Brevet FR2002137A1 — publié le 19691017

î '009137 /j, ». La présente invention concerne un procédé de raffinage de métaux impurs contenant simultanément des impuretés à point d'ébullition plus élevé et plus bas que celui du métal de base. L'invention s'applique d'une manière particulièrement 5 avantageuse au raffinage du zinc obtenu par voie thermique. Il est connu de raffiner du zinc thermique dans un système de colonnes de raffinage composées normalement de plateaux faits en carbure de silicium. Chacune ae ces colonnes comporte un dispositif d'ali-10 mentation en métal liquide situé approximativement à mi-hauteur ; à l'extrémité inférieure est prévue une sortie pour le métal non volatilisé tandis qu'à l'extrémité supérieure il y a une sortie pour des vapeurs métalliques. La partie inférieure de la colonne se trouve dans un four qui fournit les calories nécessaires au 15 chauffage. On connaît un tel système, comprenant deux colonnes alimentées en zinc brut liquide, dites colonnes "bouilleuses" ou "colonnes plomb", à la partie inférieure desquelles s'écoule une partie du zinc ayant collecté en principe les métaux tels que Fe, 20 Pb, Cu, Sn, etc., dont le point d'ébullition est plus élevé que celui du zinc, et à la partie supérieure desquelles on collecte des vapeurs de zinc et de cadmium qui sont condensées dans des condenseurs. Le système comporte en outre une colonne dite "colonne 25 cadmium" dont la disposition est identique à celle des "colonnes plomb". Cette colonne cadmium est alimentée par le métal liquide (mélange Zn-Cd) sortant des condenseurs des colonnes plomb ; à la base de cette colonne cadmium on recueille du zinc "spécial high grade", tandis que sa tête est reliée à un condenseur où 30 l'on obtient un alliage zinc-cadmium contenant du Cd en quantité de l'ordre de 10 à 30%. Un tel système présente des inconvénients, et notamment : - il est thermiquement insatisfaisant puisqu'on condense du métal 35 provenant des colonnes plomb pour en revaporiser une partie dans la colonne cadmium. - le débit de vaporisation de deux colonnes plomb est généralement tel que la quantité de métal qui parvient à la colonne Cd est inférieure a ce qu'une telle colonne serait capable de décadmier-; 40 la colonne Cd n'est donc pas toujours utilisée à 100% de sa ca- 6901906 2 2002137 pacité. - la durée de vie de colonnes de raffinage est loin d'être cons??. tante ; il en résulte que très souvent l'exploitation rationnelle du système est contrariée par le fait qu'une des colonnes est en 5 réparation (toujours de longue durée), d'où marche à faible rendement de la colonne Cd si c'est l'une des colonnes Pb qui est en réparation, ou nécessité de stocker le zinc et de le refondre (ou de le dériver vers un autre système avec tous les inconvénients que cela peut comporter) si c'est la colonne Cd qui est à ]0 l'arrêt. -le bon fonctionnement de la colonne Cd au point de vue élimination du Cd peut être contrarié par des irrégularités du débit de zinc en provenance des condenseurs des colonnes plomb (par exemple en cas de bouchage partiel ou total d'un orifice de sortie ou 15 d'une goulette d'écoulement du zinc liquide). La présente invention permet d'obvier à ces inconvénients. Elle réalise l'équivalent de l'alimentation d'une colonne Cd au moyen de vapeurs de zinc et de cadmium provenant de plusieurs colonnes plomb, et permet d'ajuster dans une certaine ma-20 sure la qualité du zinc fin produit en ce qui concerne sa teneur •n Pb permettant par exemple de produire à volonté, dans une même colonne soit du zinc 99,95 soit du zinc 99,995. Il doit être entendu que la présente invention, décrite pour le raffinage de zinc brut, n'est pas limitée à cette appli-25 cation particulière. Elle s'étend au raffinage de tout métal contenant à la fois des impuretés métalliques à séparer, lesquelles ont les unes un plus haut et les autres un plus bas point d'ébullition que ce métal. La présente invention consiste en une colonne de raf-30 finage alimentée en métal liquide, et plus particulièrement en zinc liquide contenant des impuretés telles que Cd, Pb, Fe, Cue Sn, composée de plateaux réalisés de préférence en carbure de silicium et reliée en son sommet à un condenseur destiné à recueillir un alliage Zn-Cd, cette colonne étant caractérisée en 35 ce que sa partie supérieure est constituée de plateaux superposés dont l'ensemble réalise un conduit dans lequel circulent les vapeurs métalliques ascendantes et le métal liquide descendant, tandis que le restant de la colonne (formant ce qui est appelé ci-après la "portion mixte de la colonne") est constitué de deux 40 parties séparées par une cloison étanche, chacune de ces deux 6901906 3 2002137 parties comportant des plateaux superposés lesquels présentent un passage servant aussi bien pour la montée des vapeurs métalliques que pour la descente du métal liquide, et l'ensemble desdites deux parties fonctionnant comme daux portions de colonnes de raf-5 finàge distinctes, ledit ensemble étant placé, avantageusement en partie seulement, dans une chambre de combustion qui fournit les calories nécessaires au chauffage de la colonne. L'invention est encore caractérisée par le fait que : - le métal à raffiner est introduit liquide dans l'une des deux 10 parties constituant la portion mixte de la colonne, tandis que le métal refluant de la partie supérieure de la colonne, (partie non-subdivisée de la colonne) est introduit dans l'autre des deux parties constituant la portion mixte de la colonne. - les surfaces de chauffe offertes par les deux parties consti-15 tuant la portion mixte de la colonne sont approximativement proportionnées à la quantité de chaleur qu'elles doivent recevoir pour réaliser une volatilisation adéquate, l'une du métal frais introduit, l'autre du métal refluant de la partie supérieure de la colonne. 20 - de préférence, des moyens sont prévus pour que les plateaux formant la zone de la portion mixte de la colonne située au-des-sus du niveau de l'alimentation en zinc liquide frais à raffiner, puissent être soit en mesure d'abandonner des calories à l'atmosphère par rayonnement, voire même convexion forcée, soit calori-25 fugés, ceci dans le but de pouvoir ajuster la teneur en plomb du métal raffiné récolté au bas de la partie de la portion mixte de la colonne recevant le métal refluant de la partie supérieure de la colonne. - de préférence, le nombre de plateaux formant la zone de la 30 portion mixte de la colonne située au-dessus du niveau d'alimentation en zinc liquide frais à raffiner, est choisi en fonction du plus haut degré de pureté en Pb requis pour le zinc raffiné récolté au bas de la partie de la portion mixte de la colonne recevant le métal refluant de la partie supérieure de la colonne. 35 D'autres traits caractéristiques apparaîtront de la description donnée ci-après en se reportant au dessin ci-joint, lequel montre schématiquement et à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de la présente invention. En se reportant au dessin, la tête ou zone supérieure de 40 la colonne 1 comporte un arrangement conventionnel de plateaux, 6901906 4 2002137 et à la partie inférieure se trouve la portion mixte de la colonne constituée de deux parties la, et lb séparées par une paroi étan-che 2. Cette portion mixte de la colonne est alimentée en zinc brut liquide par le tuyau 3 qui débouche dans la partie lb, au-5 dessus de la chambre de combustion 4 assurant la fourniture des calories nécessaires. Les vapeurs des métaux volatilisés dans lb s'élèvent et une fraction importante de celles-ci atteint la zone supérieure à plateaux conventionnels, tandis que la deuxième fraction, celle 10 ayant subi une condensation dans la zone située au-dessus du tuyau 3, redescend vers la zone située dans la chambre de combustion. Dans la zone supérieure il y a également condensation partielle des vapeurs des métaux Zn et Cd ; le condensât correspondant redescend également vers la chambre de combustion, mais 15 à cause de l'arête 5 de la cloison 2 (laquelle arête 5 n'assure pas l'étanchéité entre les deux parties de la portion mixte de la colonne, comme c'est le cas pour les plateaux situés plus bas), le condensât passe dans la partie la de la portion mixte de la colonne. Il est alors soumis à une réévaporation partielle dans 20 la zone de la partie la située dans la chambre de combustion. A la tête de la colonne n'arrive donc qu'une petite fraction des vapeurs de zinc, accompagnée de la quasi-totalité du Cd de l'alimentation ; cet alliage Zn-Cd, généralement à 10-30% Ccf, est condensé et recueilli par un orifice de coulée 8 ménagé 25 à la partie inférieure du condenseur 9. Le zinc brut non volatilisé et collectant la quasi-tota-lité des métaux à haut point d'ébullition (Fe, Cu, Sn, Pb) est coulé par l'orifice 6 ménagé à la partie inférieure de la partie lb, tandis que la grosse part du zinc volatilisé dans cette partie 30 lb, part qui va être condensée en tête de colonne et refluera vers le bas par les plateaux de gauche dans le dessin, sera collectée à l'orifice 7 ménagé en bas de la partie l£, après avoir subi dans la chambre de combustion une seconde volatilisation partielle pour la débarrasser du Cd qu'elle pourrait encore contenir. 35 C'est donc du zinc "high grade" ou "spécial high grade" "(S.H.G.)" qui est coulé en 7. Selon la qualité du métal à produire, les qualités en vue se différenciant par leur teneur en plomb, la zone de la portion mixte de la colonne située entre le tuyau d'alimentation 3 40 et l'arête 5 sera en mesure d'abandonner des calories à l'atmos 6901906 5 2002137 phère par rayonnement, convexion forcée ou autrement, ou bien elle sera calorifugée. Pour produire du zinc "S.H.G." (c'est-à-dire très pauvre en plomb) ladite zone ne sera que peu ou pas calorifugée ; 5 des écrans protecteurs (louvres) orientables permettront la radiation vers l'extérieur des calories à dissiper, ou même l'arrivée d'air ou d'un autre fluide qui, par une convexion forcée, évacuera de façon adaptable lesdites calories. Par contre, lorsque la teneur en plomb du zinc à pro-30 duire se trouve située entre celle d'un "S.H.G." et celle d'un zinc brut, cette portion de la colonne mixte sera calorifugée plus ou moins efficacement. De cette façon la quantité de métal condensée dans la zone de la partie lb située au-dessus du tuyau d'alimentation 3, sera très fortement limitée, ce qui augmentera 15 a) la quantité de vapeurs de zinc atteignant la zone supérieure et par conséquent celle qui redescendra oeu après vers l'orifice de coulée 7 ; b) la quantité de plomb entraînée par ces vapeurs, lequel métal, en raison de son point d'ébullition plus élevé, est le premier 20 à condenser lorsque les vapeurs métalliques se refroidissent. Il est à noter que diverses modifications pourront être apportées au mode de réalisation de l'invention, décrit ci-dessus, sans sortir de la portée de celle-ci. Par exemple, la cloison étanche peut être dédoublée, 25 de telle manière que les deux parties de la portion mixte de la colonne forment deux éléments contigus, sans contact entre eux. Les deux parties de la portion mixte de la colonne peuvent comporter un nombre différent de plateaux. 6901906 6 2002137 -REVENDICATIONS- 1. Procédé de raffinage de métaux impurs contenant simultanément des impuretés à point d'ébullition plus élevé et plus bas que celui du métal de base, utilisant une colonne v©rti- 5 cale alimentée en métal liquide et pourvue à sa partie supérieure d'un condenseur destiné à récolter les impuretés à bas point d'ébullition avec éventuellement une certaine proportion de rasta1 de base, caractérisé en ce que la partie supérieure de la dite colonne est constituée de plateaux superposés dont l'ensemble 10 lise un conduit unique dans lequel circulent les vapeurs métalll= ques ascendantes et le métal liquide descendant, tandis que le restant de la colonne (formant ce qui est appelé ci-après la "portion mixte de la colonne") est constitué de deux parties séparées par une cloison étanche, chacune de ces deux parties cca= 15 portant des plateaux superposés, lesquels présentent un passage servant aussi bien pour la montée des vapeurs métalliques que pour la descente du métal liquide, et l'ensemble desdites deux parties fonctionnant comme deux portions de colonnes de raffinage distinctes, ledit ensemble étant placé, avantageusement en partie ~ 20 seulement, dans une chambre de combustion qui fournit les calories nécessaires au chauffage de la colonne, 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel î" métal impur à raffiner est du zinc brut provenant de la réduction thermique des minerais de zinc oxydés ou des minerais sulfurés 25 ayant subi un grillage oxydant préalable. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel J.@ métal à raffiner est introduit à-l'état liquide dans une des deu/:; parties constituant la portion mixte de la colonne, tandis que le métal liquide refluant de la partie supérieure descend dans l5ay- 30 tre partie de la portion mixte de la colonne. 4. Procédé selon les revendications 1 et 3, dans lequel la surface de chauffe -offerte par chacune des deux parties de la portion mixte de la colonne est approximativement proportionnée à la quantité de chaleur qu'elles doivent recevoir pour 35 réaliser une volatilisation adéquate, l'une du métal frais introduit, l'autre du métal refluant de la partie supérieure de la colonne. 5. Procédé selon les revendications 2 à 4, dans lequel la hauteur de zone de la portion mixte de la colonne compor- BAD ORIGINAL 6901906 7 2002137 tant des plateaux situés au-dessus du niveau d'alimentation en métal liquide impur, est choisie, en fonction du degré de pureté en Pb requis, du zinc collecté au bas de celle des deux parties de la portion mixte de la colonne contiguë à celle qui reçoit l'alimentation en zinc liquide impur» 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les plateaux de la portion mixte de la colonne situés au-dessus du tuyau d'aLimentation en métal impur liquide, sont munis de moyens leur permettant à volonté soit de céder des calories à l'atmosphère par rayonnement et convexion forcée ou non, soit de conser ver, grâce à un calorifugeage appropriée et réglable, une partie plus ou moins grande des calories qui seraient sans cela cédées à l'atmosphère, en vue de produire du zinc, collecté au bas de celle des deux parties de la portion mixte de la colonne contigu à celle qui reçoit l'alimentation en métal frais, d'une teneur en Pb déterminée. 7. Produits obtenus par un procédé ou colonne de raf finage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.