FR2579996A1 - - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE FUSION DE RENDEMENT ENERGETIQUE SUPERIEUR, CONVENANT PARTICULIEREMENT POUR L'EXTRACTION DU ZINC, MAIS EGALEMENT POUR L'EXTRACTION DE PLOMB ET DE CUIVRE DE MATIERES COMPRENANT DES CONCENTRES DE SULFURES ET DES MATIERES METALLIFERES OXYDEES. ON ETABLIT AU MOINS UNE ZONE D'OXYDATION ET AU MOINS UNE ZONE DE REDUCTION DANS UN FOUR, CHAQUE ZONE COMPRENANT UN BAIN DE SCORIES ET UN VOLUME DESTINE AUX GAZ; LES VOLUMES DESTINES AUX GAZ DES ZONES D'OXYDATION ET DE REDUCTION ETANT SEPARES PAR UNE CLOISON DE SEPARATION; ON INTRODUIT DES MATIERES PREMIERES COMPRENANT DES SULFURES METALLIQUES, AVEC DES FONDANTS, DANS LA OU CHAQUE ZONE D'OXYDATION, ET L'ON INTRODUIT DE L'OXYGENE OU UN GAZ RICHE EN OXYGENE DANS LE BAIN DE SCORIES SE TROUVANT DANS LA OU CHAQUE ZONE D'OXYDATION POUR Y OXYDER LES COMPOSES METALLIQUES ET PRODUIRE UN DEGAGEMENT DE GAZ RENFERMANT SO; ON TRANSFERE LES SCORIES RENFERMANT DES OXYDES METALLIQUES D'AU MOINS UNE ZONE D'OXYDATION A AU MOINS UNE ZONE DE REDUCTION; ON INTRODUIT DU CHARBON DANS LA OU CHAQUE ZONE DE REDUCTION POUR Y REDUIRE LES OXYDES METALLIQUES ET PRODUIRE DES GAZ RENFERMANT DU MONOXYDE DE CARBONE ET DE L'HYDROGENE; ON INTRODUIT UN COURANT BIEN AJUSTE D'OXYGENE DANS LA OU CHAQUE ZONE DE REDUCTION, LA QUANTITE D'OXYGENE DE CE COURANT ETANT SUFFISANTE POUR PRODUIRE UNE POST-COMBUSTION PARTIELLE DU MONOXYDE DE CARBONE ET DE L'HYDROGENE, DE FACON A DEGAGER DE LA CHALEUR QUI EST RESTITUEE AU BAIN DE SCORIES DE LA ZONE DE REDUCTION, TOUT EN LAISSANT LES GAZ SUFFISAMMENT REDUITS POUR GARANTIR QUE LE METAL REDUIT NE SE REOXYDE PAS; ET L'ON RECUPERE LE METAL REDUIT DANS AU MOINS UNE ZONE DE REDUCTION.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé d'affinage par fusion

pyrométallurgique, destiné à l'extraction, en premier lieu de zinc, mais également de plomb et de cuivre de matières premières comprenant des concentrés de sulfures, en particulier des concentrés de sulfures

mixtes et des matières métallifères oxydées.

Ce procédé utilise de l'oxygène pour oxyder les sulfures de la charge, la chaleur exothermique dégagée fondant la charge en formant des scories fondues d'une forte teneur en oxyde de zinc. On utilise du charbon

comme réducteur, en m9me temps que du charbon supplémen-

taire et de l'oxygène pour fournir davantage de chaleur au stade de réduction. On condense les vapeurs de zinc

et de plomb provenant du stade de réduction pour pro-

duire des métaux i l'état liquide. Ce procédé est sus-

ceptible d'un degré de contrôle et d'automatisation élevé. Ce procédé supprime la nécessité d'opérations de frittage ou de grillage et une récupération importante

des métaux.

Historiquement, on a produit du zinc dans des cornues, dans des piles électrolytiques et dans le four de fusion Imperial Smelting Furnace (ISF). Actuellement, on produit la presque totalité du zinc par le procédé électrolytique ou le procédé ISF. On utilise le procédé

ISF pour traiter des concentrés impurs et de basse qua-

lité, ainsi que des matières secondaires. Dans une cer-

taine mesure, sa viabilité économique est menacée en raison de sa forte utilisation de coke de coût élevé, de son faible rendement thermique et de la nécessité d'avoir recours à des stades de frittage et de raffinage

séparés. Dans une certaine mesure, le rendement économi-

S5 que du procédé électrolytique dépend de la faiblesse du coût de l'électricité. Ce procédé produit également un

résidu présentant des problèmes d'élimination.

La présente invention constitue une autre solu-

tion avantageuse pour remplacer le procédé ISF et elle présente les avantages d'une meilleure utilisation de la chaleur de réaction exothermique. de l'utilisation de charbon de faible coût comme réducteur, au lieu du coke métallurgique, et de la production d'un gaz de fort

pouvoir calorifique, comme sous-produit.

Le procédé KIVCET (brevets australiens 421 261; 456 550) a été utilisé industriellement pour traiter des

concentrés de cuivre souillés et, sous une forme modi-

fiée, il a été conduit pour traiter des concentrés de

plomb renfermant parfois certaines proportions de zinc.

On ne l'a pas appliqué industriellement à des matières

dans lesquelles le zinc est le métal prépondérant.

La variante du procédé KIVCET appliquée au cuivre implique la fusion au moyen d'un four cyclone de concentrés séchés avec de l'oxygène pour produire un

bain de fusion renfermant le plomb et le zinc éventuel-

lement présents à l'état oxydé sous la forme de scories et le cuivre sous la forme d'une matte. Le dégagement gazeux d'un anhydride sulfureux est d'une forte teneur

et peut être utilisé à des fins de production d'acide.

Les scories et la matte pénètrent, en passant sous une

cloison de séparation, dans une zone de four électro-

thermique o des agents réducteurs sont ajoutés au bain.

De la chaleur est fournie électriquement. On peut récu-

pérer du plomb à l'état de métal élémentaire des sco-

ries, des vapeurs de zinc peuvent se dégager et la matte de cuivre reste inchangée. Cette dernière est transférée

dans un convertisseur pour produire du cuivre ampoulé.

Le procédé KIVCET appliqué au plomb est ana-

logue, mais il n'est pas considéré comme approprié pour être adapté à des matières renfermant du zinc de façon prépondérante, sauf si l'on dispose d'électricité à faible coût, compte tenu des grandes quantités d'énergie

devant étre mises en jeu.

La Société Out ok umpu, en Finlande, a étudié la fusion du plomb, et elle étudie également l'émission de vapeur de zinc à partir des scories produites au cours de la fusion du plomb. Selon Out ok umpu (brevet austra-

lien 501 911), on effectue une fusion éclair de concen-

trés pour obtenir du plomb a l'état de métal en fusion et des scories liquides que l'on fait passer dans un four électrothermique o l'on produit des vapeurs de zinc en injectant des fines de charbon entrainées dans de l'azote. Lorsqu'on applique ce procédé à des matières renfermant de forts pourcentages de zinc, il se dégage une forte quantité de chaleur en raison de l'oxydation du sulfure de zinc. Au cours de la fusion éclair, cette chaleur est immédiatement utilisée entièrement pour la volatilisation de fortes quantités de plomb, ce qui entraine une charge du four à circulation importante fâcheuse. Dans le procédé QSL (brevet US N' 4 266 971),

mis au point par Lurgi en République Fédérale d'Alle-

magne, un bain de fusion de scories reçoit des concen-

trés de plomb en granules. Les granules pénètrent dans le bain dans lequel de l'oxygène est injecté. On obtient des scories à forte teneur en oxyde de plomb, que l'on réduit ensuite en plomb métallique dans une seconde partie du four en injectant du charbon. Autant qu'on le

sache, ce procédé n'a pas été développé pour la produc-

tion de vapeurs de zinc.

Le procédé ISASMELT (demande de brevet austra-

lien 90762/82) est un autre procédé de fusion à bain destiné à la fusion de concentres de plomb. Il consiste à ajouter du sulfure de plomb à des scories fondues à injecter de l'air dans le bain de scories pour l'agiter et à oxyder le sulfure de plomb en oxyde de plomb, et à réduire subséquemment l'oxyde en plomb métallique. On peut récupérer le zinc contenu éventuellement dans les concentrés de plomb et restant dans les scories en ajoutant un stade de dégagement de vapeurs des scories

au procédé.

Un procédé destiné à des matières premières renfermant surtout du zinc a été proposé par Davey et Yazawa. L'idée du procédé implique la réaction suivante à des températures élevées: ZnS + 02 = Zn + S02 Du fait que cette réaction est endothermique, il faut ajouter un combustible carboné, ce qui aboutit à un mélange d'oxydes de carbone et d'anhydride sulfureux dans les gaz qui se dégagent. Cela rend difficile la récupération du pouvoir calorifique dans le monoxyde de carbone non brûlé éventuel et peut aboutir à un mauvais rendement thermique. Il se pose également un problème

potentiel de récupération de la vapeur de zinc du cou-

rant gazeux complexe.

La présente invention met en jeu l'oxydation de concentrés de sulfure de zinc dans un bain de scories fondues par de l'oxygène industriel pour obtenir des scories renfermant des oxydes, suivie d'une réduction

par du charbon pour dégager des vapeurs de zinc métalli-

que que l'on recueille dans un condenseur à ruisselle-

ment pour plomb.

Les réactions sont exothermiques et, lorsqu'on utilise des matières de charge à base de sulfures sèches, l'oxydation est autogène. Les réactions sont représentées typiquement par l'équation: 2 ZnS + 302 = 2ZnO + SO2 La chaleur d'oxydation des matières à base de sulfures excédentaire est utilisée, ce qui est très important, pour fondre les matières zincifères oxydées et le fondant et pour les faire pénétrer dans les scories d'oxydes. Pendant -l'oxydation, les impuretés volatiles telles que l'arsenic, l'antimoine et le

cadmium sont éliminées dans la phase de vapeurs.

On peut modifier le stade d'oxydation en inclu-

ant et en maintenant une phase de sulfure fondue (matte). Cette phase constituée par la matte contribue à

l'oxydation de matières de charge réagissant plus lente-

ment, par exemple des particules plus grossières. S'il y a suffisamment de cuivre dans les matières de charge, la production d'une matte de cuivre ou de cuivre à l'état

de métal élémentaire peut être garantie.

On effectue la réduction de l'oxyde de zinc en

vapeur de zinc dans des conditions fortement réduc-

trices. Les réactions de réduction sont endothermiques.

Ainsi, il faut brûler du charbon supplémentaire dans le bain de scories, avec une injection d'oxygène limitée, de façon à garantir que le produit de combustion est

principalement CO.

On apporte de la chaleur supplémentaire au bain

de scories en brûlant partiellement les gaz qui se dé-

gagent au-dessus du bain de scories. Dans ce but, on transfère de la chaleur au bain, tout en maintenant des conditions suffisamment réductrices pour empêcher la reconversion du zinc en oxyde de zinc. On peut obtenir une telle "post-combustion" en injectant de l'oxygène dans les couches supérieures du bain ou dans '1 espace supérieur situé audessus du bain de scories, de façon à brûler la plus grande quantité possible de CO, tout en

maintenant une température de reconversion appropriée.

Cela doit donner une proportion CO/CO2 d'environ 2.

On peut utiliser une partie de la chaleur déga-

gée au cours du stade de post-combustion, qui n'est pas restituée au bain de scories, pour réduire les matières -à base de zinc et de plomb de recyclage en mettant ces matières en contact avec les gaz réducteurs chauds dégagés, avant leur pénétration dans le condenseur. On peut utiliser le stade de post-réduction pour ajuster la composition des gaz dégagés et la température, de façon

à se rapprocher des conditions de reconversion du zinc.

On peut facilement diminuer le volume de scories résiduelles produites lors de la réduction dans une zone ou un réacteur de réduction (et réduire ainsi les pertes de zinc et le fondant nécessaire) en ajoutant un autre stade pour réduire le fer à partir d'une partie du cou- rant de scories résiduelles. On renvoie alors le fer réduit au stade de réduction en zinc précédent, o il contribue à la réduction de l'oxyde de zinc. On renvoie les scories provenant du stade de réduction du fer au stade d'oxydation pour fluidifier le fer contenu dans

les matières de charge fraîches, ce qui réduit la quan-

tité de fondant nécessaire.

Le fer éventuel formé n'est pas à l'état fondu à

1350'C, sauf si les scories sont réduites dans une me-

sure telle que du carbone supplémentaire se dissout dans

le fer en abaissant son point de fusion. Il est cepen-

dant préférable d'avoir un bain de cuivre à l'état fondu dans le réacteur de réduction du fer pour dissoudre le fer produit et le renvoyer au stade de réduction du zinc

sous la forme d'une solution métallique.

La figure 1 est un schéma synoptique du procédé

avec les stades d'oxydation, de réduction plus post-

combustion, de condensation et d'élimination des impure-

tés des vaeurs de recyclage.

Les scories comprennent essentiellement FeO, Fe203, CaO, SiO2, AL203, PbO, ZnO, comme constituants, une composition typique pourrait être: Z FeO, 15 Z CaO, 20 Z SiO2, 5 Z Al203, 10 Z PbO,

Z ZnO.

On effectue, en général, la réaction d'oxydation à une température d'environ 1 350C. On injecte les matières de charge (concentrés, résidus, produits de reconversion, etc.) au-dessous de la surface du bain de scories fondues, ou en les amenant à la surface des bains de scories. On injecte de l'oxygène par des

tuyères ou des lances.

L oxydation primaire a lieu au cours de la combustion immergée de matières en particules au bout de la tuyère ou près de celui-ci. L'oxygène injecté oxyde également une partie de l'oxyde de fer des scories de l'état ferreux à l'état ferrique. Une partie des sul- fures ajoutés sont oxydés par le fer ferrique dans les scories. La séquence de réactions semble être la suivante: Au voisinage de la tuyère ou de son bout (du panache de la fumée): 2ZnS + 302 = 2ZnO + 2S02 (1) l2FeO + 302 = 6Fe203 (2)

2 2 3 (2)

Dans la masse des scories: ZnS + 3Fe203 = ZnO + 6FeO + SO2 (3) Selon un aspect important, il est désirable de maintenir des conditions telles que la concentration en oxyde de zinc de la solution soit maximale pour réduire le volume de scories et, par suite, la perte de zinc dans les scories. Pour y parvenir, il faut maintenir la

température aussi élevée que possible, mais une tempéra-

ture trop élevée provoque un dégagement de vapeurs ex-

cessif, en particulier en présence de composés du plomb.

Une température de 1 350 'C s'est avérée particulièrement appropriée. Selon un autre aspect, le potentiel d'oxydation des scories est important. Si les scories sont trop oxydées en présence de fortes concentrations de zinc, une phase de spinelle précipite, ce qui rend le zinc visqueux et inexploitable. Il est nécessaire, selon l'invention, d'injecter les concentrés et l'oxygène de façon à minimiser la réaction (2). En variante, on peut

injecter des concentrés au voisinage immédiat de l'oxy-

géne par la même tuyère. Cela est possible en présence de phases constituées par la matte liquide et le cuivre,

ce qu'on décrira plus loin.

Les vapeurs qui proviennent du stade d'oxydation sont séparées des gaz renfermant le S02. Ces derniers dépassent en général une teneur de 50 Z. en raison de

1 utilisation d'oxygène, et on peut facilement les uti-

liser pour produire de l'acide sulfurique. Les vapeurs renferment une forte proportion d'impuretés volatiles telles que As. Sb, Cd, Se. Toutes les vapeurs ou un courant de dégagement de celles-ci peuvent être traitées par voie hydrométallurgique pour éliminer ces impuretés avant de recycler les résidus de vapeurs de plomb et de

zinc.

On envoie les scories liquides de forte teneur

en zinc provenant du stade d'oxydation au stade de ré-

duction o du charbon et de l'oxygène sont injectés au-dessous de la surface. Il semble que les réactions qui ont lieu soient: ZnO + C = Zn + CO (4)

2C0 + 02 = 2C02 (5)

La pratique de l'injection de charbon et d'air dans des procédés de dégagement de vapeurs des scories discontinus est bien connue et n'a pas à être décrite ici. Le procédé en continu selon l'invention utilise de l'oxygène ou un mélange oxygène/air riche au lieu de l'air pour réduire le volume des gaz qui se dégagent et produire un sous-produit gazeux de plus fort pouvoir calorifique, que l'on peut utiliser avantageusement comme source d'énergie pour le raffinage du zinc ou pour

la production d 'oxygène.

Comme il est connu de façon générale, les gaz réduits quittent le bain de scories et sont entièrement oxydés au-dessus du bain pour former de l'oxyde de zinc, comme dans le cas de la production de vapeurs de zinc à

partir des scories, ou bien se condensent dans un con-

denseur à projection de plomb, comme dans le procédé ISF. C'est une caractéristique du présent procédé que d'introduire un courant d'oxygène bien ajusté dans la partie supérieure du stade ou réacteur de réduction, de g façon à effectuer une post-combustion partielle du CO et de l'H2 contenus en CO2 et H20, mais tout en laissant les gaz suffisamment réduits pour garantir que le zinc ne s'oxyde pas en oxyde de zinc. Le maintien d'une proportion rédisuelle CO/CO2 de 2 garantit que le zinc

ne s'oxyde pas lorsque les gaz passent dans le conden-

seur à projection de plomb. Le zinc est récupéré du condenseur et raffiné par distillation, comme dans le procédé ISF. Les gaz provenant du condenseur ont un plus grand pouvoir calorifique de combustible que les gaz provenant d'un procéde ISF, du fait qu'ils ne sont pas dilués par un grand volume d'azote, et peuvent être utilisés comme source d'énergie, pour une installation

de production d'oxygène associée.

Il y a lieu de noter, en particulier, que l'on effectue la postcombustion précitée de telle façon que la plus grande partie de la chaleur de combustion est restituée au bain de scories. Cela procure une partie de la chaleur nécessaire pour les réactions de réduction endothermiques et pour la volatilisation du zinc. Cela réduit donc la quantité de charbon qu'il serait, sinon nécessaire de brûler avec de l'oxygène supplémentaire

pour produire la chaleur. On peut effectuer cette post-

combustion en injectant de l'oxygène dans l'espace supé-

rieur situé au-dessus du bain de scories et en restitu-

ant de la chaleur au bain de scories par rayonnement et convection. La température des gaz qui quittent le réacteur de réduction est beaucoup plus élevée que la température

du bain de scories, du fait qu'ils contiennent une par-

tie de la chaleur libérée au cours du stade de post-

combustion. On peut utiliser une technique par laquelle le zinc à l'état d'oxyde en poudre fine et les matières de recyclage de plomb, obtenus au cours des stades de condensation, de raffinage et de traitement des vapeurs

du procédé selon l'invention, sont injectés dans le cou-

rant de gaz chaud. Ces oxydes sont réduits en vapeurs métalliques par le CO présent dans le gaz en même temps que la chaleur sensible dans les gaz. L'effet net de la post-réduction est d'améliorer le rendement énergétique du procédé en utilisant une partie de l'énergie chimique et en abaissant la température des gaz juste au-dessus de la température de réversion; cela réduit également

la charge thermique du condenseur.

Pour remplacer la solution de la post-

combustion, on peut obtenir un gain thermique ou un dégagement de chaleur analogue en injectant de l'oxygène dans le bain de scories, en des positions différentes de celles dans lesquelles le charbon est injecté, ce qui donne -des conditions locales fortement réductrices aux positions d'injection de- charbon et produit de la chaleur dans des conditions plus oxydantes prés des

points d'injection d'oxygène.

Les scories (scories résiduelles) produites dans la zone o le réacteur de réduction se sont avérées ne renfermer qu'un faible pourcentage de zinc et peuvent

être éliminées.

La figre 2 représente un diagramme conceptuel d'un type de réacteur destiné à mettre en oeuvre le

procédé décrit précédemment. Le réacteur 1 est un ré-

cipient à revêtement réfractaire refroidi à l'eau. Une cloison de séparation 2 dans le volume destiné aux gaz situés au-dessus du bain de scories sépare les gaz sulfureux (S02) quittant la zone d'oxydation 3 par une sortie 4 des gaz charges de zinc qui quittent la zone de réduction 5. Eventuellement, une cloison de séparation 6 peut être placée dans le bain de scories pour constituer une discontinuité entre les zones d'oxydation et de réduction du bain. Des cloisons supplémentaires dans le

bain de scories pourraient être présentes pour consti-

tuer des zones de réduction multiples. Des tuyères 7 1i servent à injecter de l'oxygène et/ou des matières de charge. des tuyères 8 à injecter de l'oxygène et/ou du charbon, tandis que des tuyères 9 sont destinées à effectuer la post-combustion. Les scories résiduelles sont retirées par une prise de soutirage en continu 10. Du gaz chargé de zinc sort par une sortie 11. D'autres

dispositions, ou même une série de réacteurs séparés.

pourraient réaliser les séquences de réaction de ce procédé. On injecte la charge et l'oxygène dans chaque zone au moyen de tuyères placées audessous du niveau

des scories. Des orifices de post-combustion sont dis-

posés au-dessus du niveau des scories dans la zone de réduction. Les scories sont retirées de la zone de

réduction par une prise de soutirage en continu.

La figure 3 est un schéma synoptique d'une variante du procédé qui comprend un stade de réduction en fer et un recyclage des scories à faible teneur en fer. Les stades d'oxydation et de réduction en zinc sont

décrits en se référant à la figure 1, avec les complé-

ments suivants.

Les scories résiduelles qui quittent le réacteur

de réduction en zinc se subdivisent en deux courants.

L'un de ces courants est éliminé, comme précédemment. Il

assure la décharge de l'oxyde de fer et d'autres ma-

tières constitutives de la gangue introduites avec les matières de charge et le charbon. L'autre courant est envoyé à un autre stade de réduction o du charbon et de l'oxygène sont injectés pour réduire l'oxyde de fer des scories en fer métallique. Dans une autre version de cette variante, une phase de cuivre à l'état fondu est présente dans la zone de réduction pour dissoudre le fer métallique produit et l'amener à l'état fondu dans un

four ou un réacteur de réduction du zinc.

Le fer dissous dans le cuivre joue le rôle de réducteur pour le zinc et se réoxyde en oxyde de fer. Le fer jouant le rôle de réducteur de cette façon remplace le charbon qui aurait dû, sinon, être ajouté, comme réducteur. L'effet global en est- que les besoins en charbon restent identiques avec l'addition du réacteur de réduction du fer, sauf une légère augmentation pour tenir compte des pertes thermiques provenant du four de réduction supplémentaire. Le cuivre appauvri en fer est recyclé dans un réacteur de réduction du fer pour recueillir davantage de fer. Il semble que la séquence -10 de réactions soit la suivante: Dans le réacteur de réduction du fer: (FeO) Scories + C = CO + (Fe) cuivre (6) Dans le réacteur de réduction du zinc: (Fe) Cuivre + (ZnO) scories=(FeO) Scories + (Zn) gaz (7) Il est important, du point de vue économique, que les gaz s'échappant du réacteur de réduction du fer soient utilisés efficacement. En mettant le charbon dans le réacteur de réduction du fer, au lieu du réacteur de réduction du zinc, on perd largement les deux effets

avantageux décrits ci-après.

(1) L'effet des gaz de combustion consistant à diluer la concentration de zinc dans les gaz s'échappant du réacteur de réduction du zinc et à fournir ainsi une concentration d'équilibre en zinc plus faible dans les scories résiduelles; (2) L'effet de l'oxyde de carbone (gaz CO) de restituer de la chaleur au bain de scories dans le réacteur de réduction du zinc par post-combustion

au-dessus du zinc.

Pour retrouver les avantages correspondants lorsqu'un stade de réduction du fer est inclus, il faut renvoyer les gaz d'échappement de la réduction du fer dans le réacteur de réduction du zinc. On peut le faire en purifiant les gaz et en les injectant dans le bain de

scories du réacteur de réduction du zinc.

L'un des aspects mentionnés précédemment comme contribuant au contrôle dans la zone d'oxydation était

la présence d'une phase constituée par une matte fondue.

Il semble qu'une phase constituée par une matte de forte teneur en sulfure cuivreux joue deux rôles dans le

contrôle chimique de la zone d'oxydation ou du réacteur.

En premier lieu, la matte a la capacité de dis-

soudre les concentrés de sulfure, ce qui aboutit à une diminution de la teneur en soufre de la phase de scories retirée de la zone de réaction. Il semble que cela soit dû au captage de la phase constituée par la matte et à la dissolution des particules de concentré de sulfure de zinc n'ayant pas réagi éventuelles. En l'absence de la phase constituée par la matte, ces particules, entourées par une enveloppe gazeuse de S02, se disperseraient dans la phase des scories sous la forme d'entités distinctes en réagisssant sur le Fe203 des scories (voir réaction (3)). En second lieu, l'équilibre entre la matte de cuivre, le cuivre métallique et le gaz SO2 fixe par effet-tampon le potentiel d'oxydation à un niveau auquel le dégagement de vapeurs n est pas excessif et auquel il ne se forme pas de spinelles associées au fer des scories. Son effet- tampon a lieu par production réversible de cuivre métallique si l'addition d'oxygène est excessive, et non par oxydation du fer des scories en oxyde ferrique et précipitation de spinelles. La précipitation d'une phase constituée par des spinelles peut provoquer une aumentation de viscosité et le moussage des scories. Si l'alimentation en oxygène est inadéquate, le cuivre métallique reformera du sulfure cuivreux. Dans ces conditions, la matte a également la capacité précitée de dissoudre les concentrés de sulfure ajoutés, au lieu de leur dispersion dans les scories et l'obtention d'une forte teneur en soufre résiduel dans

les scories.

La séquence de réactions décrite précédemment peut être résumée de la façon suivante. Avec une addition équilibrée d'oxygène: 2 ZnS + 302 = 2(Zn0) scories + 2S02 (8) Avec de l'oxygène en excès: (Cu2S) matte + 2 = 2Cu + 0S2 9) 2(ZnS) matte + 30 = 2(ZnO) scories + 2S02 (10) Avec une quantité d'oxygène insuffisante: 2Cu + 2ZnS + 02 = (Cu2S) matte + 2(ZnO) scories (11) 2ZnS = 2(ZnS) matte (12) Il y a lieu de noter qu'alors que la réaction (8) représente la réaction globale pour une alimentation en oxygène équilibrée, les réactions (9 à 12) peuvent

également avoir lieu simultanément.

Un inconvénient possible de l'utilisation d'une matte dans le réacteur d'oxydation consiste en ce qu'il y a un niveau d'équilibre d'environ 5 à 10 7. de Cu dans les scories. Il y aura lieu de le réduire dans le

réacteur de réduction en zinc pour récupérer le cuivre.

La proportion cuivre: zinc dans les scories est d'environ 1:4. Si les matières de charge présentent une proportion inférieure à celle-ci, le cuivre réduit en provenance des scories devra être renvoyé dans le réacteur d'oxydation pour maintenir la phase constituée

par la matte. Les scories retrouveront la même pro-

portion Cu: Zn et imposeront donc une charge de réduction supplémentaire au processus. Si les matières de charge présentent une proportion Cu: Zn supérieure, il se forme une matte ou, de préférence, une phase de cuivre métallique qui est renvoyée au réacteur

d oxydation.

Si du plomb est présent dans les matières de charge, il s'oxydera surtout en s'incorporant dans la phase des scories. Une partie se retrouvera dans des vapeurs recyclées vers la zone d oxydation. Le plomb des scories est réduit dans la zone de réduction; pour de faibles proportions plomb: zinc, il se volatilise en même temps que le zinc; pour de plus fortes proportions plomb: zinc, il se formera une phase de plomb solide séparée que l'on pourra prélever dans le réacteur, aux

fins d'élaboration ultérieure en plomb raffiné.

Des métaux précieux se retrouvent dans les phases de matte fondue ou métalliques prélevées et

peuvent en être récupérés par des procédés classiques.

En l'absence de matte ou de sous-produits métalliques,

il n'y aura pas de collecteur pour les métaux précieux.

La dernière variante décrite ici convient donc au mieux chaque fois que des quantités de métaux précieux

notables sont présentes dans le processus.

Les exemples non limitatifs qui suivent servent

à illustrer l'invention.

EXEMPLE 1

Cet exemple est celui d'une expérience à petite échelle représentative du stade d'oxydation du procédé selon l'invention (c'est-à-dire que la phase constituée

par la matte n'est pas présente).

On fond un bain initial de 1.733 grammes de scories dans un creuset d'alumine. Si l'on procédait à l'échelle industrielle, on utiliserait un récipient d'acier à revêtement réfractaire approprié. On injecte des concentrés d'oxygène et de zinc par une lance dans le bain de scories à un débit de 11 g/mn et 5 litres (de composition normale) par minute,respectivement, pendant minutes. On maintient le réacteur à 1.350'C. On capte les vapeurs émanant du réacteur dans un filtre à gaz (ou épurateur, ou barboteur). On pèse et l'on analyse les scories et les vapeurs finalement obtenues. Le bilan pondéral est le suivant: Matière Masse (g) %Zn %Pb %Cu %Fe %Si02 % Cao %AI203 Concentré Zn-Pb 686 35 16 0,4 13 0,8 0, 2 092 31 Scories initia- 1.733 22 0,6 0,44 1992 26$8 1194 6,2 0,7 les Scories finale s 1.880 27,7 3,6 0,41 18,7 1896 8,2 4 fialeus 114832 Vapeurs 113 17,7 56 0,05 0,3 - - - 694 Lorsqu'on insuffle seulement de l'oxygène dans un bain de scories de composition analogue pour obtenir les scories finales ci-dessus, la teneur en soufre des scories diminue à 0,6 Z. Cette expérience indique que le soufre est retiré du bain à un débit pratiquement équivalent à 0.35

tonne par heure de charge par tonne de capacité du bain.

tout en conservant des scories fluides d'une

concentration en zinc relativement élevée.

EXEMPLE 2

Cet exemple est celui d'une expérience à petite échelle représentative du stade de réduction du procédé

selon l'invention.

Comme on l'a indiqué, on réduit des scories renfermant de l'oxyde de zinc par des procédés en discontinu utilisant le dégagement de vapeurs des scories en utilisant du charbon et de l'air pour produire des oxydes de zinc. Le procédé selon l'invention produit de la vapeur de zinc élémentaire que l'on condense alors en zinc liquide. La présente invention utilise du charbon et de l'oxygène ou des mélanges riches oxygène/air, ces derniers pour réduire la quantité de gaz et pour augmenter son pouvoir calorifique. Cela augmente la teneur en zinc des gaz s'échappant du bain de scories, comme il est démontré ci-après. On prépare un bain de scories initial de 300 g de faible teneur en zinc-(2 Z Zn) et on le maintient à 1.300'C. On injecte de l'oxygène plus du charbon et de l'azote au moyen d'une lance au-dessous de la surface

des scories.

Le débit d'alimentation en oxygène est de 1,4 1/mn, le débit d'alimentation en azote (gaz porteur pour le charbon) de 1,5 l/m, et le débit d'alimentation

en charbon de 1,5 g/mn.

On simule une alimentation continue en scories de forte teneur en zinc en ajoutant 25 g de scories renfermant 18 Z de Zn toutes les 3 minutes. Dans ces conditions, le bain de scories s'équilibre à 3,4 Z Zn au

bout de 30 minutes.

Parmi les 1,5 g/mn de zinc ajouté dans les

scories de charge 0,3 g/mn se retrouvent dans le bain de-

scories et 1,2 g/mn dans le dégagement gazeux. On calcule que les gaz qui se dégagent obtenus renferment

Z de Zn pour une proportion CO/CO2 de 1:4.

EXEMPLE 3

Le tableau ci-après donne des exemples d'une gamme de compositions de scories de forte teneur en zinc s'avérant être fluides à une températures de 1.350'C, et à des potentiels d'oxydation en rapport avec les réactions de désulfuration, comme dans la réaction (1) ci-dessus. On mesure la fluidité au moyen d'un fluidimétre de Herty, et elle s'avère très bien appropriée pour la mise en oeuvre du présent procédé. On considère également, par l'expérience pratique, qu'elles

ont une fluidité appropriée.

Ne Temp. C % ZnO %PbO % Fe tot. Fe3+/Fe2+ %SiO2 %CaO %A1203

1 1.350 48,8 0,3 7,4 0,25 29,9 6,6 4,8

2 1.350 49,1 1,0 7,4 3,5 24,0 10,3 3,3

3 1.350 38,6 14,1 19,4 0,49 11,4 2,7 4,3

4 1.280 38,3 12,3 13,7 0,23 18,1 7,3 3,8

1.350 34,2 11,0 20,9 0,7 11,4 5,2 7,1

EXEMPLE 4

Cet exemple est illustré dans le diagramme

synoptique annexé, figure 4.

On injecte 52 kg d'une charge de concentrés de sulfures de plomb et zinc mélanges séchés, de matières vaporisée recyclée et de fondants, renfermant 14 Z Pbs, 41 Z ZnS, 9 Z FeS, 0,5 Z d'impuretés volatiles, le reste étant constitué par des matières de constitution de la gangue, dans un bain de scories placé dans un petit four à sole, la quantité totale d'oxygène injecté étant de 16 kg. La chaleur exothermique des réactions d'oxydation fond des matières entrantes et entraîne une température

de bain d'environ 1.250'C.

Les scories obtenues pendant le stade d'oxyda-

tion renferment 28 Z Zn et 12 Z Pb, environ 30 Z du plomb se retrouvant dans les vapeurs. Les scories de cette composition sont parfaitement fluides à la

température de 1.250'C.

On fait passer ces scories chaudes dans un récipient de réduction séparé. On injecte de l'oxygène dans le bain de scories et l'on ajoute 11 kg de charbon, comme réducteur et pour dégager de la chaleur pour maintenir le bain à 1.250'C et maintenir des conditions fortement réductrices. On réduit le plomb et le zinc à l'état de métal élémentaire et on les élimine du bain par volatilisation. On introduit de l'oxygène au-dessus du bain au moyen d'une lance pour brtler une partie du CO en CO2 et restituer la chaleur dégagée au bain de scories. La proportion CO/CO2 du gaz dégagé est maintenue au-dessus de 2. de sorte qu'on peut récupérer le plomb et le zinc des gaz dégagés sous forme métallique dans un condenseur à projection de plomb et qu'on obtient un gaz de fort pouvoir calorifique à

utiliser subséquemment comme combustible de chauffage.

La teneur en zinc des scories résiduelles est de 3 Z. par conséquent 97 Z du zinc sont récupérés. La récupération du plomb est pratiquement complète. 0,1 g

seulement se retrouvant dans les scories résiduelles.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'affinage, caractérisé en ce que: a) l'on établit au moins une zone d'oxydation et au moins une zone de réduction dans un four, chaque zone comprenant un bain de scories et un volume destiné au gaz, les volumes destinés au gaz des zones d'oxydation et de réduction étant séparés par une cloison de séparation; b) on introduit des matières premières comprenant des sulfures métalliques, avec des fondants, dans la ou chaque zone d'oxydation, et l'on introduit de l'oxygène ou un gaz riche en oxygène dans le bain de scories se trouvant dans la ou chaque zone d oxydation pour y oxyder les composés métalliques et produire un dégagement gazeux contenant S02; c) on transfère des scories renfermant des oxydes métalliques d'au moins une zone d'oxydation à au moins une zone de réduction d) on introduit du charbon dans la ou chaque zone de réduction pour y réduire les oxydes métalliques et produire des gaz contenant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène; e) on introduit un courant bien ajusté d'oxygène dans la ou chaque zone de réduction, la quantité d'oxygène contenue dans ledit courant étant suffisante pour effectuer une post-combustion partielle du monoxyde de carbone -et de l'hydrogène, de façon à dégager de la chaleur qui est restituée au bain de scories situé dans la zone de réduction, tout en laissant les gaz suffisamment réduits pour garantir que le métal réduit ne se reoxyde pas: et f) on récupère le métal réduit d'au moins une zone de réduction. *35

2. Procédé selon la revendication 1. caractérisé en ce que la matière première du stade (b) comprend des concentrés de sulfure de zinc, et en ce que le métal réduit du stade (f) est du zinc qui est élimié sous forme de vapeurs et recueilli par des moyens connus tels

qu'un condenseur à projection de plomb. -

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les matières volatiles produites au stade (b), qui peuvent comprendre l'arsenic, l'antimoine, le cadmium et un peu de zinc, sont éliminées sous forme de vapeurs avec le gaz dégagé, l'on en sépare du gaz riche en S02 pour l'utiliser comme sous-produit intéressant, on récupère les matières volatiles autres que le zinc des vapeurs, et l'on recycle les vapeurs de zinc dans la

zone d'oxydation.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on réduit le volume de scories résiduelles du stade de réduction en divisant les scories résiduelles en deux courants, en évacuant l'un de ces courants, et en envoyant l'autre courant dans un réacteur de réduction dans lequel l'oxyde de fer est réduit en fer métallique élémentaire que l'on recycle dans la zone de réduction des composés du zinc (ou de

réduction du zinc).

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on recycle les scories de faible teneur en fer provenant du réacteur de réduction des composés du fer (ou de réduction du fer) dans la zone d'oxydation du zinc.

6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé ence qu'on maintient une phase constituée par une matte fondue d'une forte teneur en sulfure cuivreux dans la

zone d'oxydation.

7. Procédé en fusion de zinc. caractérisé en ce qu'il comprend les stades suivants: a) l'on établit au moins une zone d'oxydation et au moins une zone de réduction dans un four, chaque zone comprenant un bain de scories et un volume destiné au gaz les volumes destinés au gaz des zones d'oxydation et de réduction étant séparés par une cloison de séparation; b) l'on maintient une phase constituée par une matte fondue, d une forte teneur en sulfure cuivreux, dans la ou chaque zone d'oxydation, on introduit des matières premières comprenant des sulfures de zinc, avec des fondants, dans la ou chaque zone d'oxydation, et l'on introduit de l'oxygène ou du gaz riche en oxygène dans le bain de scories se trouvant dans la ou chaque zone d'oxydation pour y oxyder les composés métalliques et produire un dégagement gazeux contenant des produits volatiles et SO2; bl) l'on élimine les gaz dégagés au cours du stade b) renfermant, à l'état de vapeurs, des produits volatiles qui. peuvent comprendre l'arsenic, l'antimoine, le cadmium et un peu de zinc, on en sépare du gaz de forte teneur en SO0 pour l'utiliser comme sous-produit intéressant; on sépare des produits volatiles autres que le zinc des vapeurs, et l'on recycle les vapeurs de zinc dans la zone d'oxydation; c) on transfère les scories renfermant de l'oxyde de zinc d'au moins une zone d oxydation à au moins une zone de réduction; d) on introduit du charbon dans la ou chaque zone de réduction pour y réduire les oxydes de zinc et produire des gaz renfermant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène; e) on introduit un courant bien ajusté d'oxygène dans la ou chaque zone de réduction, la quantité d'oxygène contenue dans ledit courant étant suffisante pour produire une post-combustion partielle du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, de façon à dégager de la chaleur qui est restituée au bain de scories se trouvant dans la zone de réduction, tout en laissant les gaz suffisamment réduits pour garantir que le zinc réduit ne z3 se réoxyde pas; f) on récupère le zinc réduit dans au moins une zone de réduction; g) on élimine les scories résiduelles d'au moins une zone de réduction, on divise les scories résiduelles en deux courants, on évacue l'un des courants, on envoie l'autre courant dans un réacteur de réduction dans lequel l'oxyde de fer est réduit en fer métallique élémentaire, on recycle le fer métallique élémentaire dans la zone de réduction, et l'on recycle les scories de faible teneur en fer du réacteur de réduction dans la

zone d'oxydation du zinc.

8. Procédé selon l'une quelconque des reven-

dications 4 et 9 caractérisé en ce qu'une phase de cuivre à l'état fondu est présente dans le réacteur de réduction du fer pour dissoudre le fer métallique et l'amener à l'état fondu dans la zone de réduction des

composés du zinc.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 4 et 9, caractérisé en ce qu'on purifie les gaz se dégageant du réacteur de réduction des composés du fer et on les recycle dans le bain de scories de la zone

de réduction des composés du zinc.

10. Procédé selon l'une quelconque des reven-

dications 1 et 7, caractérisé en ce qu un obstacle est présent dans les scories pour permettre un transfert limité de scories entre les zones d oxydation et de réduction.