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GRILLAGE AUTOGENE DES MINERAIS SULFURES.
La présente invention concerne le grillage des minerais sulfurés et en particulier un nouveau procédé de grillage autogène des minerais sulfu- rés concentrés en granules, ainsi qu'un procédé cyclique qui consiste à former avec le minerai concentré, avant de le griller, des granules au moyen d'un liant qui provient, au moins en partie, de l'opération de grillage des granu- les de minerai. Le procédé de grillage suivant l'invention convient particuliè- rement à l'élimination simultanée du minerai concentré d'une forte proportion du cadmium, du plomb, de l'arsenic, de l'argent et de l'or qu'il contient.
Quoiqu'un grand nombre de.procédés divers de grillage aient été décrits et soient actuellement en application, ceux qui sont susceptibles d' assurer une production industrielle très considérable exigent une installa- tion coûteuse,' une durée excessive du grillage ou une surveillance des condi- tions de marche au prix d'une grande dépense de main d'oeuvre ou des combinai- sons de ces conditions. Les conditions précitées n'ont pas besoin d'être rem- plies dans le procédé suivant l'invention qui se caractérise par la simplicité de l'installation nécessaire et de son fonctionnement.
Le procédé de grillage autogène d'un minerai sulfuré concentré suivant l'invention consiste à maintenir dans une chambre rotative une masse poreuse en combustion de granules mobiles du minerai concentré, à provoquer le mouvement de ces granules dans la masse en faisant tourner la chambre et à introduire l'air de grillage de haut en bas dans la masse en mouvement des granules au-dessous de la surface de la masse en quantité suffisante pour fai- re brûler le sulfure et par suite maintenir la masse en combustion. On fait arriver l'air de grillage sur les granules en principe en dirigeant plusieurs courants d'air de haut en bas dans et.au-dessous de la surface de la masse de granules en mouvement.
Le mouvement d'avancement progressif de la charge en granules dans la chambre de grillage est obtenu en chargeant le sulfure à une extrémité de la chambre, de préférence de forme allongée, et en déchargeant
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le produit grillé à l'autre extrémité. Ce procédé d'introduction de l'air de grillage dans la charge, associé au mouvement de la charge en granules, permet d'effectuer le grillage à une température élevée et pendant une durée de séjour réglée, de façon à provoquer dans une mesure exceptionnelle la volatilisation et l'élimination de la charge du cadmium, du plomb, de l'arsenic, de l'argent et de l'or qu'elle contient.
De plus, il a été découvert qu'il est possible de former d'une manière avantageuse avec le minerai concentré à l'état de fine division des granules simplement par addition d'eau et d'un sulfate métallique soluble qui peut provenir du sulfate contenu dans le produit grillé à l'état de fine division qui sort de l'opération de grillage sous forme de suspension dans le gaz sortant de la chambre de grillage.
Ces caractéristiques de' l'invention ainsi que d'autres sont fa- ciles à comprendre d'après la description détaillée qui en est donnée ci-après avec le dessin ci-joint à l'appui, sur lequel
La figure 1 est une coupe verticale d'un dispositif convenant à l'application pratique du procédé de grillage suivant l'invention suivant la ligne 1-1 de la 'figure. 2 et
La figure 2 est une élévation latérale avec coupe partielle du dispositif précité.
Le procédé de grillage suivant l'invention s'applique au traite- ment de n'importe quel minerai sulfuré concentré. Le procédé suivant l'inven- tion convient donc particulièrement au grillage des minerais de sulfure de zinc de fer et de plomb, qui peuvent encore contenir une proportion apprécia- ble de sulfure de cuivre et autres composés métalliques. Les minerais sulfu- rés qu'on grille couramment par d'autres procédés sont en réalité des minerais concentrés ayant été obtenus en les séparant par flottage ou gravité. Le procé- dé de grillage suivant l'invention convient particulièrement au traitement de tous ces concentrés, c'est-à-dire des concentrés de sulfures obtenues par flot- tage, en masse et par gravité.
Quel que soit le type de concentré de sulfure traité, le présent procédé est caractérisé en ce que ces concentrés peuvent .servir à un grillage autogène complet pourvu qu'il subisse l'opération de grillage,sous une forme mobile appropriée.
La¯forme des agglomérés de minerais sulfurés doit être choisie de façon qu'une masse des agglomérés soit mobile et poreuse et puisse être mi- se en mouvement par le mouvement de rotation d'un four ou élément analogue contenant une masse de ces agglomérés. Les agglomérés doivent donc avoir la forme de granules ou une forme analogue, qui roule facilement, plutôt que la forme de paillettes ou toute autre forme rendant relativement immobile une mas- se de particules. En cônséquence, les agglomérés sont désignés sous le nom de granules, étant entendu que ce terme désigne aussi d'autres formes mobiles d'agglomérés obtenus par un procédé autre qu'une granulation.
Les dimensions des granules influent sur la durée nécessaire à l'élimination d'une quantité de soufre déterminée, ou inversement sur la quan- tité de soufre éliminée pendant une période de grillage quelconque donnée. On a constaté que, pour appliquer l'invention dans la pratique, la grosseur maxi- mum des granules né doit pas dépasser sensiblement 12,7 mm de diamètre et que la masse ne doit sensiblement pas contenir de particules assez fines pour pre- voquer ou faciliter le frittage ou pour dégager une quantité de poussière excessive ou donner lieu à ces deux inconvénients. En général, il est avanta- geux d'employer des granules qui passent à travers un tamis à ouverture de mailles de 12,7 mm et sont retenues sur un tamis à ouverture de mailles de 0,84 mm (tamis normal de Tyler).
Les granules de moins de 0,84 mm ont tendan- ce à griller trop rapidement en donnant lieu ainsi à des difficultés dues à la fusion ou au frittage, et en outre à diminuer la porosité de la charge.
Le mouvement des granules mobiles dans la masse de granules contenue. dans la chambre de grillage peut être obtenu d'une manière simple et efficace par le mouvement continu ou alternatif de la chambre. Par exemple, on peut obtenir un mouvement satisfaisant des granules en supportant une masse de granules dans un four rotatif des dimensions industrielles ordinaires,
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tournant à une vitesse de calcination ordinaire.
Les seules:conditions impor- tantes à remplir en ce' qui concerne la vitesse du mouvement-de la chambre @ consistent en ce que cette vitesse doit être assez grande¯pour maintenir les granules en mouvement au lieu de provoquer simplement un mouvement intermit- tent de'la masse entière des granules et que cette vitesse ne doit pas être assez grande, dans le cas d'un mouvement rotatif de la chambre'pour permettre à la force centrifuge de s'opposer au mouvement désiré des granules.
La masse de granules étant ainsi mise en mouvement; on constaté que l'air comburant peut être introduit d'une manière efficace dans la masse de granules, conformément à l'invention, en faisant arriver-l'air par plusieurs tuyaux dont les orifices de sortie sont disposés au-dessous de la surface .de la masse de granules en mouvement, de façon à y diriger l'air de haut en bas.
Il est facile de voir qu'en introduisant l'air de grillage de haut en bas dans la masse de granules en mouvement au-dessous de sa surface mais à une certaine distance du niveau inférieur de cette masse, on établit dans' la masse de granules des conditions de grillage différentes de celles qu'on obtient suivant les'procédés antérieurs qui consistent à introduire l'air de grillage à la partie inférieure de la masse de granules, par des orifices d'arrivée d'air fixés ou'formés dans les parois de la chambre rotative. Sui- vant l'invention, la position de l'arrivée d'air est sensiblement fixe par rapport à la masse des granulés mais les granules sont maintenus dans la'masse en mouvement sensiblement constant analogue à celui d'un fluide par rapport à la position des orifices d'arrivée d'air.
Si, d'autre part, l'air de gril- lage est introduit à la partie inférieure de la masse de granules par des orifices d'admission mobiles avec la paroi de la chambre rotative les granu- les voisins de la paroi ont tendance à se déplacer le long de la paroi et des orifices d'admission d'air,jusqu'à ce qu'ils arrivent sensiblement à la hauteur du niveau de la surface de la masse des granules.
L'air de gril- lage arrive donc suivant l'invention dans une' masse de granules en mouvement constant par rapport à l'orifice d'admission d'air et qùi par suite favorisent une répartition efficace dans la masse de la chaleur exothermique de grillage tandis que l'air de grillage introduit à la partie inférieure de la masse de granules à travers la paroi du récipient vient en contact de la manière la plus efficace avec des granules dont le mouvement est insignifiant par rap- port à l'air d'admission et qui par suite favorisent la formation d'une zone de surchauffe localisée au voisinage de l'orifice d'admission d'air.
Une zone de surchauffe localisée donne lieu au frittage ou à la fusion des gra- nules, tandis qu'une répartition efficace de la chaleur exothermique de gril- lage réduit au minimum la tendance des granules à fritter ou à fondre, même à une température plus élevée que celle qui pourrait être tolérée sans frit- tage ni fusion dans les opérations de grillage décrites ou proposées jusqu'à présent.
La répartition de la chaleur de grillage est également améliorée par le procédé de grillage suivant 1'invention en dirigeant de haut en bas le courant d'air de grillage qui subit ensuite une déviation sous l'effet des granules et se dirige ainsi d'abord dans le sens latéral à travers la charge, et finalement de bas en haut à travers la masse de granules qui, en raison de sa mobilité, maintient une masse poreuse de granules à peu près dans la totalité de la portion située sur le trajet de haut en bas de l'air arri- vant dans la charge.
La mobilité des granules et le mouvement imprimé à la masse de granules suivant l'invention empêchent à peu près complètement la formation d'un sillon dans la charge pendant son mouvement passant dans le trajet de l'arrivée d'air, de sorte qu'on peut dire avec précision que l'ex- trémité de sortie de chaque tuyau d'arrivée d'air est plongée dans la masse de granules.
Les granules recevant un mouvement approprié dans la masse, on augmente l'intensité de l'opération de grillage et' par suite la concentra- tion en anhydride sulfureux du gaz de grillage en augmentant la profondeur à laquelle l'air comburant arrive dans la masse de granules en mouvement.
Le contact entre l'air et le sulfure est assez intime pour qu'un préchauffa- ge extérieur de l'air de grillage soit inutile pour réaliser une opération autogène. En effet, on' obtient des gaz de la chambre de grillage à teneur
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relativement faible par grillage autogène de la charge en faisant'arriver l'air comburant à une profondeur d'environ 25 mm seulement au-dessous de la surface de la masse de granules en mouvement, tandis qu'on peut obtenir un' gaz de grillage contenant 12 à 14% d'anhydride sulfureux simplement, en intro- duisant l'air comburant à une profondeur d'au moins 76 à 101 mm ou davanta= ge au-dessous de la surface de la masse de granules en mouvement,
le degré d'immersion du niveau de sortie de l'air dans la masse de granules dépend évidemment de conditions telles que le degré désiré d'élimination du soufre, la cpncentration désirée du gaz de grillage en anhydride sulfureux, la gros- seur moyenne des granules, la vitesse du mouvement du récipient et la durée de séjour des granules dans la chambre de grillage.
La durée de séjour dans la chambre de grillage suivant l'invention peut' être* comprise entre environ 1 heure et environ 6 heures, suivant la gros- seur moyenne des granules,le degré désiré d'élimination du soufre du sulfure et la profondeur d'immersion des orifices de sortie d'air dans la masse de granules en mouvement. Par exemple en grillant des granules de minerai de sulfure de zinc d'un diamètre maximum d'environ 12,7 mm on peut réduira la . teneur en soufre de sulfure du concentré de minerai à 1% environ en poids par le procédé suivant l'invention avec une durée de séjour d'environ 4 heures.
On peut obtenir un degré d'élimination du soufre analogue en traitant des granules moins gros. La durée de séjour est facile à régler par la vitesse dé chargement des granules dans la chambre de grillage, la vitesse de circu- lation des granules dans cette chambre et de leur sortie dépendant de; leur vitesse de chargement à peu près d'après les principes de l'hydraulique à cause de leur mobilité dans la chambre rotative de grillage.'.
La relation entre la grosseur des granules et le degré d'élimi- nation du soufre de sulfure ressort des résultats d'essais de grillage d'une masse de granules de grosseurs comprises entre 12,7 et 2,38 mm. Les granules ont été grillés dans un four rotatif I.D. de 0,60 m tournant à une vitesse d'environ trois quarts de tout par minute, contenant une masse de 136 kg de granules en couche d'épaisseur maximum d'environ 25 cm. Les granules de con- centré de minerai vert ont été chargés à raison de 45 kg par heure, d'où ré- sulte une durée de séjour de trois heures dans le four.
On a introduit de l'air à basse pression à une profondeur d'environ 76 mm au-dessous de la sur- face de la masse mobile et poreuse de granules, en quantité suffisante pour former en se disséminant dans la charge un gaz contenant après grillage d'environ 8 à 9 volumes % d'anhydride sulfureux. Les granules sortant du récipient de grillage ont été classés par grosseur et ont été analysés pour déterminer leur teneur en soufre de sulfure. On a constaté que les granules de 12,7 mm contenaient la,7 % de soufre de sulfure résiduel, ceux de 12,7 à 4,76 mm 3,3 % 'de soufre de sulfure et les particules passant à travers un tamis de 4,76 mm d'ouverture de mailles ne contenaient que 0,25 % de soufre de sulfure. La moyenne en poids de cet essai était de 1,6 % de soufre de sulfure résiduel.
Il est donc facile de voir que le grillage peut s'effectuer sui- vant l'invention dans diverses conditions spéciales, qui font acquérir au procédé une souplesse qui permet d'arriver au résultat désiré suivant l'impor- tance relative du degré de désulfuratiop de la charge et de la teneur en sou- fre de-sulfure du.gaz après grillage. Ces résultats peuvent .être obtenus en choisissant les conditions de l'opération dans lesquelles on réalise un gril- lage autogène de ;la charge de concentré de minerai vert.
Sous l'effet du frottement mécanique qui se produit dans la masse de granules en mouvement au cours de l'opération de grillage il se forme une certaine quantité de poussière qui dépend généralement de la qualité des gra- nules de la charge, mais qui peut être facilement maintenue entre les limites généralement considérées comme tolérables dans:les opérations de grillage industrielles. Cette poussière reste facilement en suspension et sort du four avec les gaz formés par grillage. Etant donné que ces gaz se refroidis- sent,en sortant du four, ils passent par une gamme de températures qui dans le procédé de grillage suivant l'invention, a particulièrement tendance à
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provoquer la sulfatation des particules poussiéreuses en suspension.
Ainsi' qu'il a déjà été dit, là teneur en sulfate ainsi obtenue de la poussière'de grillage peut être mise à profit d'une manière-particulièrement avantageuse à la formation d'un liant nécessaire à la préparation des granules de concen- tré de minerai sulfuré vert.
La granulation du concentré sulfuré, en ce qui concerne l'opéra- tion de grillage elle-même, peut s'effectuer d'une manière quelconque appro-. priée et avec un liant quelconque approprié. Une opération de granulation particulièrement efficace à cet effet est décrite dans le brevet des'Etats- Unis N 2.391.588 du 25 décembre 1945, qui a pour objet la granulation'du minerai sulfuré grillé en vue de l'agglomérer. Pour augmenter la résistance des granules à l'action plus turbulente d'un four rotatif dans le procédé suivant l'invention,on peut employer un liant dans l'opération de granula- tion. Le liant choisi à cet effet peut être un liant quelconque ordinaire tel que la bentonite,une liqueur de sulfite, etc.
On a constaté que le sulfate soluble dans l'eau du métal primaire de la poussière de minerai grillé (tel que le sulfate de fer, de zinc ou de cuivre) peut servir d'une manière particulièrement avantageuse de liant de granulation, ce sulfate provenant d'une source extérieure ou étant obtenu en faisant revenir la pous- sière de grillage dans l'opération de granulation. Pour former les granules avec un liant de sulfate,tel que celui que contient par exemple la poussiè- re de grillage, on mélange la poussière avec le concentré de minéral vert frais, en quantité suffisante pour incorporer à la charge environ-2% à 5% en poids-de sulfate métallique soluble dans l'eau.
Lorsqu'on grille des mi- nerais sulfurés de fer, zinc ou cuivre, le sulfate soluble dans l'eau consiste respectivement en sulfate de fer, zinc ou cuivre, seul ou plus généralement sous forme de mélanges de ces sulfates.
L'opération de granulation peut s'effectuer de la manière suivan- te àtitre d'exemple. On mélange un concentré de flottage de sulfure de zinc avec la poussière de grillage séparée des gaz après grillage. On mélange cette poussière qui contient environ 2 à 5 % en poids de sulfate de zinc par rapport au poids de la charge de minerai vert avec le sulfure frais et une quantité d'eau juste suffisante pour humidifier seulement le mélange, puis on fait passer ce mélange humide entre des cylindres de compression qui font augmenter la densité et font prendre au mélange la forme de pailletes.
On fait ensuite passer le produit plus dense dans un tambour rotatif de granu- lation en ajoutant un supplément d'eau suffisant pour transformer la charge humide en paillettes en granules denses et fermes dont la grosseur est géné- ralement comprise entre environ 12,7 mm et 0,84 mm. Les granules étant pré- parés de cette manière contiennent environ 6 à environ 10% en poids d'eau' et paraissent avoir une surface humide. Quoiqu'on puisse sécher les granules ainsi obtenus avant de les charger dans le four de grillage, on a constaté qu'on peut les y charger directement à l'état humide et qu'ils y sèchent rapidement sous l'effet de la température élevée qui y règne en formant des granules denses et durs,'qu'on grille ensuite de la.manière décrite plus haut.
L'installation dengrillage des figures 1 et 2 peut servir d'une manière particulièrement avantageuse à l'application dans la pratique du pro- cédé suivant l'invention. Elle consiste en un four rotatif ordinaire 5 monté sur des galets et comportant un mécanisme de commande le faisant tourner à la vitesse ordinaire des fours. Les extrémités du four sont fermées en par- tie par une couronne ou paroi annulaire 6 qui, en raison de la mobilité des granules dans le four rotatif qui fait circuler la masse de granules à la manière d'un fluide, retient une masse 7 de granules de la charge'dans le four à une profondeur égale à la largeur de la couronne. Les granules de la charge arrivent dans le' four 5 par un couloir 8 d'arrivée de la charge qui passe par l'ouverture centrale de la paroi annulaire 6 à une extrémité du four.
Cette extrémité du four 5 est enfermée dans une hotte 9 qui compor- te un tuyau de sortie du gaz formé par grillage 10 et est construite de façon à former un joint (mais n'est pas nécessairement en contact effectif) entre la hotte et l'enveloppe extérieure du four rotatif. L'air de grillage est introduit dans le four par un tuyau central 11 traversant longitudinalement
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le four. Etant donné que le tuyau d'arrivée d'air 11 ne tourne pas'avec le ' four, il peut être supporté d'une manière quelconque appropriée à l'extrérieur du four lui-même et n'a pas besoin d'être disposé suivant l'axe du four.' Si on le désire,le tuyau central d'arrivée d'air 11 peut être refroidi par' une double enveloppe l'entourant, dans laquelle on fait circuler de l'air,- ' de:l'eau ou un autre fluide approprié.
L'air qui arrive par le tuyau 11 est introduit dans la masse de granules.de la charge par plusieurs tuyaux plus petits 12 d'arrivée d'air, qui communiquent avec le tuyau principal 11, sont dirigés de haut en bas à partir de ce tuyau, et se terminent à une certaine distance au-dessous de la surface et nettement au-dessus du fond de la'masse de granules dans le four. Etant donné que sous l'effet du mouvement de ro- ration. du four, la masse de granules s'éloigne légèrement du centre de la portion inférieure du four, figure 1, les tuyaux d'arrivée d'air 12 peuvent être dirigés vers le centre de la positron légèrement déplacée que prend la masse de granules mobiles sous l'effet du mouvement de rotation du four.
L'extrémité du four 5 par laquelle les granules de minerai grillé sortent en passant au-dessus de la couronne 6 est enfermée de préférence dans une hotte 13 semblable à la hotte 9, mais comportant dans sa portion la plus basse un couloir de sortie 14 du minerai grillé.
Pour faire fonctionner l'installation de grillage représentée, on fait arriver des granules de concentré de minerai vert par le couloir 8 dans le four rotatif 5 dans lequel une masse de granules est maintenue en combustion par la chaleur exothermique de grillage. Le débit de chargement des granules dans le four.est choisi de façon à,obtenir la durée voulue de séjour dans le four pendant que les granules avancent progressivement à l'ex- trémité de chargement à son extrémité de déchargement. Le mouvement continu des granules dans le four rotatif les fait couler à la manière d'un fluide dans le four à une vitesse uniforme et sans court-circuit appréciable.
L'air de grillage arrive par le tuyau d'alimentation 11 et les tuyaux de sortie 12 dirigés vers le bas à un niveau légèrement inférieur à celui de la surfa- ce et supérieur à celui du fond de la masse fluide de granules en mouvement continu. Le gaz après grillage contenant de l'anhydride sulfureux sort par le tuyau 10 et subit ensuite un traitement approprié ordinaire dé façon à recueillir les chaleurs perdues et à séparer la poussière de grillage.
En raison du contact intime entre l'air de grillage et les gra- nules de la charge en mouvement sous forme de couche mécaniquement fluidifiée de granules qu'on obtient suivant l'invention, on réalise en raison de la température de grillage extrêmement élevée qu'on peut atteindre une capacité de grillage suffisante pour pouvoir griller environ 125 tonnes par 24 heures de minerai vert à une teneur résiduelle en soufre de sulfure d'environ 1% avec une durée de séjour de 1 à 6 heures, qui dépend dans une large mesure de la grosseur des granules, dans un four d'environ 3,05 m de'diamètre et d'en- viron 6,10 m de longueur tournant à une vitesse d'environ 1 tour par minute et en obtenant en même temps un gaz après grillage de qualité supérieure con- tenant environ 8 à 10% d'anhydrode sulfureux.
Les conditions physiques réalisées par le procédé de grillage suivant l'invention paraissent être la raison pour laquelle il est possible d'éliminer dans une aussi large mesure le cadmium, le plomb, l'arsenic, l'ar- gent et l'or par ce procédé ainsi qu'il a déjà été dit. L'introduction de l'air de grillage par des tuyaux d'arrivée immergés dans la masse de la char- ge provoque un dégagement de chaleur à haute température local au voisinage de ces tuyaux. Etant donné que l'air et le gaz de grillage qui en résulte suivent une direction suivant laquelle ils s'échappent par la surface de la masse de la charge, ce courant d'air localisé et de gaz de grillage chaud a tendance à maintenir une zone à température élevée localisée qui part du point d'introduction de l'air comburant et aboutit à la surface de la charge.
Il en résulte que le cadmium, le plomb, l'arsenic, l'argent et l'or qui se volatilisent éventuellement au voisinage .de l'arrivée d'air sont entraînés par le courant de gaz qui ne passe que dans la portion la plus chaude de la charge et dans l'atmosphère du four, d'où ce courant les entraîne sans qu'ils aient l'occasion de revenir en contact avec une portion quelconque de la mas- se de la charge qui aurait tendance à condenser ou à retenir de toute autre
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manière ces éléments volatilisés.
Etant donne que le procédé 'de. grillage suivant l'invention permet d'établir, au moins localement au voisinage des tuyaux d'arrivée d'air, des températures plus élevées que celles qui- peuvent - être acceptées dans d'autres opérations de grillage pour éviter le frittage de la charge, il est facile de voir que le nouveau procédé de grillage suivant l'invention permet d'éliminer les éléments volatilisables dans une plus - . large mesure que les procédés antérieurement connus.
En rendant plus rigou- reuses les conditions du grillage par le réglage du débit de l'air comburant introduit, de sa vitesse à la sortie des tuyaux d'arrivée, du mouvement'des granules de la charge et de la durée de séjour des granules pendant qu'ils ' circulent dans le four de grillage, on peut obtenir des températures dé gril- lage atteignant environ 1000 à 1100 C, sans risque de frottage ou de fusion;
et l'opération se caractérise par l'élimination d'un concentré de minerai sulfuré d'au moins 75% de sa teneur en cadmium, au moins 80% de son plomb, au moins 50% de son arsenic et des proportions appréciables de sa teneur en' argent et en or. Quoiqu'un concentré donné de minerai sulfuré puisse ne pas contenir certains ou la totalité de ces éléments, on constate que les résul- tats des essais précités obtenus avec un concentré de minerai de splfure de zinc donnent une indication du degré d'élimination de chacun des divers élé- ments volatilisables.
L'élimination de ces éléments sous une forme les ren- dant faciles à récupérer au cours de l'opération de grillage simplifie lé traitement métallurgique ultérieur du minerai grillé et permet de faire su- bir ce traitement à de nombreux minerais dont la teneur en éléments métalli-. ques secondaires rend leur métallurgie si compliquée qu'ils deviennent inu- tilisables.
En conséquence, il est facile de voir que le procédé de grillage autogène de granules d'un minerai sulfuré suivant l'invention est un procédé qui se caractérise par son efficacité, l'importance relativement faible de l'installation nécessaire, la simplicité de son fonctionnement, et sa souples- se de réglage qui permet d'éliminer du minerai la quantité désirée de soufre de sulfure et d'obtenir une concentration quelconque à volonté de l'anhydride sulfureux dans le gaz après grillage.
La température de grillage relative- ment élevée qui peut être maintenue sans risque de fusion ou de frittage des particules séparées, outre l'élimination des éléments métalliques secondai- res de valeur fait prendre à chaque granule une dureté caractéristique proba- blement due au frittage des fines particules qui constituent chaque granule, de sorte que le produit grillé peut subir directement les opérations de fusion suivantes, sans qu'il soit nécessaire de lui faire subir les opérations de frittage habituellement nécessaires avec les minerais sulfurés grillés par les procédés courants.
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AUTOGENOUS GRILLING OF SULPHIDE ORES.
The present invention relates to the roasting of sulphide ores and in particular to a new process for the autogenous roasting of sulphurous ores concentrated in granules, as well as to a cyclic process which consists in forming with the concentrated ore, before roasting it, granules at the same time. by means of a binder which comes, at least in part, from the operation of roasting the ore granules. The roasting process according to the invention is particularly suitable for the simultaneous removal of concentrated ore from a high proportion of the cadmium, lead, arsenic, silver and gold which it contains.
Although a large number of different roasting methods have been described and are now in use, those which are likely to provide for very considerable industrial production require expensive installation, excessive roasting time or monitoring of conditions. - market conditions at the cost of a great outlay of labor or combinations of these conditions. The aforementioned conditions do not need to be fulfilled in the process according to the invention, which is characterized by the simplicity of the necessary installation and of its operation.
The process for autogenous roasting of a concentrated sulphide ore according to the invention consists in maintaining in a rotating chamber a porous burning mass of mobile granules of the concentrated ore, in causing the movement of these granules in the mass by rotating the chamber and introducing the roasting air from top to bottom into the moving mass of the granules below the surface of the mass in an amount sufficient to burn off the sulphide and thereby keep the mass burning. The roasting air is made to flow over the granules in principle by directing several air streams up and down in and below the surface of the moving mass of granules.
The progressive advancement of the granule charge in the roasting chamber is obtained by charging the sulphide at one end of the chamber, preferably of an elongated shape, and discharging
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the grilled product on the other end. This process of introducing the roasting air into the load, associated with the movement of the load in granules, allows the roasting to be carried out at a high temperature and for a regulated residence time, so as to cause to an exceptional extent volatilization and removal of the charge of cadmium, lead, arsenic, silver and gold it contains.
In addition, it has been found that it is possible to advantageously form with the concentrated ore in a finely divided state granules simply by adding water and a soluble metal sulfate which may be derived from the sulfate. contained in the roasted product in the state of fine division which leaves the roasting operation in the form of a suspension in the gas leaving the roasting chamber.
These features of the invention and others are easy to understand from the detailed description which is given below with the accompanying drawing, on which
Figure 1 is a vertical section of a device suitable for the practical application of the toasting process according to the invention taken along line 1-1 of the figure. 2 and
FIG. 2 is a side elevation with partial section of the aforementioned device.
The roasting process according to the invention is applicable to the treatment of any concentrated sulphide ore. The process according to the invention is therefore particularly suitable for roasting zinc, iron and lead sulphide ores, which may still contain an appreciable proportion of copper sulphide and other metal compounds. The sulphurous ores which are commonly roasted by other processes are in fact concentrated ores obtained by separating them by float or gravity. The roasting process according to the invention is particularly suitable for the treatment of all these concentrates, that is to say the sulphide concentrates obtained by floating, by mass and by gravity.
Regardless of the type of sulfide concentrate treated, the present process is characterized in that these concentrates can be used for complete autogenous roasting provided it undergoes the roasting operation, in a suitable mobile form.
The shape of the agglomerates of sulphide ores should be chosen such that a mass of the agglomerates is mobile and porous and can be set in motion by the rotational movement of a furnace or the like containing a mass of these agglomerates. The agglomerates should therefore be in the form of granules or the like, which rolls easily, rather than the form of flakes or any other form making a mass of particles relatively stationary. Accordingly, agglomerates are referred to as granules, it being understood that this term also denotes other mobile forms of agglomerates obtained by a process other than granulation.
The size of the granules affects the time required to remove a specific amount of sulfur, or conversely the amount of sulfur removed during any given roasting period. It has been found that, in order to apply the invention in practice, the maximum size of the granules must not substantially exceed 12.7 mm in diameter and that the mass must not substantially contain particles fine enough to cause or to facilitate sintering or to release an excessive amount of dust or to give rise to both these disadvantages. In general, it is advantageous to employ granules which pass through a 12.7 mm mesh size sieve and are retained on a 0.84 mm mesh size sieve (Tyler's normal sieve).
Granules smaller than 0.84 mm tend to burn out too quickly thus giving rise to difficulties due to melting or sintering, and furthermore to decrease the porosity of the filler.
The movement of mobile granules in the mass of granules contained. in the roasting chamber can be obtained in a simple and efficient manner by the continuous or reciprocating movement of the chamber. For example, satisfactory movement of the granules can be obtained by supporting a mass of granules in a rotary kiln of ordinary industrial dimensions,
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rotating at an ordinary calcination speed.
The only: important conditions to be fulfilled with regard to the speed of the movement of the chamber @ consist in that this speed must be large enough to keep the granules in motion instead of simply causing intermittent movement. of the entire mass of the granules and that this speed should not be great enough, in the case of a rotary movement of the chamber, to allow the centrifugal force to oppose the desired movement of the granules.
The mass of granules thus being set in motion; it has been found that the combustion air can be introduced in an efficient manner into the mass of granules, in accordance with the invention, by making the air flow through several pipes, the outlets of which are arranged below the surface . of the mass of moving granules, so as to direct the air from top to bottom.
It is easy to see that by introducing the roasting air from top to bottom into the mass of moving granules below its surface but at some distance from the lower level of this mass, one establishes in 'the mass of granules of the roasting conditions different from those obtained according to the previous methods which consist in introducing the roasting air to the lower part of the mass of granules, through air inlet openings fixed or formed in the walls of the rotating chamber. According to the invention, the position of the air inlet is substantially fixed with respect to the mass of the granules but the granules are maintained in the mass in substantially constant motion similar to that of a fluid with respect to the mass. position of the air inlet holes.
If, on the other hand, the roasting air is introduced to the lower part of the mass of granules through inlet openings movable with the wall of the rotating chamber, the granules adjacent to the wall tend to move along the wall and the air intake openings, until they reach substantially level with the surface level of the mass of the granules.
The roasting air therefore arrives according to the invention in a mass of granules in constant movement with respect to the air inlet orifice and which consequently promotes an efficient distribution in the mass of the exothermic heat of the air. roasting while roasting air introduced to the lower part of the mass of granules through the wall of the container most effectively contacts granules whose movement is insignificant with respect to air d 'intake and which consequently promote the formation of a localized overheating zone in the vicinity of the air intake orifice.
A localized superheat zone results in sintering or melting of the granules, while efficient distribution of the exothermic heat of roasting minimizes the tendency of the granules to sinter or melt, even at a higher temperature. higher than that which could be tolerated without frying or melting in the roasting operations described or proposed heretofore.
The roasting heat distribution is also improved by the roasting process according to the invention by directing the roasting air stream from top to bottom which then undergoes a deflection under the effect of the granules and thus first flows. laterally through the load, and finally from bottom to top through the mass of granules which, due to its mobility, maintains a porous mass of granules in nearly the entire portion on the top path at the bottom of the air entering the load.
The mobility of the granules and the movement imparted to the mass of granules according to the invention practically completely prevent the formation of a groove in the load during its movement passing through the path of the air inlet, so that it can be said with precision that the outlet end of each air inlet pipe is immersed in the mass of granules.
As the granules receive an appropriate movement in the mass, the intensity of the roasting operation and consequently the sulfur dioxide concentration of the roasting gas is increased by increasing the depth at which the combustion air enters the mass. of moving granules.
The contact between the air and the sulphide is intimate enough that an external preheating of the roasting air is unnecessary for carrying out an autogenous operation. In fact, gases are obtained from the roasting chamber with a content of
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relatively low by autogenous roasting of the feed by causing the combustion air to flow to a depth of only about 25 mm below the surface of the moving mass of granules, while a roasting gas can be obtained containing 12 to 14% sulfur dioxide simply, by introducing the combustion air to a depth of at least 76 to 101 mm or more below the surface of the moving mass of granules,
the degree of immersion of the air outlet level in the mass of granules obviously depends on conditions such as the desired degree of sulfur removal, the desired concentration of the roasting gas in sulfur dioxide, the average size of the sulfur dioxide. granules, the speed of movement of the container and the residence time of the granules in the roasting chamber.
The residence time in the roasting chamber according to the invention can range from about 1 hour to about 6 hours, depending on the average size of the granules, the desired degree of sulfur removal from the sulfide and the depth of the grain. immersion of the air outlet openings in the mass of moving granules. For example by roasting zinc sulphide ore granules with a maximum diameter of about 12.7 mm one can reduce the. sulfur content of sulphide in the ore concentrate to approximately 1% by weight by the process according to the invention with a residence time of approximately 4 hours.
A similar degree of sulfur removal can be achieved by processing smaller granules. The residence time is easy to regulate by the speed of loading of the granules into the roasting chamber, the speed of circulation of the granules in this chamber and of their output depending on; their loading speed roughly according to the principles of hydraulics because of their mobility in the rotating roasting chamber. '.
The relationship between the size of the granules and the degree of sulfur removal from sulphide is evident from the results of roasting tests of a mass of granules of sizes between 12.7 and 2.38 mm. The granules were roasted in a 0.60 m I.D. rotary kiln rotating at a speed of about three-quarters of everything per minute, containing a mass of 136 kg of granules in a layer of maximum thickness of about 25 cm. The granules of green ore concentrate were charged at a rate of 45 kg per hour, resulting in a residence time of three hours in the kiln.
Low pressure air was introduced to a depth of about 76 mm below the surface of the mobile and porous mass of granules in an amount sufficient to form, on disseminating in the charge, a gas containing afterwards. roasting of about 8 to 9 volumes% sulfur dioxide. The granules coming out of the roasting vessel were graded by size and were analyzed to determine their sulfur sulfide content. The 12.7 mm granules were found to contain 7% residual sulfur sulfur, those 12.7 to 4.76 mm 3.3% sulfur sulfur and the particles passing through a sieve of. 4.76 mm mesh opening contained only 0.25% sulfur sulfide. The weight average of this run was 1.6% residual sulphide sulfur.
It is therefore easy to see that the roasting can be carried out according to the invention under various special conditions, which give the process a flexibility which enables the desired result to be achieved according to the relative importance of the degree of desulfurization. the load and the sulfur content of the gas after roasting. These results can be obtained by selecting the operating conditions in which autogenous roasting of the feed of green ore concentrate is carried out.
Under the effect of the mechanical friction which occurs in the mass of moving granules during the roasting operation, a certain quantity of dust is formed which generally depends on the quality of the granules of the charge, but which can be easily kept within limits generally considered tolerable in: industrial roasting operations. This dust remains easily in suspension and leaves the oven with the gases formed by roasting. Since these gases cool, on leaving the oven they pass through a range of temperatures which in the roasting process according to the invention has a particular tendency to
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cause sulfation of dusty particles in suspension.
As has already been stated, the sulfate content thus obtained in the roasting dust can be used in a particularly advantageous manner for the formation of a binder necessary for the preparation of the granules of concentrate. very green sulphide ore.
The granulation of the sulfur concentrate, with regard to the roasting operation itself, can be carried out in any suitable manner. required and with any suitable binder. A particularly effective granulation operation for this purpose is described in United States Patent No. 2,391,588 of December 25, 1945, which relates to the granulation of roasted sulphide ore with a view to agglomeration. To increase the resistance of the granules to the more turbulent action of a rotary kiln in the process according to the invention, a binder may be employed in the granulation process. The binder chosen for this purpose can be any ordinary binder such as bentonite, sulphite liquor, etc.
It has been found that the water soluble sulfate of the primary metal of roasted ore dust (such as iron, zinc or copper sulfate) can serve in a particularly advantageous manner as a granulation binder, this sulfate coming from from an external source or being obtained by returning the toasting dust to the granulating operation. To form the granules with a sulphate binder, such as that contained, for example, in roasting dust, the dust is mixed with the fresh green mineral concentrate in an amount sufficient to incorporate into the feed about -2% to 5%. wt% water soluble metal sulfate.
When iron, zinc or copper sulphide ores are roasted, the water-soluble sulphate consists respectively of iron, zinc or copper sulphate, alone or more generally in the form of mixtures of these sulphates.
The granulation operation can be carried out in the following manner by way of example. A zinc sulphide float concentrate is mixed with the roast dust separated from the gases after roasting. This dust which contains about 2 to 5% by weight of zinc sulphate based on the weight of the green ore charge is mixed with the fresh sulphide and a quantity of water just sufficient to moisten only the mixture, then this is passed through. wet mixture between compression cylinders which increase the density and make the mixture take the form of spangles.
The denser product is then passed through a rotating granulating drum with the addition of additional water sufficient to transform the wet flake charge into dense, firm granules generally in the range of about 12.7 mm. and 0.84 mm. The granules being prepared in this manner contain from about 6 to about 10% by weight of water and appear to have a wet surface. Although the granules thus obtained can be dried before loading them into the roasting oven, it has been found that they can be loaded directly therein in the wet state and that they dry there rapidly under the effect of the high temperature. which prevails there by forming dense and hard granules, which are then roasted in the manner described above.
The mesh installation of Figures 1 and 2 can be used in a particularly advantageous manner for the practical application of the process according to the invention. It consists of an ordinary rotary kiln 5 mounted on rollers and having a control mechanism making it rotate at the ordinary speed of the kilns. The ends of the furnace are partially closed by a ring or annular wall 6 which, due to the mobility of the granules in the rotary furnace which circulates the mass of granules in the manner of a fluid, retains a mass 7 of load granules into the oven to a depth equal to the width of the crown. The granules of the charge arrive in the furnace 5 through a feed passage 8 which passes through the central opening of the annular wall 6 at one end of the furnace.
This end of the oven 5 is enclosed in a hood 9 which has a screen-formed gas outlet pipe 10 and is constructed to form a seal (but not necessarily in effective contact) between the hood and the hood. outer casing of the rotary kiln. The roasting air is introduced into the oven by a central pipe 11 passing longitudinally
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the oven. Since the air inlet pipe 11 does not rotate with the oven, it can be supported in any suitable way outside the oven itself and does not need to be disposed. along the axis of the oven. ' If desired, the central air inlet pipe 11 can be cooled by a surrounding double jacket, in which air is circulated, - 'water or another suitable fluid.
The air which arrives through the pipe 11 is introduced into the mass of granules. Of the feed by several smaller air inlet pipes 12, which communicate with the main pipe 11, are directed up and down from this pipe, and terminate some distance below the surface and well above the bottom of the mass of pellets in the oven. Since under the effect of the rotational movement. of the furnace, the mass of granules moves slightly away from the center of the lower portion of the furnace, figure 1, the air inlet pipes 12 can be directed towards the center of the slightly displaced positron which the mass of mobile granules takes under the effect of the rotary movement of the oven.
The end of the furnace 5 through which the toasted ore granules come out passing over the crown 6 is preferably enclosed in a hood 13 similar to the hood 9, but comprising in its lower portion an outlet passage 14 roasted ore.
In order to operate the roasting plant shown, granules of green ore concentrate are fed through the lane 8 into the rotary kiln 5 in which a mass of granules is kept burning by the exothermic heat of roasting. The rate of loading the granules into the oven is chosen so as to achieve the desired residence time in the oven as the granules progressively advance from the loading end to its discharge end. The continuous movement of the granules in the rotary kiln causes them to flow like fluid in the kiln at a uniform speed and without appreciable shorting.
The roasting air arrives through the supply pipe 11 and the outlet pipes 12 directed downwards at a level slightly lower than that of the surface and higher than that of the bottom of the fluid mass of continuously moving granules. . The post-roasting gas containing sulfur dioxide exits through pipe 10 and then undergoes ordinary appropriate treatment to collect waste heat and separate roasting dust.
Due to the intimate contact between the roasting air and the granules of the moving feed in the form of a mechanically fluidized layer of granules obtained according to the invention, due to the extremely high roasting temperature which is obtained, this is achieved. 'sufficient roasting capacity can be achieved to roast about 125 tons per 24 hours of green ore to a residual sulfur sulfur content of about 1% with a residence time of 1 to 6 hours, which depends to a large extent measurement of the size of the granules, in an oven of approximately 3.05 m in diameter and of approximately 6.10 m in length rotating at a speed of approximately 1 revolution per minute and at the same time obtaining a Premium post roasting gas containing about 8-10% sulfur dioxide.
The physical conditions achieved by the roasting process according to the invention appear to be the reason why it is possible to eliminate to such a large extent cadmium, lead, arsenic, silver and gold by this process as has already been said. The introduction of the roasting air through inlet pipes submerged in the mass of the load causes a release of heat at high local temperature in the vicinity of these pipes. Since the air and the resulting scorch gas follow a direction in which they escape through the surface of the mass of the charge, this localized flow of air and hot scorch gas tends to maintain a localized high temperature zone which starts from the point of introduction of the combustion air and ends at the surface of the load.
As a result, the cadmium, lead, arsenic, silver and gold which eventually volatilize in the vicinity of the air inlet are entrained by the gas stream which only passes through the portion la heat of the charge and into the atmosphere of the furnace, hence this current carries them away without having the opportunity to come back into contact with any portion of the mass of the charge which would tend to condense or to remember from any other
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way these elements volatilized.
Since the process' of. roasting according to the invention makes it possible to establish, at least locally in the vicinity of the air inlet pipes, higher temperatures than those which may - be accepted in other roasting operations to avoid sintering of the charge , it is easy to see that the new roasting process according to the invention makes it possible to eliminate the volatilizable elements in a plus -. to a greater extent than previously known methods.
By making the conditions of the roasting more rigorous by adjusting the flow rate of the combustion air introduced, its speed at the outlet of the inlet pipes, the movement of the granules of the load and the duration of the stay of the granules While circulating in the roasting oven, roasting temperatures of up to about 1000 to 1100 C can be achieved without risk of rubbing or melting;
and the operation is characterized by the removal of a sulphide ore concentrate of at least 75% of its cadmium content, at least 80% of its lead, at least 50% of its arsenic and appreciable proportions of its silver and gold content. Although a given sulphide ore concentrate may not contain some or all of these elements, it is found that the results of the above tests obtained with a zinc splfure ore concentrate give an indication of the degree of removal of each. various volatilisable elements.
The removal of these elements in a form which makes them easy to recover during the roasting operation simplifies the subsequent metallurgical treatment of the roasted ore and allows this treatment to be subjected to many ores with a high content of elements. metalli-. secondary ques make their metallurgy so complicated that they become unusable.
Consequently, it is easy to see that the process of autogenous roasting of granules of a sulphide ore according to the invention is a process which is characterized by its efficiency, the relatively small size of the necessary installation, the simplicity of its operation. operation, and its flexible adjustment which makes it possible to remove from the ore the desired quantity of sulphide sulfur and to obtain any desired concentration of sulfur dioxide in the gas after roasting.
The relatively high roasting temperature which can be maintained without risk of melting or sintering of the separated particles, in addition to the removal of valuable secondary metal elements causes each granule to assume a characteristic hardness probably due to the sintering of the particles. fine particles which constitute each granule, so that the roasted product can directly undergo the following melting operations, without it being necessary to subject it to the sintering operations usually required with the sulphide ores roasted by current processes.