FR2649191A1 - Unite pour l'obtention du plomb metallique a partir des concentres de plomb sulfures - Google Patents

Abstract

L'invention concerne la métallurgie des métaux non ferreux. L'unité pour l'obtention du plomb métallique à partir des concentrés de plomb sulfurés comprend une capacité 1 séparée par une cloison 4 verticale en une chambre de fusion 5 et une chambre électrothermique 6 mises en communication par un orifice 8 dans la cloison 4. La cloison 4 est disposée de façon que le rapport de la surface de la section transversale de la chambre électrothermique 6 à la surface de la section transversale de la capacité 1 se trouve dans les limites déterminées par l'inégalité : (CF DESSIN DANS BOPI) où S1 est la surface de la section transversale de la chambre électrothermique 6; S2 est la surface de la section transversale de la chambre de fusion 5. L'invention est destinée à l'utilisation dans les processus de traitement de la matière première sulfurée contenant du plomb et de celle contenant du plomb et du zinc.

Description

i

La présente invention concerne la métallur-

gie des métaux non ferreux, un appareillage pour le traitement de la matière première sulfurée et, en

particulier, la construction d'unités pour l'obten-

tion du plomb métallique à partir des concentrés de

plomb sulfurés.

Le processus technologique dans les unités pour l'obtention du plomb métallique à partir des

concentrés de plomb sulfurés dans le cas de la fu-

sion autogène comprend trois stades principaux: - oxydation des sulfures de plomb, de zinc, de fer contenus dans la matière première de plomb sous atmosphère d'oxygène; - réduction par le carbone du plomb en métal dans le bain fondu d'oxydes obtenus; - séparation du plomb métallique en suspension

dans l'oxyde de plomb.

Le premier stade, qui est un stade d'oxy-

dation, se déroule avec dégagement de chaleur et la réduction - avec absorption de chaleur. Comme le pouvoir calorifique de la matière première à base de plomb sulfurée n'est pas grand, on a besoin

d'utiliser pour le processus tout entier des sour-

ces de chaleur supplémentaires (combustible carbo-

nique, énergie électrique). De ce fait, le problème consiste à réduire le nombre de sources de chaleur

supplémentaires pour une unité de production indus-

trielle, ce problème coïncide avec celui de la ré-

duction du dégagement des gaz technologiques nocifs

dans l'environnement.

On connait une unité pour l'obtention du plomb métallique à partir de concentrés de-plomb sulfurés sous forme d'un cylindre creux de faible longueur (rapport diamètre/longueur d'environ 3/5) tournant autour de son axe ("ungnq. a. Minis, Nu 10,

1982, pp. 64 à 65, 69, 71).

Ce cylindre est recouvert d'une enveloppe étanche munie d'une tubulure d'évacuation des gaz, de dispositifs de chargement de la matière première à base de plomb et d'un réducteur solide ainsi que des dispositifs d'admission du combustible liquide et de l'oxygène. L'unité fonctionne suivant plusieurs séquences successives: char'ement-fusion-évacuation

des produits de fusion.

On charge d'abord dans l'unité la matière première de plomb sulfurée en même temps que les flux et on introduit de l'oxyTaène. Lors de l'oxydation des

sulfures de métaux, la chaleur se dégage, grâce à la-

quelle les oxydes obtenus et les flux forment un bain fondu à haute teneur en ox-des de plomb. Ensuite, on charge un réducteur solide (petit coke) et du mazout et on admet de l'air pour la combustion. Lors de la

combustion du mazout, la chaleur se décage et compen-

se les pertes de chaleur par la paroi du cvlindre et

la consommation de chaleur pour la réduction des oxy-

des de plomb en métal. Le taux de réduction des oxy-

des de plomb est contrôlé par le dosace de la teneur en carbes éantilonsde banfrrdixfs. On crsre la réduction commnne achevée, lorsque la teneur en plomb du laitier constitue environ 2 % de la quantité de pDlomb charqée avec la matière première à base de plomb. Après la

réduction, l'évacuation du laitier épuisé et l'obten-

tion du plomb brut, l'unité est prête pour une nou-

velle mise en marche, pour un nouveau cycle de fusion 30.de la matière première et notamment pour la réduction

d'un bain fondu d'oxydes.

L'inconvénient de la construction de l'uni-

té indiquée consiste en ce qu'il est impossible d'ob-

tenir en continu la chaleur pour l'oxydation des sul-

fures de métaux présents dans la matière première de plomb. Une partie importante de la chaleur résultant de l'oxydation des sulfures est consorrmimée pour le

chauffage de l'unité dans la période de mise en mar-

che. En outre, la chaleur résultant de l'oxydation des sulfures se dégage d'une façon irrégulière dans le temps: au stade initial, lorsque la quantité de - sulfures dans le cylindre est maximale, le dégagement

de chaleur au cours de leur oxydation est le plus in-

tense. Cependant, lorsque la cuantité de sulfures O10 dans le cylindre diminue à la suite de la réduction, c'est-à-dire avant la période de réduction consommant de la chaleur, l'apport de chaleur consécutif à l'oxydation des sulfures mentionnés diminue. De cette

façon, la période o le dégagement de chaleur résul-

tant de l'oxydation des sulfures est le plus intense

est éloignée dans le temps (l'unité fonctionne de ma-

nière séquentielle) de la période de consommation in-

tense de la chaleur pour la réaction de réduction des

oxydes de plomb en métal. Par suite de cette discor-

dance des stades de dégagement et de consommation de la chaleur pour le travail de l'unité, on a besoin de

faire appel à d'importantes scurces de chaleur supplS-

mentaires, à savoir la combustion du mazout. Cela con-

duit non seulement à l'augmentation de la consommation

d'énergie spécifique par une unité de production in-

dustrielle, mais également à une évacuation accrue des gaz nocifs sur le plan sanitaire provenant de la fusion

et exigeant-une épuration poussée (les gaz de combus-

tion du mazout sont pollués par des composés de plomb).

On connait également une unité pour l'obten-

tion du plomb métallique à partir de concentrés de

plomb sulfurés présentant une capacité cylindrique gar-

nie de briques réfractaires ayant un rapport diamètre sur longueur d'environ 1/10, dont l'axe est disposé

horizontalement de façon telle que la partie inférieu-

re du cylindre soit la sole et sa partie supérieure

la voûte. ("J. Metals", v. 34, No 6, 1982, pp. 60-

64). Cette capacité est partagée en deux zones

au-dessous de l'axe horizontal par une cloison ver-

ticale ayant une perforation près de la sole; soit une zone de chargement de la matière première et une zone de réduction du bain fondu de façon telle que la section transversale de la zone de réduction constitue environ 0,65 de la surface de la section transversale de toute la capacité. Dans la zone d'oxydation de la matière première, un dispositif de chargement de la matière première à base de

plomb granulée avec un diamètre de granules d'envi-

ron 1 cm est disposé sur la voûte de la capacité

et on a également disposé sur la voûte'de la capa-

cité dans la zone de réduction des brûleurs pour la

combustion du combustible gazeux ou liquide. La so-

le dans les zones de réduction et d'oxydation est dotée de tuyères. Dans la zone d'oxydation, on admet

par la tuyère de l'oxygène et dans la zone de réduc-

tion un mélange de charbon et d'air. La cacacité

dans la zone d'oxydation a un orifice pour l'évacua-

tion du plomb et un trou de coulée est prévu à l'extrémité du cylindre dans la zone de réduction

pour l'évacuation du laitier épuisé en plomb.

En outre, la capacité est dotée d'un ori-

fice pour l'évacuation des gaz.

L'unité fonctionne comme suit.

Le matériau chargé dans la capacité cylin-

drique sous forme de granules est un mélange de ma-

tière première de plomb sulfurée, de flux et de poussières oxydées de recyclage ayant une humidité d'environ 8 %. De ce fait, lors de l'oxydation des

granules mentionnés, une partie de la chaleur déga-

gée est simultanément consommée pour l'évaporation et

le chauffage de la vapeur d'eau jusqu'à une tempéra-

ture qui n'est pas supérieure à 950 C. Cette tempéra-

ture est optimale, étant donné qu'à une température plus élevée une transformation indésirable du plom'

en Dhase vapeur-gaz augmente brusquement et le gar-

nissage se détruit rapidement, tandis qu'à une tempé-

rature plus basse la productivité du stade de fusion

oxydante décroît. C'est pDurquoi la présence de l'hu-

midité-dans les granules sert à maintenir la tempéra-

ture du bain fondu au niveau requis. Le bain fondu d'oxydes à une teneur élevée en oxydes de plomb, qui s'est formé à la suite de l'oxydation de la matière première sulfurée, se déverse par la cloison dans la zone de réduction. Dans la zone de réduction, les

oxydes de plomb sont réduits en métal grace au souf-

flage d'un mélange de charbon et d'air à travers le bain fondu. Le plomb métallique précipité sur la sole et coule progressivement par l'orifice de la cloison dans la zone d'oxydation, le laitier épuisé en plomb est évacué de la capacité par le trou de coulée. Afin

d'assurer une haute productivité de l'unité et d'em-

pécher l'augmentation de la viscosité du bain fondu d'oxydes, on élève sa température, au fur et à mesure de son écoulement de la cloison au trou de coulée du

laitier, jusqu'à 1 150 C par suite du bralage du com-

bustible amené au moyen d'un chalumeau à la voûte de la zone de réduction. Les gaz, formés dans la zone de réduction, arrivent à la zone d'oxydation et sont évacués de la capacité de pair avec les gaz résultant de l'oxydation des sulfures. Cependant, par suite d'une réduction artificielle indispensable du pouvoir

calorifique de la matière première sulfurée par aug-

mentation de son humidité jusqu'à 8 % aui est arrêtée par une faible tenue du -arnissa7e a la chaleur dans le bain fondu d'ox_-des de plomb à une teneur élevée en oxydes de plomb, celui-ci arrive dans la zone de réduction de l'unité avec une basse enthalpie

(T = 950 C). De ce fait, afin d'assurer une tempéra-

ture élevée (1 150 C) nécessaire à la réduction, de compenser les dépenses de chaleur pour la réaction de réduction des oxydes de plomb en métal ainsi que de compenser de grandes pertes de chaleur;zar les parois de la capacité dans la zone de réduction

étendue, on a besoin de fournir une Quantité impor-

tante comnlémentaire de chaleur par brlage de com--

bustible gazeux ou liquide. En outre, l'unité indi-

quée n'a pas de zone de décantation de repos du bain

fondu pour en séparer le plomb métallique-en suspen-

sion, ce qui contribue à l'aurmentation des pertes en plomb entra né avez le laitier épuisé. L'unité en

qcuestion doit alors être munie d'un dispositif con-

plémentaire pour la décantation du plomb en suspen-

sion, tel au'un d5canteur électrirue. Les deux parti-

cularités de construction de cette unité: utilisa-

tion d'un garnissa7e protecteur réfractaire et souf-

flaae du bain fondu par un mrélinge de charbon et

d'air dans la zone de réduction, conduisent à des dé-

penses complémentaires de chaleur, notamment à des dépenses de chaleur pour l'évaporation de l'huridité

et le chauffaae de la vaneur d'.eau (en effet, ces dé-

penses sont compensées par utilisation du combusti-

ble dans la zone de réduction) et aux dépenses de

chaleur sous forme d'énergie.électrique pour la dé-

cantation du plomb métallique en suspension dans un

décanteur électrique complémentaire.

On connait enfin une unité rour l'obten-

tion du plomb métallique partir de concentrés de

plomb sulfurés (US,A, 4 519 836) contenant une cana-

cité, dont la paroi inférieure sert de sole et a un orifice d'évacuation du plomb métallique, capacità séparée par une cloison verticale en deux chambres mises en communication l'une avec l'autre A l'aide d'un orifice dans la cloison disposé près de la sole: une chambre de fusion munie d'un dispositif

pour une admission simultanée de l'oxygène, du con-

centré de plomb sulfuré et d'un réducteur solide

et d'un conduit d'évacuation des gaz ayant un ori-

fice pour la sortie des gaz et une chambre 5lectro-

thermique, dotée d'électrodes, d'un trou de coulée pour le laitier et d'un orifice pour la sortie des vapeurs. La cloison est alors disposée de façon que

le rapport de la surface de la chambre électrother-

mique à la surface de la section transversale de la capacité soit égal à: 0,653 = 70,5 m2 108 m Dans cette unité, sont réunis trois stades technologiques essentiels du traitement de la matière première sulfurée, à savoir le stade d'oxydation des sulfures contenus dans la matière première jusqu'a l'état d'oxydes, le stade de réduction des oxydes de plomb en plomb métallique et le stade de décantation du plomb métallique en suspension. Le traitement de la matière première sulfurée dans l'unité mentionnée

est réalisé de la manière suivante.

Dans le mélange de flux finement broyés,

de concentré sulfuré, de poussière oxydée de recycla-

ge et de réducteur carbonique (petit coke, charbon)

admis à la chambre de fusion par le dispositif d'ame-

née de la charge et de l'oxygène, seuls les sulfures de plomb, de zinc, de fer et de cuivre contenus dans

la matière première de plomb sulfurée entrent en ré-

action, tandis que les particules de réducteur ayant une haute température d'inflammation, grâce à leur

grande dimension, n'arrivent pas à s'oxyder sensi-

blement. De cette façon, dans la partie inférieure de la chambre de fusion, le mélange initial chargé se transforme par suite d'une interaction sélective avec l'oxygène, en mélange de petites gouttes du bain fondu d'oxydes et de particules de réducteur carboné. Ces particules de réducteur tombent sur la surface du bain fondu d'oxydes se trouvant dans la partie inférieure de la chambre de fusion et forment ainsi une couche de réducteur d'une hauteur de 50 à 500 mm. Les gouttes de bain fondu d'oxydes contenant

les oxydes de plomb passent par la couche carbonée.

Les oxydes de plomb sont alors réduits en plomb mé-

tallique sous l'effet de la chaleur dégagée lors de l'oxydation de la matière première à base de plomb sulfurée et en partie sous l'action de la chaleur cédée par le bain fondu se trouvant au-dessous de la couche carbonée. Ceci est obtenu par le fait que la chambre de fusion et la chambre électrothermique sont reliées par l'orifice dans la cloison avec le bain fondu de laitier commun, selon le principe des vases communicants. De ce fait, une partie de la chaleur dégagée dans la chambre électrothermique

grâce à l'énergie électrique est fournie à la cham-

bre de fusion. Le bain fondu dans lequel les oxydes de plomb sont réduits en plomb métallique après être passé par la couche carbonée se réunit au bain fondu

se trouvant sous la couche carbonée, la partie essen-

tielle des gouttes de plomb précipite alors et les

plus petites gouttes arrivent dans la chambre élec-

trothermique en même temps que le bain fondu d'oxydes.

Dans cette chambre, a lieu la précipitation de petites gouttes de plomb métallique. Le bain fondu d'oxydes épuisé en plomb est évacué de l'unité par le trou de

coulée pour le laitier. La fusion de la matière pre-

mière à base de plomb sulfurée dans l'unité indiquée est réalisée en continu et l'évacuation du bain fondu d'oxydes épuisé en plomb et du plomb métallique obtenu

peut être réalisée en continu ou périodiquement.

Cependant, la fusion de la matière première

à base de plomb sulfurée dans l'unité indiquée est ca-

ractérisée par une consommation élevée d'énergie élec-.

trique atteignant 400 à 500 kWTh par tonne de la charge O10 (mélange de concentrés de plomb sulfurés, de flux et

de produits oxydes de recyclage).

En outre, la fusion est accompagnée d'un dé-

bit élevé de produits oxydés de recyclage et d'une te-

neur élevée du laitier épuisé en fine suspension de

plomb métallique, ce qui baisse, en général, l'extrac-

tion directe du plomb à partir de la matilre première sous forme de plomb métallique et augmenteles frais

de l'unité de production industrielle.

On s'est proposé de perfectionner la cons-

truction de l'unité pour l'obtention du plomb métalli-

que à partir des concentrés de plomb sulfurés par le choix d'un rapport entre les surfaces de la zone de chargement et de la zone de réduction du bain fondu qui assurerait la possibilité d'organiser un transfert de la chaleur de la chambre électroto.rmique à la chambre de fusion favorisant l'accroissement du taux

d'extraction directe du plomb, tout-en réduisant si-

multanément la consommation spécifique d'énergie élec-

trique. La solution consiste en ce que dans l'unité

pour l'obtention du plomb métallique à partir de con-

centrés à base de plomb sulfurés comprenant une capa-

cité, dont la paroi inférieure fait fonction de sole ayant un orifice d'évacuation du plomb métallique, capacité divisée par une cloison verticale en deux chambres, reliées au moyen d'un orifice pratiqué dans la cloison et disposé près de la sole, donc en

une chambre de fusion dotée d'un dispositif d'admis-

sion simultanée de l'oxvQène du concentré de plomb

sulfuré et du réducteur solide et d'un conduit d'éva-

cuation des gaz avec l'orifice de sortie des gaz, et en une chambre électrothermique munie d'électrodes, d'un trou de coulée pour le laitier et d'un orifice

de sortie des vapeurs, suivant l'invention, la cloi-

son est disposée de façon que le rapnort entre la surface de la section transversale de la chambre

électrothermique et la surface de la section trans-

versale de la capacité se trouve dans les limites déterminées par l'inégalité: Si

0,41 < 0, 5

S1 + S2

o S1 est la surface de la section transversale de la chambre électrothermique; S2 est la surface de la section transversale

de la chambre de fusion.

L'unité pour l'obtention du plomb métalli-

que à partir de concentrés de plomb sulfurés réalisée

conformément à la présente invention, permet d'aug-

menter de 0,4 à 1,2 % le taux d'extraction directe du plomb en plomb métallique qrace à la réduction des

pertes du plomb métallique avec le bain fondu d'oxy-

des sous forme de fines gouttes de plomb qu'on a obte-

nu par réduction de la transformation du plomb en une phase gaz-vapeur dans la chambre électrothermique. La consommation spécifique de l'énergie électrique se voit simultanément réduite de plusieurs fois. En outre,

l'unité, à productivité égale, est plus compacte puis-

que la modification du rapport S1/(Sl + S2) est ob-

tenue par réduction de la surface S1 de la section transversale.

Dans ce qui suit, l'invention est expli-

quée par la description d'un mode concret de réali-

sation et les dessins annexes dont la figure 1 re-

présente schématiquement une vue d'ensemble de

l'unité pour l'obtention de plomb métallique à par-

tir de concentrés de plomb sulfurés selon l'inven-

tion; - la figure 2 est la coupe suivant la ligne II-II de la fig. 1; - la figure 3 représente les variations de la consommation spécifique P de l'énergie électrique en fonction de la valeur du rapport S /.S1 + S2)

L'unité pour l'obtention du plomb métal-

lique à partir de concentrés de plomb sulfurés re-

présentée sur les figures 1, 2, comprend une capa-

cité 1 dont les parois ont des éléments 2 refroidis par de l'eau, ayant un orifice 3 d'évacuation du plomb métallique. La capacité 1 est séparée par une cloison 4 verticale en deux chambres 5, 6; une

chambre 5 de fusion et une chambre 6 électrothermi-

que, disposées sur une sole 7 commune qui sert de paroi inférieure à la capacité 1. Les chambres 5, 6

sont réunies par un orifice 8 réalisé dans la cloi-

son 4 près de la sole 7. L'orifice 3 d'évacuation du plomb métallique se trouve dans la chambre 5 dans la sole 7. En outre, la chambre 5 de fusion est dotée d'un dispositif d'admission simultanée

d'oxygène, du concentré de plomb sulfuré et du ré-

ducteur solide, constitué dans le cas présent par un chalumeau 9 chargeoxygène et d'un conduit 10 d'évacuation des gaz ayant uxe paroi intérieure 11 avec un orifice de sortie 12. L'orifice de sortie 12 et le chalumeau 9 sont disposes dans la partie supérieure de la chambre 5 dans sa paroi opposée à la sole 7. La chambre électrothermique 6 est

munie d'électrodes 13, montées de manière à pou-

voir être déplacées verticalement; d'un trou de

coulée l4 pour le laitier, d'un orifice 15 d'éva-

cuation des vapeurs et d'un dispositif 16 pour le

chargement du réducteur carboné et d'autres réac-

tifs solides, tels aue le laitier granulé à une te-

neur élevée en métaux non ferreux (plomb, zinc, cuivre). En outre, la chambre 6 a un indicateur 17

de position de la surface du bain fondu et un indi-

cateur 18 de position du nivean inférieur du bain

fondu du laitier.

La cloison 4 est disposée de facon que le rapport de la surface de la section transversale de la chambre électrothermique 6 à la surface de la section transversale de la capacité 1 se trouve dans les limites déterminées par l'inégalité: S1

0,41 < C0,65

S + S

1 2

o S1 est la surface de la section transversale de la chambre 6 électrothermique; S2 est la surface de la section transversale

de la chambre 5 de fusion.

Les processus se déroulant dans l'unité pour l'obtention du plomb métaIlique à partir de concentrés de plomb sulfurés, selon l'invention sont les suivants: 1) Oxydation et fusion de la matière sulfurée avec formation du bain fondu d'oxydes dispersé, par le dégagement de chaleur;

2) Réduction des oxydes de plomb en plomb métal-

lique à partir du bain fondu d'oxydes indiqué, dans

la couche de matière carbonée, accompagnée d'une ab-

sorption de chaleur; 3) Séparation du plomb métallique en suspension

dans le bain fondu d'oxydes épuisé en plomb.

Au fur et à mesure que le bain fondu passe par la couche carbonée, sa teneur en oxydes de plomb diminue et la température du bain fondu baisse elle aussi. En même temps, les gouttes de plomb métallique se forment, soit par formation d'une grande quantité

de très fines gouttes, soit par formation d'une peti-

te quantité de grosses gouttes. Afin de compenser la baisse de température du bain fondu dans la couche, on fournit à la chambre électrothermique 6 de la chaleur par convection et par conductibilité. La

chambre 5 de fusion, la couche carbonée et la cham-

bre électrothermique 6 sont reliées par l'orifice 8; ce qui permet de réduire la consommnation d'énergie des sources de chaleur extérieures. La baisse de la température du bain fondu au fur et à mesure de son passage par la couche carbonée est une étape très importante: en premier lieu, la réduction de la concentration de l'oxyde de plomb dans le fain fondu conduit en elle-même à une diminution de la vitesse de formation du plomb métallique; en deuxième lieu; la baisse de température du bain fondu réduit encore plus fortement la vitesse de réduction et de manière exponentielle en fonction de la température. Ces deux facteurs (diminution de la concentration de

l'oxyde de plomb et baisse de la température) rédui-

* sent fortement le pouvoir réducteur de la couche carbonée et, par conséquent, le taux d'extraction du plomb métallique. De plus, la température réduite du bain fondu conditionne la formation d'une grande quantité de très fines gouttes de plomb métallique, ce qui exige, bien entendu, soit une décantation prolongée du plomb métallique en suspension, soit des dimensions considérables, quant à la surface, de la chambre électrothermique 6. Toutefois, bien que dans la partie inférieure de la couche carbonée, le besoin en énergie calorifique soit relativement

faible et au'on ait besoin d'une compensation insi-

gnifiante de la réduction de température, en cas de

réalisation du processus dans les unités dans les-

quelles le rapport S14S1 + S2i> 0,65, cet effet est lié à une consommation injustifiablement élevée d'énergie électrique. Ceci est dû au fait qu'à un rapport S14S1 + S2)égal à 0,65 et plus on a besoin d'un accroissement sensiblement plus grand de la température du bain fondu dans la partie inférieure

de la couche carbonée dans la chambre électrothermi-

que 6 afin d'obtenir l'effet indispensable. Toute-

fois, un tel accroissement de la température aboutit non seulement à une consommation élevée d'énergie

électrique et à des pertes calorifiques par les élé-

ments 2 refroidis par de l'eau, mais entraine l'aug-

mentation du débit de plomb en phase gaz-vapeur (cette partie du plomb est retournée ensuite à la fusion sous forme de produits oxydés de recyclage) sans une réduction sensible du plomb métallique en

suspension dans le bain fondu d'oxydes épuisé.

Ce dernier fait est expliqué en ce que l'augmentation de la température du bain fondu

d'oxydes (surchauffe du bain fondu) n'influe prati-

quement pas sur la vitesse de décantation du plomb

métallique en suspension mais elle influe sensible-

ment sur l'évaporation du plomb métallique, y com-

pris la couche de plomb métallique qui s'est formée

sous le bain fondu d'oxydes.

En effet, l'augmentation du passage du plomb sous forme de produits oxydés de récyclage

est équivalente à une consommation spécifique éle-

vée de l'énergie, étant donné qu'une certaine par-

tie du plomb passe de nouveau tous les trois stades de traitement de la matière première. Ainsi, dans les unités o Sl/(S + S2) > 0,65, on n'obtient pas une utilisation rationnelle de l'énergie électrique,

car avec l'augmentation de la consommation de l'éner-

gie, l'intensité des processus secondaires indésira-

bles conduit une croissance rapide par rapport au

processus visé de formation du plomb métallique. Com-

me les processus physico-chimiques de même type, no-

tamment la décantation du plomb métallique en suspen-

sion, se déroulent dans le bain fondu sous la couche carbonée et dans le bain se trouvant dans la chambre électrothermique 6, les pertes calorifiques moyennes,

conditionnées par des processus physico-chimiques ir-

réversibles, pour le bain fondu dans la chambre de

fusion 5 et pour le bain fondu dans la chambre élec-

trothermique 6 doivent être égales.

Donc: - jT v[ ) - ((1 o T est la température absolue du bain fondu à la sortie de la couche carbonée; T2 est la température absolue moyenne du bain fondu dans la chambre électrothermique; T3 est la température absolue du bain fondu près des électrodes;

To est la température absolue de l'environne-

ment; F est la puissance électrique; 1 est la hiauteur du bain fondu (identique dans les chambres électrothermique et de fusion reliées suivant le principe des

vases communicants).

De ce fait, le rapport S2/S1 correspon-

dant à l'utilisation optimale de l'énergie électri-

que pour la réalisation du processus visé, procédé d'obtention du plomb métallique, sera égal: 82 = __ _ _ _ _- _1 -To/T2_ (2) l7 (1-To/T) -(1 To/T1) o 2 0 En effet, si la valeur S2/S1 répond.à l'égalité obtenue (2), la ccnsommation de l'énergie électrique par tonne de matière oremière de plomb

aura la valeur minimale.

Dans cette équation, on ne connait que

TO = (298 K); T3 est déterminée selon D.A. Diomi-

dovsky. "Fours de la métallurgie des métaux non fer- reux", (Moscou), Ed. Métallurgia, 1956, p. 460) Les valeurs T1 et T2, et,

par conséquent, le rapport

S2/S1 peuvent être concrétisés en partant des condi-

tions de consommation de la chaleur pour la réduc-

tion des oxydes de plomb dans la couche carbonée et des conditions de température de traitement du bain

fondu dans la chambre électrothermique 6.

Sur la figure 3, par la courbe continue A:

on-montre la relation entre la consommation spécifi-

que P(kWh/t) de l'énergie électrique et la grandeur

du rapport S24S1 + S2), la courbe étant tracée sui-

vant les valeurs de T1 et T2 expérimentales; les

points a, b, c, d, e, f sont des valeurs expérimen-

tales de P obtenues dans les unités avec S1 de sur-

faces différentes, la arandeur de la surface de la section transversale S2 de la chambre de fusion 5 étant constante. Ce dernier fait a permis dans tous les-essais de garder invariable la productivité de l'unité selon la matière première à base de plomb sulfurée et d'obtenir, par cela même, des données

comparables. Les indices technologiques correspon-

dant aux essais sont donnés au tableau 1.

L'unité pour l'obtention du plomb métal-

lique à partir de concentrés de plomb sulfurés

O10 fonctionne comme suit. On mélange le concentré sul-

furé préalablement broyé et desséché avec des addi-

tifs de flux et des produits oxydés de recyclage, c'est-à-dire qu'on obtient la charge sulfurée qu'on transporte en continu vers la chambre de fusion 5

dans le courant d'oxygène technique 02 conjointe-

ment avec des particules de réducteur carboné soli-

de (par exemple, coke, charbon) au moyen d'un cha-

lumeau 9 charge- oxygène. Sous l'effet de la cha-

leur dégagée auparavant, dans une zone 19 de cuis-

son-fusion, les sulfures de la charge s'enflamment, s'oxydent et se mettent en fusion en formant le

bain fondu d'oxydes et des gaz concentrés en SO2.

Ce bain fondu d'oxydes sous forme de petites gout-

tes arrive dans la zone de réduction thermique sé-

lective par le charbon (couche de réducteur carbo-

né solide) disposée entre la zone 19 de cuisson-

fusion et la surface du bain fondu dans la chambre de fusion 5. Les gaz concentrés en SO2 arrivent

au conduit 10 de gaz d'o ils sont évacués en con-

tinu par l'orifice 12 d'évacuation de gaz et récu-

pérés pour utilisation du soufre par les procédés connus. La dimension des particules du réducteur carboné solide (de 2 à 50 mm) est choisie de façon

que les particules indiquées n'arrivent pratique-

ment pas à brûler dans la zone 19 de cuisson-fusion, et, qu'en même temps, elles arrivent à se réchauffer jusqu'à une température nécessaire à la réalisation de la réduction thermique sélective par le charbon des oxydes de plomb en métal. De cette-façon, le bain fondu d'oxydes et les particules de réducteur carboné solide chauffées sont amenés à la zone 20 de réduction thermique par le charbon à partir de la

zone 19 de cuisson-fusion. Les oxydes de plomb con-

tenus dans le bain fondu dans la zone 20 de réduc-

tion thermique par le charbon, à des températures 1 200 à 1 400 C sont sélectivement réduits en plomb

métallique qui s'écoule en commun avec le bain fon-

du restant (laitier) sur la surface du bain fondu obtenu auparavant dans la chambre de fusion 5, et les gaz formés dans la zone 20 (contenant CO et C02) arrivent par un orifice 21 au conduit 10 de gaz à

partir duquel ils sont évacués en continu par l'ori-

fice 12 d'évacuation de gaz. Ainsi, le plomb métal-

lique et le bain fondu d'oxydes formés dans la zone 20 de réduction thermique par le charbon sont admis à une zone 22 de séparation du plomb métallique et du laitier et s'écoule en continu de la chambre de fusion 5 par l'orifice 8 pratiqué dans la cloison 4 dans la chambre électrothermique 6. Dans la zone 22,

dont une partie se trouve dans la chambre électro-

thermique 6, le plomb métallique se précipite sous

l'effet de la pesanteur sur la couche de plomb mé-

tallique obtenue auparavant d'o il est évacué en

continu par l'orifice 3 d'évacuatioh du plomb mé-

tallique. Dans la chambre électrothermique 6 a lieu une réduction partielle des constituants du bain fondu sous l'effet du carbone des électrodes 13 et gràce à une température élevée. Une partie du plomb restée, après la réduction thermique par le charbon dans le laitier, et une partie du zinc passent en produits de sublimation (vapeurs), qu'on évacue à

partir de la chambre électrothermique 6 par l'ori-

fice 15 de sortie des vapeurs et le bain fondu épuisé sort en continu ou au fur et à mesure de son accumulation de la chambre électrothermique 6

par le trou de coulée 14 du laitier. Le niveau su-

périeur du bain fondu contrôlé à l'aide de l'indi-

cateur 17 est identique, selon le principe des va-

ses communicants, dans la chambre 5 de fusion et

dans la chambre électrothermique 6.

Etant donné que la chaleur obtenue dans la zone 19 de cuisson-fusion est insuffisante pour réaliser le processus technologique décrit dans la zone 20 de réduction thermique par le charbon et dans la zone 22 de séparation du plomb métallique à partir du bain fondu d'oxydes épuisé (cela est

dû aux effets endothermiques de la réduction ther-

mique par le charbon et à un refroidissement forcé

de la capacité 1 au moyen des électrodes 2 refroi-

dies avec de l'eau par suite d'une haute agressivi-

té du bain fondu), on fournit à la chambre électro-

thermique 6 au moyen des électrodes 13 (qu'on peut déplacer verticalement) une chaleur supplémentaire sous forme d'énergie électrique. On utilise alors la particularité que le bain fondu d'oxydes joue le rôle d'électrolyte et lors du passage du courant

électrique dans l'électrolyte, la chaleur s'y déga-

ge par effet Joule;

Afin de mieux comprendre la présente in-

vention, on donne ci-dessous des exemples de réali-

sation concrets. Dans tous les exemple, on utilise

un concentré de plomb sulfuré de composition sui-

vante, % en masse: 54,3 de Pb, 8,0 de Zn, 7,2 de Fe, 18,1 de S.

EXEMPLE 1

On traite le concentré de Dlomb sulfure dans l'unité pour l'obtention de plomb métallique à partir de concentrés de plomb sulfurés. L'unité en question pour l'obtention du plomb métallique

a les caractéristiques suivantes: S1 de la cham-

bre électrothermique 6 est de 1,66 m x 0,76 m, le nombre d'électrodes est 2. Le rapport de la

surface S1 de la section transversale de la cham-

bre électrothermique 6 à la some S1 + S2, compte tenu du choix de la surface S2 de la section transversale de la chambre de fusion 5, est:

S!/(S1 + S2) = 0,653.

Les résultats de l'essai sont donnés au

tableau 1.

EXEMPLE 2

Les données de départ dans-l'exemple 2 ne se distinguent de celles de l'exemple 1 que par S/(S1 + S2) = 0,650. Les résultats de l'essai

sont présentés au tableau 1.

EXEMPLE 3

Les données de départ dans l'exemple 3 se distinguent de celles de l'exemple 1 par le fait que S1/(S- + S2) = 0,635. Les résultats de l'essai

sont donnés au tableau 1.

EXEMPLE 4

Les données initiales dans l'exemple 4 se distinguent de celles de l'xarnle 1 ra-le fait rue S1/(S1 + S2) = 0,432. Les résultats. de l'essai

sont donnés au tableau 1.

EXEMPLE 5

Les données initiales dans l'exemple 5 21- diffèrent de celles citées dans l'exemple 1 par le fait que Sl/(S1 + S2) = 0,411. Les résultats de

l'essai sont résumés au tableau 1.

EXEMPLE 6

Les données initiales dans l'exemple 6 ne diffèrent de celles de l'exemple 1 que par le fait que Sl/(S + S2) = 0,405. Les résultats de

l'essai sont présentés au tableau 1.

TABLEAU 1

INFLUENCE DE LA RELATION S1/(S + S2 SUR

LES INDICES TECHNOLOGIQUES DU TRAITELk NT

DE LA MATIERE PREMIERE DE PLOMB SULFUREE

' de Extraction du plomb, 3 relat. Consomma-

tign de l'essai En plomb Produis subli-Bai n del'energe Prodite ubl-1f de l'energie

metalli- r.s ans la fusion electri-

cue chambre elec- d'oxyqes que, trothermicue epuise k'.'th/t (plom rec'cen plomb le)

1 2 3 4 5

1 (a) 0,653 91,1 6,5 2,3 428 2 (b) 0,650 91,5 6,3 2,1 400 3 (c) 0,635 92, 0 6,1 1,8 345 4 (d) 0,432 92,3 6,0 1,6 258 (e) 0,411 91,9 6,1 1,9 412 6 (f) 0,405 91,5 6,1 2t3 465

Cormme on le voit sur la figure 3 et le ta-

bleau 1, dans le cas d'une diminution relative de la surface S1 de la chambre électrothermique 6 (Si/i + S2) diminuant de 0,65 jusqu'à à peu près 0,55, on observe une réduction sensible de la consommation

2649191 -

spécifique de l'énergie électrique et une augmenta-

tion de l'extraction directe du plomb essentielle-

ment par suite des pertes réduites du plomb dans le laitier épuisé et à un moindre degré par suite de

la diminution de son extraction en produits subli-

més dans la chambre électrothermique (cette partie du plomb est renvoyée à la fusion de la matière

première sous forme d'un produit oxydé de recycla-

ge). Cela se produit parce que pour la réduction

indiquée de S14S + S2)et la diminution de la con-

sommation spécifique d'énergie électrique, la tempé-

rature du bain de fusion à la sortie de la couche

carbonée (c'est-à-dire à la limite "couche carbonée-

bain fondu") s'élève. Ceci conduit à une augmenta-

tion de la chaleur cédée à la couche carbonée et, par conséquent, à un degré élevé de réduction des

oxydes de plomb en plomb métallique dans cette cou-

che. On obtient simultanément avec l'augmentation

du degré de la réduction une formation préférer.tiel-

le de grosses gouttes de plomb métallique par suite d'une diminution proportionnelle du rendement en

plomb métallique en suspension finement dispersée.

Les grosses gouttes assurent la réduction de la du-

rée de la séparation du bain fondu d'oxydes épuisé

et du plomb métallique dans la chambre électrother-

mique et, de ce fait, une diminution relative de sa surface ne conduit pas à l'augmentation des pertes de plomb avec le bain fondu épuisé. L'effet dû au grossissement des gouttes de plomb dans la couche carbonée dépasse l'effet de signe contraire produit par la réduction de la surface (et du volume du bain fondu), notamment par la réduction de la durée

de décantation de la suspension. Cependant, une di-

minution ultérieure du rapport Sl/(S1 + S2) aboutit à l'augmentation de la consommation spécifique

d'énergie électrique. L'augmentation de la consomma-

tion spécifique d'énergie électrique et l'altération des autres indices technologiques sont conditionnées par une croissance considérable des pertes de chaleur par les éléments 2 refroidis par l'eau, c'est-à-dire

par une distribution de la puissance électrique intro-

duite telle que la chaleur fournie à la couche carbo-

née se voit réduite en valeurs relatives et absolues.

L'unité avec un rapport S1/(S1 + S2) de

0,41 à 0,65 convient au traitement de la matière pre-

mière à base de plomb sulfurée contenant de 35 - 37 % à 74 - 78 % de plomb, de 0 à 18 - 25 % de zinc, de 0 a 5 - 8 % de cuivre, lorsque la réduction des oxydes

de plomb s'effectue dans la couche carbonée. La régu-

larité établie lors de la fusion de la matière première indiquée (figure 3Y ne change pas qualitativement,

étant donné que l'équation généralisée (2) reste vala-

ble. Il est évident que cette équation est également

juste, non seulement pour l'unité présentant une sec-

tion transversale en forme de rectangle (figure 2), mais aussi pour une autre configuration ou une autre disposition relative de la chambre de fusion 5 et de

la chambre électrothermique 6.

Claims (1)

1. REVENDICATION

   Unité pour l'obtention du plomb métallique à partir de concentrés de plomb sulfurés comprenant

   une capacité (1) dont la paroi inférieure fait fonc-

   tion d'une sole (7) dotée d'un orifice (3) d'évacua-

   tion du plomb métallique, capacité séparée par une cloison verticale (4) en deux chambres (5, 6) qui sont mises en communication à l'aide d'un orifice (8) dans la cloison (4) disposé près de la sole

   (7): une chambre de fusion (5) munie d'un disposi-

   tif d'admission simultanée de l'oxygène, du concen-

   tré de plomb sulfuré et du réducteur solide et d'un conduit (10) d'évacuation des gaz et une chambre électrothermique (6) dotée des électrodes (13), d'un trou de coulée du laitier et d'un orifice (15) d'évacuation de vapeurs, caractérisée en ce que la cloison (4) est disposée de façon que le rapport de la surface de la section transversale de la chambre électrothermique (6) à la surface de la section transversale de la capacité (1) se trouve dans les limites déterminées par l'inégalité suivante: S1

   0,41 < < 0,65

   S1 + S2

   ou S1 est la surface de la section transversale de la chambre électrothermique (6); S2 est la surface de la section transversale

   de la chambre de fusion (5).