Brevet FR2399481A1 — publié le 19790302

La présente invention concerne la métallurgie des non ferreux et a plus précisément pour objet un procédé d'ex- traction du zinc à partir de laitiers zincifères. On connait déjà un procédé d'extraction du zinc à partir de laitiers zincifères au four électrique par réduction du zinc, comprenant la fusion préalable du laitier en présence d'un agent sulfurant et le traitement du laitier à une température non inférieure à 14500C par un réducteur carboné pris à raison de 10 à 15% de carbone par rapport à la quantité de zinc contenu dans le laitier, avec immersion des électrodes de carbone à une profondeur correspondant à 85 à 90% de la hauteur de la couche de laitier. Les inconvénients d'un tel procédé tiennent à la faible vitesse d'extraction du zinc (0,3 kg/mn par m de surface du bain de fusion) et aux températures élevées indispensables pour la conduite du procédé. On connait un autre procédé d'extraction du zinc à partir de laitiers zincifères, dans lequel on effectue la réduction du zinc à une température de 1300 à 15000C par un alliage silico-aluminium que l'on fait arriver au sein du laitier zincifère fondu dans un écoulement de gaz inerte ou de gaz naturel. Un inconvénient de ce procédé tient à ce que l'on conduit les opérations à une température élevée du bain de fusion (de 1300 à 15000C), ce qui entraîne une augmentation de la consommation d'énergie électrique. Un suréchauffement du laitier, ne fAt-ce que de 2000C (de 13000 à 15000C), entrain une élévation de 15-20% de la consommation d'énergie électrique par tonne de laitier. Compte tenu deydeperditions de chaleur du four, cette valeur augmente jusqu'à 50%. La haute température de mise en oeuvre du procédé réduit sensiblement la tenue des garnissages. En outre, la mise en oeuvre d'un réducteur métallique, plus précisément d'un alliage silico-aluminium, exige des frais supplémentaires liés à sa préparatinn. On connait largement et on utilise dans la pratique industrielle un procédé d'extraction du zinc à partir de laitiers zincifères par fumigation, ctest-à-dire par soufflage du laitier en fusion avec du gaz naturel ou avec un mélange de poussière de charbon avec de l'air. Les inconvénients d'un tel procédé tiennent à son caractère périodique à la forte consommation de charbon, à la nécessité de construire des dispositifs destinés au broyage du charbon et aux manutentions de la poussière de charbon, à la forte consommation d'air, et, comme conséquence, au volet me considérable des gaz résiduaires et à la nécessité de construire un système de refroidissement et de purification desdits gaz. On connait d'autre part un procédé d'extraction du zinc à partir de laitiers zincifères, dans lequel la réduction du zinc est réalisée par du carbone dissous dans un bain de fer liquide se trouvant sous une couche de laitier fondu à une température de 1500 à 16000C (brevet des Etats-Unis d1Amérique NO 2 715 062). Les inconvénients de ce procédé tiennent aux températures élevées nécessaires à sa mise en oeuvre, ainsi qu'à la carburation difficile du fer fondu sous la couche de laitier. Le but de la présente invention consiste à créer un procédé d'extraction du zinc à partir de laitiers zincifères permettant dtélever, en régime continu, la vitesse d'extraction du zinc tout en abaissant la consommation d'énergie. On s'est donc proposé de trouver les paramètres technologiques qui, dans le procédé de réduction du zinc à partir de laitiers zincifères, permettraient dlintensifier le processus de réduction du zinc avec une consommation d'énergie plus basse que dans les procédés connus. La solution à ce problème consiste en un procédé d'extraction du zinc à partir d'un laitier zincifère, comprenant lgréduction du zinc par introduction d'un réducteur dans untain de fusion dudit laitier, et par admission d'un gaz inerte au sein dudit bain de fusion, ledit procédé étant caractérisé en ce que, à titre de gaz inerte, on utilise de l'azote à raison de 0,5 à 3,5 nm3/mn par m2 de surface du bain de fusion, la température du laitier fondu étant comprise dans une plage de 1220 à 14000C (nm3 exprimant le volume d'azote en m3 dans les conditions normales). Suivant l'invention, il est avantageux de réaliser le procédé à une température de 1220 à 12900C. Suivant l'invention, il est recommandé de maintenir la hauteur du bain de fusion du laitier entre 500 et 1000 mm, et la vitesse d'admission de l'azote au sein du bain de fusion entre 30 et 100 m/s. Ltinvention permet d'augmenter la vitesse d'extraction du zinc jusqu'à 2,3 kg/mn par m2 de surface du bain de fusion, tout en réduisant la consommation d'énergie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description, qui va suivre, d'un mode non limitatif de réalisation de l'invention et de plusieurs exemples de réalisation concrets. Le procédé suivant l'invention est mis en oeuvre comme suit. Le laitier zincifère préalablement fondu est amené périodiquement ou en continu dans la zone de réduction du four électrique. On charge le laitier danse four électrique en quantité telle que la hauteur de son bain de fusion dans la zone de réduction soit comprise entre 500 et 1000 mm. On charge dans cette même zone du four électrique le coke qui sert de réducteur et qui vient se placer à la surface du bain de fusion. On immerge dans le laitier fondu un dispositif drad- mission de gaz, notamment des tuyères, qui font arriver en continu l'azote à raison de 0,5 à 3,5 m3/mn par m2 de surface du bain de fusion (le volume en mètres cubes étant pris dans les conditions normales). On maintient la température du bain de fusion dans le four électrique de préférence entre 1220 et 12900C. Deas le four électrique, sous l'action de la pression dynamique des jets d'azote, le bain de fusion du laitier subit un brassage intensif permettant d'améliorer le contact entre le laitier et le coke et d'atteindre ainsi' une grande vitesse de réduction du zinc, se traduisant en définitive par une augmentation de la vitesse d'extraction du zinc à partir du laitier. Le zinc réduit sublimé sous forme de vapeurs peut entre isolé sous forme de métal liquide, de poudre métallique ou de poudre de zinc oxydé. Le laitier appauvri est évacué du four. Il convient d'admettre dans le laitier les quantités d'azote indiquées dans ce qui précède, c'est-à-dire à raison de 0,5 à 3,5 m3/mn par m de surface du bain de fusion (le volume en mètres cubes, ici comme dans toute la suite de la description, étant pris dans les conditions normales). Un débit d'azote inférieur à 0,5 m3/mn par m2 de surface du bain de fusion est insuffisant pour assurer le brassage du laitier et la vitesse requise de réduction du zinc n'est pas atteinte. Un débit d'azote supérieur à 3,5 m5/mnpar m2 m2 de surface du bain de fusion entrain de fortes projections du bain de fusion, et comme conséquence, des dépôts sur les voltes et les parois du four avec dégradation de ces dernières. En outre, cela conduit à une augmentation de la quantité des gaz résiduaires, à la détériomtion des conditions de condensation du zinc et exige des dispositifs complémentaires pour la purification des gaz. Comme il a été indiqué dans ce qui précède, il convient de conduire le procédé à des températures comprises dans la plage de 1220 à 1400 C, mais de préférence entre 1220 et 12900C. La mise en oeuvre du procédé à une température inférieure à 12200C conduftàuieaugmentation de la viscosité du laitier et, de ce fait, à la détérioration de son brassage. La mise en oeuvre du procédé à une température supérieure à 14000C, bien que conduisant à des vitesses élevées d'extraction du zinc, entraîne une augmentation de la consommation d'énergie, bien que ladite consommation soit inférieure à celle des procédés connus. En outre, la tenue du garnissage est compromise. Pour ces raisons il est préférable de conduire le procédé à une température de 1220 à 12900C, car dans cet intervalle de températures le procédé est déjà caractérisé par de hautes vitesses d'extraction du zinc. Il est recommandé de réaliser le procédé en opérant avec une hauteur du bain de fusioicomprise entre 500 et 1000 mm. Si la hauteur du bain de fusion est inférieure à 500 mm l'utilisation de l'azote sera insuffisante, c'est-à-diR peu efficace. Si la hauteur du bain de fusion est supérieure à 1000 mm, le brassage du bain de fusion par l'azote est entravé et l'effet recherché n'est pas atteint. I kst recommandé d'admettre l'azote au sein du bain de fusion à une vitesse comprise entre 30 et 100 m/s. L'admission de l'azote au sein du bain de fusion à une vitesse inférieure à 30 m/s est insuffisante pour réaliser le brassage du laitier, et la vitesse désirée de réduction du zinc n'est pas atteinte. L'admission de l'azote au sein du bain de fusion à une vitesse supérieure à 100 m/s entratne des projeetions du bain de fusion et5 pour cette raison, n'est pas avanta geuse. Ainsi, l'application du procédé dans les conditions prevues par l'invention assure l résultats requis. L'invention permet d'obtenir les résultats suivants 1) augmentation de la vitesse de réduction du zinc à partir du laitier zincifère en fusion jusqu'à 2,3 kg/mn par m2 de surface du bain de fusion, par augmentation du contact entre le laitier en fusion et le réducteur et grtce à l'amélioration des échanges de masse du bain de fusion de laitier; 2) réduction de plus de moitié des surfaces du four électrique, ce qui conduit à une réduction des déperditions de chaleur à travers les parois, la vouge et la sole du four;; 3) réduction de 5 à 10 fois de la cnnsommation de gaz pour le brassage du bain de fusion de laitier par comparaison avec le procédé de soufflage du laitier en fusion par le gaz naturel ou par un mélange de poussière de charbon et d'air (fumigation); 4) prolongation de la durée d'exploitation du garnissage du four; 5) réduction de 30 à 4056 de la consommation d'énergie électrique par comparaison avec le procédé connu. L'invention est facile à mettre en oeuvre dans les conditions industrielles. L'invention peut entre utilisée aussi bien pour la transformation des laitiers zincifères solides (refroidis) que celle des laitiers zincifères chauds. En outre, l'invention peut être appliquée à la transformation des laitiers zincifères chauds dans les procédés dits "mixtes", notamment dans un procédé électrothermique en suspension dans l'oxygène utilisant un appareil cyclone et connu dans la littérature et dans la pratique industrielle sous le nom de procédé "Kivcet". Compte tenu des avantages précités du procédé suivant l'invention, on peut conclure que ledit procédé se distingue avantageusement des autres procédés connus d'ectraction du zinc à partir de laitier zincifères et peut présenter pour cette raison un grand intérêt économique. Dans les exemples de réalisation oorrets mais non limitatifs qui vont suivre les teneurs en constituants sont exprimées en poids. Exemple 1. On transforme un laitier contenant 10,8% de zinc, 29,2% de fer, 1,8% de soufre, 30,3% de silice et 4,2% d'oxyde de calcium, le complément à 100% étant de l'oxygène et des impuretés, dans un four électrique dont la zone de 2 fusion à une surface de 4 m2, et la zone de réduction, une surface de 2 m2. On charge le laitier à raison de 1,2 t/h dans la zone d'élaboration (de fusion), d'où il passe en continu dans la zone de réduction. On maintient la température du laitier e4tusXon dans la zone de réduction à 12500C. La hauteur du laitier en fusion est de 500 mm. On amène périodiquement le coke à2a surface du laitier en fusion, dans la zone de réduction du four électrique, à travers un dispositif d'admission du coke, on introduit en continu l'azote à travers un dispositif d'admission de l'azote (tuyères) à raison de 1,33 m3/mn par/m de surface du bain de fusion, à une vitesse de 50m/s. Le laitier appauvri évacué de la zone de réduction du four contient 3,6% de zinc, 31,246 de fer, 0,5% de soufre, 37,4% de silice et 5,7eh d'oxyde de calcium, le complément à 100 étant de 1' oxygène et des impuretés. On sublime le zinc réduit et on le capte sous forme de poussière de zinc oxydé contenant 70% de zinc, 10% de plomb, le complément à 100% étant de l'oxygène et des impuretés. La vitesse de réduction du zinc est de 0,92 kg/mn par m2 de surface du bain de fusion. Exemple 2. On applique le procédé dans un four électrique, comme dans l'exemple 1. Le laitier contient 11% de zinc, 30,9% de fer, 7,1Sb de soufre, 30,3% de silice Iawquantité de laitier chargé est de 1 tonne/heure. On maintient la température à environ 12300C, la hauteur du bain de fusion est de 500 mm, la quantité d'azote admis est de 0,53 m3/mn par m2 de surface du bain de fusion, la vitesse de l'azote est de 35 m/s. Le laitier appauvri contient 3,0% de zinc, 27,2% de fer, 0,6% de soufre, 34,2% de silice, l'oxygène e*es impuretés formant le complément à 100% La vitesse de réduction du zinc est de 0,4 kg/mn par m2 de surface du bain de fusion, Exemple 3. On applique le procédé dans un four électrique comme dans ltexemple 1. La composition du laitier est identique à celle du laitier de I'exemple 1. La quantité de laitier chargé est de 3,2 tonnes/heure. La quantité d'azote est de 3,35 m3/mn par m2 de surface du bain de fusion, la vitesse d'admission de l'azote est de 80m/s, la hauteur du laitier est de 800 mm. On maintient la température du laitier en fusion à environ 12900C. La teneur en zinc du laitier appauvri est de 2,76%, la vitesse de réduction du zinc est de 2,3 kglmn par m de surface du bain de fusion. EXemple 4. On applique le procédé dans un four électrique comme dans l'exemple 1. Le laitier contient les mêmes constituants que dans l'exemple 1. La quantité de laitier chargé est de 2,5 tonnes/heure, on maintient la température du bain de fusion à une valeur voisine de 14000C, la hauteur du bain de fusion est de 500 mm, la quantité d'azote admis est de 0,835m3/mn par m2 de surface du bain de fusion. La vitesse d'admission de l'azote est de 40 m/s. Le laitier appauvri contient 2,11% de zinc . La vitesse de réduction du zinc est de 2,25 kg/mn par m2 de surface du bain de fusion. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci spnt exécutées suivant son esprit et mises en eouvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé d'extraction de zinc à partir d'un laitier zincifère, du type comprenant une réduction du zinc par introduction d'un réducteur au sein d'un bain de fusion dudit laitier et admission d'un gaz inerte au sein dudit bain de fusion, caractérisé en ce que le gaz inerte utilisé est l'azote, que l'on admet admet ce dernier dans le dit bain de fusion à raison de 0,5 à 3,5 nm3/mn par m2 de surface du bain (nm3 exprimant le volume d'azote en m3 dans les conditions normales), et que la température dudit bain est maintenue dans une plage de 1220 à 14000C. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur du bain de fusion de laitier est comprise entre 500 et 1000 mm. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la vitesse d'admission de l'azote au seh de bain de fusion est de 30 à 100 m/s. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la température du bain de fusion est de 1220 à 12900C. 5. Le zinc, caractérisé en ce qu'il est obtenu par lrocédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 à 4.