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La présente invention concerne un procède de préparai tion du zinc métallique. On obtient généralement le zinc métallique à partir de ses minerais par deux procédés prinei- paux : un procédé métallurgique par la chaleur et un procédé électrolytique. Les procédés métallurgiques par la chaleur consistent généralement à réduire l'oxyde de zinc à l'état métallique par des gaz carbonés réducteurs dans des cornues, tandis que le procédé électrolytique consiste à traiter le minerai de zino par un acide approprié, tel que l'acide sul- furique et à électrolyser la solution contenant du zinc ainsi obtenu pour recueillir le zinc. L'invention concerne un per- fectionnement du procédé de préparation métallurgique du zinc par la chaleur.
Le procédé de préparation métallurgique par la cha- leur,du zinc le plus couramment appliqué dans ces dernières.
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années consiste dans un procédé par charges intermittentes consistant à réduire une charge d'une matière contenant du zinc et du carbone. On s'est efforcé plus récemment d'élabo- rer un procédé continu. Les procédés les plus rédents de cette nature paraissent consiste dans l'application de la technique de la fluidisation décrite dans le brevet des Etats Unis d'Amérique N 2.478.912 du 16 Août 1949. On a constaté que chacun de ces procédés antérieurs comporte de graves restrictions à un ou plusieurs points de vue.
Par exemple, la restriction la plus importante de la plupart des procédés métallurgiques par la chaleur qui ont été élaborés consiste dans la tendance qu'ont des impuretés généralement combinées avec la matière première contenant du zinc à fondre et à .-, s'agglomérer. Un autre problème qui se pose dans les procé- dés antérieurs consiste dans la réoxydation du. zinc qui vient d'être réduit. Le procédé de l'invention décrit ci- après permet de remédier dans une large mesure à ces incon- vénients, ainsi qu'à d'autres.
Suivant l'invention, la réduction d'une matière pre- mière contenant du zinc s'effectue dans une masse de sel fondu. En amenant la matière zincifère en contact avec un gaz. réducteur dans ce milieu, la réaction a l'avantage de s'ef- fectuer plus rapidement, d'une manière plus efficace et à une température plus basse que par les procédés antérieurs.
On se rendra mieux compte des avantages du nouveau procédé de l'invention par une brève description des procédés actuels de préparation du zinc qui sont les suivants : a) Procédé par charges séparées.-
Le traitement type actuel par charges séparées s'ef- fectue dans plusieurs cornues chauffées extérieurement, d'un diamètre de 150 à 300 mm et atteignant 3 m de long. Les cor- nues sont ouvertes à une extrémité et leur extrémité ouverte est à une hauteur légèrement inférieure à celle de leur ex- trémité fermée. Elles sont chauffées par gaz ou huile par
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groupes d'un nombre quelconque de cornues. On les charge à la main ou au. moyen d'une machine spéciale qui amène la charge en place.
La charge consiste en un mélange légèrement humidi, fié d'oxyde de zinc et d'une matière carbonée, généralement de la houille anthraciteuse. Le zinc formé par la réaction . de réduction se condense et on le recueille à l'état liquide.
La durée du traitement est généralement de 24 à 48 heures d'une charge à la suivante. Il a toujours été reconnu que ce procédé, s'accompagne d'une forte. dépense de main-d'oeuvre, que la transmission de la chaleur est insuffisante , que la vitesse de la réaction est lente, que l'oxyde de carbone formé est perdu, qu'on perd du zinc par réoxydation à l'état d'oxyde de zinc, que la qualité du produit n'est pas constan-, te et que le rendement est faible. Il en. résulte que plu- sieurs procédés continus ont été préconisés. b) Procédés continus.-
Le procédé par.charges séparées précité a donné lieu à l'élaboration d'un procédé continu en cornues verticales, décrit en détail dans le tome 121 des "Transactions of the A.I.M.E." à partir de la page 427.
En bref, on forme des briquettes avec un mélange de la charge consistant en mine- rai d'oxyde ou concentré grillé, en liant et substance carbonée réductrice. On déshydrate les briquettes, puis on les cokéfie, et on les charge, de préférence lorsqu'elles sont encore chaudes en sortant du four de cokéfaction, dans la portion supérieure, d' une chambre de chauffage verticale dans laquelle elles sont chauffées pour terminer la réduction du zinc. Le métal et les gaz formés au cours de la réaction passent de bas en haut dans un condenseur -et les briquettes épuisées passent de haut en bas, où elles se déchargent.
L'installation nécessaire à l'application de ce procédé est compliquée et des précautions spéciales doivent être prises pour empêcher le zinc qui vient d'être réduit de se condenser
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dans le four ou de se réaxyder en formant de la poudre bleue. c) Procédé continu par fluidisation.-
Ainsi. qu'il a déjà été d.it, un procédé continu plus récent est basé sur la technique des solides fluidisés. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique précité donne la description d'un.procédé par lequel des composés de zinc réductibles en fines particules peuvent être réduits par un agent réducteur solide ou gazeux en introduisant le composé de zinc dans une zone réductrice qui consiste principalement en une suspension de particules d'un diluant solide dans un gaz.
Le zinc formé par la réduction sort d'une manière con- tinue du récipient de la réaction et se condense. Suivant le procédé du brevet précité, le composé de zinc broyé est admis à l'état de fine division ;dans une zone de réduction, avec le diluant solide. Un gaz de fluidisation e.st admis dans la portion inférieure de la zone de réduction de façon à maintenir le diluant solide et la matière contenant du-. zinc à l'état fluidisé.. La totalité de la couche fluidisée est chauffée par un moyen approprié à une température comp:
pi- se entre 871 et 1260 0. à laquelle le composé de zinc se réduit facilement sous l'action du carbone ou de l'oxyde de carbone en formant du zinc à l'état de vapeur qui sort avec l'oxyde de carbone. - d) Procédé de l'invention.-
Suivant l'invention, on réduit un composé oxygéné de zinc en fines particules par l'oxyde de carbone dans un bain fondu qui peut contenir avantageusement du carbone à 1'.état de fine division.
La vapeur de zinc ainsi formée sort d'une manière continue et on la condense par tout moyen appro prié: En admettant d'une manière continue les divers réactif, dans le bain fondu et en évacuant d'une manière continue les produits de l'installation, l'opération toute entière peut s'effectuer d'une manière ne comportant, pas les inconvénients évidents des procédés par charges séparées décrits ci-dessus,
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Un autre avantage du nouveau pro.cédé, en particulier lorsqu'on le compare avec les divers procédés continus dé- crits ci-dessus, consiste dans la simplicité de l'installa- tion nécessaire par comparaison avec les installations forte, ment spécialisées -des procédés antérieurs.
D'autres avantages @ apparaîtront au cours de la description qui en est donnée ci-après. @
La principale différence par rapport aux procédés antérieurs consiste dans le choix d'un bain fondu. comme mi- lieu dans lequel s'effectue la réduction d'un composé réduc- tible. de zinc. Le point de fusion des substances qui consti- tuent le bain fondu doit être inférieur à la température à laquelle s'effectue la réduction, et en même temps leur tension de vapeur doit être très faible à la température de la réaction. De plus, on a constaté qu'il convient dans cer- tains cas de constituer un ou plusieurs des éléments du bain fondu par une substance qui forme un flux avec les impuretés prévues de la matière première zincifére à réduire.
Il a été découvert que les halogénures de métaux alcalins et alcalino- terreux, ainsi que leurs mélanges; conviennent particulière- ment à l'application du procédé de l' invention. On a constaté que le chlorure de sodium ou de potassium ou leurs mélanges contenant ou non du chlorure de lithium possèdent des proprié tés combinées particulièrement avantageuses et conviennent très bien à l'application du procédé. Le milieu de la réac- tion consistant en un bain fondu, on remédie complètement aux inconvénients des procédés antérieurs, qui résultent de la. tendance des charges à fondre, ou à s'agglomérer.
Les caractéristiques essentielles de la -masse fondue d'halogénure consistent dans sa stabilité, c'est-à-dire qu'elle reste à l'état fondu sans dégager de fumées excessives à la tempéra. tureet à la pression auxquelles le zinc peut se dégager de la masse fondue à l'état de vapeur, dans une certaine action de balayage exercée sur les oxydes et autres impuretés combla
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nés avec la matière première à raffiner et enfin dans son inertie chimique à l'égard de l'agent réducteur et du zinc du produit. On peut se procurer les chlorures alcalins dans le commerce au degré de pureté nécessaire, ils possèdent les propriétés combinées désirées et forment des masses fondues appr opriées.
Les bains de sels fondus qu'on choisit de préférence sont ceux qui sont en principe chimiquement inertes à l'égard des composés zincifères non métalliques, en particulier de l'oxyde, et par conséquent les bains qu' on choisit de préfé- rence ne constituent en principe que des supports qui exer- cent une action de dispersion sur les réactifs dans des conditions de température et de dispersion réglées avec soin, Si les bains de sels fondus dissolvent d'une manière appré- ciable les composés'zincifères, non seulement il est plus difficile d'en éliminer le zinc à l'état de métal par rédùc- tion et distillation, mais encore le bain de sels s'accumule sous forme d'éléments de contamination solubles qui font finalement diminuer son efficacité au. point de le rendre bientôt inutilisable.
Si le bain ne contient pas ces agents chimiques actifs de formation d'un flux, il peut servir à peu près indéfiniment.
La charge du composé oxygéné de zinc en fines parti- cules introduite dans le bain de sel fondu peut consister en minerai de zinc brut ou en minerai de zinc enrichi. Si on dispose de ce dernier minerai, par exemple sous forme de concentré grillé, on le réduit en poudre fine par tout moyen approprié afin d'accélérer la réaction de réduction désirée.
Le composé oxygéné de zinc en fines particules peut aussi consister dans la pellicule ou couche d'oxyde de zinc recouvrant un noyau de zinc métallique telle que la poudre bleue-, dans les scories de zinc, par exemple provenant des bacs de galvanisation, dans l'écume et autres produits indus..
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triels de rebut impurs ou. sous-produits dont on dispose, cette catégorie de substances consiste aussi par exemple en mélanges d'oxydes impurs parsemés de grains de métal (gran@- les gros et fins) obtenus en écumant la surface des chaudiè- res à zinc, des bacs de galvanisation, etc.-Les grains de. métal et les résidus d'oxydes métalliques peuvent être consi- dérés comme des charges convenant au procédé de préparation décrit ci-après:
Toutes' ces substances se caractérisent d'une manière' générale par un noyau de zinc métallique ou d'un alliage à base devine et d'une croûte ou couche superficielle d'un ou plusieurs composés oxygénés de zinc, par exemple d'oxydes ou de sulfates, et peuvent aussi contenir des chlo- rures. et des composés analogues. Les-tentatives antérieures qui ont été faites en vue de fondre ces résidus dans des fours de fusion ordinaires, n'ont guère donné de résultats satisfaisants à cause de la difficulté de chauffer et de fai- re fondre les composés de zinc entourant le noyau de zinc.
Un autre procédé antérieur consiste à traiter les résidus , pour en éliminer chimiquement la croûte impure, à l'aide d'un aci- de ou d'un flux dans lequel la croûte impure se dissout, et pour recueillir le zinc pur par des procédés sous forme commercialement utilisable il est nécessaire de séparer le zinc de la pellicule résiduelle de l'agent de traitement chimique de purification et de le refondre.
La réaction de réduction s'effectue dans le bain fondu au moyen d'un gaz réducteur qui est admis dans le bain à l'état de très fine division. On peut choisir n'importe quel gaz réducteur approprié, et on a obtenu des résultats particulièrement efficaces avec des mélanges contenant de l'oxyde de carbone et des gaz d'hydrocarbures tels que le ga naturel. Le gaz réducteur a tendance à se dissoudre dans le bain de sel fondu et par conséquent on obtient une réaction entre le gaz dissous et le solide à réduire, outre la réactio entre le gaz lui-même et ce solide.
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On a constaté que pour établir avec certitude les . conditions de réduction dans l'installation, il convient d'a- jouter du carbone au, bain à l'état de fine division. Les. particules de carbone subissent une agitation continue sous l'action du ga introduit dans la masse fondue et par suite viennent en contact d'une manière continue avec le composé tel que l'anhydride carbonique qui se forme par la réduction de l'oxyde de zinc, et que les particules réduisent en refor- mant de. l'oxyde de carbone.
Il résulte de la réaction que la vapeur de zinc et d'autres produits gazeux se dégagent d'une manière continue du bain et en sortent. On choisit la température de la réac- tion de façon que la tension de vapeur du zinc ait une valeur appréciable, de sorte qu'il est.possible d'opérer à une température inférieure au, point d'ébullition du zinc (93000.) et à une température inférieure à celle à laquelle on opère d'habitude. Par exemple, la réduction, s'effectue. suivant l'invention à une température comprise entre environ. 760 et 843 C. et plus élevée.
La vapeur de zinc et les autres gaz passent dans un condenseur et, en réglant la température du condenseur, on peut obtenir le zinc soit à l'état liquide soit à l'état de solide en fines particules.
Il y a lieu de plus de remarquer que l'atmosphère au-dessus de la masse fondue dans laquelle la vapeur de zinc se dégage peut être une atmosphère inerte telle qu'une atmos phère d'argon ou une atmosphère réductrice et de préférence à une pression inférieure à la pression atmosphérique. Mais dans tous les cas, elle doit être une atmosphère dans laque 1. le la vapeur de zinc ne se réoxyde pas et ne se condense pas.
La vapeur formée dans le bain fondu passe ainsi librement en sortant du bain dans un. espace rempli de vapeur dans lequel elle-ne subit pas de modification appréciable, puis dans un dispositif collecteur tel qu'un. condenseur, dans lequel on peut la recueillir. @
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Les exemples suivants font encore ressortir les avan- tages de l'invention.
Exemple 1 -
On prépare un mélange en mélangeant intimement 162 par- -ties en poids d'oxyde de zinc, 30 Rôties en poids de carbone et 850 parties.en poids de chlorure de sodium. On charge le mélange dans un four à réaction comportant un dispositif de chauffage et on le chauffe à une température d'environ 850 C.
Une fois le sel fondu, on y introduit de l'oxyde de carbone par un tube poreux, de façon à répartir 'le gaz uniformément. dans la msssé fondue. Le four comporte Lui couvercle avec orifice d'échappement permettant au produit gazeux de s'échap- per. Les gaz dégagés passent dans un .condenseur en graphite dans lequel on recueille ..un produit métallique brillant de zinc élémentaire* Quoique cette opération s'effectue par charges séparées, il est facile de la transformer en une opération continue.
Exemple 2 - On maintient au. cours de l'essai à une température comprise entre 900 et 950 0 une charge formée par 55 g d'écu- me de zinc impur,et 200 g de chlorure de sodium ducommerce (NaCl). On réduit l'oxyde combiné avec le zinc en faisant passer un courant continu de gaz naturel dans un tube partant du couvercle et pénétrant dans la masse fondue pendant envi- ron une heure. On maintient le .débit d'introduction du gaz naturel à une valeur suffisante pour faire apparaître un cou- rant constant de bulles sortant de la masse fondue.
Les gaz dégagés, contenant une certaine quantité de gaz naturels n'ayant pas réagi, une certaine quantité de vapeur de zinc et une certaine quantité de gaz obtenus par la. réaction de la charge d'oxyde et du gaz naturel, passent dans un récipient en verre refroidi à 21 C dans lequel les vapeurs de zinc se ' condensent et que les autres gaz traversent sans se condenser, On fait arriver le gaz naturel dans la masse fondue pendant .
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une heure et il en résulte que 28 g d'écume se transforment en zinc métallique qui se condense dans les tuyaux de commu- nication et dans le condenseur en verre. On constate gue le zinc recueilli sous forme de poudre grise+contient pas d'oxy- gène et fond facilement en formant un bouton de métal mou.
Des joints liquides appropriés empêchent l'air de diffuser en retour dans le condenseur ou le réacteur.
Il ressort de ce qui'précède que le nouveau procédé se caractérise par plusieurs avantages. Il y a lieu de remar, quer en premier lieu que l'installation nécessaire est sim- -ple. Les seuls éléments principaux nécessaires de l'instal- lation sont en principe : un dispositif de production d'un gaz réducteur approprié tel que le gaz à l'eau,le gaz .de gazogène ou l'oxyde de carbone pur, un four de réduction et un condenseur. Il est évident que si l'on ne dispose pas du composé réductible de zinc sous forme de fines particules) l'installation, doit comporter un dispositif permettant de l'obtenir. sous cette forme.
Ce dispositif peut comporter un four dans lequel les sulfurés ou autres composés de zinc ,sont transformés en oxyde de zinc et un. dispositif de broyage servant à pulvériser l'oxyde. L'installation peut comporter éventuellement, dans. le cas où on recueille le zinc à l'état fondu, un dispositif permettant de couler le zinc.
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The present invention relates to a process for preparing metallic zinc. Metallic zinc is generally obtained from its ores by two main processes: a heat metallurgical process and an electrolytic process. Metallurgical processes by heat generally involve reducing zinc oxide to metallic state by reducing carbon gases in retorts, while electrolytic process involves treating zino ore with a suitable acid, such as sulfuric acid and electrolyzing the zinc-containing solution thus obtained to collect the zinc. The invention relates to an improvement of the process for the metallurgical preparation of zinc by heat.
The method of metallurgical preparation by heat, of zinc most commonly applied in the latter.
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Years consists of an intermittent charge process of reducing a charge of a material containing zinc and carbon. More recently, attempts have been made to develop a continuous process. The most basic methods of this nature appear to consist in the application of the fluidization technique described in United States Patent No. 2,478,912 of August 16, 1949. It has been found that each of these prior methods includes serious restrictions in one or more points of view.
For example, the most important restriction of most heat metallurgical processes which have been developed is the tendency of impurities generally combined with the zinc-containing raw material to melt and agglomerate. Another problem which arises in the prior processes is in the reoxidation of. zinc which has just been reduced. The process of the invention described below makes it possible to overcome to a large extent these drawbacks, as well as others.
According to the invention, the reduction of a raw material containing zinc takes place in a mass of molten salt. By bringing the zinciferous material into contact with a gas. As a reducing agent in this medium, the reaction has the advantage of proceeding more quickly, in a more efficient manner and at a lower temperature than by previous methods.
The advantages of the new process of the invention will be better understood by a brief description of the current processes for preparing zinc which are as follows: a) Process by separate charges.
The current typical batch treatment is carried out in several externally heated retorts, 150 to 300 mm in diameter and up to 3 m in length. The horns are open at one end and their open end is at a height slightly less than that of their closed end. They are heated by gas or oil by
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groups of any number of retorts. We load them by hand or by. by means of a special machine which brings the load into place.
The charge consists of a slightly moistened mixture of zinc oxide and a carbonaceous material, usually anthracite coal. Zinc formed by the reaction. reduction condenses and is collected in the liquid state.
Treatment time is typically 24 to 48 hours from one charge to the next. It has always been recognized that this process is accompanied by a strong. expenditure of labor, that the heat transmission is insufficient, that the rate of the reaction is slow, that the carbon monoxide formed is lost, that zinc is lost by reoxidation in the state of zinc oxide, that the quality of the product is not constant and the yield is low. It. As a result, several continuous processes have been recommended. b) Continuous processes.
The aforementioned separate batch process gave rise to the development of a continuous vertical retort process, described in detail in volume 121 of the "Transactions of the A.I.M.E." from page 427.
Briefly, briquettes are formed with a mixture of the filler consisting of oxide ore or roasted concentrate, binder and reducing carbonaceous substance. The briquettes are dehydrated, then coked, and charged, preferably while still hot, leaving the coking oven, in the upper portion, of a vertical heating chamber in which they are heated to complete the heating. reduction of zinc. The metal and gases formed during the reaction pass from bottom to top in a condenser - and the spent briquettes pass from top to bottom, where they are discharged.
The installation necessary for the application of this process is complicated and special precautions must be taken to prevent the zinc which has just been reduced from condensing.
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in the oven or to reactivate by forming blue powder. c) Continuous process by fluidization.
So. as has already been said, a more recent continuous process is based on the technique of fluidized solids. For example, the aforementioned United States patent discloses a method by which fine particle reducible zinc compounds can be reduced by a solid or gaseous reducing agent by introducing the zinc compound into a zone. reducing agent which consists mainly of a suspension of particles of a solid diluent in a gas.
Zinc formed by the reduction continuously exits the reaction vessel and condenses. According to the process of the aforementioned patent, the ground zinc compound is admitted in the state of fine division, in a reduction zone, with the solid diluent. Fluidization gas is admitted to the lower portion of the reduction zone so as to keep the diluent solid and the material containing it. zinc in the fluidized state. The whole of the fluidized layer is heated by suitable means to a temperature comp:
peak between 871 and 1260 0. at which the zinc compound is easily reduced under the action of carbon or carbon monoxide, forming zinc in the vapor state which leaves with carbon monoxide. - d) Method of the invention.
According to the invention, an oxygenated zinc compound is reduced to fine particles by carbon monoxide in a molten bath which can advantageously contain carbon in the state of fine division.
The zinc vapor thus formed leaves in a continuous manner and is condensed by any suitable means: By continuously admitting the various reagents, into the molten bath and by continuously removing the products from the installation, the entire operation can be carried out in a manner which does not include the obvious drawbacks of the separate batch processes described above,
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Another advantage of the new process, especially when compared with the various continuous processes described above, is the simplicity of the installation required as compared to the highly specialized installations. prior processes.
Other advantages @ will become apparent during the description which is given below. @
The main difference from previous methods is the choice of a molten bath. as the medium in which the reduction of a reducing compound takes place. zinc. The melting point of the substances which constitute the molten bath must be lower than the temperature at which the reduction takes place, and at the same time their vapor pressure must be very low at the temperature of the reaction. In addition, it has been found that it is appropriate in certain cases to constitute one or more of the elements of the molten bath by a substance which forms a flux with the expected impurities of the zinciferous raw material to be reduced.
It has been found that the alkali and alkaline earth metal halides, as well as their mixtures; are particularly suitable for the application of the process of the invention. It has been observed that sodium or potassium chloride or their mixtures, whether or not containing lithium chloride, have particularly advantageous combined properties and are very suitable for the application of the process. Since the reaction medium consists of a molten bath, the drawbacks of the prior processes which result from the invention are completely overcome. tendency of charges to melt, or to agglomerate.
The essential characteristics of the molten halide mass are its stability, that is to say, it remains in the molten state without giving off excessive fumes at temperature. ture and at the pressure at which the zinc can escape from the molten mass in the vapor state, in a certain sweeping action exerted on the oxides and other impurities filled
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born with the raw material to be refined and finally in its chemical inertness with regard to the reducing agent and the zinc of the product. Alkali chlorides are commercially available in the necessary degree of purity, possess the desired combined properties and form suitable melts.
The preferred molten salt baths are those which are in principle chemically inert with respect to non-metallic zinc compounds, in particular the oxide, and therefore the preferred baths which are not chosen. constitute in principle only carriers which exert a dispersing action on the reactants under carefully controlled temperature and dispersion conditions. If the molten salt baths appreciably dissolve the zinc compounds, not only it is more difficult to remove the zinc as a metal therefrom by reduction and distillation, but still the salt bath accumulates in the form of soluble contaminants which ultimately reduce its effectiveness. point of making it unusable soon.
If the bath does not contain these active chemical flux-forming agents, it can be used almost indefinitely.
The feed of the fine particulate oxygenated zinc compound introduced into the molten salt bath may consist of raw zinc ore or enriched zinc ore. If the latter ore is available, for example in the form of roasted concentrate, it is reduced to a fine powder by any suitable means in order to accelerate the desired reduction reaction.
The fine particulate zinc oxygenated compound can also consist of the zinc oxide film or layer covering a metallic zinc core such as blue powder, in zinc slag, for example from galvanizing tanks, in the scum and other industrial products.
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unclean garbage or. by-products available, this category of substances also consists, for example, of mixtures of impure oxides sprinkled with metal grains (large and fine) obtained by skimming the surface of zinc boilers, galvanization, etc.-The grains of. metal and metal oxide residues can be considered as fillers suitable for the preparation process described below:
All of these substances are generally characterized by a core of metallic zinc or an alloy based on devine and a crust or surface layer of one or more oxygenated compounds of zinc, for example oxides or sulphates, and may also contain chlorides. and analogous compounds. Previous attempts to melt these residues in ordinary melting furnaces have yielded little satisfactory results because of the difficulty of heating and melting the zinc compounds surrounding the nucleus of the metal. zinc.
Another prior method is to treat the residue, to chemically remove the impure crust therefrom, using an acid or a flux in which the impure crust dissolves, and to recover the pure zinc by methods. in commercially usable form it is necessary to separate the zinc from the residual film of the chemical purification treatment agent and to remelt it.
The reduction reaction is carried out in the molten bath by means of a reducing gas which is admitted into the bath in the state of very fine division. Any suitable reducing gas can be chosen, and particularly effective results have been obtained with mixtures containing carbon monoxide and hydrocarbon gases such as natural ga. The reducing gas tends to dissolve in the molten salt bath and consequently a reaction is obtained between the dissolved gas and the solid to be reduced, in addition to the reaction between the gas itself and this solid.
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It was found that to establish with certainty the. reduction conditions in the installation, carbon should be added to the bath in the finely divided state. The. carbon particles undergo continuous agitation under the action of the gas introduced into the melt and therefore come into continuous contact with the compound such as carbon dioxide which is formed by the reduction of zinc oxide , and that the particles reduce by reforming. carbon monoxide.
As a result of the reaction, zinc vapor and other gaseous products are continuously released from the bath and out. The temperature of the reaction is chosen so that the vapor pressure of the zinc has an appreciable value, so that it is possible to operate at a temperature below the boiling point of zinc (93000.) and at a temperature lower than that which is usually carried out. For example, reduction takes place. according to the invention at a temperature between approximately. 760 and 843 C. and higher.
Zinc vapor and other gases pass through a condenser, and by adjusting the temperature of the condenser, zinc can be obtained either in the liquid state or in the solid state in fine particles.
It should further be noted that the atmosphere above the melt into which the zinc vapor is given off may be an inert atmosphere such as an argon atmosphere or a reducing atmosphere and preferably at a lower temperature. pressure lower than atmospheric pressure. But in all cases, it must be an atmosphere in the lacquer 1. The zinc vapor does not reoxidize and does not condense.
The vapor formed in the molten bath thus passes freely on leaving the bath in a. space filled with vapor in which it does not undergo appreciable modification, then in a collecting device such as a. condenser, in which it can be collected. @
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The following examples further demonstrate the advantages of the invention.
Example 1 -
A mixture is prepared by thoroughly mixing 162 parts by weight of zinc oxide, 30 parts by weight of carbon and 850 parts by weight of sodium chloride. The mixture is loaded into a reaction furnace with a heater and heated to a temperature of about 850 ° C.
Once the salt has melted, carbon monoxide is introduced into it through a porous tube, so as to distribute the gas uniformly. in the melted msssé. The oven has a cover with an exhaust port allowing the gaseous product to escape. The evolved gases pass through a graphite condenser in which a shiny metallic product of elemental zinc is collected. Although this operation is carried out in separate charges, it is easy to convert it into a continuous operation.
Example 2 - Maintain at. during the test at a temperature between 900 and 950 0 a charge formed by 55 g of impure zinc scum and 200 g of commercial sodium chloride (NaCl). The oxide combined with the zinc is reduced by passing a continuous stream of natural gas through a tube from the cover and entering the melt for about an hour. The rate of introduction of natural gas is maintained at a value sufficient to cause a constant stream of bubbles to appear from the melt.
The gases evolved, containing a certain quantity of unreacted natural gas, a certain quantity of zinc vapor and a certain quantity of gas obtained by the. reaction of the charge of oxide and natural gas, pass into a glass vessel cooled to 21 C in which the zinc vapors condense and that the other gases pass through without condensing. The natural gas is made to arrive in the mass fondue during.
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one hour and as a result 28 g of scum turns into metallic zinc which condenses in the communication pipes and in the glass condenser. It is observed that the zinc collected in the form of a gray powder + contains no oxygen and melts easily, forming a soft metal button.
Appropriate liquid seals prevent air from diffusing back into the condenser or reactor.
It emerges from the above that the new process is characterized by several advantages. First of all, it should be noted that the necessary installation is simple. The only main elements necessary for the installation are in principle: a device for producing a suitable reducing gas such as water gas, gasifier gas or pure carbon monoxide, a furnace reduction and a condenser. It is obvious that if one does not have the reducible compound of zinc in the form of fine particles) the installation must include a device making it possible to obtain it. under this form.
This device may include an oven in which the sulphides or other zinc compounds are transformed into zinc oxide and a. grinding device for pulverizing the oxide. The installation may possibly include, in. in the case where the zinc is collected in the molten state, a device for pouring the zinc.