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PROCEDE DE GRILLAGE AUTOGENE DES MINERAIS .DE ,ZINC SULFURES.
La présente invention se rapporte au grillage des minerais suliu- rés concentrés et, plus particulièrement, au grillage autogène des minerais concentrés sulfurés avec séparation par volatilisation simultanée hors de ces minerais, de proportions notables de composants telsque le cadmium, le plomb, l'arsenic, l'argent et l'or.
On a déjà constaté que les minerais concentrés sulfurés peuvent être grillés.d'une manière autogène dans un four tournant en maintenant une masse poreuse en ignition de boulettes mobiles du minerai concentré dans une chambre tournante telle qu'un four, en provoquant le mouvement des boulettes par rotation de la chambre et en introduisant de l'air de grillage à la par- tie inférieure de la masse de boulettes mobile, au-dessous de la surface de. cette masse.
Bien que les agglomérés de minerai concentré sulfuré grillés sui- vant le procédé de la présente invention soient désignés dans la présente description par le terme de "boulettes", il n'est pas nécessair'e que leur forme soit strictement celle .d'une boulette et elle peut être celle de ba- guettes courtes obtenues par refoulement sosu pression ou extrusion, etc, assurant à la masse une mobilité suffisantepour se mettre en mouvement par rotation du four ou analogue.qui les. contient. Ainsi, dés agglomérés sous forme de pailletés ne conviennent généralementpas en raison de ce que leur forme tend à immobiliser la masse qu'ils forment.
Les dimensions des agglo- mérés d'une mobilité convenable qu'on peut traiter par ce procédé vont de 12,5.mm environ à des dimensions -plus faibles mais néanmoins pas assez, petites pour provoquer ou faciliter leur frittage ou une formation excessive de pous- sières. On préfère, d'une manière générale, les boulettes d'une.dimension comprise 'entre 10 et 0,84 mm en vue de ce traitement. Les boulettes d'une dimension supérieure à 10 mm grill,ent trop lentement pour une bonne élimina- tion du soufre et celles dont la dimension est inférieure à 0,84 mm grillent trop rapidement et tendent à diminuer la porosité de la charge.
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Dans le grillage autogène de boulettes d'une minerai concentré sulfuré par le procédé sus-mentionné, on introduit de l'air de grillage vers le bas, à l'intérieur et au-dessous de la surface d'une masse de boulettes maintenue en mouvement par simple rotation du four de grillage à la vitesse normalement admise pour le fond, eu égard à ses dimensions. Cet air de gril- lage est commodément introduit dans.la masse de boulettes en mouvement par plusieurs conduits dont les extrémités' de sortie sont disposées au-dessous de la surface de la masse de boulettes dé manière à diriger l'air dans le sens descendant dans cette masse. Ainsi; l'air' se déplace d'abord vers le bas dans la masse de boulettes en mouvement, puis il est détourné latéralement vers les boulettes et, finalement, il monte ét s'échappe de la surface de la masse de boulettes.
Le contact intime qui en résulte entre l'air et les boulettes en mouvement est tel que la concentration en anhydride sulfureux du gaz con- tenu dans,la chambre de grillage.peut varier de 6,à 8 %,environ, concentra- tions auxquelles il convient à la production d'acide sulfurique, jusqu'à une valeur de 14 % environ qui-'représente une utilisation presque complète de l'oxygène contenu dans l'air dé grillage, simplement par augmentation du de- gré d'immersion du niveau de décharge de l'air dans la masse'de boulettes en mouvement, ou par augmentation de la vitesse d'introduction de l'air dans la charge.
Pour une durée de séjour dans le four comprise entre 1 et 6 heures environ, qui augmente entre ces limites avec les dimensionsmoyennes des bou- lettes, la teneur en sulfure'du minerai concentré'peutêtre facilement abais= sée vers 1 % en poids, ou moins, en y entretenant'constamment une tempéra- ture ordinaire de grillage. La durée de séjour est déterminée par la profon- deur et, par conséquent par le volume de la masse de boulettes et par le taux de charge des boulettes introduites dans le four, étant donné que la mobilité des boulettes, quand-elles sont en mouvement, donne à leur masse les caracté- res d'un fluide, de sorte qu'elles s'écoulent de l'extrémité de charge du four 'à l'extrémité de décharge sensiblement suivant les principes hydrauliques.
Quand le procédé de grillage autogène décrit ci-dessus est mis en oeuvre de façon à maintenir une température de l'ordre de 900 à 1000 C dans la masse mobile de boulettes, qui abaisse la teneur ensoufre sous forme de sulfure de la charge à environ-1 % én poids, l'élimination simultanée des matières métalliques précieuses telles que le cadmium et le plomb par volati- lisation hors de la charge zincifère, est en principe du même ordre de gran- deur que dans les autres procédés de grillage ordinaires. Ainsi, à une tempé- rature de grillage d'environ 900 C, à l'intérieur de la masse de boulettes en mouvement, l'analyse du produit grillé indique que 30 % de la teneur en cadmium et environ 50 % de la teneur en plomb (comptés en poids) ont été éli- minés du minerai par volatilisation.
Quand la température de grillage at- teint 1050 à 1100 C les analyses du produit grillé indiquent une volatilisa- tion de 75 % du cadmium et de 80 % des composés du plomb présents dans le minerai concentré.
La Demanderesse a découvert que, si l'on introduit l'air de gril- lage dans la masse de boulettes en mouvement en des points convenablement es- pacés et à vitesse et volume suffisants, il peut s'établir des zones non con- tigués de.températures relativement élevées dans la masse dé boulettes en mouvement et l'on obtient un degré extrêmement élevé de volatilisation des ' composés de cadmium et de plomb de la charge, en même temps qu'une volatili- sation de quantités moindres, mais appréciables, de l'arsenic, de l'argent et de l'or présents dans la charge.
Ainsi, la présente invention-fait inter- venir, dans la mise en oeuvre du procédé de grillage autogène décrit ci-des- sus, la volatilisation effective des composés de cadmium, de plomb, d'arse- nic, d'argent et d'or d'un minerai concentré sulfuré tel qu'un minerai de zinc, de fer ou de cuivre sulfuré,en même temps que le grillage, par intro- duction de l'air de grillage dans la masse de boulettes en mouvement formées dudit minerai concentré, en plusieurs points espacés longitudinalement, l'air étant fourni en quantité' telle et l'espacement de ses points d'introduction étant tel qu'il s'établit et s'entretient, dans ladite masse, plusieurs zo- nes de grillage incandescentes non contiguës séparées les unes des autres par une masse nettement moins incandescente de boulettes eh mouvement.
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Le mouvement incessant des boulettes attribuable à leur mobilité paraît constituer un facteur primordial dans le succès du présent procédé, en effectuant simultanément le grillage de la charge sulfurée et l'élimina-. tion de cette charge de la presque totalité de sa teneur en cadmium et en plomb, en même temps que de proportions nettes de l'arsenic, de l'argent et de l'or présents .dans ladite charge. Non seulement ce mouvement tend à bri- , ser les agglomérations éventuelles-de boulettes qui peuvent avoir tendance - à se former dans la zone de grillage à température plus élevée,,mais encore il tend à faciliter à un tel degré la répartition de la chaleur que cela as- sure un réglage supplémentaire de cette tendance à l'agglomération.
Il en ré- sulte que la température existant dans cette zone de température supérieure peut devenir très voisine de ou même atteindre une température à laquelle il se produit un début de fusion ou le frittage, mais¯'le mouvement relatif des particules contiguës à'cette température et la progression constante des bou- lettes en mouvement d'un point à un autre, aide non seulement à briser les agglomérats éventuels pouvant se former mais encore à répartir dans les par- ties relatïvement plus froides de la charge une partie de la chaleur prove- nant de ses parties plus chaudes.
On voit donc que l'exposition de la charge à des conditions de grillage tout en la maintenant sous sa forme poreuse ori- ginale conduit à une élimination plus efficace de la charge non seulement '' du soufre mais encore du cadmium et du plomb et autres composés métalliques volatils précieux.
L'élimination de ces composants volatilisables d'un minerai con- centré sulfuré est aussi favorisée, dans la mise en oeuvre de l'invention,, par la nature de l'écoulement de l'air dans la charge. Comme on l'a précé- demment fait remarquer, l'introduction de l'air de grillage dans le sens des- cendant dans la masse de boulettes en mouvement, provoque la dispersion laté- rale, puis ascendante de cet air au sein de la charge, résultat grandement fa- cilité par le mouvement constant des boulettes mobiles auquel on ne peut par- venir si la charge est immobile, ce qui.donnerait au courant d'air simplement la forme d'un sillon ou canal dans la charge.
Il s'ensuit que le gaz contenu dans la chambre de grillage s'échappe rapidement de la masse de boulettes en cours de grillage et qu'il n'est pas ainsi mis ensuite au contact intime avec une autre portion quelconque de la charge. Il en résulte que les composants volatilisés de la charge non seulement sont enlevés rapidement et irrévocable- ment de la charge mais encore que cette élimination se fait de la partie la plus chaude, à savoir la portion de la charge alimentée par la plus grande quantité d'air comburant.
On notera à ce sujet que les conditions.qui règnent dans le procédé de l'invention sont plus favorables à l'élimination de ces com- posants volatilisables que les conditions présentes dans l'opération classi- que du frittage dans laquelle les composants éventuels volatilisés formés dans la zone la plus chaude doivent passer avec les gaz épuisés à travers le reste, relativement plus froid, du lit en cours de frittage. L'efficacité remarqua- ble du présent procédé d'élimination des composants volatilisables d'une char- ge de minerai sulfuré permet une récupération industriellement satisfaisante de ces composés de valeur sans qu'il soit besoin d'utiliser un agent auxiliai- re ou extérieur d'addition tel qu'un chlorure ou analogue.
La récupération des composés volatilisés peut être effectuée par un quelconque des divers procédés connus. Un exemple de mode opératoire tout à fait satisfaisant comprend la séparation de la poussière et des fumées pro- venant du gaz du four de grillage, par association d'un séparateur cyclone et d'un précipitateur électrostatique. Les solides ainsi récupérés sont alors mé- langés avec de l'acide sulfurique étendu, ce qui fait passer le cadmium à l'é- tat de sulfate de cadmium en solution et transforme'le composé de plomb en sulfate insoluble. On sépare le sulfate de plomb de la solution acide pour le traiter ultérieurement. L'addition de zinc en poudre à la solution de sulfate de cadmium séparée forme du cadmium en poudre cependant que le zinc passe en solution à l'état de sulfate.
La solution de sulfate de zinc ainsi obtenue, qui comprend à la fois le zinc introduit pour la séparation du cadmium et le sulfate de zinc présent à l'origine dans la poussière recueillie, peut être utilisée d'une manière particulièrement.avantageuse, exclusivement ou en par-
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tie, comme liant pour un concentré de sulfure de zinc pour préparer le pro- duit concentré prêt à être chargé dans l'opération de grillage. Les autres composants peuvent être recueillis par les moyens ordinaires.
On ne peut spécifier séparément les conditions opératoires tel- les que les espacements d'arrivée d'air, l'alimentation en air et la tempé- rature-dans les zones contiguës d'une manière significative quelconque, car non seulement ces conditions sont virtuellement interdépendantes-mais encore elles dépendent de la forme des agglomérés de la charge (ici désignés par le terme de "boulettes") et aussi de la nature du concentré de sulfure 'de zinc dans les boulettes. Les conditions opératoires peuvent toutefois être indi- quées en spécifiant qu'elles établissent et- entretiennent dans la charge de boulettes en mouvement plusieurs zones non contiguës ou séparées de grillage à une température très voisine du début de fusion tout en entretenant entre ces zones une zone de séparation manifestement plus froide de boulettes en mouvement.
Aux températures de l'ordre-de 1050 à 1200 C qui sont des exemples non limitatifs des températures de début de fusion, une différence de tempé- rature d'environ 50 à 100 C est nettement visible entre des zones contiguës même quand l'atmosphère de ces zones est quelque peu brouillée par des pous- sières et (ou) des fumées. Il est donc parfaitement possible de mettre en oeuvre la présente invention sans mesurer la température des zones simple- ment en entretenant une différence de température visible entre les zones alternativement plus chaudes et plüs froides-et en opérant d'une manière telle que la température des zones les plus chaudes soit très voisine de celle du début de la fusion dans les conditions établies dans la masse de boulettes en mouvement.
Cette dernière condition peut être évaluée à vue en examinant la charge des zones les plus chaudes; quand la température de ces zones est voisine de celle du début de fusion, on peut observer qu'il se produit occa- sionnellement d'assez gros agglomérats au voisinage de l'orifice d'entrée de l'air, lesquels se désagrègent néanmoins rapidement quand ils s'éloignent de l'arrivée d'air. Ces températures d'opération dans les zones plus chaudes associées à l'écoulement de gaz à travers la masse de boulettes en mouvement, dans la mise en'oeuvre de l'invention, avec une durée de séjour au moins suf- fisante pour produire une bonne élimination du soufre, paraissent la cause principale du degré élevé d'élimination du cadmium et du plomb de la charge de boulettes.
Le degré d'élimination du cadmium et du plomb d'un concentré de sulfuré zincifère, par application de l'invention, dépasse 90 % pour le cad- mium et 95 '% pour le plomb. En fait, la présente invention a donné pratique- ment; sur une échelle limitée, des éliminations atteignant 93 % pour le cad- mium et 99 % pour le plomb, en poids, relativement aux quantités de ces com- posés présentes dans le minerai concentré'de sulfure de zinc chargé dans l'opération. De même, on a éliminé l'arsenic dans la proportion de 60 à 70 % de sa teneur originale et on a obtenu une réduction significative de la te- neur en argent et en or du produit traité.
Le degré d'élimination de ces composés volatilisables de minerai zincifères apparaît représentatif de l'é- limination des autres composants volatils dans d'autres minerais sulfurés tels que les pyrites, et analogues.
L'exemple suivant illustre la mise en oeuvre de la présente in- vention. La charge est préparée à partir de minerai concentré obtenu par flottage de blende (sulfure de zinc) d'Austinville, présentant la composi- tion suivante :
EMI4.1
<tb> Zinc <SEP> 60 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Plomb <SEP> 0,92 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Cadmium <SEP> 0,15 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 29, <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Arsenic,
<tb>
<tb> argent <SEP> et <SEP> or <SEP> néant
<tb>
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On mélange le minerai concentré avec 3 % en poids de cristaux de sulfate de zinc et5 % en poids d'eau ajoutée. Après malaxage intime le con-- centré humide est envoyé dans des.,cylindres compresseurs'pour augmenter la densité du mélange et le réduire en flocons ou paillettés.
Le produit ainsi obtenu est alors chargé dans un tambour tournant de mise en boulettes dans lequel on pulvérise sur la charge une nouvelle quantité d'eau suffisante pour convertir les pellettes humides, en boulettes denses et fermes d'une'di- mension de 6,73 à 0,84 mm.
On.charge.. alors les boulettes ainsi obtenues dans un four tour- nant d'un diamètre-intérieur de 1 mètre de'diamètre et d'une.-longueur ihté- rieure de 3 mètres environ. Les extrémités ouvertes du four' sont. munies d'un anneau formant ùn barrage de 30 cm de'profondeur à l'extrémité de'.charge et' , de 16,5' cm environ à l'extrémité de décharge du four. La chargé en boulettes est introduite dans le four suivant un débit de-545 kg par heure de-manière à entretenir dans le four un lit de boulettes de 16,5 cm de profondeur dans lequel les boulettes s'écoulent avec une durée de séjour totale à l'intérieur de four de 0,9 heure environ.
Le mouvement des boulettes .est;entretenu en ..faisant tourner le four à une vitesse d'environ 0,6 tour par minute. L'air de grillage est fourni à peu près exclusivement par une conduite d'arrivée dispo- sée sensiblement suivant l'axe du four et muni de seize jets. ou buses pen- dantes, les douze premiers étant espacés d'axe en axe de 12,5 cm à partir de l'extrémité de charge du four et.les quatre derniers étant espacés d'axe en axe de 25 cm à partir de l'extrémité de décharge du four.
Les extrémités de décharge des buses ont un orifice de diamètre d'environ 5 cm et se terminent à 10 cm environ au-dessous de la surface de.la masse de boulettes en mouve- ment, elles sont légèrement inclinées par rapport à la verticale de manière à aboutir à peu près au centre de la masse de boulettes qui est légèrement déplacée en partant. de la base du four, en raison de la-rotation de ce four.
L'air de grillage est délivré sous un débit de 21,7 mètres cubes par minute également répartis dans les seize buses pendantes de manière à fournir à peu près 1,5 fois la quantité d'air théoriquement nécessaire à la- combinaison' avec le soufre total contenu dans la charge.
L'air introduit en sens descendant dans la charge par chaque bu- se, produit dans la masse de boulettes mobiles un nombre correspondant de zo- nes relativement chaudes séparées chacune par une zone un peu plus froide, et manifestement moins incandescente, de boulettes..en mouvement. En augmentant temporairement le tirage de la cheminée pour enlever la totalité, des pous-.. sières et des fumées avec le gaz contenu dans le four de grillage, l'atmos- phère du four se trouve suffisamment éclaircie pour qu'on puisse obtenir au pyromètre optique des indications des températures des zones plus chaudes et des zones moins-chaudes.
Là température des zones plus chaudes 'et très incan- descentes est ainsi évaluée à 1150 C environ'et celle des zones un peu moins chaudes et moins incandescentes varie entre 1050 et 1100 C. Le gaz contenu dans le four de grillage contient 8 à 10 % en volume de SO2, cette variation) étant due aux conditions expérimentales, et la teneur en soufre à l'état de sulfure des boulettes grillées déchargées du four est en moyenne de 0,21 % en poids. Le cadmium et le plomb volatilisés des boulettes de charge au cours du grillage sont séparés des gaz du four et représentent 81 % pour le cadmium et 95 % pour le plomb des teneurs en cesrétaux du concentré de sulfure de zinc.
Les avantages inhérents à la mise en oeuvre de la présente inven- tion se font sentir non seulement dans l'opération du grillage mais encore dans le traitement métallurgique du produit grillé. Dans l'opération de gril-. lage elle-même, l'élimination du cadmium et du plomb dans ces proportions significatives est mise à profit poùr récupérer les produits volatils pré- cieux véhiculés par les gaz sortant du four de grillage.
L'élimination de ces produits de valeur, par exemple à partir d'une matière zincifère, au cours de l'opération du grillage, non seulement simplifie le traitement métallurgique ultérieur du zinc en supprimant les opérations de raffinage et de séparation
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du cadmium et du plomb du zinc, mais encore procure pour les procédés de fu- sion du zinc un grand nombre de minerais zincifères qui, jusqu'ici, en rai- son de la complexité et de la teneur très élevée en matières étrangères, ne pouvaient être fondus par les procédés existants.-.