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PROCEDE ET APPAREIL POUR LA SEPARATION DE METAUX.
La présente invention qui résulte des recherches faites par MM.
HIRSCH LOEVENSTEIN, Daniel MENEGOZ et Paul BELON, concerne un procédé pour la . séparation de métaux par vaporisation - particulièrement en vue de la sépara- tion de deux ou plusieurs métaux - ainsi qu'un appareil pour la réalisation dudit procédé.
L'application de l'invention est particulièrement avantageuse pour la¯séparation de métaux ayant des points d'ébullition assez différents, elle permet de pousser très loin cette séparation et d'obtenir les métaux à haut titre, en évitant l'entraînement, par le ou les métaux qui distillent, du ou des métaux qui doivent rester comme résidus de la distillation, tout en permettant d'obtenir un débit notable des métaux séparés.
L'invention s'applique surtout avec des résultats très intéres- sants aux distillations sous pression réduite.
Un des principaux traits du nouveau procédé suivant la présente invention est que la température et/ou la pression auxquelles s'opère l'éva- poration-du métal-le plus volatil, sont réglées en rapport avec la concentra- tion de ce métal dans le liquide soumis à la distillation.
Ainsi, lorsqu'il s'agit d'une distillation continue, au lieu de laisser s'établir de lui-même le régime des températures des concentrations, et des pressions dans l'espace distillatoire, en ne réglant ces facteurs qu' aux points extrêmes dudit espace, comme cela se fait généralement dans les pro- cédés de distillation connus, au contraire, le procédé de l'invention impose, en plusieurs points ou en des zones entières de l'espace distillatoire, les températures, les concentrations, les pressions déterminées, ou plusieurs de ces facteurs à la fois, ces 3,facteurs étant d'ailleurs liés par une relation .connue.
Il est ainsi possible de maintenir en chaque point de l'espace distil- latoire des conditions de température, de concentrations et de pressions tel-
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les que d'une part la distillation ne soit pas trop rapide, et que d'autre part, l'alliage ne risque jamais de s'y figer.
Le nouveau procédé permet entre autres de maintenir une pression voisine de celle de la tension de vapeur du métal le plus volatil, évitant ainsi la formation trop rapide, au sein du liquide, de bulles de ce métal, bul- les dont le dégagement trop rapide est généralement une cause d'entraînement mécanique de liquide par la vapeur.
Un autre trait de l'invention est le réglage des températures, en fonction de la concentration en métal le plus volatil variant tout au long de l'espace distillatoire, de telle sorte que la tension de vapeur de ce métal soit autant que possible partout la même.
Le procédé décrit peut être appliqué en faisant circuler le li- quide et la vapeur soit en courant parallèle, soit à contre-courant, à travers l'espace distillatoire, sans ou avec le soufflage d'un gaz ou d'une vapeur au- xiliaire.
Des résultats particulièrement favorables sont obtenus lorsque le procédé est pratiqué avec un liquide métallique à distiller, étalé en couche aussi mince que possible, et s'écoulant très régulièrement. Le procédé suivant l'invention peut être, en principe, réalisé dans différents appareils de types connus, à condition qu'ils soient munis de moyens appropriés au réglage de la température, de la pression ou de la température et de la pression, en plusieurs endroits déterminés de l'espace prévu pour la distillation, autres que les zo- neµ extrêmes de cet espace.
Cependant des résultats particulièrement favorables sont obte- nus à l'aide de l'appareil qui fait, lui aussi, l'objet de l'invention.
Le nouvel appareil suivant l'invention est spécialement adapté à éviter l'entraînement, par 'le métal qui distille, du ou des métaux dont on cherche à le séparer.
L'appareil comprend une ou plusieurs enceintes munies intérieu- rement de plateaux ou éléments de remplissage de types connus, créant dans 1' enceinte une succession de supports pour le liquide et d'espaces pour la va- peur métallique, plusieurs desdits espaces étant en communication avec un ou plusieurs condenseurs.
Tandis que dans les appareils à distillation connus, tels que colonnes, cornùes, etc... la communication avec un condenseur n'est faite qu' au niveau d'un seul espace appartenant à la vapeur métallique, niveau carac- térisé par une pression, une température et une composition des phases li- quides et gazeuses données, cette communication a lieu, dans l'appareil suivant l'invention, à plusieurs niveaux pouvant être caractérisés par des températu- res, des pressions et/ou compositions diverses.
En général, dans les colonnes à distiller les métaux, seule la partie supérieure de la colonne - espace au-dessus du dernier plateau - est relié directement au condenseur. Au contraire, dans les appareils de l'inven- tion, il existe plusieurs conduits reliant différents points de l'espace distil- latoire à un ou plusieurs condenseurs.
Ainsi que le montrent les fig. 1, 2 et 3 représentant à titre d' exemple, schématiquement, 3 formes d'exécution de l'invention, la communication avec les condenseurs, peut être faite en quelques points convenablement répar- tis suivant la hauteur de la colonne ou bien au-dessus de chaque plateau.
La fig, 1 montre le schéma d'une colonne-à distiller 1 munie de plateaux 2 et alimentée en métal ou alliage liquide, par une tubulure 3, à une certaine distance du sommet de la colonne. En plusieurs points situés à des hauteurs différentes, l'intérieur d'e la'colonne est relié au condenseur 4 par l'intermédiaire de conduits 5 qui peuvent-présenter des diamètres variables, suivant la perte de charge désirée, ou être munis de moyens de réglage du dé- bit de vapeur.
Le métal distillé, condensé en 4, s'écoule par la tuyère 6, tan- dis que le métal restant est évacué en 7. :La. communication 8 est prévue pour
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.le branchement éventuel d'un appareil destiné à maintenir dans la colonne la pression voulue; cela peut être une pompe à vide, un surpresseur, une colonne barométrique, un évent etc...
Le schéma de la fige 2 représente un appareil à triple corps formé par la superposition de trois colonnes 10, 11 et 12 communiquant entre elles par des conduits 9 munis éventuellement de moyens de réglage du débit de métal liquide qui s'y écoule et de moyens de maintien de la différence de pression existant entre chaque corps. L'alimentation en métal fondu, à distil- ler, se fait en 3, le métal restant est évacué, en 7. Chacune de ces 3 colon- nes (leur nombre pouvant d'ailleurs être variable) est reliée à un des conden- seurs 4a, 4b, 4c. Le métal condensé s'écoule en 6a, 6b, 6c.Lescondenseurs sont munis de prises de pression 8a, 8b, 8c.
Une variante analogue à la dis- ppsition de la figure 2, non représentée sur le dessin, comporte trois corps reliés à un seul et même condenseur par des conduits munis de moyens de main- tien de la différence de pression existant entre le condenseur et tous ou quelques-uns desdits corps.
La forme d'exécution schématisée par la figure 3 correspond à un appareil dans lequel tous les espaces libres au-dessus des plateaux commu- niquent par des ouvertures centrales 1' avec le condenseur 4 placé au-dessous d'un réservoir de métal restant 16. Les repères 3, 6, 7 et 8 désignent ici les mêmes organes que dans le schéma de la figure 1.
Il est bien entendu que l'appareil pour la distillation des mé- taux suivant l'invention peut être réalisé sous d'autres formes que celles re- présentées à titre d'exemple seulement aux figures 1, 2, 3; la disposition des différentes parties les unes par rapport aux autres, le nombre et la forme des organes figurés peuvent varier dans le cadre de la présente invention.
@ Afin d'illustrer le fonctionnement des diverses formes de l'ap- pareil décrit, on considérera, à titre d'exemple, le cas d'un alliage formé d'un métal A bouillant au-dessous de 1 1000 C et d'un autre B au point d'e'bul- lition supérieur à 1300 C; aux températures inférieures à 1000 C la tension de vapeur du second est faible vis-à-vis de celle du premier. L'alliage est in- toduit à l'état liquide par la tubulure 3 dans la colonne 1 de la figure 1.
Dans la région de la colonne au voisinage du niveau 3, le métal A bout; la par- tie de la colonne au-dessus de 3 constitue une zone de reflux. Au-dessous de
3 et jusqu'au bas de la colonne, la température va en croissant, tandis que la pression est fixée à la valeur voulue par communication directe de la va- peur avec le condenseur à travers les conduits 5.
Lorsque le reflux n'est pas nécessaire, le même alliage peut tre distillé par exemple dans l'appareil schématisé sur la figure 2. Il est pos- sible de maintenir dans chacun des corps 10, 11, 12 les pressions différentes pl, p2, p3 et températures différentes Tl, T2, T3 les plus convenables à 1' extraction maximum de métal A. Les concentrations en A dans l'alliage traité et en conséquence, les tensions de vapeur de A allant en diminuant depuis 1' entrée au corps 10 jusqu'à la sortie de 12, le procédé suivant l'invention uti- lisera de préférence pl > p2 > p3 et T3 > T2 > Tl, choisies de façon à éviter une distillation tumultueuse et l'entraînement du métal B.
Le schéma de la figure 3 est spécialement adapté aux distilla- tions avec pression uniforme le long de tout l'espace distillatoire. Les phases vapeur de tous les plateaux communiquent avec.le condenseur 4 par les ouvertu- . res centrales 14 dans les plateaux; la pression est donc réglée d'emblée pour tous les plateaux, tandis que la température - la plus basse en haut et la plus élevée en bas - peut être réglée à volonté le long de la hauteur de la colonne. Ici, comme dans la figure 2 les vapeurs cheminent en courant parallè- le avec le liquide, ce qui est évantageux dans le cas du type de mélange de 1' exemple choisi (métaux à points d'ébullition assez différents).
Bien entendu, la disposition inverse peut être adoptée, sans sortir du cadre de la présente invention.
Les appareils suivant 'l'invention peuvent fonctionner -en continu
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ou discontinu et peuvent être munis d'une colonne barométrique pour l'aliman- . tation ou/et l'extraction de métaux. ' @
Parmi les nombreuses applications possibles du procédé et de 1' appareil de l'invention, on citera en particulier celle de la séparation du zinc, de ses alliages avec l'aluminium pouvant contenir aussi d'autres mé- taux. Cette application présente un intérêt industriel important.
Des allia-¯ ges Zn-Al à plus de 50% Zn, par exemple 85%, sont traités sous une pression .réduite,, 0,1 - 15 mm de mercure, la température de l'alliage étant réglée de préférence de telle manière qu'elle dépasse de plusieurs degrés, par exemple
30 , le point de solidification de celui-ci en tous points de l'appareil. En opérant à des températures allant de celle du point de fusion de l'alliage jusqu' à 7000C on arrive à vaporiser la majeure partie de zinc et d'obtenir de l'aluminium à environ 2 à 3% de zinc, qui est éliminé dans une autre partie de l'appareil par l'élévation de la température et l'abaissement de la pression.
Ainsi pratiquement, tout le zinc peut être éliminé à 900 C sous un vide de
0,1 à 0,2 mm Hg; on sait que ce résultat ne pourrait être obtenu sous la pres- sion atmosphérique qu'à des températures beaucoup plus élevées.
REVENDICATIONS.
1/ Un procédé pour la séparation des métaux ou vaporisation, comprenant le réglage des températures, des concentrations et des pressions on destempératures, des condentrations et des pressions à la fois, à des valeurs très déterminées, en plusieurs points ou zones dans l'espace distillatoire.
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METHOD AND APPARATUS FOR SEPARATING METALS.
The present invention which results from research carried out by MM.
HIRSCH LOEVENSTEIN, Daniel MENEGOZ and Paul BELON, concerns a process for. separation of metals by vaporization - particularly with a view to separating two or more metals - as well as an apparatus for carrying out said process.
The application of the invention is particularly advantageous for the separation of metals having quite different boiling points, it makes it possible to push this separation very far and to obtain the metals at high titer, avoiding entrainment, by the metal or metals which distill, of the metal or metals which must remain as residues of the distillation, while making it possible to obtain a significant flow of the metals separated.
The invention applies above all with very interesting results to distillations under reduced pressure.
One of the main features of the new process according to the present invention is that the temperature and / or the pressure at which the evaporation of the more volatile metal takes place is regulated in relation to the concentration of this metal in the metal. the liquid subjected to distillation.
Thus, when it is a question of a continuous distillation, instead of letting the regime of the temperatures of the concentrations and of the pressures in the distillation space establish itself, by regulating these factors only at the points extremes of said space, as is generally done in known distillation processes, on the contrary, the process of the invention imposes, at several points or in whole zones of the distillation space, the temperatures, the concentrations, the determined pressures, or several of these factors at the same time, these 3 factors being moreover linked by a known relation.
It is thus possible to maintain at each point of the distillation space conditions of temperature, concentrations and pressures such as
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on the one hand, the distillation is not too fast, and on the other hand, the alloy never runs the risk of solidifying there.
The new process makes it possible, among other things, to maintain a pressure close to that of the vapor pressure of the most volatile metal, thus avoiding the too rapid formation, within the liquid, of bubbles of this metal, bubbles whose release too rapid. is generally a cause of mechanical entrainment of liquid by vapor.
Another feature of the invention is the adjustment of the temperatures, as a function of the concentration of the most volatile metal varying throughout the distillation space, so that the vapor pressure of this metal is as much as possible everywhere. even.
The process described may be applied by circulating the liquid and the vapor either in parallel or countercurrent flow through the distillation space, without or with the blowing of a gas or vapor at the same time. xiliary.
Particularly favorable results are obtained when the process is carried out with a metallic liquid to be distilled, spread in a layer as thin as possible, and flowing very regularly. The process according to the invention can, in principle, be carried out in various apparatuses of known types, provided that they are provided with means suitable for adjusting the temperature, the pressure or the temperature and the pressure, in several specific places in the space provided for the distillation, other than the extreme zones of this space.
However, particularly favorable results are obtained with the aid of the apparatus which is also the subject of the invention.
The new apparatus according to the invention is specially adapted to avoid the entrainment, by the metal which distills, of the metal or metals from which it is sought to separate it.
The apparatus comprises one or more enclosures provided internally with trays or filling elements of known types, creating in the enclosure a succession of supports for the liquid and spaces for the metallic vapor, several of said spaces being in the enclosure. communication with one or more condensers.
While in the known distillation apparatus, such as columns, cores, etc ... the communication with a condenser is made only at the level of a single space belonging to the metallic vapor, a level characterized by a pressure , a temperature and a composition of the liquid and gaseous phases given, this communication takes place, in the apparatus according to the invention, at several levels which can be characterized by various temperatures, pressures and / or compositions.
In general, in metal distillation columns, only the upper part of the column - the space above the last plate - is connected directly to the condenser. On the contrary, in the devices of the invention, there are several conduits connecting different points of the distillation space to one or more condensers.
As shown in Figs. 1, 2 and 3 showing, by way of example, schematically, 3 embodiments of the invention, the communication with the condensers, can be made at a few points suitably distributed according to the height of the column or else at- above each tray.
FIG, 1 shows the diagram of a distillation column 1 provided with trays 2 and supplied with metal or liquid alloy, through a pipe 3, at a certain distance from the top of the column. At several points located at different heights, the interior of the column is connected to the condenser 4 by means of conduits 5 which may have variable diameters, depending on the desired pressure drop, or be provided with means for adjusting the steam flow.
The distilled metal, condensed at 4, flows through the nozzle 6, while the remaining metal is discharged at 7.: La. communication 8 is planned for
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. the possible connection of an apparatus intended to maintain the desired pressure in the column; it can be a vacuum pump, a booster, a barometric column, a vent etc ...
The diagram in figure 2 represents a device with a triple body formed by the superposition of three columns 10, 11 and 12 communicating with each other by conduits 9 possibly provided with means for adjusting the flow rate of liquid metal flowing therein and with means for maintaining the pressure difference existing between each body. The supply of molten metal, to be distilled, takes place at 3, the remaining metal is discharged at 7. Each of these 3 columns (their number can also be variable) is connected to one of the condensates. sors 4a, 4b, 4c. The condensed metal flows into 6a, 6b, 6c. The condensers are fitted with pressure taps 8a, 8b, 8c.
A variant similar to the arrangement of FIG. 2, not shown in the drawing, comprises three bodies connected to one and the same condenser by conduits provided with means for maintaining the pressure difference existing between the condenser and all of them. or some of said bodies.
The embodiment shown diagrammatically in FIG. 3 corresponds to an apparatus in which all the free spaces above the trays communicate through central openings 1 'with the condenser 4 placed below a remaining metal tank 16. The references 3, 6, 7 and 8 here denote the same components as in the diagram of FIG. 1.
It is understood that the apparatus for the distillation of metals according to the invention can be produced in forms other than those shown by way of example only in Figures 1, 2, 3; the arrangement of the different parts with respect to each other, the number and the shape of the members shown may vary within the scope of the present invention.
@ In order to illustrate the operation of the various forms of the apparatus described, we will consider, by way of example, the case of an alloy formed of a metal A boiling below 1 1000 C and of another B at a boiling point greater than 1300 C; at temperatures below 1000 C the vapor pressure of the second is low compared to that of the first. The alloy is introduced in the liquid state through pipe 3 in column 1 of FIG. 1.
In the region of the column near level 3, the metal A boils; the part of the column above 3 constitutes a reflux zone. Below
3 and up to the bottom of the column, the temperature increases, while the pressure is fixed at the desired value by direct communication of the vapor with the condenser through the conduits 5.
When reflux is not necessary, the same alloy can be distilled for example in the apparatus shown schematically in FIG. 2. It is possible to maintain in each of the bodies 10, 11, 12 the different pressures p1, p2, p3 and different temperatures T1, T2, T3 most suitable for the maximum extraction of metal A. The concentrations of A in the alloy treated and consequently the vapor pressures of A decreasing from the inlet to the body 10 up to the exit of 12, the process according to the invention will preferably use p1> p2> p3 and T3> T2> Tl, chosen so as to avoid tumultuous distillation and the entrainment of the metal B.
The diagram in figure 3 is specially adapted for distillations with uniform pressure along the entire distillation space. The vapor phases of all the trays communicate with the condenser 4 through the openings. central res 14 in the trays; the pressure is therefore set straight away for all the trays, while the temperature - the lowest at the top and the highest at the bottom - can be adjusted as desired along the height of the column. Here, as in FIG. 2, the vapors flow in parallel with the liquid, which is advantageous in the case of the type of mixture of the example chosen (metals with quite different boiling points).
Of course, the reverse arrangement can be adopted, without departing from the scope of the present invention.
The devices according to the invention can operate continuously
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or discontinuous and can be fitted with a barometric column for the feed. tation or / and extraction of metals. '@
Among the many possible applications of the process and apparatus of the invention, there may be mentioned in particular that of the separation of zinc, its alloys with aluminum which may also contain other metals. This application is of significant industrial interest.
Zn-Al alloys with more than 50% Zn, for example 85%, are treated under a reduced pressure, 0.1 - 15 mm of mercury, the temperature of the alloy preferably being set in such a way. way that it protrudes by several degrees, for example
30, the point of solidification thereof at all points of the apparatus. By operating at temperatures ranging from that of the melting point of the alloy up to 7000C one manages to vaporize the major part of zinc and to obtain aluminum with approximately 2 to 3% of zinc, which is eliminated in another part of the apparatus by raising the temperature and lowering the pressure.
Thus practically all the zinc can be removed at 900 C under a vacuum of
0.1 to 0.2 mm Hg; it is known that this result could only be obtained under atmospheric pressure at much higher temperatures.
CLAIMS.
1 / A process for the separation of metals or vaporization, comprising the adjustment of temperatures, concentrations and pressures or temperatures, condentrations and pressures at the same time, to very determined values, at several points or zones in space distillation.