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-PROCEDE POUR REACTIONS-CHIMIQUES OU METALLURGIQUES A HAUTE TEMPERATURE NOTAMMENT'POUR COMBUSTION,-GAZEIFICATION GRILLAGE. REDUCTION.ET PRODUCTION
D ELEMENTS OU DE COMPOSES CHIMIQUES.
-La présente invention concerne un procédé pour effectuer des réactions chimiques ou métallurgiques à haute températureo
Il est connu9 en métallurgie notamment, de faire se produire certaines réactions dans un bain de matières fondues afin den changer la compositiono Dans ce -but, l'on introduit dans la masse fondue un corps réagissant avec l'un ou 1?autre constituant du dit bain.
Cest ainsi,par exemple;, que 1?on convertit la fonte en acier. Dans ce cas, l'on insuffle de 1'air dans la fonte en fusiono L'oxygène de¯l'air réagit notamment avec le carbone, 1?élimine, et la fonte se transforme en acier. De même, dans la métallurgie du cuivre, l'on transforme les mattes en cuivre métallique, en insufflant de l'air au sein de la matte en fusion.
Dans les procédés connus d9affinage des métaux, on vise à transformer le bain fondu original en un autre produit et pour y parve- nir, on introduit la charge initiale dans un four approprié dans lequel on effectue la réaction et, dès que la transformation visée est atteinte, on vide le four pour y introduire une charge fraîche.
La présente invention se rapporte à un procédé qui consiste à faire se produire la réaction recherchée au sein d'un bain fondu, dans lequel on introduit tous les réactifs, que ceux-ci soient gazeux, liquides ou solides. Le. bain ne participe donc pas à la réaction proprement dite et il est maintenu à 1-'état liquide en permanence dans le four de 19appa- reil de fusion.
Contrairement aux procédés connus et qui sont essentielle- ment discontinus, car ils exigent de vider le four après chaque opéra- tion, le procédé faisant l'objet de la présente invention exige la présence permanente du bain fondu dans le four, ou tout autre appareil de fusion,
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dont il fait en quelque sorte partie intégrante.
Le bain proprement dit, que l'on appelle bain de base peut être constitué par toute matière fusible. Cette matière ne peut cependant con- tenir aucun des réactifs de départ, c'est-à-dire qu'aucun de ses constituants ne peut disparaître au cours de la réaction. Le bain de base peut en quelque sorte être comparé à un solvant dans lequel se dissolvent les réactifs de départ. Il agit d'ailleurs d'une façon assez analogue à un solvant en ce sens qu'il facilite les réactions.
Dans le présent mémoire, ce que l'on entend par bain de base, c'est la masse fondue permanente dans laquelle on introduit tous les réac- tifs nécessaires à la réaction. Le bain de base ne doit pas être confon- due avec le bain chargé qui est le bain de base contenant, en plus, en mé- lange ou en solution, un ou plusieurs des réactifs.
Le bain de base peut être entièrement artificiel, il peut être constitué par un des produits résultant de la réaction. Le bain de base peut également être constitué par un excès d'un des réactifs de dé- part étant donné que cet excès ne participe pas à la réaction.
Le bain de base peut s'enrichir en sous-produits ou déchets de la réaction. Il peut nécessiter ou non l'apport, continu ou discontinu, de composés accessoires tels que par exemple des fondants, des catalyseurs ou des substances pouvant en accroître la fluidité.
Si pour une raison quelconque, le bain augmente de volume, il faut en enlever l'excédent d'une façon ou de l'autre. Il va de soi que la température du bain doit toujours être assez élevée pour que la masse fondue se maintienne suffisamment fluide à tous moments de l'opéra- tion.
Quant aux appareils de fusion utilisés, ils varient selon les cas d'application, et leurs caractéristiques seront dictées par la nature de¯la réaction que l'on veut réaliser.
Dans de nombreux cas, notamment lorsque les réactions sont suffisamment exothermiques pour se poursuivre par elles-mêmes, on peut faire usage du procédé en le faisant fonctionner en marche continue, c'est-à-dire que, dans ce cas, il n'y a pas interruption dans l'accomplis- sement de la réaction à réaliser. Les réactifs entrent alors dans le bain de manière en principe continue, ou éventuellement intermittente, les pé- riodes d'interruption n'étant jamais de nature à suspendre la réaction principale.
Il est possible de schématiser la production de la réaction finale recherchée en marche continue, c'est-à-dire en une seule phase, dans la masse fondue par : aA + bB @ cC + dD + Q calories
Le bain de base ne peut apporter ni A ni B. Tous les réac- tifs, dans le présent exemple A et B, doivent nécessairement être intro- duits dans le bain. Ils le sont d'une façon en principe continue, et la réaction se poursuit de façon ininterrompue.
Dans d'autres cas, il est nécessaire de procéder de façon cyclique ou non continue, le bain devant toujours, bien entendu, rester dans l'appareil de fusion. Ici, les mêmes opérations, ou phases, se re- produisent périodiquement au cours d'un cycle complet.
Ce procédé en plusieurs phases, ou procédé cyclique,est sur- tout d'application lorsque la réaction recherchée est endothermique ou lorsqu'elle n'est pas suffisamment exothermique pour que la température se maintienne à un niveau suffisant, au cas ou certains produits de la réac- tion réagiraient entre eux, au cas où l'on désire les obtenir séparés, ou pour toute autre raison en faveur d'un procédé cyclique.
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Le procédé cyclique comporte au moins deux phases essentielles bien que, dans certains cas, il puisse être nécessaire d'en augmenter le nombre. On peut également faire usage de phases accessoires telles que purges, soufflages, etc... pouvant avoir pour effet de faciliter ou d'amé- liorer la réalisation du procédé.
Dans le procédé cyclique, en plus du rôle de solvant, ou de pseudo-solvant, dont il a déjà été fait mention, le bain joue celui de vé- hicule ou source de chaleur. En effet, la chaleur est fournie à la réac- tion par l'intermédiaire de la masse fondue qui lui cède une partie de sa chaleur sensible et qui,de ce fait baisse de température. Pour que la masse fondue puisse servir à nouveau, il faut évidemment la réchauffer.
La masse fondue reste dans le four dont elle fait en quelque sorte partie intégrante, et subit un cycle de températures variables. La température du bain s'élève pendant la période de chauffage et baisse pen- dant l'accomplissement de la réaction requise.
Le chauffage du bain liquide s'obtient en faisant se produi- re, au sein de celui-ci, une réaction très exothermique telle que, par exemple,, un grillage ou une combustion. Dès que le bain atteint une tem- pérature suffisante, on arrête le chauffage et l'on y introduit le ou les réactifs nécessaires à l'accomplissement de la réaction. Cette dernière s9accomplit donc en phase liquide, il nest plus nécessaire que les charges soient poreuses comme o'est actuellement le cas pour les fours à cuve et les fours à moufleso Le présent procédé s9accomode aussi bien de produits solides, pulvérulents ou sous forme de morceaux que de liquides ou de gaz.
Comme on le voit par ce qui précède:, le bain joue également le rôle de moufle; en effetil permet la séparation des gaz produits au cours du chauffage, des gaz 'provenant de la réaction proprement dite.
Une réaction produite suivant le procédé cyclique peut être schématisée par.- mM + nN @ rR + sS - (U + V) calories dans laquelle U représente la chaleur de réaction et V la somme des dépenses thermiques physiques nécessaires et des pertes thermiques diverses. On procède comme suit
On emploie un bain initialement à T1 degrés. Dans une pre- mière phase,ou phase préparatoire, on chauffe ce bain jusqu'à une tempé- rature T2 telle que de T1 à T2 la chaleur emmagasinée par le bain soit U + V calories.
Dans une deuxième phase, ou phase de production,on fait réagir les réactifs entre eux. Après que les U + V calories disponibles du bain sont absorbées, on arrête la réaction et l'on repasse à la premiè- re phase.
Le chauffage du bain peut,par exemple s9obtenir par un gril- lage et/ou par une combustion, ou par toute autre réaction exothermique qui s'accomplit de préférence au sein de la masse fondue.
En principe, la composition du bain n'a qu'une importance relative étant donné que son rôle essentiel dans le procédé cyclique est d'absorber et de restituer de la chaleur. Il est évidemment souhaitable que le bain accomplisse au mieux son rôle de véhicule de chaleur. Il est notamment désirable qu'il soit assez fluide, qu'il ait une chaleur spéci- fique élevée et qu'il soit bon conducteur de chaleur.
Le bain peut être entièrement artificiel comme l'est par exemple la cryolithe employée dans la métallurgie de l'aluminium. En pratique cependant, il est assez rare que les réactifs de départ soient tout à fait purs. En générale ils ne tardent pas à souiller le bain de leurs impuretés. Il est donc logique, de faire en sorte que le bain soit constitué, en grande partie tout au moins,par les impuretés elles- mêmes. Au besoin, l'on introduit dans le bain des composés qui en amélio- rent les qualités,tels que par exemple des fondants, des produits qui en
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augmentent la fluidité, et/ou des substances qui agissent comme catalyseurs.
On doit notamment veiller à opérer à la température la plus basse possible permise par la réaction recherchée. En effet, le rendement de chauffage du bain est d'autant meilleur que la température moyenne d'opération est basse. A cet égard, les fondants peuvent jouer un très grand rôle dans l'économie du procède.
En exploitation industrielle, les caractéristiques du bain résultent d'un compromis entre tous les désidératas énumérés ci-dessus et conduisant à l'exploitation la plus économique.
L'exemple donné ci-dessus est purement schématique et en réa- lité il faut tenir compte de nombreux autres facteurs omis pour mieux sou- ligner le principe de base. Il est également évident qu'il existe de nom- breuses variantes de ce mode opératoire. On peut introduire un ou plu- sieurs des réactifs en morceaux gros comme le poing, ou sous forme de folle farine ou à l'état liquide ou sous forme visqueuse ou à l'état gazeux. On peut introduire un ou plusieurs des réactifs,par exemple, juste avant ou pendant la première phase. Tout cela ne constitue que des variantes du pré- sent procédé, variantes qui peuvent être appliquées dans tel ou tel cas particulier.
L'invention sera plus aisément comprise en se référant à la description de quelques exemples non limitatifs.
A. Procédé à marche continue.
Le procédé ne peut fonctionner de manière essentiellement continue que lorsque la réaction recherchée est suffisamment exothermique pour se poursuivre d'elle-même compte tenu des dépenses thermiques né- cessaires, des pertes thermiques par rayonnement, par conductibilité, de la chaleur sensible emportée par les produits de la réaction etc..,
1) Un cas intéressant d'application du procédé est relatif à la combustion du charbon pulvérisé.
Actuellement cette opération s'effectue dans un espace ap- pelé chambre de combustion. Les fumées provenant de la combustion sont habituellement chargées de poussières de cendres qui sont la source de nombreux ennuis.
Dans le procédé suivant l'inventions l'appareil de combus- tion contient un bain fondu au sein duquel on introduit le poussier de charbon et de l'air. La combustion s'effectue donc dans la masse fon- due. Les cendres provenant de la combustion sont retenues et se dissol- vent dans ce bain. Dans ce cas, il est donc avantageux que le bain soit constitué de cendres fondues avec, au besoin, des fondants additionnels.
Le volume du bain s9accroissant sans cesse par l'apport de cendres frai- ches fondues, il est évidemment nécessaire d'en éliminer l'excédent d'une façon ou de l'autre. L'avantage principal de la combustion sous bain est d'arrêter la presque totalité des cendres dans le bain.
2) La gazéification du poussier de charbon. Le mode opéra- toire et les avantages sont pratiquement identiques à ce qui est décrit à l'exemple précédent. La seule différence réside en ce que la combustion est incomplète et que le comburant peut être un autre gaz ou un autre mé- lange de gaz que l'air.
Dans les deux cas précédents, le bain est 'avantageusement constitué par des impuretés apportées par un des réactifs, le charbon.
Dans le cas de la gazéification, il est avantageux d9ajouter des fondants qui abaissent assez fortement la température du bain et qui de ce fait améliorent le rendement de la gazéification.
3) Le procédé suivant l'invention peut aussi être utilisé pour gazéifier un combustible liquide. Dans ce cas, étant donné l'absen- ce ou l'insuffisance de cendres dans le combustible pour,constituer la masse fondue, il est nécessaire de produire la réaction au sein d'une massa
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fondue artificielle comprenant par exemple, du verre et/ou des fondants.
Cette masse liquide véhiculaire contient principalement des produits tota- lement étrangers à la réactions c'est-à-dire des produits de la réactiono
4) Un autre exemple d'application avantageux est relatif au grillage des pyrites.
On sait que par cette opération le soufre de la pyrite se transforme en anhydride sulfureux tandis que le fer se transforme en oxy- de de fer.
Suivant 1?invention, il est dans ce caspréconisé de pro- duire le grillage à l'intérieur d'un bain de fer fondu. Le bain est con- stitué par un des produits de la réaction. Le volume de la masse fondue augmentant au fur et à mesure que la réaction se poursuit, il y a lieu ' d'en éliminer 1?excès en la coulant, par exemple;, en morceaux, granulés, etc...
5) Production de SO2 au départ de gypse.
Dans ce cas, on part de gypse préalablement déshydratée que 190n fait réagir avec de la silice. La réaction fondamentale à réaliser peut être schématisée par :
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Pour effectuer cette réaction;, le bain de base est principalement constitué par du silicate de calcium, mélangé avec les impuretés charbon.
Comme la réaction est endothermique, il faut lui fournir la chaleur nécessaire à son accomplissement; elle s9obtient en produisant une combustion au sein du bain selon
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En pratique, il est recommandé de faire se produire cette dernière réac- tion dans le bain de base en même temps que la réaction fondamentale re- cherchéeo vans ce cas, l'opération est conduite de façon continue.
Si l'on suppose que 19air a la composition approximative O2 + 4N2, la réac- tion globale peut s'écrire
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Dans la mise en oeuvre pratique, le gypse est avantageusement déshydraté par les gaz provenant.de l'opération
La quantité de carbone et d'air à introduire par môle de gypse dépend de nombreux facteurs tels que le degré de préchauffage des réactifs entrants, de la chaleur emportée par les produits de la réaction et des pertes thermiques diverseso La quantité de carbone et dair est telle que la température se maintient à une valeur convenable, c9est-à- dire suffisante pour que le bain reste bien fluide. On a généralement avantage à faire appel à des fondants pour réduire la consommation de carbone.
B. Procédé à marche cyclique.
Lorsque la réaction recherchée est endothermique ou n9est pas suffisamment exothermique pour marcher en continu, lorsque pour des raisons diverses, notamment chimiques (équilibres, affinités, etc..) la réaction globale recherchée nest théoriquement pas réalisable en continu, ou lors- que pour des raisons diverses on désire obtenir séparément certains pro- duits de la réaction, alors il faut recourir au procédé à marche.cyclique.
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6) Parmi les diverses applications possiblesse trouve en pre- mier lieu la réduction des oxydes de fer. Afin de faire mieux comprendre l'invention dans ce cas d'application, l'on se réfère à un exemple théori- que sommairement chiffré; les chiffres ne sont pas donnés pour leurs va- leurs absolues mais uniquement pour leur valeurs relatives.
On sait qu'il n'est pas possible de réaliser en continu;la
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réaction*. 2BeO + C zi'e + Cpz - 31'g Kcal (1) notamment parce qu'elle est endothermique.
On peut cependant imaginer d'apporter la chaleur nécessaire à la réaction (1) au moyen de la réaction.
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En effet, les réactions (1) et (2) donnent globalement :
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On admet pour la simplicité de l'exposé que l'ensemble des dépenses et des pertes thermiques est égal à 65,4 Kcalo Il en résulte que du seul point de vue du bilan thermique la réaction (3) est réalisa- ble.
Mais l'on sait que du point de vue chimique la réaction (3) n'est pas possible car le fer naissant réagit'avec le CO2 naissant jus- qu'à ce qu'un certain équilibre s'établisse entre Fe, FeO, CO et CO2.
Pour éviter cet inconvénient l'on utilise le procédé cycli- que de manière à éviter la production simultanée de Fe et CO2.
On procède par exemple comme suit : Première phase
Dans la masse formée par exemple par une scorie, on introduit le FeO et l'on élève la température du bain, depuis, par exemple, 1300 de- grés C jusqu'à 1600 degrés C au moyen d'une combustion au sein de ce bain et, par exemple, suivant la réaction :
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La température étant de 1600 degrés C on arrête la réaction (4) et l'on passe à la deuxième phase au cours de laquelle on introduit le ré- ducteur dans le bain, du poussier de charbon par exemple; il se passe alois :
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La somme des réactions (4) et (5) donne :
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ce qui correspond à la réaction (3) recherchée.
A noter que le CO2 est éliminé pendant une autre phase que celle où l'on produit le fer et que le CO servant dans la réaction (4) provient de la réaction (5).
Le bain fondu a joué le rôle de véhicule de chaleur et aussi celui de moufle.
7) Production de zinc métallique au départ de minerais oxydés de zinc, de blendes grillées ou supergrillées.
De même que dans le cas précédent, les oxydes de zinc sont dissous dans un bain fondu formé par une scorie avec ou sans fondants. Le
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bain est porté' à haute température par chauffage ou production d'une réac- tion exothermique dansson sein. La température étant devenue suffisante, le zinc est réduit dans-une deuxième phase selon :
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Cette réduction s'obtient par introduction du réducteur, le charbon, par exemple, dans le bain.
La réduction proprement dite du zinc doit évidemment être sui- vie des dispositifs nécessaires pour assurer une condensation convenable des vapeurs de zinc produites lors de cette opération.
8) Production de gaz à l'eau. Ce gaz peut également être produit au moyen d'un cycle à deux.phases. Dans une première phase, on chauffe une masse fondue quelconque, les cendres du charbon avec un fon- dant par exemple, depuis par exemple 1000 degrés C jusqu'à 1300 degrés C.
Dans une deuxième phase, on injecte dans la masse fondue du poussier de charbon avec de la vapeur d'eau, et 1?on produit du gaz à l'eau.
Si l'on opère de manière continue on obtient un gaz mixte c9est-à-dire contenant CO2, CO, H2 et N2 et ce dernier a sensiblement la même composition que le mélange des fumées et du gaz à l'eau proprement dit.
Le fait d'opérer de manière cyclique suivant la présente in- vention a permis de séparer les gaz utiles (CO et H2) des inertes (CO2 et N2).
En opérant en marche cyclique plutôt qu'en marche continue, l'on a surtout utilisé le rôle de moufle que peut notamment jouer le bain fondu.
9) La présente invention s'applique également à des opéra- tions plus complexes telles que le grillage et la réduction combinés dans un même four.
On peut,par exemple, griller la blende et réduite l'oxyde de zinc selor :
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On procède d'abord à un grillage selon
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Pour ce faire, dans le bain de base constitué de la gangue du minerai contenant par exemple un fondant et des cendres de charbon, on insuffle Zn S et de lairo
Puis on chauffe selon par exemple
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La température du bain chargé étant montée;, on procède à la phase suivante qui est une phase de réduction selon
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Cette phase se réalise en introduisant du carbone dans le bain.
Si l'ensemble de ces trois réactions n9est pas suffisamment exothermique, l'on peut faire appel à la réaction
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que l'on fait se produire au cours de la phase de chauffage, par exemple,
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en même temps que la réaction CO + 1/ 2 2 C02 et en fonte. 10) Transformation de pyrite ou de sulfure de fer en SO2
Dans cette fabrication nécessairement cyclique, le bain de base est une scorie ou un latier mélangé avec de la cendre de charbon, et au besoin, un ou des fondants.
Dans la première phase, on introduit de l'air et de la pyrite au sein du bain. Le SO2 quitte le bain, l'oxyde de fer s'y dissout.
Après un certain temps, on arrête l'injection du sulfure de fer et l'on poursuit l'injection d'air de façon à bien désulfurer le bain charge. Au besoin, si cette injection d'air seul produit un abaissement trop pronon- cé de température, ou si pour une raison quelconque on désire chauffer davantage le bain chargé, on peut introduire le charbon avec un excès d'air, pour oxyder le soufre et l'éliminer. Dans la deuxième phase,'on injecte du poussier de charbon ou tout autre réducteur pour réduire l'oxy- de de fer dissous en fonte.
Le présent exemple montre que l'on peut aisément fabriquer de la fonte au départ de minerais de fer oxydés ou sulfurés ou des deux mélangés ou du minerai oxydé'contenant du soufre même en quantité très appréciable. Le soufre s'enlève toujours au cours de la première phase (chauffage ou grillage). Il suffit qu'au cours de cette opération l'on désulfure le bain chargée Cette désulfuration peut se faire soit par une courte période très oxydante, soit par une atmosphère modérément oxy- dante plus longue.
11) Production de phosphore au départ de minerais phospha- tés. Cette opération se fait en traitant en principe du Ca3P2O8 mélangé à de la silice. On produit la réduction suivante :
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Le bain de base est du silicate de calcium avec les cendres du charbon et au besoin des fondants. Le CO produit par la réduction sert au cours de la phase de chauffage suivante, avec au besoin un supplément de charbon brûlant directement sous forme de CO2 de manière à apporter la chaleur nécessaire.
12) Production de sodium.
On peut d'une façon analogue obtenir du sodium métallique au départ d'un mélange de Na2CO3 et de siliceo
13) Production de carbonate de sodium impur et d'acide chlor- hydrique au départ de sel marin.
Les réactions à effectuer sont les suivantes :
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Le bain de base est du Na2CO3 fondu dont on élève la température après y avoir introduit du NaCl. Le mélange NaCl - Na2C03 est un bain chargé.
Après le chauffage de ce mélange, qui se fait dans le présent cas par une combustion au sein du carbonate, on injecte de la vapeur d'eau qui réagit avec NaCl selon (1). Au cours de la période de chauffage suivante, le CO2 provenant des fumées se fixe au NaOH pour le transformer en carbonate.
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La soude brute ainsi obtenue est un excellent fondant pour cer- taines autres applications du procédé faisant l'objet du présent brevet.
14) Production dhydroxyde de sodium et d'acide chlorhydrique Pour éviter la formation du carbonate par les gaz de chauffage, ainsi que de souiller la soude par les cendres du combustible, on opère comme suit :
Dans un premier four, on chauffe une scorie de nature quelco- que éventuellement avec fondantso Après la période de chauffage on injecte uniquement de la vapeur d'eau, qui ne réagit avec aucun constituant du bain et qui sort du bain par exemple à 1300 degrés C. On peut surchauffer la vapeur par un autre moyen.
Cette vapeur est alors injectée dans un second bain (bain de base NaOH) où elle réagit avec NaCl selon
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La chaleur nécessaire à cette réaction est fournie par la chaleur sensible de la vapeur qui y entre vers par exemple 1300 degrés C alors que le bain n'est qu9à environ 500 ou 600 degrés C.
15) Production d'hydrogène pur.
L'appareillage employé est presque le même que celui qui sert à la production de la fonte selon l'exemple 6. Dans un bain de base con- stitué principalement de cendres de charbon avec au besoin des fondants et contenant une charge de FeO, on commence par réduire le FeO en fonte comme exposé plus haut, ensuite on insuffle de la vapeur qui réagit avec le fer selon
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Au cours de cette dernière réaction, l'oxyde de fer se re- dissout dans la scorie, après quoi l'on procède à nouveau à sa réduction et 1?on recommence.
L'on n'ajoute du minerai de fer que pour compenser la perte de fer résultant des manipulations lors de l'enlèvement de l'excès de scorie par exemple.
16) Production d'acide fluorhydrique, etc..
On part de fluorine que l'on fait réagir avec de la silice en présence de vapeur selon:
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Le bain de base est constitué par un silicate de calcium dans lequel l'on introduit la fluorine.
Après avoir chauffé ce bain chargé à une température suffisan- te, l'on injecte de la vapeur qui produit de l'acide fluorhydrique.
La réaction ci-dessus étant endothermique, l'on introduit la fluorine puis l'on réchauffe le mélange chargé au moyen par exemple d'une .combustion au sein du dit bain.
C. Procédé pouvant être réalisé à marche continue ou de manière cyclique selon des détails opératoires
17) Obtention de plomb métallique au départ de galène.
La réaction fondamentale recherchée est:
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Cette réaction est exothermique. Cependant au cas où il faut atteindre une température assez élevée pour fondre la gangue qui constitue le bain de base, la somme de la chaleur sensible emportée par le plomb li- quide le SO2 et l'azote provenant de l'air insufflé et des pertes thermiques diverses,est plus grande que la'chaleur de réaction.
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Le déficit de calories peut être réduit sinon annulé en insuf- flant de l'air suffisamment chaud, en faisant usage de fondants ou en faisant appel à de l'oxygène pratiquement pur. Bien que 1-oxygène coûte cher son emploi n'est pas proscrit étant donné le poids atomique élevé du plomb.
Au moyen de l'une et/ou de l'autre de ces améliorations il est possible de faire se produire la réaction
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de manière continue.
Il est cependant à craindre que si l'on abaisse trop la tem- pérature du bain par l'introduction de fondants, l'on n'arrive pas à évita* la formation d'une proportion appréciable de sulfate de plomb, ce qui est préjudiciable à la bonne économie du procédé.
Il est probable qu'il soit préférable d'opérer en marche cy- clique selon deux phases la phase de préparation est principalement un grillage selon s
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Le PbO se dissout dans la scorie constituant le bain de base et forme le bain chargé qui est alors porté à une température suffisante au moyen, par exemple, d'un combustion en son sein.
Ensuite l'on injecte PbS qui réagit avec PbO selon
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après quoi l'on enlève le plomb et l'on repasse au grillage. Si l'ensem- ble des réactions (1) et (2) n'est pas suffisamment exothermique, l'on procède avant la réduction par PbSà un réchauffage du bain par une com- bustion en son sein par exemple.
18) Obtention directe du cuivre au départ de sulfure de cuivre. La réaction fondamentale est :
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Les bilans thermiques de ces deux réactions sont assez sem- blables. Si l'on insuffle de l'air froid dans un bain de sulfures fondus il manque à peu près les calories nécessaires pour compenser les pertes par rayonnement.
G9est la raison pour laquelle on ne convertit que des mattes.
Celles-ci contiennent du sulfure de fer qui réagit selon
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réaction qui est très exothermique et permet au convertisseur de se main- tenir à une température suffisante.
Si l'on dispose de minerais sulfurés trop pauvres en sulfure de fer pour être traités directement au convertisseur, l'on peut appliquer le procédé revendiqué dans le présent brevet suivant l'une ou l'autre des manières suivantes a) en marche en principe continue.
On injecte en même temps du sulfure de cuivre avec du charbon
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et de l'air dans un bain de sulfures fondus. Le gaz obtenu est un mélange de CO2 et N2. Le cuivre s'obtient de façon continue. Avant d'éliminer les scories excédentaires, on insuffle pendant un court moment du charbon seul, de façon à éliminer le cuivre de la scorie avant de la jeter. b) Si l'on préchauffe suffisamment l'air, ou si 1?on emploie de l'air sur- oxygéné, il n'est, pas nécessaire d'introduire du charbon et l'on peut opé- rer en continu. c) On peut également opérer en marche cyclique en alternant les injections de sulfure de cuivre et de charbon.
Les exemples donnés ci-dessus ne sont pas limitatifs mais sim- plement illustratifs. De plus, dans chacun des cas il est possible d'em- ployer de nombreuses variantes, celles-ci étant fonction des conditions lo- cales d'exploitation. Les réactifs peuvent notamment être introduits sous forme gazeuse, liquide, solide et ce sous des grosseurs différentes. Les réactifs introduits peuvent être préchauffés ou non. Ils peuvent être pu- rifiés ou non. Ils peuvent être introduits dans le bain par gravité ou par injection.
Les solides notamment peuvent être introduits en suspension dans un gaz ou un liquide (transport pneumatique ou hydraulique). Le charbon ou le coke ou le réducteur peut, par exemple, être injecté dans le bain au moyen d'un courant gazeux. Ce dernier, peut par exemple, être du CO que l'on a prélevé à cet effet au cours d'une phase précédente. Il peut être injecté au moyen de vapeur, d'air, d'azote ou de tout autre gaz.
Dans les exemples, le réducteur employé a été généralement appelé charbon, il peut aussi être du coke, du goudron liquide ou solide, des huiles, bref toute matière contenant principalement du carbone et éventuellement de l'hydrogène.
Les réactifs peuvent ou non conserver des compositions con- stantes pendant leur introduction dans le bain.
REVENDICATIONS.
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-....--.---....---=>-.....-
1. Procédé pour réaliser des réactions chimiques et métallur- giques à haute température dans lequel on fait usage d'une masse fondue qui est obtenue en fondant, soit directement soit indirectement, des corps normalement solides à la température ordinaire et au sein de laquelle on fait s'accomplir la réaction recherchée, dont tous les réactifs sont intro- duits au sein de la dite masse maintenue en permanence dans le four ou autre appareil de fusion.
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-PROCESS FOR CHEMICAL OR METALLURGIC REACTIONS AT HIGH TEMPERATURE, IN PARTICULAR FOR COMBUSTION, -GRILLING GAZEIFICATION. REDUCTION AND PRODUCTION
ELEMENTS OR CHEMICAL COMPOUNDS.
-The present invention relates to a process for carrying out chemical or metallurgical reactions at high temperature.
It is known9 in metallurgy in particular, to cause certain reactions to take place in a bath of molten materials in order to change the composition. In this -but, a substance is introduced into the molten mass which reacts with one or other constituent of the said bath.
This is how, for example, one converts cast iron into steel. In this case, air is blown into the molten iron. The oxygen in the air reacts with carbon, among other things, eliminates it, and the iron turns into steel. Similarly, in copper metallurgy, the mattes are transformed into metallic copper by blowing air into the molten matte.
In the known methods of refining metals, the aim is to transform the original molten bath into another product and to achieve this, the initial charge is introduced into a suitable furnace in which the reaction is carried out and, as soon as the intended transformation is achieved. reached, the oven is emptied to introduce a fresh load.
The present invention relates to a process which consists in causing the desired reaction to take place in a molten bath, into which all the reactants are introduced, whether they are gaseous, liquid or solid. The. The bath therefore does not participate in the actual reaction and is maintained in the liquid state permanently in the furnace of the melting apparatus.
Unlike the known processes which are essentially discontinuous, since they require emptying the furnace after each operation, the process forming the subject of the present invention requires the permanent presence of the molten bath in the furnace, or any other apparatus. fusion,
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of which it is in a way an integral part.
The actual bath, which is called the base bath, can consist of any meltable material. However, this material cannot contain any of the starting reagents, that is to say none of its constituents can disappear during the reaction. The base bath can in a way be compared to a solvent in which the starting reagents dissolve. Moreover, it acts in a manner quite similar to a solvent in that it facilitates the reactions.
In the present specification, what is meant by a base bath is the permanent melt into which all the reagents necessary for the reaction are introduced. The base bath should not be confused with the loaded bath which is the base bath containing, in addition, as a mixture or in solution, one or more of the reagents.
The base bath can be entirely artificial; it can consist of one of the products resulting from the reaction. The base bath can also be constituted by an excess of one of the starting reagents since this excess does not participate in the reaction.
The base bath can become enriched in by-products or waste from the reaction. It may or may not require the supply, continuous or discontinuous, of accessory compounds such as, for example, fluxes, catalysts or substances capable of increasing their fluidity.
If for some reason the bath expands, the excess must be removed one way or the other. It goes without saying that the temperature of the bath must always be high enough so that the melt remains sufficiently fluid at all times during the operation.
As for the melting devices used, they vary according to the case of application, and their characteristics will be dictated by the nature of the reaction that is to be carried out.
In many cases, especially when the reactions are sufficiently exothermic to proceed by themselves, the process can be made use of by operating it continuously, i.e. in this case it is not There is no interruption in the completion of the reaction to be carried out. The reagents then enter the bath in a continuous, or possibly intermittent, manner in principle, the periods of interruption never being such as to suspend the main reaction.
It is possible to diagram the production of the desired final reaction in continuous operation, that is to say in a single phase, in the melt by: aA + bB @ cC + dD + Q calories
The base bath cannot supply either A or B. All the reagents, in the present example A and B, must necessarily be introduced into the bath. They are in principle continuous, and the reaction continues uninterrupted.
In other cases, it is necessary to proceed cyclically or not continuously, the bath must always, of course, remain in the melting apparatus. Here, the same operations, or phases, occur periodically during a complete cycle.
This process in several phases, or cyclic process, is especially applicable when the desired reaction is endothermic or when it is not sufficiently exothermic for the temperature to be maintained at a sufficient level, in the case of certain products of. the reaction would react with each other, in case it is desired to get them separated, or for any other reason in favor of a cyclic process.
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The cyclic process has at least two essential phases although in some cases it may be necessary to increase their number. It is also possible to use accessory phases such as purges, blowing, etc. which may have the effect of facilitating or improving the performance of the process.
In the cyclic process, in addition to the role of solvent, or pseudo-solvent, which has already been mentioned, the bath plays that of vehicle or heat source. In fact, the heat is supplied to the reaction through the intermediary of the molten mass which gives it part of its sensible heat and which, as a result, drops in temperature. So that the melt can be used again, it must obviously be reheated.
The melt remains in the furnace, of which it is in some way an integral part, and undergoes a cycle of variable temperatures. The temperature of the bath rises during the heating period and decreases during the completion of the required reaction.
Heating of the liquid bath is obtained by causing a very exothermic reaction to take place within it, such as, for example, scorching or combustion. As soon as the bath reaches a sufficient temperature, the heating is stopped and the reagent (s) necessary for carrying out the reaction are introduced into it. The latter is therefore accomplished in the liquid phase, it is no longer necessary for the charges to be porous as is currently the case for shaft furnaces and muffle furnaces. The present process works equally well with solid products, in powder form or in the form of pieces. than liquids or gases.
As can be seen from the above :, the bath also acts as a muffle; in fact, it allows the separation of the gases produced during the heating, from the gases resulting from the reaction itself.
A reaction produced according to the cyclic process can be schematized by - mM + nN @ rR + sS - (U + V) calories in which U represents the heat of reaction and V the sum of the necessary physical thermal expenses and the various thermal losses. We proceed as follows
A bath is used initially at T1 degrees. In a first phase, or preparatory phase, this bath is heated to a temperature T2 such that from T1 to T2 the heat stored by the bath is U + V calories.
In a second phase, or production phase, the reactants are made to react with each other. After the available U + V calories from the bath are absorbed, the reaction is stopped and the first phase is returned to.
Heating of the bath can, for example, be obtained by roasting and / or by combustion, or by any other exothermic reaction which preferably takes place within the melt.
In principle, the composition of the bath is only of relative importance since its essential role in the cyclic process is to absorb and release heat. It is obviously desirable for the bath to perform its role of heat vehicle as well as possible. It is especially desirable that it be sufficiently fluid, that it has a high specific heat and that it is a good conductor of heat.
The bath can be entirely artificial, such as the cryolite used in the metallurgy of aluminum, for example. In practice, however, it is quite rare for the starting reagents to be quite pure. In general, they do not take long to soil the bath with their impurities. It is therefore logical to ensure that the bath is made up, to a large extent at least, by the impurities themselves. If necessary, compounds which improve its qualities are introduced into the bath, such as, for example, fluxes, products which improve its qualities.
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increase fluidity, and / or substances that act as catalysts.
In particular, care must be taken to operate at the lowest possible temperature permitted by the desired reaction. Indeed, the heating efficiency of the bath is all the better as the average operating temperature is low. In this respect, fluxes can play a very large role in the economy of the process.
In industrial operation, the characteristics of the bath result from a compromise between all the requirements listed above and leading to the most economical operation.
The example given above is purely schematic and in reality many other omitted factors must be taken into account to better emphasize the basic principle. It is also evident that there are many variations of this procedure. One or more of the reactants can be introduced in pieces as large as a fist, or in the form of loose flour or in the liquid state or in viscous form or in the gaseous state. One or more of the reagents can be introduced, for example, just before or during the first phase. All this constitutes only variants of the present process, variants which can be applied in a particular case.
The invention will be more easily understood by referring to the description of a few non-limiting examples.
A. Continuous running process.
The process can only operate in an essentially continuous manner when the desired reaction is sufficiently exothermic to continue by itself, taking into account the necessary thermal expenditure, the thermal losses by radiation, by conductivity, of the sensible heat carried away by the heaters. reaction products etc ...,
1) An interesting case of application of the process relates to the combustion of pulverized coal.
Currently this operation is carried out in a space called the combustion chamber. The fumes from combustion are usually loaded with ash dust which is the source of many troubles.
In the process according to the invention, the combustion apparatus contains a molten bath into which coal dust and air are introduced. Combustion therefore takes place in the melt. Ashes from combustion are retained and dissolve in this bath. In this case, it is therefore advantageous for the bath to consist of molten ash with, if necessary, additional fluxes.
As the volume of the bath is constantly increasing by the addition of fresh molten ash, it is obviously necessary to remove the excess in one way or another. The main advantage of bath combustion is to stop almost all of the ash in the bath.
2) The gasification of coal dust. The operating mode and the advantages are practically identical to what is described in the previous example. The only difference is that the combustion is incomplete and that the oxidizer can be another gas or another gas mixture than air.
In the two preceding cases, the bath is advantageously constituted by impurities supplied by one of the reagents, carbon.
In the case of gasification, it is advantageous to add fluxes which quite significantly lower the temperature of the bath and which thereby improve the efficiency of the gasification.
3) The process according to the invention can also be used to gasify a liquid fuel. In this case, given the absence or insufficiency of ash in the fuel to constitute the melt, it is necessary to produce the reaction within a massa
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artificial fondue comprising, for example, glass and / or fondants.
This vehicular liquid mass mainly contains products totally foreign to the reaction, that is to say products of the reaction.
4) Another advantageous application example relates to the roasting of pyrites.
It is known that by this operation the sulfur in pyrite is transformed into sulfur dioxide while the iron is transformed into iron oxide.
According to the invention, it is in this case recommended to produce the mesh inside a bath of molten iron. The bath is constituted by one of the products of the reaction. As the volume of the melt increases as the reaction proceeds, the excess should be removed by pouring it, for example, into pieces, granules, etc.
5) Production of SO2 from gypsum.
In this case, one starts with previously dehydrated gypsum which 190n reacts with silica. The fundamental reaction to be carried out can be schematized by:
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To carry out this reaction ;, the base bath is mainly constituted by calcium silicate, mixed with the carbon impurities.
As the reaction is endothermic, it must be supplied with the heat necessary for its accomplishment; it is obtained by producing combustion in the bath according to
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In practice, it is recommended to cause this latter reaction to occur in the base bath at the same time as the fundamental reaction sought; in this case, the operation is carried out continuously.
If we assume that 19air has the approximate composition of O2 + 4N2, the overall reaction can be written
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In the practical implementation, the gypsum is advantageously dehydrated by the gases coming from the operation.
The quantity of carbon and air to be introduced per gypsum mole depends on many factors such as the degree of preheating of the incoming reactants, the heat carried away by the reaction products and various heat losses o The quantity of carbon and air is such that the temperature is maintained at a suitable value, that is to say sufficient for the bath to remain quite fluid. It is generally beneficial to use fluxes to reduce carbon consumption.
B. Cyclic process.
When the desired reaction is endothermic or is not sufficiently exothermic to operate continuously, when for various reasons, in particular chemical (equilibria, affinities, etc.) the desired overall reaction is theoretically not feasible continuously, or when for various reasons. For various reasons it is desired to obtain certain reaction products separately, then the cyclic process must be resorted to.
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6) Among the various possible applications is firstly the reduction of iron oxides. In order to make the invention easier to understand in this case of application, reference is made to a theoretical example with summary figures; the figures are not given for their absolute values but only for their relative values.
We know that it is not possible to carry out continuously; the
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reaction*. 2BeO + C zi'e + Cpz - 31'g Kcal (1) in particular because it is endothermic.
However, one can imagine providing the heat necessary for reaction (1) by means of the reaction.
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Indeed, reactions (1) and (2) give overall:
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For the sake of simplicity of the description, it is assumed that the sum of the expenses and the heat losses is equal to 65.4 Kcalo. The result is that from the point of view of the heat balance alone, reaction (3) is possible.
But we know that from the chemical point of view reaction (3) is not possible because the incipient iron reacts with the incipient CO2 until a certain equilibrium is established between Fe, FeO, CO and CO2.
To avoid this drawback, the cyclic process is used so as to avoid the simultaneous production of Fe and CO2.
For example, we proceed as follows: First phase
In the mass formed for example by a slag, the FeO is introduced and the temperature of the bath is raised, from, for example, 1300 degrees C up to 1600 degrees C by means of combustion within this. bath and, for example, depending on the reaction:
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The temperature being 1600 degrees C, reaction (4) is stopped and the second phase is passed during which the reducer is introduced into the bath, coal dust for example; it happens alois:
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The sum of reactions (4) and (5) gives:
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which corresponds to the desired reaction (3).
Note that the CO2 is removed during a phase other than that in which the iron is produced and that the CO used in reaction (4) comes from reaction (5).
The molten bath played the role of heat vehicle and also that of muffle.
7) Production of metallic zinc from oxidized zinc ores, roasted or super-roasted blends.
As in the previous case, the zinc oxides are dissolved in a molten bath formed by a slag with or without fluxes. The
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The bath is brought to a high temperature by heating or producing an exothermic reaction in its breast. The temperature having become sufficient, the zinc is reduced in a second phase according to:
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This reduction is obtained by introducing the reducing agent, carbon, for example, into the bath.
The actual reduction of the zinc must obviously be followed by the necessary devices to ensure a suitable condensation of the zinc vapors produced during this operation.
8) Production of gas to water. This gas can also be produced using a two-phase cycle. In a first phase, any molten mass is heated, the ash of the coal with a flux for example, from for example 1000 degrees C up to 1300 degrees C.
In a second phase, coal dust is injected with water vapor into the melt, and water gas is produced.
If one operates continuously, a mixed gas is obtained, that is to say one containing CO2, CO, H2 and N2 and the latter has substantially the same composition as the mixture of the fumes and the gas in the water itself.
The fact of operating cyclically according to the present invention has made it possible to separate the useful gases (CO and H2) from the inert (CO2 and N2).
By operating in cyclic mode rather than in continuous mode, the role of muffle which the molten bath can play in particular has been used above all.
9) The present invention is also applicable to more complex operations such as toasting and reduction combined in the same oven.
We can, for example, roast the blende and reduce the zinc oxide selor:
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We first proceed to a toasting according to
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To do this, in the base bath consisting of the gangue of the ore containing for example a flux and coal ashes, Zn S and lairo are blown.
Then we heat according to for example
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With the temperature of the loaded bath having risen; the next phase is carried out which is a reduction phase according to
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This phase is carried out by introducing carbon into the bath.
If all of these three reactions are not sufficiently exothermic, the reaction can be used.
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that is caused to occur during the heating phase, for example,
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at the same time as the reaction CO + 1/2 2 C02 and in cast iron. 10) Transformation of pyrite or iron sulphide into SO2
In this necessarily cyclical manufacture, the base bath is a slag or a slag mixed with coal ash, and if necessary, one or more fluxes.
In the first phase, air and pyrite are introduced into the bath. SO2 leaves the bath, iron oxide dissolves in it.
After a certain time, the injection of iron sulphide is stopped and the injection of air is continued so as to properly desulphurize the feed bath. If necessary, if this injection of air alone produces a too pronounced lowering of the temperature, or if for some reason it is desired to heat the loaded bath further, the carbon can be introduced with an excess of air, to oxidize the sulfur. and eliminate it. In the second phase, coal dust or some other reducing agent is injected to reduce the dissolved iron oxide to cast iron.
The present example shows that one can easily manufacture cast iron starting from oxidized or sulphidized iron ores or from the two mixed or from oxidized ore containing sulfur even in very appreciable quantity. The sulfur is always removed during the first phase (heating or roasting). It is sufficient that during this operation the charged bath is desulfurized. This desulfurization can be carried out either by a short, very oxidizing period, or by a longer moderately oxidizing atmosphere.
11) Production of phosphorus from phosphate ores. This is done by treating in principle Ca3P2O8 mixed with silica. We produce the following reduction:
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The base bath is calcium silicate with the ashes of the coal and if necessary the fluxes. The CO produced by the reduction is used during the next heating phase, with additional coal burning directly in the form of CO 2 if necessary to provide the necessary heat.
12) Sodium production.
In a similar way, metallic sodium can be obtained from a mixture of Na2CO3 and silica.
13) Production of impure sodium carbonate and hydrochloric acid from sea salt.
The reactions to be carried out are as follows:
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The base bath is molten Na2CO3, the temperature of which is raised after introducing NaCl therein. The NaCl - Na2CO3 mixture is a charged bath.
After heating this mixture, which in this case takes place by combustion within the carbonate, steam is injected which reacts with NaCl according to (1). During the next heating period, the CO2 from the flue gases binds to the NaOH to transform it into carbonate.
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The crude soda thus obtained is an excellent flux for certain other applications of the process which is the subject of the present patent.
14) Production of sodium hydroxide and hydrochloric acid To avoid the formation of carbonate by the heating gases, as well as to contaminate the soda by the ashes of the fuel, the procedure is as follows:
In a first furnace, a slag of a somewhat optional nature is heated with fondantso After the heating period, only water vapor is injected, which does not react with any constituent of the bath and which comes out of the bath for example at 1300 degrees C. The steam can be superheated in another way.
This vapor is then injected into a second bath (NaOH base bath) where it reacts with NaCl according to
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The heat necessary for this reaction is supplied by the sensible heat of the steam which enters it at around 1300 degrees C, for example, while the bath is only about 500 or 600 degrees C.
15) Production of pure hydrogen.
The apparatus employed is almost the same as that which is used for the production of cast iron according to Example 6. In a base bath consisting mainly of coal ash with fluxes if necessary and containing a load of FeO, one begins by reducing the FeO to cast iron as explained above, then steam is blown in which reacts with the iron according to
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In the latter reaction, the iron oxide dissolves in the slag, after which it is reduced again and started again.
Iron ore is only added to compensate for the loss of iron resulting from handling during the removal of excess slag, for example.
16) Production of hydrofluoric acid, etc.
We start with fluorite which is reacted with silica in the presence of vapor according to:
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The base bath consists of a calcium silicate into which the fluorite is introduced.
After heating this charged bath to a sufficient temperature, steam is injected which produces hydrofluoric acid.
Since the above reaction is endothermic, the fluorite is introduced and the charged mixture is then heated by means for example of a combustion in said bath.
C. Process which can be carried out continuously or cyclically depending on operating details
17) Obtaining metallic lead from galena.
The fundamental reaction sought is:
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This reaction is exothermic. However, if it is necessary to reach a temperature high enough to melt the gangue which constitutes the base bath, the sum of the sensible heat carried away by the lead liquid, the SO2 and the nitrogen coming from the blown air and the losses thermals, is greater than the heat of reaction.
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The calorie deficit can be reduced if not eliminated by blowing in sufficiently hot air, by using fluxes or by using almost pure oxygen. Although 1-oxygen is expensive, its use is not prohibited due to the high atomic weight of lead.
By means of one and / or the other of these improvements it is possible to make the reaction occur.
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continuously.
It is, however, to be feared that if the temperature of the bath is lowered too much by the introduction of fluxes, the formation of an appreciable proportion of lead sulphate will not be avoided. detrimental to the good economy of the process.
It is probable that it is preferable to operate in a cyclic mode according to two phases the preparation phase is mainly a roasting according to s
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The PbO dissolves in the slag constituting the base bath and forms the loaded bath which is then brought to a sufficient temperature by means, for example, of combustion therein.
Then we inject PbS which reacts with PbO according to
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after which we remove the lead and go back to the fence. If all of the reactions (1) and (2) are not sufficiently exothermic, before the reduction with PbS, the bath is reheated by combustion within it, for example.
18) Direct obtaining of copper from copper sulphide. The basic reaction is:
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The heat balances of these two reactions are quite similar. If cold air is blown into a bath of molten sulphides, it almost lacks the calories needed to compensate for radiation losses.
This is the reason we only convert mattes.
These contain iron sulphide which reacts according to
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reaction which is very exothermic and allows the converter to maintain a sufficient temperature.
If sulphide ores too low in iron sulphide are available to be treated directly at the converter, the process claimed in this patent can be applied in either of the following ways a) in principle keep on going.
At the same time copper sulphide is injected with charcoal
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and air in a bath of molten sulphides. The gas obtained is a mixture of CO2 and N2. Copper is obtained continuously. Before removing the excess slag, only coal is blown for a short time, so as to remove the copper from the slag before it is discarded. b) If the air is preheated sufficiently, or if over-oxygenated air is used, it is not necessary to introduce carbon and it can be operated continuously. c) It is also possible to operate in cyclic mode by alternating the injections of copper sulphide and of carbon.
The examples given above are not limiting, but merely illustrative. In addition, in each case it is possible to employ numerous variants, these depending on the local operating conditions. The reagents can in particular be introduced in gaseous, liquid or solid form and in different sizes. The reagents introduced may or may not be preheated. They may or may not be purified. They can be introduced into the bath by gravity or by injection.
The solids in particular can be introduced in suspension in a gas or a liquid (pneumatic or hydraulic transport). The carbon or coke or the reducing agent can, for example, be injected into the bath by means of a gas stream. The latter can, for example, be CO which has been taken for this purpose during a previous phase. It can be injected by means of steam, air, nitrogen or any other gas.
In the examples, the reducing agent used was generally called carbon, it can also be coke, liquid or solid tar, oils, in short any material mainly containing carbon and possibly hydrogen.
The reagents may or may not retain constant compositions during their introduction into the bath.
CLAIMS.
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-.... -. --- ....--- => -.....-
1. Process for carrying out chemical and metallurgical reactions at high temperature in which use is made of a melt which is obtained by melting, either directly or indirectly, bodies which are normally solid at ordinary temperature and within which one causes the desired reaction to be accomplished, all the reactants of which are introduced into said mass which is permanently maintained in the furnace or other melting device.