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PROCEDE .DE FUSION DES 'MINERAIS'ZINCIFERES.
La présente invention concerne la fusion des minerais zincifè- res et, plus particulièrement, la fusion de ces minerais au four électri- que.
La fusion du zinc au four électrique offre divers avantages qui consistent dans la simplicité de la préparation de la charge et du fonction- nement du four par rapport aux techniques de fusion du zinc actuellement pra- tiquéeso D'innombrables solutions ont été préconisées jusqu'à présent pour la fusion au four électrique des minerais zincifères, et consistent à fon- dre une charge sèche de minerai et d'une substance réductrice, avec mise en liberté de vapeur de zinc métallique, mais autant qu'on puisse le savoir, au- cun procédé de cette nature n'a jamais été appliqué dans la pratique indus- trielleo Ceux qui ont essayé ces procédés antérieurement préconisés,, même à une échelle réduite,
ont constaté par expérience que les gaz chargés de va- peurs de zinc ainsi produits ne peuvent être condensés sans qu'il se forme une quantité excessive de poudre bleue,, ou de poussière de zinc.. ou les deux, et que l'opération de fusion elle-même se caractérise par une faible quantité de zinc extraite de la charge et par une opération non continue.
La Demanderresse a découvert qu'il est possible de fondre les mine- rais zincifères d'oxydes ou oxydés en présence de quantités appréciables de fer et de cuivre, ou de métaux précieux, ou à la fois de ces métaux à l'échelle industrielle,, dans un four à arc électriques avec formation de vapeur de zinc métallique pouvant être condensée en majeure partie sous forme de zinc métal- lique solide,,, et concentration du cuivre et des métaux précieux sous une forme permettant de les récupérer par des moyens ordinaires. Il a été découvert que ce résultat peut être obtenu par un réglage d'une combinaison de certaines con- ditions de fusion.
Ces conditions de fusion déterminantes consistent dans une importante relation entre la composition de la charge, y compris une certaine quantité de soufre de sulfure, et dans la manière dont la fusion s'effectue.
Le réglage de ces conditions déterminantes rend possible la fusion d'un minerai
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zincifère en présence d'une substance réductrice carbonée dans un four élec- trique à arc, avec formation d'une matte fondue, d'une scorie fondue ne con- tenant sensiblement pas de zinc et d'une vapeur de zinc métallique pouvant être condensée en majeure partie sous forme de zinc métallique solideo
Le procédé de fusion suivant l'invention consiste à incorporer à une charge de minerai zincifère oxydé contenant des proportions appréciables de fer et de cuivre, argent ou or, ou de leurs combinaisons, une quantité de sou- fre de sulfure suffisante pour former une matte avec la presque totalité du cuivre ou des métaux précieux ou des deux groupes, s'ils existent, et avec une portion au moins du fer,
à incorporer ensuite à la composition de la charge une quantité de matière réductrice suffisante pour réduire la totalité de l'oxyde de zinc et, avantageusement, mais non nécessairement, une portion au moins de l'oxyde de fer qui n'a pas été transformé en sulfure par le sou- fre, à introduire la charge dans le four à l'état sec en vrac., à fournir la chaleur nécessaire à cette réduction dans le four par un arc électrique en contact avec la masse de scorie fondue, et à effectuer la réduction dans une zone de fusion au-dessus de la masse de scorie fondue et hors de contact direct avec l'arc de chauffage, de fagon à effectuer la fusion de la charge à une tem- pérature ne dépassant pas 1450 C.
Les minerais zincifères d'oxyde contiennent généralement du zinc, du cadmium, du plomb et du fer souvent accompagnés de quantités appréciables de cuivre, argent ou or, ou de leurs combinaisons. Les oxydes de ces métaux, à 1' exception de l'or qui se présente généralement à l'état natif dans ces mine- rais, sont faciles à réduire par des substances carbonées solides à des tempé- ratures comprises -entre environ 1100 et 1400 C. Les constituants de la gangue des minerais sont des oxydes de calcium, magnésium et silicium, qui ne se ré- duisent pas facilement dans ces conditions.
Bien que des températures de fusion comprises entre 1100 et 1400 C soient faciles à obtenir dans un four électrique, c'est un fait caractéristique de la marche des fours électriques ordinaires qu' une portion notable de la charge est chauffée à une température sensiblement supérieure à celle de la masse générale de la charge.
On peut éviter les températures de fusion sensiblement supérieures à 14500C en fondant la charge hors du contact direct avec l'arc du four, la chaleur du four étant fournie en grande partie par le rayonnement d'un arc jaillissant entre les électrodes du four et une masse de scorie fondue obtenue par fusion de la charge. Mais, même en fondant la charge par ce procédé, des quantités appré- ciables de chaux, magnésie et silice contenues dans la scorie ont une forte ten- dance à se réduire à haute température de 1'arc, si la charge contient une quan- tité appréciable de substance réductrice carbonée disponible.
Etant donné qu'on a constaté que la réduction de ces constituants de la gangue donne lieu à leur volatilisation et les fait apparaître ensuite sous forme de particules de pous- sière des oxydes correspondants qui paraissent favoriser la formation de la pou- dre bleue physique et chimique dans le condenseur de la vapeur de zinc, la ré- duction des constituants de la gangue doit être évitée avec le plus grand soin.
On avait constaté antérieurement que, pour avoir la certitude qu'il n'existe pas de matière carbonée réductrice disponible pour la réduction des constituants de la gangue de la scorie fondue au voisnage des arcs de chauffage, il est nécessaire de choisir les proportions relatives de la matière réductrice et des oxydes métalliques -précités faciles à réduire, de façon qu'une certaine portion de l'oxyde de fer reste à l'état non réduit. Dans ces conditions, la to- talité des autres oxydes métalliques faciles à réduire est virtuellement rédui- te à l'état métallique, tandis qu'une faible quantité d'oxyde de fer reste à 1' état non réduit.
D'autre part, la présence d'une quantité excessive d'oxyde de fer dans la scorie ne peut être tolérée, étant donné que la scorie obtenue s'oxyde dans des condi- tions qui tendent à décarburer la fonte à l'état fondu, formée au cours de l'opé- ration de fusion, et qui se trouve au-dessous de la couche de scorie fondue. La décarburation de la fonte élève son point de fusion et a tendance à immobiliser le fer métallique dans le four.
En conséquence, pour obtenir une vapeur de zinc susceptible de se condenser en majeure partie à l'état de zinc métallique soJide.,
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et un sous-produit de fonte pouvant être coulée en partant de la fusion d'un minerai zincifère se composant à peu près complètement d'oxydes., les propor- tions relatives de la matière réductrice carbonée contenue dans la charge et des autres éléments de cette dernière;: doivent être choisies de façon que la scorie contienne à l'état non réduit une proportion comprise entre environ 1'5% et environ 6% en poids d'oxyde de fer (calculé à l'état de Fe).
Mais la Demanderesse a découvert qu'on peut en principe se dispen- ser de cette surveillance attentive de la teneur en oxyde de fer de la scorie en réglant la composition de la charge de façon qu'elle contienne une quantité de soufre de sulfure suffisante pour former du sulfure de fer avec une portion au moins de la teneur en fer de la charge, et une matte avec la presque totalité ducuivre, argentetorcontenus dans le minerai. On a constaté que., dans ces condi- tions, le sulfure de fer fondu obtenu retient la presque totalité du cuivre, argent et or sous une forme facile à récupérer en permettant ainsi au cadmium et au plomb de se volatiliser librement avec le zinc,, et que la teneur en oxyde de fer de la scorie n'exerce pas d'action nuisible sur les conditions physiques et chimiques de l'opération de fusion.
Toutefois, on a constaté qu'il est avan- tageux d'introduire dans la matte une certaine quantité de fer métallique, le fer libre agissant comme agent réducteur du sulfure de zinc éventuellement dis- sous dans la matteo L'introduction d'une certaine quantité au moins de fer réduit dans la matte a donc tendance à réduire au minimum la présence dans la matte du constituant zinc de la charge.
En conséquence, on peut non seulement détermi- ner la composition de la charge de façon qu'elle contienne une quantité de sou- fre suffisante pour former une matte avec la presque totalité de cuivre, argent et oret avec une portion au moins de fer, mais encore il peut être avantageux de choisir les proportions des éléments de la charge de façon qu'une portion au moins du fer ne soit pas transformée en sulfure, et que la charge contienne une quantité de matière réductrice carbonée suffisante pour réduire la totali- té de l'oxyde de zinc de la charge et une portion au moins de l'oxyde de fer qui n'a pas été transformé en sulfure par le soufre contenu dans la charge.
Si la quantité de fer métallique ainsi formée est supérieure à celle qui rem- place le sulfure de zinc dans la matte, et en outre supérieure à la limite de solubilité du fer métallique dans la mattescet excès de fer fondu se rassemble en une masse au-dessous de la couche de la matte. Etant donné que le fer métal- lique se forme dans la zone de fusion en présence de la matière réductrice car- bonée, le fer métallique, se carbure au fur et à mesure de sa formation. Sous sa forme carburée, dite fonte brutes le fer fond à la température existant dans le four et, par suite., se dépose et s'agglomère.
Etant donné qu'une couche ou pel- licule supérieure même très mince de la matte, protège cette masse de fonte brute contre la décarburation par une scorie même très fortement oxydante., il est évident que la valeur de la teneur en oxyde de fer de la scorie n'a pas d'impor- tance dans la pratique d'une opération de fusion ainsi exécutée.
Le procédé de fusion suivant l'invention s'applique à tout minerai zinci- fère oxydéssoit de provenance naturelle à l'état oxydé,, soit obtenu par grilla- ge de la blende. Si le minerai contient une quantité appréciable de fer et un ou plusieurs des métaux cuivre, argent et or le soufre nécessaire peut être obtenu d'une source extérieure, si le minerai lui-même n'en contient pas ou a été gril- lé à mort, ou le soufre nécessaire pour provenir du minerai, si celui-ci est un sulfure, en interrompant son grillage peu de temps avant qu'il soit complet.
En conséquence., l'expression l'incorporer à la charge une certaine teneur en soufre" employée dans la présente description, doit être considérée comme comprenant le réglage de la teneur en soufre du minerai lui-même ainsi que l'addition de sou- fre provenant d'une source extérieure, comme décrit en détail plus loin. Cette teneur en soufre de la charge doit être évidemment considérée comme comprenant l'excès de soufre par rapport à celui qui sera retenu par la chaux dans la scorie.
Il est donc facile de voir que la provenance et la nature du minerai zincifère n'ont pas une importance critique. En réalitéon peut fondre par le procédé sui- vant l'invention les minerais zincifèresde tous les types et de toutes les prove- nances, dont la teneur'en zinc est comprise entre environ 20% et plus de 65%.
On peut établir une température de fusion ne dépassant pas 1450 C dans
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une charge zincifère d'un four électrique à arc en chauffant la charge en principe par rayonnement de l'arc et par contact avec la masse de scorie chaude formée au cours de l'opération de fusion et qui ne doit pas dépas- ser une température de 14500C mesurée au moment de la coulée de la scorie du fourb La Demanderesse a constaté qu'une charge zincifère peut être effec- tivement fondue dans ces conditionsen la faisant flotter, sous forme de masse en vrac de particules séparées et hors de contact direct avec l'arc de chauffage, sur la surface de la scorie maintenue fluide à une température d' au moins 1100 C environ- La fusion paraît s'effectuer en principe dans une zone située au-dessus de la surface de la scorie,
en partie dans l'interface entre la charge, et la scorie et en partie dans la couche de la charge immé- diatement au-dessus. L'opération de fusion est endothermique et il en résul- te que la charge nouvelle possède une forte capacité d'absorption de la cha- leur de l'arc et de la surface de la scorie, à la fois par contact et par ray- onnement dans les conditions virtuelles du corps noir. Cette absorption en- dothermique de chaleur de la scorie et de l'arc sert à régler la température de la scorie et de la charge non fondue et permet de maintenir des condi- tions de fusion dans lesquelles la température ne dépasse pas la température maximum de 1450 C de la scorie.
Les matières réductrices propres à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention sont les matières carbonées solides qu'on emploie couram- ment dans les opérations de fusion métallurgiques. Le charbon et le coke peu- vent être utilisés avec un avantage tout particulier, et de préférence sous forme de particules d'une grosseur comprise entre un maximum d'environ 12,7 mm de diamètre et celle du poussier, La quantité de matière.carbonée utilisée pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention doit être choisie de façon à réaliser une réduction à peu près complète de l'oxyde de zinc du minerai., ainsi que des quantités re- lativement faibles des oxydes de plomb et de cadmium faciles à réduire, qui raccompagnent.
Dans la forme de réalisation choisie de préférence de l'in- vention, la quantité de matière carbonée incorporée à la charge doit aussi être suffisante pour réduire une portion au moins de l'oxyde de fer de la char- ge non transformé en sulfure qu'elle contient. On peut régler la quantité de carbone contenu dans la charge par l'analyse éventuelle de la scorie, la propor- tion convenable de carbone de la charge dans la forme de réalisation choisie de préférence de l'invention étant indiquée par la présence d'au moins 0,5% en- viron de fer dans la scorie sous forme d'oxyde de fer.
Mais il doit être bien entendu qu'on obtient dans la pratique des résultats satisfaisants avec le procédé de fusion suivant l'invention, en déterminant la proportion de matiè- re réductrice contenue dans la charge de façon que la scorie ne contienne virtuel- lement pas d'oxyde de fer libre, bien que, comme on l'a déjà dit, la proportion de matière réductrice ne doit pas être assez grande pour que la scorie en con- tienne une quantité libre suffisante pour provoquer la volatilisation des cons- tituants de la gangue formant de la poussière dans le condenseur.
Le soufre du sulfure de la charge fait généralement partie du minerai comme dans le cas d'un minerai de sulfure grillé presqu'à mort, de façon à ne plus contenir que la proportion de soufre de sulfure conforme aux prescriptions qui précèdent. Le même résultat peut être obtenu en mélangeant un minerai gril- lé à mort ou un minerai d'oxyde de provenance naturelle avec un minerai de sul- fure non grillé en proportions choisies de façon à obtenir la quantité voulue de soufre disponible. De plus lorsqu'il s'agit de minerais zincifères d'oxydes de provenance naturelle contenant du cuivre, argent ou or ou leurs'mélanges, et ne contenant pas une quantité de fer convenable pour former une matte, on peut ajouter des pyrites au minerai pour y apporter la quantité nécessaire de fer et de soufre.
Si l'on ajoute des pyrites à cet effet.. on élimine leur soufre ins- table par une opération de préchauffage décrit plus loin et qui a été trouvée particulièrement avantageuse dans la mise en oeuvre de l'invention.
Au cours de l'opération de fusion, les oxydes de zinc, cadmium et plomb se réduisent facilement à l'état métallique à la température régnant dans le four. Mais.on a constaté que, par comparaison avec les autres éléments
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faciles à réduire du minerai zincifère, l'oxyde de fer se réduit un peu plus difficilement à une température ne dépassant pas 1450 C environ. C'est-à-di- re qu'alors que., virtuellement,la totalité des oxydes de zinc., cadmium et plomb de la charge peut être réduite, une certaine quantité d'oxyde de fer reste à l'état non réduit. En conséquence, la présence de l'oxyde de fer non réduit dans la scorie n'est pas incompatible avec l'élimination sensiblement complète de la charge scorifiée des autres oxydes faciles à réduire.
Ainsi - qu'il a déjà été dit, on a constaté que la présence de cet oxyde de fer rési- duel dans la scorie peut servir à indiquer qu'une fraction au moins du fer contenu dans la charge ne s'est pas transformée en sulfure et qu'il est sus- ceptible d'être réduit pour introduire du fer élémentaire dans la matte.
La Demanderesse a aine;1 découvert que si la charge zincifère introduite dans le four électrique s'accompagne d'une quantité suffisante de soufre, par rapport aux proportions de carbone et de métaux faciles à réduire de la charge, de fagon à former une matte fondue et une scorie fondue ne contenant sensiblement pas de carbone de réduction non consommé, la totalité de l'élément de zinc du minerai peut être virtuellement réduite sans élever la température de la charge en fusion, au-dessus de 1450 C, et sans former de quantités nuisibles de constituants de formation de poussière qui empêchent la vapeur de zinc de se condenser en majeure partie à l'état de zinc métallique solide.
On a cons- taté en outre incidemment, et par expérience, que lorsque la totalité du cons- tituant zinc du minerai a été réduite, la totalité du cadmium et du plomb du minerai a été aussi virtuellement réduite, et le cuivre, argent et or contenus éventuellement dans la charge sont concentrés dans la matte.
Au cours de l'opération de fusion, une portion au moins, et généra- lement une majeure portion, du constituant fer de la charge, se sépare à l'é- tat de matte qui rassemble le cuivre, argent et or contenus dans la charge et la totalité du constituant zinc du minerai est virtuellement éliminée à l'état de vapeur de zinc métallique qui entraîne avec:elle les composants cadmium et plomb du minerai. Il en résulte que seuls les constituants de la gangue res- tent à l'état de scorie et sont complétés par la quantité d'oxyde de fer qu'on y laisse subsister volontairement.
Les constituants de la gangue consistent prin- cipalement en chaux et silice dans le cas de la plupart des minerais zincifères et s'accompagnent généralement de quantités relativement faibles de magnésie et d'alumine;, complétées par la présence de constituants analogues à ceux de la gangue'et contenus dans la cendre de charbon. Les proportions relatives de ces constituants de formation de la scorie,y compris l'oxyde de fer qui exerce une action fluidifiantes prononcée, doivent être déterminées de fagon à pro- duire une scorie dont la fluidité est suffisante pour que la matte fondue puis- se facilement la traverser et se déposer à une vitesse au moins égale à celle de la formation de la matte dans la zone de fusion, dans l'intervalle de tem- pérature normal de l'opération d'environ 1100 à 1450 C.
Dans une scorie pos- sédant un degré de fluidité de cet ordre, la chaleur dégagée par l'arc peut se répartir plus facilement et la répartition uniforme de la température ainsi ob- tenue dans la scorie contribue dans une large mesure à la possibilité suivant l'invention de fondre les minerais zincifères dans un four électrique à arc, avec formation de vapeur de zinc métallique susceptible de se condenser en majeure partie à l'état de zinc métallique solide.
La fusion de la charge sèche dans une zone située au-dessus de la scorie fondue et sans contact direct avec l'arc de chauffage, impose d'intro- duire la charge dans le four par des entrées situées au-dessus de la couche de scorie et éloignées des électrodes. Ces conditions sont remplies en chargeant le four par la voûte à côté des parois latérales du four, pourvu que le débit de chargement soit choisi de façon que, compte tenu de l'angle du talus naturel de la charge et de la forme géométrique du four.., la charge forme un tas incliné en dedans et vers le bas et se terminant à la surface de la masse de la scorie sans contact direct avec l'arc qui jaillit entre chaque électrode et la masse de la scorieo Après que le tas de la charge a été formé,
les charges suivantes intro- duites par la voûte du four glissent sur la surface du tas et se répartissent dans une large mesure sur la surface de la masse de scorie fondue. La charge sur
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la surface du tas est chauffée à la température de fusion par le rayonnement de l'arc, ainsi que sous l'effet de la chaleur qui lui est transmise par la scorie.
L'absorption de chaleur par les substances réductibles de la charge en contact avec la scorie,. empêche;, dans une large mesure, la surchauffe généra- le de la scorie par l'arco Cette absorption de chaleur a tendance à refroidir la surface de la scorie, et agit ainsi comme tampon régulateur de température qui empêche l'apparition dans la charge d'une température de fusion sensible- ment supérieure à environ 14500C. En conséquence, le mode de fusion de la charge franche et la manière dont elle est de son côté utilisée comme agent ré- gulateur de la température, suivant l'inventions favorisent particulièrement le dégagement., hors de la zoné de fusion, de vapeur de zinc métallique sus- ceptible de se condenser en majeure partie à l'état de zinc métallique solide.
La seule condition à remplir au point de vue de l'état physique de la charge, dans la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, est d'être en vrac et sèche. L'expression "en vrac!! signifie que la charge ne doit pas être introduite sous forme massive, par exemple de gros blocs agglomérés ou sous une forme analogue. Elle doit être en vrac,, c'est-à-dire couler facilement sur la surface du tas et de haut en bas sur la surface de la couche de scorie, la gros- seur des particules étant variable et comprise entre celle de particules d'envi- ron 12,7 mm de diàmètre et celle de particules pour lesquelles le problème de la formation de poussière commence à se poser. L'expression "charge sèche" veut dire qu'elle ne doit pas être introduite à l'état fondu.
Une des caracté- ristiques du procédé de fusion suivant l'invention consiste en ce que la charge fond sur la surface de la scorie fluide et chaude du four, et cette condition ne peut être remplie que si la charge est introduite dans le four ainsi qu'il a été dit, en vrac et sèche.
On a constaté que le rendement de la condensation exprimé en fonction de la quantité de zinc métallique fondu obtenue par rapport à la quantité de zinc chargée dans le four, peut être notablement amélioré en préchauffant la charge du four. Ce préchauffage n'exerce pas d'action appréciable sur l'opéra- tion de fusion proprement dite, sauf qu'il réduit l'énergie nécessaire à la fusion. L'amélioration du rendement de la condensation par le préchauffage de la charge du four paraît résulter du réglage de la température des gaz du four.
Lorsqu'on introduit une charge froide dans le four, cette charge relativement froide refroidit les gaz de fusion qui montent le long du tas de la charge.
On sait que l'oxyde de carbone. qui est le principal constituant non conden- sable de l'atmosphère du four, se dissocie en grande partie en anhydride car- bonique et en carbone,à une température de l'ordre de 900 à 1000 C. En consé- quence, il apparaît que les gaz de fusion contenant de l'oxyde de carbone qui montent en contact avec la charge relativement froide du four, se refroidis- sent à une température comprise dans l'intervalle dans lequel l'oxyde de car- bone a tendance à se dissocier. La formation d'anhydride carbonique qui en résulte provoque l'oxydation immédiate de la vapeur de zinc qui apparaît dans le condenseur sous forme de poussière de zinc.
Mais on a constaté que, si 1' on préchauffe la charge à une température d'au moins 500 C, au moment de son introduction dans le four, cette charge peut se chauffer en présence des gaz de fusion ascendante sans les refroidir suffisamment pour abaisser leur températu- re entre les limites des températures de dissociation de l'oxyde de carbone, ou à une température à laquelle l'anhydride carbonique déjà présent dans l'atmos- phère du four oxyde la vapeur de zinc.
Un préchauffage plus intense de la charge., c'est-à-dire à une tempé- rature d'au moins 800 C., a pour effet de diminuer encore davantage la teneur en anhydride carbonique des gaz du four. L'oxyde ferrique éventuellement intro- duit dans le four avec la charge est réduit par contact avec l'oxyde de carbo- ne de l'atmosphère du four, cet oxyde étant transformé en anhydride carbonique.
Mais si l'oxyde ferrique peut être réduit d'avance avant d'être introduit dans le four, son produit de réduction (oxyde ferreux) ne provoque pas la formation de quantités nuisibles d'anhydride carbonique en présence de l'oxyde de carbo- ne au cours de l'opération de fusion. On a donc constaté qu'en préchauffant la charge de minerai et de charbon à une température d'au moins 800 C, on réalise
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la réduction préliminaire précitée accompagnée des avantages de la conden- sation de la vapeur de zinc des gaz de fusiono Pour tirer tout le parti de cet avantage, il convient d'introduire la charge dans le four de fusion en la refroidissant aussi peu que possible et en évitant de l'exposer à une at- mosphère oxydante qui a tendance à réoxyder le fer.
La Demanderesse a aussi constaté que si on mélange aux constituants de la charge de la chaux (CaO) provenant d'une source extérieure, avant le préchauffage., l'opération de préchauffage qui fait brûler une certaine quan- tité du carbone de la charge, a tendance à former de l'anhydride carbonique qui, de son côté, transforme en carbonate la chaux du minerai. Cette carbonatation de la chaux a pour effet d'introduire dans le four une certaine quantité d' anhydride carbonique facilement disponible qui., ainsi qu'il a déjà été dit, doit être évitée autant que possible. En conséquence, on a constaté qu'il est avantageux de ne pas ajouter à la charge à préchauffer, de la chaux provenant d'une source extérieure, et qu'on pourrait ajouter à titre de flux.
La condensation des gaz de fusion contenant de la vapeur de zinc et for- més suivant 1'invention, s'effectue facilement avec un rendement élevé. Bien que la vapeur de zinc puisse effectivement être condensée dans des condenseurs fixes du type à chicanes,, tels qu'ils sont décrits dans le brevet des Etats-UnisN 1.873.861 du 23 Août 1932, la condensation peut s'effectuer avec un avantage tout particulier dans un condenseur du type dans lequel la vapeur de zinc est mise en contact intime avec une surface de zinc fondu relativement grande et fraîchement exposée.
Ce dernier type de condenseur est celui dans lequel on fait passer les gaz chargés de vapeur de zinc à travers une pluie de zinc fondu violemment agi- tée dans une zone de condensation confinée, tel que décrit dans les brevets des Etats-Unis Nos 2.457.544 à 2.457.551 en date du 28 Décembre 1948, et 2.494.551 et 2.494-552 en date du 17 Janvier 1950. Ce dernier type de condenseur de zinc est capable d'éliminer et de condenser à l'état de métal fondu la totalité de la vapeur de zinc contenue dans les gaz de fusion, à l'exception de la quantité de vapeur correspondant à la tension de vapeur du zinc fondu à la température de sortie des gaz du condenseur.
Lorsqu'on fond des minerais zincifères dans un four électrique sui- vant l'invention., la température des gaz du four contenant de l'oxyde de car- bone peut passer dans l'intervalle dans lequel l'oxyde de carbone a tendance à se dissocier en quantité appréciable en anhydride carbonique et carbone..
L'anhydride carbonique, qui est un agent oxydant puissant de la vapeur de zinc, a tendance à former des amas solides d'oxyde et de la poudre bleue. Mais, si les gaz du four contiennent en suspension une quantité appréciable de carbone à l'état naissant, on peut y faire disparaître à peu près complètement l'anhydri- de carbonique. Cette suspension de carbone à l'état naissant dans l'atmosphère du four peut être obtenue en y introduisant une certaine quantité d'un hydrocar- bure pouvant se craquer, de sorte qu'une fois craqué à la température existan- te de l'atmosphère du four sur place, il forme un brouillard de particules sem- blables à la suie de carbone à l'état naissant.
Les particules de carbone étant à la fois à l'état naissant et incandescentes lorsqu'elles flottent dans les gaz du four paraissent exercer une action extrêmement efficace au point de vue de la diminution de la teneur en anhydride carbonique de ces gaz.
L'hydrocarbure pouvant se craquer doit être introduit dans l'atmos- phère du four de façon à s'y craquer sur place et non dans la zone de fusion dans laquelle il pourrait se consumer par prédominance au cours de l'opération de fu- sion.
Par exemple, l'hydrocarbure "craquable" peut être introduit sous forme de fuel oil liquide, de kérosène, de gas oil, etc en le faisant couler goutte à goutte dans l'atmosphère du four. On peut aussi introduire un gaz permanent craquable, tel que le gaz naturel, l'acétylène, ou autres par un tuya.u à l'intérieur de 1' atmosphère du four. On a obtenu des résultats particulièrement importants en introduisant l'hydrocarbure craquable sous une forme ostensiblement solide comme le constituant volatil du charbon bitumineux.
Si l'on remplace une certaine quan- tité de l'anthracite ou du coke-utilisés comme substance réductrice dans l'opéra- tion de fusion, par une quantité équivalente de charbon bitumineux basé sur sa
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non fondue et permet de maintenir des conditions de fusion dans -lesquelles la température ne dépasse pas la tempéreture maximum de 1450 C de la scorie.
Les matières réductrices propres la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention sont les matières carbonées solides qu'on emploie couramment dans les opérations de fusion métallurgiques. Le charbon et le coke peuvent être utilises avec un avantage tout particulier, et de préférence sous forme de particules d'une grosseur comprise entre'un maximum d'environ 12,7 mm de diamètre et celle du poussier.
La quantité de matière carbonée utilisée pour la mise en peuvre- du procédé suivant l'invention doit être choisie de façon à réaliser une réduction à peu près complète de l'oxyde de zinc du minerai, ainsi que des quantités relativement faibles des oxydes de plomb et de cadmium faciles à réduire, qui l'accompagnent. Dans la forme de réalisation choisie de préférence de l'invention$ la quantité de matière carbonée incorporée à la charge doit aussi être suffisante pour réduire une portion au moins de l'oxyde de fer de la charge non transformé en sulfure par le soufre qu'elle confient.
On peut régler la quantité de carbone contenu dans la charge par l'analyse éventuelle de la scorie, la proportion conve- nable de carbone de la. charge dans la, forme de réalisation choisie de préférence de l'invention étant indiquée par la. présence d'au moins 0,5 % environ de fer dans la scorie sous forme d'oxyde de fer.
Mais il doit être bien entendu qu'on. obtient dans la pratique des résultats satisfaisants avec le procédé de fusion suivant l'invention, en déterminant la proportion de matière réductrice contenue dans la charge de fagon que la scorie ne contienne virtuellement pas d'oxyde de fer liore, bien que, comme on l'a déjà dit, la proportion de matière réductrice ne doit pas Atre assez grande pour que la scorie en contienne une quantité libre suffisante pour
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8) La portion d'oxyde de fer qui n'a pas été transformée en sul- fure par le soufre et qui a été réduite par la matière réductrice forme une masse de fer fondu.
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PROCESS. OF MELTING ZINCIFIER MINERALS.
The present invention relates to the smelting of zinc-bearing ores and, more particularly, the smelting of these ores in an electric furnace.
The melting of zinc in an electric furnace offers various advantages which consist in the simplicity of the preparation of the charge and of the operation of the furnace compared to the techniques of zinc melting currently practiced o Countless solutions have been recommended up to present for the electric furnace smelting of zinciferous ores, and consist in melting a dry charge of ore and a reducing substance, with release of metallic zinc vapor, but as far as we can know, at- No method of this nature has ever been applied in industrial practice. Those who have tried these previously advocated methods, even on a small scale,
have found by experience that the gases laden with zinc vapors thus produced cannot be condensed without the formation of an excessive quantity of blue powder ,, or zinc dust, or both, and that the operation The melting process itself is characterized by a small amount of zinc extracted from the feed and by a non-continuous operation.
The Applicant has discovered that it is possible to melt zinc oxide or oxidized ores in the presence of appreciable quantities of iron and copper, or of precious metals, or both of these metals on an industrial scale, , in an electric arc furnace with formation of metallic zinc vapor capable of being condensed for the most part in the form of solid metallic zinc ,,, and concentration of copper and precious metals in a form capable of recovering them by ordinary means . It has been found that this result can be achieved by adjusting a combination of certain melting conditions.
These critical melting conditions consist of an important relationship between the composition of the feed, including a certain amount of sulphide sulfur, and the manner in which the melting takes place.
The adjustment of these determining conditions makes possible the smelting of an ore
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zinciferous in the presence of a carbonaceous reducing substance in an electric arc furnace, with formation of a molten matte, a molten slag substantially free of zinc and a vapor of metallic zinc which can be condensed mostly in the form of solid zinc metal
The smelting process according to the invention consists in incorporating into a charge of oxidized zinc-bearing ore containing appreciable proportions of iron and copper, silver or gold, or combinations thereof, a quantity of sulphide sulfur sufficient to form a matte. with almost all of the copper or of the precious metals or of both groups, if they exist, and with at least a portion of the iron,
then incorporating into the composition of the filler an amount of reducing material sufficient to reduce all of the zinc oxide and, advantageously, but not necessarily, at least a portion of the iron oxide which has not been converted in sulphide by sulfur, in introducing the charge into the kiln in the dry bulk state, in supplying the heat necessary for this reduction in the kiln by an electric arc in contact with the mass of molten slag, and in carry out the reduction in a melting zone above the mass of molten slag and out of direct contact with the heating arc, so as to effect melting of the charge at a temperature not exceeding 1450 C.
Zinciferous oxide ores generally contain zinc, cadmium, lead and iron often accompanied by appreciable amounts of copper, silver or gold, or combinations thereof. The oxides of these metals, with the exception of gold which usually occurs native in these minerals, are easily reduced by solid carbonaceous substances at temperatures between about 1100 and 1400. C. The constituents of the gangue of the ores are oxides of calcium, magnesium and silicon, which do not easily reduce under these conditions.
Although melting temperatures between 1100 and 1400 C are easily achieved in an electric furnace, it is a characteristic of the operation of ordinary electric furnaces that a significant portion of the load is heated to a temperature significantly above that of the general mass of the load.
Melting temperatures significantly above 14500C can be avoided by melting the charge out of direct contact with the furnace arc, the furnace heat being provided largely by the radiation of an arc spurting between the furnace electrodes and a mass of molten slag obtained by melting the charge. But, even while melting the charge by this process, appreciable amounts of lime, magnesia and silica contained in the slag have a strong tendency to be reduced at high arc temperature, if the charge contains an amount. appreciable amount of carbon reducing substance available.
Since it has been found that the reduction of these constituents of the gangue gives rise to their volatilization and then causes them to appear as particles of dust of the corresponding oxides which appear to promote the formation of the physical blue powder and In the zinc vapor condenser, the reduction of gangue constituents must be avoided with great care.
It had previously been observed that, in order to be certain that there is no reducing carbonaceous material available for the reduction of the constituents of the gangue of the molten slag in the vicinity of the heating arcs, it is necessary to choose the relative proportions of the reducing material and the above-mentioned easily reduced metal oxides, so that a certain portion of the iron oxide remains unreduced. Under these conditions, all of the other easily-reducing metal oxides are virtually reduced to the metallic state, while a small amount of iron oxide remains in the unreduced state.
On the other hand, the presence of an excessive quantity of iron oxide in the slag cannot be tolerated, since the slag obtained oxidizes under conditions which tend to decarburize the iron in the molten state. , formed during the smelting process, and which lies below the layer of molten slag. Decarburization of cast iron raises its melting point and tends to immobilize metallic iron in the furnace.
Consequently, to obtain a zinc vapor capable of condensing for the most part in the state of solid metallic zinc.
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and a smelting by-product which may be cast from the smelting of a zinc-bearing ore consisting almost entirely of oxides., the relative proportions of the carbonaceous reducing material contained in the feed and the other elements of the latter ;: must be chosen so that the slag contains in the unreduced state a proportion of between about 15% and about 6% by weight of iron oxide (calculated as Fe).
However, the Applicant has discovered that it is in principle possible to dispense with this careful monitoring of the iron oxide content of the slag by adjusting the composition of the feed so that it contains a quantity of sulphide sulfur sufficient for forming iron sulphide with at least a portion of the iron content of the feed, and matte with almost all of the copper, silver, and ore contained in the ore. It has been found that, under these conditions, the molten iron sulphide obtained retains almost all of the copper, silver and gold in an easily recoverable form, thus allowing the cadmium and lead to volatilize freely with the zinc, , and that the iron oxide content of the slag does not exert a detrimental effect on the physical and chemical conditions of the smelting operation.
However, it has been found that it is advantageous to introduce a certain quantity of metallic iron into the matte, the free iron acting as a reducing agent for the zinc sulphide which may be dissolved in the matte. At least the amount of reduced iron in the matte therefore tends to minimize the presence in the matte of the zinc component of the filler.
Consequently, one can not only determine the composition of the filler so that it contains a sufficient quantity of sulfur to form a matte with almost all of the copper, silver and gold, and with at least a portion of iron, but again it may be advantageous to choose the proportions of the elements of the filler so that at least a portion of the iron is not transformed into sulphide, and the filler contains a quantity of carbonaceous reducing material sufficient to reduce the totality. zinc oxide of the feed and at least a portion of the iron oxide which has not been converted to sulphide by the sulfur contained in the feed.
If the quantity of metallic iron thus formed is greater than that which replaces the zinc sulphide in the matte, and furthermore greater than the limit of solubility of metallic iron in the matte, this excess of molten iron collects into a mass au- below the matte layer. Since metallic iron is formed in the melting zone in the presence of carbon reducing material, metallic iron carburizes as it is formed. In its carburized form, known as crude cast iron, the iron melts at the temperature existing in the furnace and, as a result, settles and clumps.
Since even a very thin upper layer or film of the matte protects this mass of pig iron against decarburization by even a very strong oxidizing slag, it is evident that the value of the iron oxide content of the slag has no importance in the practice of a smelting operation thus carried out.
The smelting process according to the invention applies to any oxidized zinciferous ore, either of natural origin in the oxidized state, or obtained by roasting of the blende. If the ore contains an appreciable amount of iron and one or more of the metals copper, silver and gold the necessary sulfur can be obtained from an external source, if the ore itself does not contain it or has been roasted at death, or the sulfur necessary to come from the ore, if this is a sulphide, by interrupting its roasting shortly before it is complete.
Accordingly, the expression to incorporate into the feed a certain sulfur content "employed in the present specification, is to be taken to include the control of the sulfur content of the ore itself as well as the addition of sulfur. fre from an external source, as described in detail below This sulfur content of the feed should obviously be considered to include the excess sulfur over that which will be retained by the lime in the slag.
It is therefore easy to see that the origin and nature of the zinc ore is not of critical importance. In fact, zinciferous ores of all types and from all sources can be smelted by the process according to the invention, the zinc content of which is between about 20% and more than 65%.
A melting temperature not exceeding 1450 C can be established in
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a zinciferous charge of an electric arc furnace by heating the charge in principle by radiation of the arc and by contact with the mass of hot slag formed during the melting operation and which must not exceed a temperature of 14500C measured at the time of the casting of the slag from the furnace. The Applicant has found that a zinc-bearing charge can be effectively melted under these conditions by making it float, in the form of a bulk mass of separated particles and out of direct contact with the heating arc, on the surface of the slag kept fluid at a temperature of at least about 1100 C. The melting appears to take place in principle in a zone located above the surface of the slag,
partly in the interface between the filler, and the slag and partly in the layer of the filler immediately above. The melting operation is endothermic and the result is that the new filler has a high capacity to absorb heat from the arc and from the slag surface, both by contact and by ray- onment in the virtual conditions of the black body. This endothermic absorption of heat from the slag and the arc serves to regulate the temperature of the slag and the unmelted charge and allows melting conditions to be maintained in which the temperature does not exceed the maximum temperature of 1450 C of slag.
The reducing materials specific to the implementation of the process according to the invention are the solid carbonaceous materials which are commonly used in metallurgical melting operations. Coal and coke can be used with particular advantage, and preferably in the form of particles of a size between a maximum of about 12.7 mm in diameter and that of the dust. The amount of material. carbonaceous agent used for carrying out the process according to the invention must be chosen so as to achieve an almost complete reduction of the zinc oxide in the ore, as well as relatively small quantities of the oxides of lead and of easy to reduce cadmium, which accompany.
In the preferably selected embodiment of the invention, the amount of carbonaceous material incorporated into the feed should also be sufficient to reduce at least a portion of the iron oxide of the feed not converted into sulfide which 'it contains. The quantity of carbon contained in the feed can be controlled by optional analysis of the slag, the suitable proportion of carbon in the feed in the preferably selected embodiment of the invention being indicated by the presence of minus about 0.5% iron in the slag as iron oxide.
However, it must be understood that satisfactory results are obtained in practice with the smelting process according to the invention, by determining the proportion of reducing material contained in the charge so that the slag does not contain virtually no of free iron oxide, although, as already stated, the proportion of reducing material should not be large enough for the slag to contain a sufficient free quantity to cause volatilization of the constituents of gangue forming dust in the condenser.
The sulfur in the sulphide of the charge is generally part of the ore as in the case of a sulphide ore roasted almost to death, so as to contain only the proportion of sulphide sulfur in accordance with the preceding prescriptions. The same result can be obtained by mixing a dead roasted ore or an oxide ore of natural origin with an unroasted sulphide ore in proportions chosen so as to obtain the desired quantity of sulfur available. In addition, in the case of zinciferous oxide ores of natural origin containing copper, silver or gold or their mixtures, and not containing a suitable quantity of iron to form a matte, pyrites can be added to the ore. to provide the necessary quantity of iron and sulfur.
If pyrites are added for this purpose, their unstable sulfur is removed by a preheating operation described below and which has been found particularly advantageous in the practice of the invention.
During the smelting operation, the oxides of zinc, cadmium and lead are easily reduced to the metallic state at the temperature prevailing in the furnace. However, it was found that, by comparison with the other elements
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easy to reduce from zinc-bearing ore, iron oxide is reduced a little more difficult at a temperature not exceeding about 1450 C. That is, while virtually all of the zinc, cadmium and lead oxides in the feed can be reduced, a certain amount of iron oxide remains unreduced. . Accordingly, the presence of the unreduced iron oxide in the slag is not incompatible with the substantially complete removal of the slag charge from the other easily reduced oxides.
Thus - as has already been said, it has been found that the presence of this residual iron oxide in the slag may serve to indicate that at least a fraction of the iron contained in the charge has not been transformed into sulphide and can be reduced to introduce elemental iron into the matte.
The Applicant has aine; 1 discovered that if the zinc-bearing charge introduced into the electric furnace is accompanied by a sufficient quantity of sulfur, in relation to the proportions of carbon and of metals easy to reduce in the charge, so as to form a matte A molten slag and a molten slag containing substantially no unconsumed reducing carbon, all of the zinc element in the ore can be reduced virtually without raising the temperature of the molten feed, above 1450 C, and without forming detrimental amounts of dust-forming constituents which prevent zinc vapor from condensing mostly to solid metallic zinc.
It was further found incidentally, and by experience, that when all of the zinc constituent of the ore was reduced, all of the cadmium and lead in the ore was also virtually reduced, and the copper, silver and gold possibly contained in the charge are concentrated in the matte.
During the smelting operation, at least a portion, and usually a major portion, of the iron component of the charge, separates in the state of matte which brings together the copper, silver and gold contained in the charge. The charge and all of the zinc component of the ore is virtually removed as a metallic zinc vapor which carries with it the cadmium and lead components of the ore. As a result, only the constituents of the gangue remain in the slag state and are supplemented by the quantity of iron oxide which is left there voluntarily.
The constituents of gangue consist mainly of lime and silica in the case of most zinciferous ores and are generally accompanied by relatively small amounts of magnesia and alumina ;, supplemented by the presence of constituents similar to those of gangue 'and contained in coal ash. The relative proportions of these slag-forming constituents, including the iron oxide which exerts a pronounced thinning action, should be determined so as to produce a slag of sufficient fluidity for the molten matte to dissipate. easily pass through and settle at a rate at least equal to that of matte formation in the melting zone, within the normal operating temperature range of about 1100 to 1450 C.
In a slag having a degree of fluidity of this order, the heat given off by the arc can be distributed more easily and the uniform distribution of temperature thus obtained in the slag contributes to a large extent to the possibility according to the 'invention of melting zinciferous ores in an electric arc furnace, with the formation of metallic zinc vapor capable of condensing for the most part in the state of solid metallic zinc.
The melting of the dry charge in a zone located above the molten slag and without direct contact with the heating arc requires the charge to be introduced into the furnace through inlets located above the layer of slag and away from the electrodes. These conditions are fulfilled by loading the furnace through the vault next to the side walls of the furnace, provided that the loading rate is chosen such that, taking into account the angle of the natural slope of the load and the geometric shape of the furnace .., the charge forms a heap tilted inward and downward and ending at the surface of the slag mass without direct contact with the arc that shoots out between each electrode and the slag mass o After the slag mass the load has been formed,
the subsequent charges introduced through the roof of the furnace slide over the surface of the pile and are distributed to a large extent over the surface of the molten slag mass. The load on
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the surface of the pile is heated to the melting temperature by the radiation of the arc, as well as under the effect of the heat transmitted to it by the slag.
The absorption of heat by the reducible substances of the charge in contact with the slag ,. prevents, to a large extent, the general overheating of the slag by the arco This heat absorption tends to cool the surface of the slag, and thus acts as a temperature regulating buffer which prevents the appearance in the load with a melting point appreciably above about 14500C. Consequently, the method of melting the free charge and the way in which it is in turn used as a temperature regulating agent, according to the inventions, particularly favor the release, out of the melting zone, of vapor of metallic zinc liable to condense for the most part to solid metallic zinc.
The only condition to be fulfilled from the point of view of the physical state of the load, in the implementation of the process according to the invention, is to be loose and dry. The expression "in bulk !!" means that the filler should not be introduced in massive form, for example large agglomerated blocks or in a similar form. It should be in bulk, that is to say flow easily over the surface of the heap and from top to bottom on the surface of the slag layer, the size of the particles being variable and between that of particles of about 12.7 mm in diameter and that of particles for which the The problem of dust formation begins to arise The expression "dry charge" means that it should not be introduced in the molten state.
One of the characteristics of the smelting process according to the invention consists in that the charge melts on the surface of the fluid and hot slag of the furnace, and this condition can only be fulfilled if the charge is introduced into the furnace as well as 'it was said, loose and dry.
It has been found that the condensation yield, expressed as a function of the quantity of molten metallic zinc obtained relative to the quantity of zinc charged into the furnace, can be notably improved by preheating the charge of the furnace. This preheating has no appreciable effect on the actual fusion operation, except that it reduces the energy required for fusion. The improvement in the condensation efficiency by preheating the furnace charge appears to result from the adjustment of the temperature of the furnace gases.
When a cold charge is introduced into the furnace, this relatively cold charge cools the fusion gases which rise along the pile of the charge.
We know carbon monoxide. which is the main non-condensing constituent of the furnace atmosphere, largely dissociates into carbon dioxide and carbon, at a temperature of the order of 900 to 1000 C. Consequently, it appears that the fusion gases containing carbon monoxide which come into contact with the relatively cool charge of the furnace, cool to a temperature within the range in which the carbon monoxide tends to dissociate . The resulting formation of carbon dioxide causes immediate oxidation of the zinc vapor which appears in the condenser as zinc dust.
However, it has been found that, if the charge is preheated to a temperature of at least 500 ° C., when it is introduced into the furnace, this charge can heat up in the presence of the ascending melting gases without cooling them sufficiently to lower them. their temperature between the limits of the dissociation temperatures of carbon monoxide, or at a temperature at which the carbon dioxide already present in the atmosphere of the furnace oxidizes the zinc vapor.
More intense preheating of the charge, that is to say to a temperature of at least 800 ° C., has the effect of further reducing the carbon dioxide content of the oven gases. Any ferric oxide which may be introduced into the furnace with the feed is reduced by contact with the carbon dioxide from the furnace atmosphere, this oxide being converted into carbon dioxide.
But while the ferric oxide can be reduced in advance before being introduced into the furnace, its reduction product (ferrous oxide) does not cause the formation of harmful amounts of carbon dioxide in the presence of the carbon dioxide. ne during the merger operation. It has therefore been observed that by preheating the charge of ore and coal to a temperature of at least 800 C, one achieves
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the aforementioned preliminary reduction accompanied by the advantages of condensing the zinc vapor of the fusion gases. To take full advantage of this advantage, the charge should be introduced into the fusion furnace, cooling it as little as possible and avoiding exposure to an oxidizing atmosphere which tends to reoxidize iron.
The Applicant has also observed that if lime (CaO) coming from an external source is mixed with the constituents of the charge, before the preheating, the preheating operation which burns a certain quantity of the carbon of the charge. , tends to form carbon dioxide which, in turn, transforms the lime in the ore into carbonate. This carbonation of the lime has the effect of introducing into the furnace a certain quantity of readily available carbon dioxide which, as has already been said, should be avoided as far as possible. Consequently, it has been found that it is advantageous not to add lime from an external source to the charge to be preheated, and that one could add as a flux.
The condensation of the zinc vapor-containing fusion gases formed according to the invention is easily carried out in high efficiency. Although zinc vapor can effectively be condensed in stationary baffle-type condensers, as described in United States Patent No. 1,873,861 of August 23, 1932, the condensation can take place with advantage. particularly in a condenser of the type in which the zinc vapor is brought into intimate contact with a relatively large and freshly exposed surface of molten zinc.
The latter type of condenser is one in which the gases charged with zinc vapor are passed through a rain of molten zinc violently agitated in a confined condensing zone, as described in United States Patent Nos. 2,457. 544 to 2,457,551 dated December 28, 1948, and 2,494,551 and 2,494-552 dated January 17, 1950. This latter type of zinc condenser is capable of removing and condensing in the state of molten metal. all of the zinc vapor contained in the fusion gases, except for the quantity of vapor corresponding to the vapor pressure of the molten zinc at the outlet temperature of the gases from the condenser.
When melting zinciferous ores in an electric furnace according to the invention, the temperature of the furnace gases containing carbon monoxide may fall within the range in which carbon monoxide tends to fall. dissociate in appreciable quantities into carbon dioxide and carbon.
Carbon dioxide, which is a strong oxidizing agent of zinc vapor, tends to form solid clumps of oxide and blue powder. However, if the furnace gases contain an appreciable amount of nascent carbon in suspension, the carbon dioxide can be removed almost completely. This slurry of nascent carbon in the furnace atmosphere can be obtained by introducing into it a certain amount of a crackable hydrocarbon, so that when cracked at the existing temperature of the furnace. atmosphere of the furnace on site, it forms a mist of particles similar to nascent carbon soot.
The carbon particles being both incandescent and incandescent when floating in the furnace gases appear to exert an extremely effective action from the point of view of decreasing the carbon dioxide content of these gases.
The hydrocarbon which can crack must be introduced into the atmosphere of the furnace in such a way that it cracks there in place and not in the melting zone in which it could be consumed predominantly during the firing operation. if we.
For example, the "crackable" hydrocarbon can be introduced in the form of liquid fuel oil, kerosene, gas oil, etc. by dripping it into the furnace atmosphere. It is also possible to introduce a permanent crackable gas, such as natural gas, acetylene, or the like through a pipe inside the atmosphere of the furnace. Particularly important results have been obtained by introducing the crackable hydrocarbon in a conspicuously solid form as the volatile component of bituminous coal.
If one replaces a certain quantity of the anthracite or coke-used as a reducing substance in the smelting operation, by an equivalent quantity of bituminous coal based on its
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not melted and allows to maintain melting conditions in which the temperature does not exceed the maximum temperature of 1450 C of the slag.
The reducing materials suitable for carrying out the process according to the invention are the solid carbonaceous materials which are commonly used in metallurgical melting operations. Coal and coke can be used with particular advantage, and preferably in the form of particles of a size between a maximum of about 12.7 mm in diameter and that of dust.
The amount of carbonaceous material used for carrying out the process according to the invention must be chosen so as to achieve an almost complete reduction of the zinc oxide in the ore, as well as relatively small amounts of the lead oxides. and easy-to-reduce cadmium that come with it. In the preferably selected embodiment of the invention the amount of carbonaceous material incorporated into the feed should also be sufficient to reduce at least a portion of the iron oxide of the feed not converted to sulphide by the sulfur. she confides.
The quantity of carbon contained in the feed can be regulated by the possible analysis of the slag, the suitable proportion of carbon in the. filler in the preferably selected embodiment of the invention being indicated by. presence of at least about 0.5% iron in the slag as iron oxide.
But it must be understood that one. obtains in practice satisfactory results with the smelting process according to the invention, determining the proportion of reducing material contained in the feed so that the slag contains virtually no fluorine oxide, although, as is As has already been said, the proportion of reducing material should not be large enough for the slag to contain a free quantity sufficient to
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8) The portion of iron oxide which has not been transformed into sulfur by sulfur and which has been reduced by the reducing material forms a mass of molten iron.