BE508370A - - Google Patents

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BE508370A
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Description

       

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



    -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 : 
 EMI5.1 
 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 
 EMI5.2 
 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 
 EMI5.3 
 
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 
 EMI6.1 
 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. 
 EMI6.2 
 



  En effet, les réactions (1) et (2) donnent globalement : 
 EMI6.3 
 
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 : 
 EMI6.4 
 
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 : 
 EMI6.5 
 La somme des réactions (4) et (5) donne : 
 EMI6.6 
 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 : 
 EMI7.1 
 
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 :   
 EMI7.2 
 On procède d'abord à un grillage selon 
 EMI7.3 
 
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 
 EMI7.4 
 
La température du bain chargé étant montée;, on procède à la phase suivante qui est une phase de réduction selon 
 EMI7.5 
 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 
 EMI7.6 
 

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 que l'on fait se produire au cours de la phase de chauffage, par exemple, 
 EMI8.1 
 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 : 
 EMI8.2 
 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 : 
 EMI8.3 
 
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 
 EMI9.1 
 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 
 EMI9.2 
 
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:   
 EMI9.3 
 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:   
 EMI9.4 
 
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 
 EMI10.1 
 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   
 EMI10.2 
 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 
 EMI10.3 
 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 : 
 EMI10.4 
 
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 
 EMI10.5 
 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.   
 EMI11.1 
 



  -....--.---....---=>-.....- 
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
 EMI5.2
 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
 EMI5.3
 
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
 EMI6.1
 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.
 EMI6.2
 



  Indeed, reactions (1) and (2) give overall:
 EMI6.3
 
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:
 EMI7.1
 
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:
 EMI7.2
 We first proceed to a toasting according to
 EMI7.3
 
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
 EMI7.4
 
With the temperature of the loaded bath having risen; the next phase is carried out which is a reduction phase according to
 EMI7.5
 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,
 EMI8.1
 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
 EMI9.1
 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
 EMI9.2
 
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:
 EMI9.3
 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:
 EMI9.4
 
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.

 <Desc / Clms Page number 10>

 



   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.
 EMI10.1
 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
 EMI10.2
 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
 EMI10.3
 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:
 EMI10.4
 
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
 EMI10.5
 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

 <Desc / Clms Page number 11>

 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.
 EMI11.1
 



  -.... -. --- ....--- => -.....-
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.


    

Claims (1)

2. Procédé pour réaliser des réactions chimiques et métal- lurgiques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que si la réaction est suffisamment exthermique, on introduit les réactifs de façon continue en intermittente mais avec des intervalles suffisamment rapprochés pour que la réaction se poursuive de façon ininterrompue. 2. A method for carrying out chemical and metallurgical reactions according to claim 1, characterized in that if the reaction is sufficiently exthermal, the reactants are introduced continuously and intermittently but with sufficiently close intervals for the reaction to continue from uninterrupted way. 3. Procédé pour réaliser des réactions chimiques et métallur- giques suivant la revendication 1,caractérisé en ce que si la réaction recherchée est endothermique ou n'est pas suffisamment exothermi- que pour fonctionner en continu, on fait se produire de façon concommit- tante une autre réaction suffisamment exothermique pour que la chaleur dé- gagée par l'ensemble des deux réactions soit suffisante pour permettre l'accomplissement de la réaction endothermique. 3. Process for carrying out chemical and metallurgical reactions according to claim 1, characterized in that if the desired reaction is endothermic or is not sufficiently exothermic to operate continuously, it is made to occur concomitantly. another reaction sufficiently exothermic so that the heat given off by the combination of the two reactions is sufficient to allow the completion of the endothermic reaction. 4. Procédé pour réaliser des réactions chimiques et métal- lurgiques suivant les revendications 1 et 3,caractérisé en ce que si la réaction recherchée est endothermique ou n'est pas suffisamment exothermique pour fonctionner en continu on l'interrompt périodiquement, et pendant chaque interruption on fournit la chaleur nécessaire à la masse fondue, en réalisant par exemple dans son sein une réaction exothermique. <Desc/Clms Page number 12> 4. Process for carrying out chemical and metallurgical reactions according to claims 1 and 3, characterized in that if the desired reaction is endothermic or is not sufficiently exothermic to operate continuously, it is interrupted periodically, and during each interruption the heat necessary for the melt is supplied, for example by carrying out an exothermic reaction in it. <Desc / Clms Page number 12> 5. Procédé pour réaliser des réactions chimiques et métallur- giques suivant les revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce que la réaction concommittante ou exothermique se réalise par une réaction exothermique telle que l'oxydation ou le grillage d'un ou plusieurs des réactifs prenant part à la réaction. 5. Process for carrying out chemical and metallurgical reactions according to claims 1, 3 and 4, characterized in that the concomitant or exothermic reaction is carried out by an exothermic reaction such as the oxidation or the scorching of one or more of the reagents taking part in the reaction. 6. Procédé de transmission de chaleur suivant lequel on con- stitue une masse fondue, on chauffe cette masse pour lui faire emmagasiner de la chaleur qu'elle cède ensuite au corps à chauffer. 6. Heat transmission process according to which a molten mass is constituted, this mass is heated to make it store heat which it then gives to the body to be heated. 7. Procédé de transmission de chaleur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la masse fondue est chauffée par une combustion ou un grillage produit en son sein. 7. A method of heat transmission according to claim 6, characterized in that the melt is heated by combustion or roasting produced therein. 8. Procédé de transmission de chaleur suivant les revendica- tions 6 et 7,caractérisé en ce que le corps à chauffer est chauffé par contact direct avec la matière fondue. 8. A method of heat transmission according to claims 6 and 7, characterized in that the body to be heated is heated by direct contact with the molten material. 9. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métallur- giques suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, c a r a c t é r i - s é en de que la masse fondue est partiellement formée par un composé ré- sultant de la réaction et dont le surplus est évacué d'une manière conti- nue ou intermittente. 9. A process for carrying out chemical or metallurgical reactions according to any of claims 1 to 5, characterized in that the melt is partially formed by a compound resulting from the reaction. and the surplus of which is discharged in a continuous or intermittent manner. 10. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métallur- giques suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, en vue de réaliser la combustion totale ou partielle du charbon pulvérisé, on introduit le charbon pulvérisé et le comburant contenant notamment de l'oxygène, au sein de la masse fondue. 10. A method for carrying out chemical or metallurgical reactions according to claims 1 and 2, characterized in that, in order to carry out the total or partial combustion of the pulverized coal, the pulverized coal and the oxidizer containing in particular the pulverized are introduced. oxygen, within the melt. 11. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métallur- giques suivant la revendication 10,caractérisé en ce que la mae- se fondue est constituée par des cendres fondues avec au besoin des fon- dants additionnels. 11. A method for carrying out chemical or metallurgical reactions according to claim 10, characterized in that the molten material consists of molten ash with additional fluxes if necessary. 12. Procédé pour réaliser des réactions chimiques et métallur- giques suivant les revendications 1-et 2, c a r a c t é r i s é en ce qu'en vue de gazéifier un combustible liquide, on introduit le dit combus- tible et le comburant au sein d'une masse fondue artificielle formée au départ de produits étrangers à la réaction. 12. A method for carrying out chemical and metallurgical reactions according to claims 1 and 2, characterized in that, with a view to gasifying a liquid fuel, said fuel and the oxidant are introduced into it. an artificial melt formed from products foreign to the reaction. 13. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métal- lurgiques suivant la revendication 12,caractérisé en ce que la masse fondue est formée par du verre associé à des fondants. 13. A method for carrying out chemical or metallurgical reactions according to claim 12, characterized in that the melt is formed by glass associated with fluxes. 14. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métal- lurgiques suivant la revendication 1 et 2,caractérisé en ce que dans le grillage des pyrites, la masse fondue est formée essentielle- ment d'oxydes de fer fondu et de la guangue de la pyrite. 14. A method for carrying out chemical or metallurgical reactions according to claim 1 and 2, characterized in that in the roasting of the pyrites, the molten mass is formed essentially of molten iron oxides and the garment of the pyrite. . 15. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métal- lurgiques suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2 c a r a c - t é r i s é en ce qu'en vue de produire de l'anhydride sulfureux, on part de gypse et de silice que l'on fait réagir dans une masse fondue constituée principalement de silicate de calcium. 15. A process for carrying out chemical or metallurgical reactions according to either of claims 1 and 2, charac - terized in that in order to produce sulfur dioxide, the starting material is gypsum and silica which is reacted in a melt consisting mainly of calcium silicate. 16. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métallur- giques suivant la revendication 15,caractérisé en ce que la réaction est conduite d'une façon continue en introduisant simultanément dans la masse fondue de silicate de calcium, le sulfate de calcium, la silice, du carbone et de l'air. 16. A method for carrying out chemical or metallurgical reactions according to claim 15, characterized in that the reaction is carried out continuously by simultaneously introducing into the melt of calcium silicate, calcium sulfate, silica, carbon and air. 17. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métal- lurgiques suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, c a r a c- t é r i s é en ce que l'on produit du klinker de ciment, en introduisant dans du ciment fondu tous les corps nécessaires à sa constitution, compte tenu des cendres apportées par le charbon nécessaire à la fabrication du ciment. <Desc/Clms Page number 13> 17. Process for carrying out chemical or metallurgical reactions according to either of Claims 1 and 2, characterized in that cement klinker is produced by introducing into cement melted all the bodies necessary for its constitution, taking into account the ashes brought by the coal necessary for the manufacture of cement. <Desc / Clms Page number 13> 18. Procédé pour réaliser des réactions-chimiques ou métal- lurgiques selon les revendications 1 et 3 à 5, c a r a c t é r i s é en ce que 19on produit de la fonte en introduisant le minerai de fer et le rédue- teur dans un bain constitué principalement de la gangue du minerai de fer, de cendres de charbon et, éventuellement de fondants, on interrompt cette réduction pour réchauffer la masse fondue au moyen par exemple d9une combus- tion effectuée en son sein et on répète indéfiniment les périodes de réduc- tion et de chauffage alternées. 18. A process for carrying out chemical or metallurgical reactions according to claims 1 and 3 to 5, characterized in that cast iron is produced by introducing the iron ore and the reducing agent into a bath consisting mainly of of the gangue of the iron ore, of coal ash and, possibly of fluxes, this reduction is interrupted in order to reheat the molten mass by means, for example, of a combustion carried out therein and the periods of reduction and alternating heating. 19. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métallurgiques suivant les revendications 1 et 3 à 5, c a r a c t é r i s é en ce que, pour Inapplication à la production de zinc au départ de minerais oxydés de zinc, la masse fondue est formée par la gangue du minerai, des cendres de charbon et, au besoin des fondants et 19on produit la réduc- tion au moyen de poussier de charbon. 19. Process for carrying out chemical or metallurgical reactions according to claims 1 and 3 to 5, characterized in that, for the inapplication to the production of zinc from oxidized zinc ores, the melt is formed by gangue. ore, coal ash and, if necessary, fluxes and the reduction is produced by means of coal dust. 20. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métal- EMI13.1 lurgiques suivant les revendications 1 et 3 â 5, c a r a c t é r i s é en ce que, en vue de produire du gaz à l'eau, on chauffe une masse fondue, on suspend le chauffage puis on injecte de la vapeur d'eau avec du pous- sier de charbon dans la dite masse et 19on répète indéfiniment ce-cycle d'opérations. 20. Process for carrying out chemical or metal reactions EMI13.1 lurgical according to claims 1 and 3 to 5, characterized in that, in order to produce water gas, a melt is heated, the heating is suspended and then steam is injected with water. coal dust in said mass and this cycle of operations is repeated indefinitely. 21. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métal- lurgiques suivant la revendication 20, c a r a c t é r i s é en ce que le bain de masse fondue est principalement constitué par les cendres du charbon avec au besoin des fondants. 21. A process for carrying out chemical or metallurgical reactions according to claim 20, characterized in that the molten mass bath consists mainly of coal ash with fluxes if necessary. 22. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métal- lurgiques suivant les revendications 1 et 3 à 5, c a r a c t é r i s é en ce que pour obtenir du zinc au départ de blendes, on emploie une masse fondue constituée principalement par la guangue du minerai, de la cendre de charbon et éventuellement des fondants, on introduit la blende et 15air dans la masse fondue, de façon à griller la blende ce qui fait dissoudre l'oxyde de zinc dans la masse fondue, on augmente ensuite la température du bain en y brûlant l'oxyde de carbone provenant d'une réduction précé- dente avec au besoin un apport de charbon, puis on arrête cette insuffla- tion et l'on introduit le réducteur dans la masse fondue contenant l'oxyde de zinc et on répète indéfiniment les mêmes opérations. 22. A process for carrying out chemical or metallurgical reactions according to claims 1 and 3 to 5, characterized in that to obtain zinc starting from blends, a molten mass consisting mainly of the garment of the ore is used, coal ash and possibly fluxes, the blende and air are introduced into the melt, so as to roast the blende which dissolves the zinc oxide in the melt, then the temperature of the bath is increased by y burning the carbon monoxide resulting from a previous reduction with, if necessary, a supply of carbon, then this blowing is stopped and the reducing agent is introduced into the melt containing the zinc oxide and repeated indefinitely the same operations. 23. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métal- lurgiques suivant les revendications 1 et 3 à 5, caractérisé en ce que pour obtenir de la fonte au départ de minerais de fer conte- nant du soufre, on forme une masse fondue avec un mélange de guangue, de cendres de charbon et éventuellement des fontants, on introduit le minerai et l'air dans le bain, on suspend l'arrivée du minerai et on poursuit l'injection d'air jusqu'à désulfuration du bain, on injecte en- suite le poussier de charbon pour réduire l'oxyde de fer dissous avec au besoin, avant la réduction, réchauffage du bain au moyen d'une combustion faite en son sein. 23. A process for carrying out chemical or metallurgical reactions according to claims 1 and 3 to 5, characterized in that to obtain cast iron starting from iron ores containing sulfur, a melt is formed with a mixture. of guangue, coal ash and possibly fontants, the ore and the air are introduced into the bath, the arrival of the ore is suspended and the injection of air is continued until the bath is desulfurized, it is injected in - continuation of the coal dust to reduce the dissolved iron oxide with, if necessary, before the reduction, heating of the bath by means of combustion carried out within it. 24. Procédé pour réactions chimiques ou métallurgiques suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 3 à 5, c a r a c t é - risé en ce que pour produire du carbonate de sodium et de l'acide chlorhydrique, on part de sel marin que l'on introduit dans la masse fondue formée par du carbonate de soude, on chauffe cette masse en y pro- duisant une combustion en son sein et enfin on injecte de la vapeur d'eau. 24. Process for chemical or metallurgical reactions according to either of claims 1 and 3 to 5, character - ized in that to produce sodium carbonate and hydrochloric acid, one starts from sea salt which one introduces into the molten mass formed by carbonate of soda, one heats this mass while producing a combustion in it therein and finally one injects water vapor. 25. Procédé pour réactions chimiques ou métallurgiques sui- vant l'une ou l'autre des revendications 1 et 3 à 9, c a r a c t é r i s é en ce que pour produire de l'hydroxyde de sodium et de l'acide chlorhydri- que on chauffe une scorie quelconque fusible, on injecte dans ce bain de la vapeur d'eau qui se surchauffe et qui est.ensuite injectée dans une - deuxième masse fondue constituée par de la soude fondue contenant du chlo- rure de sodium. 25. A process for chemical or metallurgical reactions according to either of claims 1 and 3 to 9, characterized in that to produce sodium hydroxide and hydrochloric acid are obtained. heats any meltable slag, water vapor is injected into this bath, which overheats and which is then injected into a second molten mass consisting of molten soda containing sodium chloride. 26. Procédé pour réactions chimiques ou métallurgiques sui- <Desc/Clms Page number 14> vant l'une ou l'autre des revendications 1 et 3 à 5, c a r a e t é r i s é en ce que pour produire de l'hydrogène on emploie un bain de base formé de cendres de charbon fondues et contenant de l'oxyde de fer, on produit la réduction du fer en y introduisant du poussier de 'Charbon, on arrête l'in- jection de charbon, puis on insuffle de la vapeur dans le fer réduit qui décompose la vapeur en s'oxydant et en libérant de l'hydrogène, ces ré- ductions et insufflations étant répétées à volonté. 26. Process for chemical or metallurgical reactions following <Desc / Clms Page number 14> according to either of claims 1 and 3 to 5, characterized in that to produce hydrogen a base bath formed from molten coal ash and containing iron oxide is used, the reduction of iron is produced by introducing carbon dust into it, the injection of coal is stopped, then steam is blown into the reduced iron which decomposes the steam by oxidizing and releasing hydrogen , these reductions and insufflations being repeated at will. 27. Procédé pour réactions chimiques ou métallurgiques sui- vant l'une ou l'autre des revendications 1 et 3 à 5, c a r a c t é r i s é en ce qu'en vue de produire du phosphore au départ de minerais phosphatés, on constitue une masse fondue par du silicate de calcium, on introduit du phosphate de calcium et de la silice, on porte le bain chargé à haute tem- ' pérature puis on produit la réduction du'phosphore par du carbone, ces opérations étant répétées indéfiniment. 27. Process for chemical or metallurgical reactions according to either of claims 1 and 3 to 5, characterized in that, with a view to producing phosphorus from phosphate ores, a mass is formed. melted with calcium silicate, calcium phosphate and silica are introduced, the charged bath is brought to high temperature and then the reduction of the phosphorus with carbon is produced, these operations being repeated indefinitely. 28. Procédé pour réactions chimiques ou métallurgiques sui- vant l'une ou l'autre des revendications 1 et 3 à 5, c a r a c t é r i s é en ce que pour produire du sodium on part d'un mélange de carbonate de soude et de silice que l'on réduit par du carbone au sein d'une masse fon- due de silicate, on réchauffe la masse et on répète ces opérations. 28. Process for chemical or metallurgical reactions according to either of claims 1 and 3 to 5, characterized in that to produce sodium, starting from a mixture of sodium carbonate and silica which is reduced by carbon within a melted silicate mass, the mass is reheated and these operations are repeated. 29. Procédé pour réactions chimiques ou métallurgiques sui- vant l'une ou l'autre des revendications 1 et 3 à 5, c a r a c t é r i s é en ce que pour obtenir de l'acide fluorhydrique, on forme une masse fon- due de silicate de calcium, on introduit dans cette masse de la fluorine et de la silice puis on injecte de la vapeur d'eau, on réchauffe la masse fondue et on recommence. 29. Process for chemical or metallurgical reactions according to either of claims 1 and 3 to 5, characterized in that in order to obtain hydrofluoric acid, a molten mass of silicate is formed. of calcium, fluorite and silica are introduced into this mass, then water vapor is injected, the melt is reheated and the procedure is repeated. 30. Procédé pour réactions chimiques ou métallurgiques sui- vant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, c a r a c t é r i s é en ce que pour obtenir du plomb métallique à partir de galène, on constitue une masse fondue par de la guangue, on insuffle de la galène et de l'air ou de l'oxygène, on élève ensuite la température de la masse fondue au moyen d'une combustion, on injecte à nouveau de la galène, on enlève le plomb et on repasse au grillage. 30. Process for chemical or metallurgical reactions according to one or the other of claims 1 to 5, characterized in that to obtain metallic lead from galena, a molten mass is formed by the guangue. , one blows in galena and air or oxygen, one then raises the temperature of the melt by means of combustion, one injects again the galena, one removes the lead and one goes back to the roasting . 31. Procédé pour réactions chimiques ou métallurgiques sui- vant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, c a r a c t é r i s é en ce que pour obtenir du cuivre à partir de sulfures, on forme une masse fondue avec de la gangue, on injecte du sulfate de cuivre, du charbon et de l'air dans la masse. 31. A process for chemical or metallurgical reactions according to any one of claims 1 to 5, characterized in that to obtain copper from sulphides, a melt is formed with gangue, copper sulphate, charcoal and air are injected into the mass. 32. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métal- lurgiques suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, c a - r a c t é r i s é en ce que la phase de chauffage se produit pendant un temps suffisant pour que le bain ait emmagasiné une quantité de cha- leur suffisante pour la réalisation de la phase endothermique qui suit. 32. Process for carrying out chemical or metallurgical reactions according to either of the preceding claims, characterized in that the heating phase occurs for a time sufficient for the bath to have stored a sufficient amount of heat to achieve the endothermic phase which follows. 33. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métal- lurgiques suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, c a- r a c t é r i s é en ce que l'oxyde de carbone provenant de la période de réduction sert de combustible pendant la période de chauffage du bain. 33. A process for carrying out chemical or metallurgical reactions according to any one of the preceding claims, characterized in that the carbon monoxide from the reduction period is used as fuel during the reduction. bath heating period. 34. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métal- lurgiques suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, c a - r a c t é r i s é en ce que le charbon peut être injecté dans la masse fondue.au moyen d'un courant d'oxyde de carbone provenant de la période de réduction de gaz pauvre, de vapeur d'air ou de tout autre mélange ga- zeux. 34. Process for carrying out chemical or metallurgical reactions according to any one of the preceding claims, characterized in that the coal can be injected into the molten mass by means of a stream of carbon monoxide from the period of reduction of lean gas, air vapor or any other gas mixture. 35. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métallur- giques suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, c a r a c- t é r i s é en ce que l'on recueille séparément les différents gaz préle- vés à différents moments bien définis de l'opération, de façon à les util ser ultérieurement. <Desc/Clms Page number 15> 35. Process for carrying out chemical or metallurgical reactions according to either of the preceding claims, characterized in that the different gases sampled are collected separately at different well-defined times. of the operation, so that they can be used later. <Desc / Clms Page number 15> 36. Procédé pour réaliser des réactions chimiques ou métallur- giques à hautes température tel que ci-dessus décrit et revendiqué. 36. A process for carrying out chemical or metallurgical reactions at high temperature as described and claimed above.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1034594B (en) * 1955-07-16 1958-07-24 Union Rheinische Braunkohlen Process for heating gases and / or steaming to a high temperature
BE1000419A3 (en) * 1987-03-23 1988-12-06 Elsentooling Ireland Ltd Continuous metal prodn. from oxidic mineral - by smelting and redn. in catalyst bath in through-furnace

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