures de- fusion de l'ordre de 7.007J.00 G peuvent facilement être obtenues au four électrique. Toutefois, pour qu'on puisse chauffer la masse entière d'une charge de fusion à une température de cet ordre au four électri- que, il faut, et ceci est une des caractéristiques de l'opération de chauffa- ge, qu'une portion importante de la charge soit portée à une température net- tement plus élevée. La Demanderesse a constaté que, lorsqu'une portion d'une charge provenant de la réduction d'un minerai zincifère suroxydé est portée
EMI3.3
à une température nettement supérieure à 1450G, un ou plusieurs des consti- tuants de-la gangue { chaux, magnésie et silice) ont une tendance prononcée à se volatiliser.
La volatilisation de ces constituants de la- gangue dans une portion relativement chaude de la charge, est suivie d'une solidification des vapeurs dans- une partieplus froide du four, et les- matières solidifiées appa- raissent ultérieurement dans l'atmosphère du four soue forme- de particules de poussière. Il semble que ces- particules soient celles qui indiquent que les conditions régnant dans le four favorisent la formation de quantités excessi- ves de poudre bleue physique et chimique quand les gaz de fusion contenant de la vapeur de zinc sont refroidis pour produire la condensation du zinc.
EMI3.4
La Demanderesse a découvert qu.1on peut établir des températures de fusion ne- dépassant pas 1450C dans une charge zincifère contenue dans un four électrique, lorsque. cette, charge est chauffée- essentiellement, sinon à peu près- exclusivement, par contact avec le laitier chaud qui se- forme au
EMI3.5
cours de l'opération de fusion et dont la température ne peut dépasser 1450 C lorsqu'on la mesure au moment où le laitier est coulé hors du four, C-'est ain- si que la Demanderesse a constaté qu'il est possible de fondre efficacement une charge zincifère- pendant que cette charge, sous forme d'une masse libre
EMI3.6
de particules séparées, flotte à la surface d un, laitier qui est maintenu flui- de à- des températures d'au moins 11000C environ.
La fusion semble se produis dans le interface entre le laitier et la, portion sous-jacente de la masse flot- tante de charge zincifère. La fusion est une opération endothermique, et il
EMI3.7
en résulte que la charge fraîche possède à un degré élevé le pouvoir dlemprun- ter de la chaleur à la surface du laitier, à la fois par contact et par 1 8 ef- fet d'un rayonnement virtuellement obscur. Cette chaleur empruntée au laitier a pour effet de régler la température de cette portion du laitier qui est en contact avec la charge fraîche et rend. possible le maintien de conditions de
EMI3.8
fusion telles que la température n" excède pas le maximum de 1450 0 du laitier.
Au cours de cette opération de fusion les oxydes de zinc, de cadrrd.am, de plomb,, de cuivre et d-largent sont réduits facilement. Il est évident qu'à mesure que la proportion de ces métaux à l'état non réduit dans la por- tion de la charge en contact avec le laitier fluide diminue, la capacité de la charge d' absorber dé la chaleur au -laitier,, et par conséquent de régler la température de ce dernier, diminue également., Par conséquent, à mesure que le degré de rédaction du zinc et des autres métaux facilement réductibles se -rap-
EMI3.9
proche de celui correspondant à une réduction complète, le reste, qui ne s.
plus aucune capacité deabsorp-bion de chaleur, se surchauffe, et il en résulte une volatilisation des constituants du minerai donnant naissance à des poussières.
Toutefois la Demanderesse a découvert que, en comparaison avec les autres constituants facilement réductibles du minerai zincifère, la réduction de l'o-
EMI3.10
xyde de--ter- est un peu plus difficile. C -1 est ainsi quelle a constaté que, si
<Desc/Clms Page number 4>
la charge à fondre contient une quantité suffisante d'oxyde de fer, la quan- tité totale de zinc que contient la charge peut avoir été réduite alors qu'il reste encore un peu d'oxyde de fer à l'état non réduit.
La présence d'oxyde de fer non réduit et de carbone dans la charge, alors que la teneur de la charge en zinc réductible est sur le point d'atteindre zéro 4 pour effet de maintenir dans la charge un mélange réductible (oxyde de fer et carbone) qui est suffisamment capable d'absorber la chaleur, par l'effet de sa réduction endothermique., pour jouer le rôle du composé de zinc réductible et de régler la température de fusion. On se rend compte qu'il faut, pour que l'oxyde de
EMI4.1
fer puisse jouer ce ro'"1.e, qu'une- certaine proportion de cet oxyde ait été réellement réduite en donnant une production correspondante de fer métalli- que.
La Demanderesse a découvert que si le minerai zincifère introduit dans le four électrique est accompagné d'une quantité suffisante d'oxyde de fer pour que, en tenant compte- des proportions du carbone et des antres métaux facilement réductibles que contient le minerai, la réduction partielle de cet oxyde de fer donne du fer métallique, tout en laissant à l'état non ré- duit au moins 1,5 % d'oxyde de fer (calculé comme Fe) en poids de la compo- sition du laitier dans lequel se dissout cet oxyde, on pourra réduire vir- tuellement la totalité du composé de zinc du minerai pour produire un laitier
EMI4.2
sensiblement bsempt de zinc et une vapeur de zinc métallique sensiblement . exempte d'impuretés génératrices de poussières.
La Demanderesse a en outre constaté que, lorsque tout le composé de zinc du minerai a été réduite la
EMI4.3
totalité du cadmimmil du plomb, du cuivre et de l'argent du minerai a aussi été pratiquement réduite.
La production d'une masse de fer métallique conformément à l'in- vention nécessite un réglage supplémentaire de la quantité d'oxyde de fer non réduit restant dans le laitier. Le fer métallique formé par réduction de l'o- xyde de fer est suffisamment acide de carbone pour le recueillir, au fur et à mesure qu'il se produit dans la zone de fusion, en quantité propre à por-
EMI4.4
ter le fer fondu aux températures de l150-1450oc régnant dans la zone de fu- siono Comme le fer métallique est plus lourd que le-laitier,, il descend au fond du four et s'y accumule.
Comme l'apport de chaleur-au four est effec- tué par l'intermédiaire du laitier dans-le présent procédé-, la température qui- règne dans- la portion inférieure du four, au-dessous du laitier, est gé- néralement un peu plus- basse que celle du laitier lui-même. Pour rendre pos- sible un fonctionnement continu du four, il faut que le fer métallique soit maintenu à un état fondu susceptible d'être évacué du four pendant que la fu-
EMI4.5
sion se poursuit à une température n'excédant pas J.:50. G Le fer possède un point de fusion inférieur à 145Qoc s'il contient au moins 1,5 à 2 % de car- bone et, si le laitier qui surnage n'est pas exagérément suroxydé, le fer sera automatiquement carburé dans la mesure nécessaire par la matière carbonée présente dans la charge.
La Demanderesse a constaté que les laitiers qui con-
EMI4.6
tiennent plus d'environ 6 % d'oxyde, de fer. ( calculé comme Fe) sont si suroxy- dés qu'ils font obstacle à la carburation du fer dans la mesure voulue. Dans l'autre cas extrême, la masse- de fer produite contiendra environ 4 % de car-
EMI4.7
bone et sera fondu à environ 1750 E si le laitier ne contient- pas plus de 1,5 % d'oxyde de fer exprimé comme Fe, en poids.
Par* conséquent, si l'on éta- blit une relation appropriée entre les constituants de la charge, comme pré- cédemment décrit, de manière à produire un laitier qui non seulement contien- ne- au moins 1,5 % de fer sous forme d'oxyde, mais n'en contienne pas non plus une proportion supérieure à environ 6 %, on sera sur de produire une masse de
EMI4.8
fer fondu tout en maintenant une température de fusion n'excédant pas-1450oc" Avec cette relation des constituants de la charge,
il est possible d9 effec tuer la fusion continue d'une charge de minerai zincifère dans des conditions conformes au présent procédé-de telle sorte qu'on obtienne la réduction com- plète du zinc en même temps- qu'une vapeur de zinc métallique en principe exempte d'impuretés génératrices de poussières.
La quantité d'oxyde de fer qui doit être présente dans la charge du four ne peut pas être définie de façon analytiquement certaine,. Ainsi qu'il a été indiqué précédemment, il convient que la teneur en oxyde de fer de la charge soit au moins suffisante pour assurer la présence d'au moins 1,5 % de fer (Fe) sous forme d'oxyde de fer dans' le laitier.
De plus, la charge doit contenir suffisamment d'oxyde de fer pour que, par l'effet de la réduction de
<Desc/Clms Page number 5>
ce fer par la matière carbonée à mesure que le constituant zinc du minerai se
EMI5.1
rapproche du stade de la réduction complète, le degré d-absorption de chaleur assuré soit ce-lui qui est nécessaire pour maintenir une température de fusion
EMI5.2
inférieure à environ 1450 CnEn général, la teneur en oxyde de fer de la char- ge doit être au moins de 1-'ordre de 2 à 3 % de fer (Fe) en poids de la portion métallifère de cette charge- (C9 est-a-dire à l' exclusion du poids de la matière rédnctriae et d9un fondant supplémentaire éventuel).
Ainsi;, des minerais zio- cifères- suroxydés- qui ne contiennent pas plus que 2 à 3 % de fer peuvent être fondus efficacement par le présent procédé, sans exiger l'addition de quanti-
EMI5.3
tés supplémentaires d-oxyde de fer. Au-dessous d-une teneur en fer inférieure à environ 2 %, il conviendra d'ajouter aux minerais zincifères une quantité
EMI5.4
supplémentaire d-loyyde de fer à partir de toute source- appropriée.
Il n'exis= te pas de limites- supérieurew critiques pour la quantité d oxyde de fer qui peut être soutenue dans la charge fondue- conformément à l'invention, les seu-
EMI5.5
les limites étant celles dictées par des raisons d. économ3eg étant donné que la fusion d3une quantité exagérée d'oxyde de fer se traduit par un gaspillage d'énergie électrique et de matière réductrice.
Les matières réductrices utilement applicables pour la mise en oeuvre de 1?invention sont les matières carbonées solides dont il est couram= ment fait usage dans les opérations de métallurgie. Ainsi;, on peut avantageu- sementutiliser du-charbon et du coke-,9 de préférence sous forme de particules
EMI5.6
dont la grosseur va d8m maximm de 12'7 mm environ à celle des grains d'un poussier.
La quantité de matière carbonée utilisée pour mettre l'invention en oeuvre doit être telle qu'elle assure une réduction en principe complète
EMI5.7
à la fois de 1 oxyde- de zinc et des- quantités- relativement faibles des oxydes de plomba de cadmium, de cuivre et d'argent que contient le minerai, ainsi que celle d'une proportion de la teneur en oxyde de fer de la charge telle qu'il reste à le état non réduit dans le laitier au moins 1,5 % de fer sous forme d'oxyde de fer.
On peut régler la quantité de carbone que contient la charge en analysant le laitier de temps à autre, la proportion correcte de carbone- contenue dans la charge étant indiquée par la présence d'au moins
EMI5.8
1 % et d'au plus 6 % de fer sous forme- doxyde de fer dans le laitier.
Il importe d9 empêcher l' accumulation de quantité? excessives de carbone, d3 au- tant plus- qu'il semble-s3accumriler dans l'interface- entre le laitier fondu et la charge so-lide-, où il se comporte comme- unr isolant et fait obstacle au transfert de chaleur entre le laitier et la charge Un excès de carbone di- minue aussi'la teneur-en oxyde de- fer-du laitier à une valeur inférieure à'
EMI5.9
ly5 %fil ce qui a$ entre autres,, pour effet de rendre le laitier visqueux et, de ce fait-" d?abaisser encore Inefficacité du transfert de chaleur du laitier à la charge.
Tout obstacle ainsi apporté au transfert de chaleur favorise- le développement de températures excessives du laitier et donne lieu aux ineon=. vénients qui en découlent- et qui ont été précédemment décrits en détail.
Le maintien du constituant oxyde de fer précédemment mentionné
EMI5.10
du laitier et le maintien d:1'une température de fusion ne excédant pas 145 0 C (mesurée par la température que- possède le laitier au moment ou il est éva- cué du four) sont des ûaractél'istiques déterminantes du présent procède.
0-'est la, combinaison de ses- caractéristiques qui rend possible la fusion du minerai de manière à produire une 'vapeur de zinc métallique ne contenant tout,
EMI5.11
au plus qu'une faible quantité- non préjudiciable dj) impurebés volatilisées-- gé- nératrices de poussières,, Le constituant du zinc du minerai,de. même que les autres métaux facilement réductibles-du minerai, tendent à empêcher la fusion de la charge.
Il en résulte que le minerai a peu tendance à fondre aux tem-
EMI5.12
pératures de fusion inférieures à environ 1450oC""tant que la presque totalité de l'oxyde de zinc et des autres oxydes métalliques facilement réductibles
EMI5.13
qui absorbent la ehaleur, nea pas été séparée de la charge par l'opération de fusion.
Par conséquente a condition de maintenir une température de- fa- sion n'excédant pas 1450 09 il est possible de réaliser- la fusion du minerai pendant que celui=ci flotte à la surface de la couche de laitier fondu, avec
EMI5.14
les avantages- décrits ci-après qui en décoUlento Les constituants de la gan- gue du minorai forment, après que les métaux réductibles ont été éliminés- par
EMI5.15
fusion.}> Vn9 mélange- relativement .fusible, et ces constituants sont convertis en un laitier par 19 intermédiaire duquel s-l' effectue le chauffage de la cham
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
ge conformément à 1-linvention.
Au cours de ses recherches, la Demanderesse s'est efforcée de chauffer le four électrique de fusion par les moyens classiques du chauffage à l'arc nu et de chauffage par résistance du laitier. Aucun de ces deux mo- des opératoires n'a permis d'obtenir, la vapeur de zinc désirée à faible te-
EMI6.2
neur en impuretés volatilisées génératrice de poussires,méme lorsque le lai- tier contenait la teneur en oxyde de fer précitée. Le chauffage à l'arc nu, poussé au degré nécessaire pour chauffer la charge à une température de fu- sion, a occasionné- près de 18 arc un échauffement local si exagéré qu'il en est résulté la volatilisation de grandes quantités d'impuretés génératrices de- poussières.
La Demanderesse a alors tenté de chauffer le four principale- ment en utilisant la résistance du laitier et, à cet effet, elle a réalisé la fusion de manière à produire une couche de laitier relativement épaisse et maintenu les électrodes suffisamment immergées dans le laitier pour engen- drer un courant de chauffage régulier, celui-ci étant une indication de l'ab- sence à peu près complète d'are. On a constaté que la fusion de la charge fraîche au voisinage de la surface du laitier absorbe de la chaleur dans une mesure telle-, en comparaison avec la quantité de chaleur fournie au laitier par le chauffage par effet de la résistance de ce laitier, que la surface de la couche de laitier était brusquement refroidie.
Lorsque ce refroidissement
EMI6.3
se produzsait, la- résistance du laitier relativement froid augmentait, en obli- geant de ce fait le courant à passer uniquement à travers -la portion la plus. basse., relativement chaude, de- la couche de laitier, suivant une voie qui com-
EMI6.4
prenait la couche de fer fondu. Il en est résulté rapidement une solidiìca- tion de la surface de 1 couche de laitier et 15li4possibilité pratique de fon- dre une nouvelle addition de charge.
Le Demanderesse a découvert qu'il n'est possible d'effectuer une fusion satisfaisante des minerais zincifères au four électrique que par une combinaison du chauffage à l'arc submerge et du chauffage par résistance du laitier. Quel que soit le nombre des- électrodes utilisées' ou leur mode de con- nexion électrique, la profondeur d'immersion de chacune d'elles doit être telle que la résistance calculée offerte à l'arc périphérique soit comprise
EMI6.5
entre O08 et 0.,32 ohms - centimètre et de préférence entre 0,12'-et 0,24 ohms - centimètre. Le rapport de la chute de tension qui se produit dans une élec- trode au courant passant dans cette électrode est appelé "résistance de l'are
EMI6.6
d'électrode".
Le produit mathématique de cette résistance calculée et de la périphérie de 1-'électrode est la résistance périphérique de 1-'électrode expri- mée en ohms - centimètre. Pour déterminer cette résistance périphérique en vue de satisfaire à la prescription précitée,, il faut que la périphérie soit calculée à partir du diamètre initial de l'électrode avant que celle-ci ait subi une corrosion ou une attaque à l'intérieur du four.
La Demanderesse a
EMI6.7
découvert que, lorsque la tension de l'électrode et son degré d'imme ion dans le laitier (et par suite l'intensité du courant) sont convenablement choisis. par rapport au diamètre de 1-'électrode pour établie et maintenir une résistan-
EMI6.8
ce périphérique comprise entre les limites précitées de 08Q et Og3 ohms-cen- timètre à chaque électrode,
la multiplicité de petits arcs qui en résulte au- tour de P électrode assure le chauffage efficace du laitier sans occasionner une volatilisation appréciable des constituants du laitier ou de la charge qui donnent naissance aux poussières. Ges petits arcs différent d'un arc nu en ce qu'ils fournissent une quantité de chaleur relativement faible qui est
EMI6.9
bien répartie dans toutes 3as directions dans le laitier enveloppant la portion submergée de 1-1 électrode. Cet apport de chaleur au laitier contribue à main- tenir la partie supérieure de sa couche à une température de fluidification et assure le maintien d'un.voie pour le courant électrique- entre les électro- des à travers la partie supérieuredu
laitier. Le chauffage du laitier situé entre les électrodes qui résulte du passage du courant électrique à travers ledit laitier contribue encore à maintenir la couche de laitier à 1-' état flui- de. Par conséquent, cette combinaison d'un chauffage par un arc immergé et d'un chauffage par effet de résistance du laitier est caractérisée par la pro- duction d'une quantité de chaleur suffisante dans la partie supérieure de la
EMI6.10
couche de laitier pour satisfaire aux besoins de- chaleur de 1-opération de fu- sion endothermique sans qu'il en résulte un refroidissement et une solidifica-
<Desc/Clms Page number 7>
tion excessifs de la couche de laitier et sans occasionner un surchauffage local assez élevé pour provoquer la volatilisation des
impuretés génératrices de poussières en marne temps que la formation de vapeur de zinc. Il est évi- dent toutefois que l'effet satisfaisant de ce chauffage combiné par 1-lare immergé et par la résistance du laitier, sur la fusion de la charge, est su- bordonné au maintien d'un laitier fluide.
La Demanderesse a découvert qu'on peut facilement régler la flui- dité du laitier en réglant convenablement les constituants basiques et acides du laitier. Au cours de la fusioncomme il a été indiqué précédemment, la majeure partie du composé de fer du minerai est réduite en fer métallique., et celui-ci recueilleen outre, le cuivre, l'argent et l'or présents dans le minerai pendant que la presque totalité du constituant zinc du minerai se sépare sous forme de vapeur de zinc métallique, en entraînant le plomb et le cadmium présents dans le minerai, Il en résulte quil ne reste comme laitier que les constituants de- la gangue qui, dans le cas de la plupart des minerais zincifères, sont principalement composés de chaux et de silice.
De faibles quantités de magnésie et d'alumine sont aussi généralement présentes dans le minerai et dans les cendres de charbon et apparaissent dans le laitier sous forme d'un constituant mineur, avec la proportion d'oxyde de fer qu'on laisse à dessein dans le laitier conformément à l'invention. La Demanderesse a dé- couvert que, lorsque les quantités relatives des éléments principaux (chaux et silice) de la charge sont réglées de façon qu'on les retrouve dans le lai- tier dans un rapport compris entre 0,8 et 1,4 parties en poids de chaux par partie de silice, la fluidité du laitier aux températures comprises entre 1100-1450 C (et de préférence 1200 - 1400 C) suffit à satisfaire aux exigen- ces du présent procédé.
Il y a lieu de noter toutefois que les minerais de zinc ne contiennent généralement pas de chaux et de silice dans des rapports qui correspondent à l'échelle précitée et que, pour cette raison, il est né- cessaire que la composition de la charge soit réglée pour donner ce rapport de la chaux à la silice. On peut aisément effectuer un tel réglage et déter- miner ce rapport en ajoutant à la charge soit de la chaux, soit de la silice, ou par un mélange approprié de différents types de minerais zincifères conte- nant des quantités relatives différentes de chaux et de silice à titre de constituants de la gangue.
Le degré de fluidité du laitier joue un rôle important dans le présent procédé de fusion, ainsi qu'il a été spécifié précédemment,, L'immer- sion des électrodes dans le laitier est essentielle pour réaliser le chauf- fage par Parc immergée et la profondeur d9immersion est, dans une large me- sure, fonction de la fluidité du laitier, laquelle est à son tour déterminée par la composition du laitier.
Lorsque le laitier est caractérisé par un rap- port chaux-silice compris à l'intérieur des limites précitées, la fluidité du laitier est suffisante pour maintenir les électrodes assez immergées pour as- surer la formation autour de chaque électrode, d'un certain nombre de petits arcs bien diffusés dans toutes les parties du laitier adjacente Un degré de fluidité élevé du laitier favorise aussi une circulation thermique énergique par convection dans toutes les parties de la couche de laitier et facilite ainsi la distribution de la chaleur engendrée aux arcs immergés et dans le laitier situé entre les électrodes dans toutes les parties de la couche.
Le maintien de telles conditions de températures uniformes à 1-'intérieur de la couche de laitier contribue dans une mesure importante à l'aptitude à la fu- sion des minerais zincifères au four électrique, sans provoquer une volatili- sation exagérée des impuretés génératrices de poussières mêlées à la. vapeur de zinc dégagée.
La température relativement uniforme de la surface de la couche delaitier est mise à profit, conformément à l'invention, comme moyen de four- nir la chaleur de fusion nécessaire à la charge fraîche. A cet effet, la De- manderesse a trouvé avantageux d'introduire la charge dans le four, de pré- férence à travers la voûte du four, de manière à constituer une masse de char- ge flottant sur le laitier au voisinage des électrodes.
On peut avantageuse- ment introduire de temps- à autre une charge supplémentaire près des parois du four, de manière à constituer un talus de charge qui s'incline vers le bas et
<Desc/Clms Page number 8>
vers l'intérieur et non seulement protège les parois du four, mais assure en outre la présence d'une quantité supplémentaire de charge fraîche disponible pour absorber la chaleur du laitier. La Demanderesse a toutefois constaté que le fait d'introduire la charge uniquement près des parois latérales du four oblige à effectuer le chauffage de cette charge essentiellement par ra- diation, et que ce type de chauffage provoque le développement de tempéra- tures excessives dans le laitier, qui favorisent fâcheusement la volatilisa- tion des constituants de la charge générateurs de-poussières.
Lorsque, con- formément au présent procédé, la charge est amenée principalement à la sur- face du laitier, son chauffage est assuré presque exclusivement par la cha- leur que lui transmet le laitier. Bien que celui-ci soit chauffé par l'arc immergé et par le passage du courant électrique à travers le laitier lui- même; le surchauffage du laitier est empêché en raison du fait que la matiè- re relativement froide et réductible de la charge absorbe de la chaleur. Cet- te absorption de chaleur tend à refroidir la surface du laitier et agit ain- si comme un tampon régulateur de la température en empêchant qu'il se déve- loppe dans la charge une température de fusion supérieure à environ 14500C.
Il s'ensuit que la façon dont la charge fraîche est successivement fondue et utilisée à titre d'agent régulateur de la température, conformément à l'invention,favorise la réalisation de 1-'objet visé par cette invention,, à savoir libérer de la zone de fusion une vapeur de zinc caractérisée par l'ab- sence de toute quantité d'impuretés volatilisées susceptibles de produire des- poussières, et d'avoir un effet nuisible sur la condensation de la vapeur de zinc en métal fondu.
La condensation des gaz de fusion chargés de vapeur de zinc qui sont obtenus conformément à l'invention peut facilement être réalisée avec un haut rendement. Bien qu'on puisse effectuer une condensation efficace de la vapeur de- zinc dans des condenseurs du type à chicanes fixes tels que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis ? 1.873.000 du 28 décembre 1948, la con- densation peut être réalisée d'une façon particulièrement avantageuse dans un condenseur du type dans lequel la vapeur de zinc est mise en contact intime avec une surface fraîchement exposée et relativement grande de zinc fondu.
Ce dernier type de condenseur est par exemple celui dans lequel les gaz chargés de vapeur de zinc sont amenés à passer à travers une pluie de zinc fondu pro- jetée sous pression dans une zone de condensation comme décrit dans les bre- vets des Etats-Unis Nos 2.457.544 à 204570551 tous en date du 28 décembre 1948 et dans le brevet belge N 487.565 du 25 février 1949, au nom de la Demande- resse. Ce dernier type de condenseur de zinc est capable de recueillir et con- denser en métal fondu toute la vapeur de zinc que contiennent les gaz de fu- sion, à l'exception de la quantité de vapeur qui correspond à la tension de vapeur que possède le zinc fondu à la température des gaz- d échappement du condenseur.
Lorsqu'on fond des minerais zincifères au four électrique, con- formément à l'invention, la température des gaz du four contenant de 1-oxyde de carbone est de beaucoup inférieure à celle qui règne dans la zone- de fusion et elle est souvent de l'ordre de 900-1000 C.Il est bien connu que l'oxyde de carbone tend à se dissocier à un. degré appréciable à environ 900 C et au- dessous, en anhydride carbonique et carbone.
L'anhydride carbonique est un oxydant énergique de la vapeur de zinc et sa présence tend à provoquer la formation de- dépôts solides d'oxydes et de poudre bleue. Toutefois, si une quantité appréciable de carbone naissant est maintenue en suspension dans les gaz du four, la présence d'anhydride carbonique dans ce four pourra être à peu près complètement supprimée. On peut obtenir une telle suspension de car-- bone à l'état naissant dans l'atmosphère du fous' en introduisant dans- cette atmosphère un hydrocarbure craquable en quantité telle que, à la température qui règne à l'intérieur de la dite atmosphère du four, cet hydrocarbure soit craqué, au sein de cette atmosphère,
en provoquant la formation d'un nuage de particules de carbone à 1-'état, naissant semblables à de la suie. On a consta- té que ces particules de carbone qui sont à la fois à il état naissant et à l'état incandescent lorsqu'elles flottent à travers les gaz du four effec- tuent d'une manière extrêmement efficace la réduction de la teneur de ces gaz en anhydride carbonique.
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
Il est nécessaire que 15hydrocarbure craquable soit introduit dans 1-'atmosphère du four pour être craqué in situ dans cette atmosphère, et non pas dans la zone de fusionoù il serait consumé préférentiellement
EMI9.2
dans 1-lopération de fusion.
On pourra par exemple introduire 1 hydrocarbure craquable, sous forme d'une huile combustible liquide, de kérozène, de gas oil ou autre, le faisant tomber goutte à goutte dans l'atmosphère du four.
Un gaz craquable permanente tel qu'un. gaz naturel, 1-acétylène,ou autre, peut aussi être introduit par un tube à l'intérieur de l'atmosphère du four.
Des résultats particulièrement efficaces ont été obtenus en introduisant l'hydrocarbure craquable sous une forme solide., par exemple sous forme du constituant volatil d'un charbon bitumineux. Si l'on remplace une partie de 1'anthracite ou du coke utilisé comme agent réducteur pour 1-'opération de fusion, par son équivalent en charbon bitumineux (sur la base de la teneur en carbone solide)., la matière volatile contenue dans le charbon bitumineux présent dans la charge flottant sur la couche de laitier fondu sera rapide- ment libérée dans 1' atmosphère du four sans avoir été consumée- à un degré
EMI9.3
appréciable dans l'opération de fusion.
La quantité dehydrocarbure craquable nécessaire à cette fin n'est pas critique, étant donné que la teneur en an- hydride carbonique des gaz du four diminue progressivement par l'introduction de quantités croissantes d'hydrocarbure craquable à l'intérieur du four.
La .seule exigence pour la forme physique de la charge utilisée pour la mise en oeuvre de l'invention, est que cette charge soit déliée et sèche. On entend ici par !déliée!! que la charge ne doit pas être introdui- te à l'état massif', par exemple sous forme d'un gros bloc aggloméré unique.
Cette charge doit être déliée de façon qu'elle tombe librement sur la sur- face du laitier fondu et s'y étale dans une mesure correspondant à 1-'angle
EMI9.4
du talus d-'éboulement des particules de la charge. En disant que la charge doit être "sécher on entend qu"elle-ne doit pas être introduite à 3.' état fondu. Une des caractéristiques essentielles du présent procédé de fusion est que la charge soit fondue sur la surface d'un laitier de four- chaud à l'état fluide, et cette condition ne peut être satisfaite que si la charge est in- troduite dans le four à l'état délié et sec, ainsi qu'il. a été mentionné plus haut.
Le degré de subdivision du constituant minerai de la charge n'est pas critique. Par exemple, la Demanderesse a chargé directement dans le four électrique, conformément à l'invention, un minerai ayant été soumis à un grillage rapide à feu poussé, minerai dont 6,6 % étaient retenus sur un ta-
EMI9.5
mis à maille de oyo74 ra dont 4?4 % étaient retenus par un second tamis à maille de. o,044 mm. et dont les $g restants passaient à travers ce second tamis. La Demanderesse a aussi fondu un minerai zincifère fritté dont les par- ticules avaient un diamètre maximom de :L2,7 mIn. On a aussi fondu avec succès un minerai zincifère brut dont les particules avaient au plus environ 6,3 mm de diamètre. En général, il est préférable de limiter la grosseur des grains ou morceaux de la charge à environ 12,7 mm de diamètre.
Abstraction faite du
EMI9.6
problème, soulevé- par les pouflsières, il n9r a pas de limites inférieures cri- tiques dans les dimensions des particules de la charge.
Bien qu'on puisse déposer séparément les constituants de la char-
EMI9.7
ge sur des parties CC:mmi1..1'les de la. surface du laitier,, il est préférable de mélanger ces constituants avant leur introduction dans le four, qu'il s'agis- se d'un simple mélange physique ou deun mélange de particules nodulisées ou autrement agglomérées, de la grosseur des briquettes de charbon ordinaires.
On peut aussi avantageusement préchauffer la charge à des températures de
EMI9.8
l'ordre de 400-8000C en conformité à la pratique courannsent adoptée dans les fours électriques. Tout préchauffeur approprié peut être appliqué à cet ef-
EMI9.9
fet, la chaleur étant fournie par une flamme dehuile ou de gaz- au par la cha- leur de combustion des gaz d'échappement provenant du condenseur de zinc.
Le procédé de fusion selon l'invention peut être illustré par l'exemple particulier suivant. On a préparé un mélange de charge composé de
EMI9.10
15 parties d'antbracitey de 2 parties de charbon bitumineux et de 6 parties de chaux à titre de fondant et provenant d'une source étrangère, pour 100 parties en poids d'un mélange de minerai comprenant des minerais frittés de Buchans River et de New Calumet et des résidus de minerais bruts formés de
<Desc/Clms Page number 10>
particules détachées de 6,2 mm de diamètre et plus fines.
L'analyse de ce mélange a donné:
EMI10.1
<tb> Zn <SEP> 60% <SEP> Ag <SEP> 110 <SEP> gr/tonne <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Fe <SEP> 6,6 <SEP> % <SEP> Au <SEP> 0,3 <SEP> gr/tonne
<tb>
<tb>
<tb> Pb <SEP> 3 <SEP> % <SEP> CaO <SEP> 1,3 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Cd <SEP> 0,12% <SEP> SiO2 <SEP> 4,5%
<tb>
<tb>
<tb> Cu <SEP> 0,81% <SEP> MgO <SEP> 0,44%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> A12O3 <SEP> 1,1%
<tb>
Ce mélange de minerai, de charbon et de chaux constituant la charge contenait une proportion suffisante d'oxyde de fer et des autres con- stituants de formation de laitierpour satisfaire aux conditions opératoires du présent procédé de fusion.
On a préchauffé le mélange dans un four chauffé à l'huile, à une température de 500 0 environ, et on l'a introduità des intervalles de 6 mi nutes, successivement à travers une série de 6 orifices de chargement prati- qués prés des électrodes dans la voûte du four. Le four était du type monopha- sé d'une puissance de 500 Kw à deux électrodes-de 15 cm de diamètre et d'une construction classique. On ce fait travailler ce four sous 300 Kw en introdui- sant la charge à raison de 4 tonnes par jour.
Les deux électrodes étaient im- mergées dans la couche .de laitier à des profondeurs variables comprises entre 7,6 et 15,2 cm, la profondeur d'immersion ayant été déterminée par le degré d'immersion qu'exigent les électrodes pour assurer la marche du four avec un arc immergée ce qu'indiquait le passage d'un courant assez stable d'une inten- sité d'environ 3000 ampères sous une tension de 60 volts entre les extrémités des électrodes. On a effectué le chauffage du four par une combinaison de chauffage à l'arc immergé et de chauffage par résistance du laitier. Les gaz de fusion chargés de vapeur de zinc étaient transférés à un condenseur à dis- persion sensiblement identique à celui faisant l'objet du brevet Belge pré- cité.
En raison des méthodes appliquées de préchauffage et de charge- ment du four, ainsi que de l'ouverture occasionnelle du four et du conden- seur aux fins d'observation,. 81,5% seulement de la teneur en zinc du mine- rai introduit dans le préchauffeur ont été recueillis. L'efficacité remarqua- ble de la présente opération de fusion est indiquée d'une façon plus précise par la composition du laitier,, qui fait ressortir le degré d'extraction des oxydes métalliques réductibles de la charge.
Les analyses- du laitier composi- te produit au cours des 4 jours de fonctionnement continu comme précédemment décrit, montrent qu'il ne restait dans le laitier que 0,33% du zinc, 0,4% du plomb, moins de 0,5 % du cadmium, 1 % du cuivre;, 0,4 % de l'argent et moins de 1 % de 1-'or, tous métaux qui étaient présents dans la charge intro- duite dans le préchauffeur, le reste de ces constituants ayant été obtenu, sous une forme récupérable, dans le zinc métallique condensé et la fonte de fer obtenus. La condensation -le la vapeur de zinc a été effectuée avec un ren- dement atteignant presque 93 %, exprimé en poids de métal condensé recueilli par rapport au poids de la vapeur de zinc admise au condenseur.
La fonte de fer obtenue à l'état fondu a été évacuée-du four par intermittences et conte- nait environ 2 % de carbone. Le laitier a similairement été évacué par inter- mittences à une température d'environ 1250 C et contenait en moyenne 2,5% de fer sous forme d'oxyde de fer.
Il ressort par conséquent de la description qui précède que la présente invention offre un procédé de fusion de matières zincifères oxydées au four électrique qui présente un grand intérêt commercialo L'équipement du four électrique nécessaire est 1-'équipement classique,, et le procédé donne non seulement le-zinc métallique, mais aussi .une fonte de fer, ces deux pro- duits étant tels que les impuretés précieuses qu'ils contiennent peuvent fa- cilement être récupérées par des- méthodes ordinaires.
Dans les conditions nor- males d'un four travaillant à une échelle industrielle-, il semble qu'on ait toutes raisons d escompter un rendement de 96-97 % de Isolément zinc du mine- rai sous forme d'un zinc fondu condensé ne contenant que celles des impuretés qu'il est actuellement possible d'éliminer par une rectification ordinaire.
<Desc/Clms Page number 11>
Une extraction sensiblement complète des teneurs en plomb, cadmium, cuivre, argent et or, du minerai zincifère,, peut être réalisée conformément au pré- sent procédé, le plomb, le cadmium et une partie de 1-'argent et de l'or étant récupérés à partir du zinc métallique condensé, alors que le cuivre et la partie restante de l'argent et de l'or peuvent être récupérés à partir du fer dans-un convertisseur de cuivre ou un appareil similaire.