Brevet FR2501723A1 — publié le 19820917

Procédé et appareil pour la récupération et la concentration de matières non ferreuses telles que le zinc et le plomb. La présente invention concerne un procédé d'en- rlchissement, en métaux non ferreux utiles, tels que le plomb et le zinc, par volatilisation ou fumigation, à une tem- pérature appropriée, de produits oui contiennent de tels mé- taux, à un pourcentage variable, sous forme d'oxydes ou de sul- fures desdits métaux, et l'appareil pour réaliser ledit procé- dé est un autre aspect de cette invention. Lesprodults à utiliser peuvent être soit des ma- tières premières primaires (minerais) soit des matières pre- mières secondaires (fumées d'aciéries, résidus minéraux et scories métallurgiques). Les procédés actuellement les plus Importants dans le domaine de la volatilisation pour récupérer, ou concen- ter, des métaux non-ferreux tels que le zinc et le plomb vont être décrits ci-après. Procédé avec le four de Waelz: dans ce procédé, la charge, qui contient du zinc (au maximum 30 à 35%), du plomb, et d'autres métaux (dans une plus falble proportion) est mélangée avec de la poussière de coke ou de la poussière d'anthracite dans une proportion de 18 à 25% en poids, et est chargée dans un four rotatif classique lncllné de 2 à 4 par rapport à l'horlzontale. On récupère ainsi une quantité appréciable de métaux utiles. Les principaux inconvénients sont le volume considérable des installations, avec de très grandes surfaces d'échange entre les volumes à traiter et l'air atmosphérique, de telle sorte que la chaleur Intéressante peut être récupérée seulement partiellement. Le procédé avec four-cyclone est un procédé dans lequel la charge, mélangée à la poussière de coke est envoyée vers un four-cyclone cylindrique o elle est mise en contact tangentiellement avec l'air préchauffé. La fumigation est réall- sée dans un four adjacent, qui est généralement un four à arc électrique. Dans le four à arc électrique les matières non- volatiles peuvent être recueillies dans une phase blanche qui est séparée des scories. Donc, des consommations d'énergie con- sidérables sont en Jeu. De plus, la charge doit être séchée complètement et doit avoir une granulation maximum de un mil- limètre. On a maintenant vérifié d'une façon surprenante que les inconvénients de la technologie classique pouvaient être éliminés en travaillant dans une seule zone de réaction en milieu à caractère partiellement oxydant et partielenEt réducteur. De bs,dmas i procédé suggéré Ic4 on peut utiliser/charbn cm mrs bucnne qualité et du charbon de faible grosseur à la place du gaz naturel ou du coke. Ces avantages n'empochent pas l'obtention d'un mode de répartition de chaleur satisfaisant de même que l'établissement de conditions physicochimiques convenables pour l'évolution des réactions intéressantes. Un premier objet de l'invention est un procédé qui fournit le mélange des produits contenant Pb et Zn sous forme de leurs oxydes ou de leurs sels (sulfates, sulfures, silicates, aluminates et autres) avec un produit contenant du carbone, la combustion partielle du carbone donnant de l'oxyde de carbone (CO). Le déroulement du procédé est mené de façon à avoir deux stades. Le premier stade est une réduction directe du zinc, en partant de ses oXydes ou de ses sels, avec volatilisa- tion du zinc et de l'oxyde de plomb contenus dans la charge de départ. Ladite réduction a lieu aux dépens du carbone qui est contenu dans le produit carbone utilisé. Le second stade est une oxydation en phase gazeuse du zinc produit dans le premier stade, par l'air et/ou l'oxy- gène, qui est réalisée concurremment avec les vapeurs de zinc formées. o La fraction non-volatile de la charge, qui est essentiellement composée de CaO, Si02, et FeO, c'est-à-dire, à l'état d'oxydes, et qui contribue à former les scories, aura ses concentrations en divers éléments choisies de façon à produire une scorie à une température de fusion ne dépassant pas 1200 C, pour que les matières non-volatiles puissent quitter le réacteur dans la phase liquide. Pour cette dernière raison, il sera nécessaire de fournir des additions appropriées aux produits de base si les concentrations des composants ne sont Pas suffisantes 250 1723 pour remplir les conditions spécifiées cl-dessus. Pendant le déroulement du premier stade, dans des conditions de traitement déterminées et imposées, le plomb métallique peut être obtenu par la réaction: PbO + CO -> Pb (liquide) + C02 Le plomb métallique ainsi obtenu se mélangera au laitier mals en sera séparé par gravité. L'oxyde de carbone recueilli autour de l'axe de rotation entratne les produits volatilisés vers le haut et est brûlé avec l'oxygène si bien que de la chaleur supplémentaire peut être fournie au procédé. Les températures de traitement varient entre 1100 et 1600C. Un second objet de l'invention est l'appareil pour réaliser le procédé en question. On se reportera aux figures 1 et 2 de la planche ci-jointe. Le réacteur a une forme tronconique et est compo- sé de une ou plusieurs parties tronconiques, qui sont éventuel- lement remplacées Par leur surface courbe enveloppante externe ou interne, et est disposé avec son axe géométrique vertical et peut être tourner autour dudIt axe 1. Le réacteur est formé d'une enveloppe en métal 2, qui est garnie Intérieurement par une couche réfractaire 3. La vitesse angulaire de rotation et l'angle 4, entre les génératrices des surfaces internes des parois des corps tronconiques (ou leurs surfaces enveloppantes comme cela peut être le cas) et la verticale, sont tels que la phase soli- de chargée reste, d'un point de vue dynamique, en équilibre sous les actions concourantes du poids, des forces d'inertie de rotation et des forces de frottement aux aux parois Internes, tandis que la phase liquide formée pendant le traitement s'écou- le vers la base du réacteur qui comporte un trou d'écoulement 5. Le diamètre Intérieur de la plus grande base du réacteur peut avoir de 1 à 10 mètres de long et de préférence, de 2^/6 mètres, tandis que les diamètre Intérieur de la base la plus petite varie entre 0,2 et 1 mètre. Le diamètre du trou d'écoulement doit se tenir entre 5 et 30% du diamètre de la base la plus grande en fonction de la production potentielle de l'installation, et peut même atteindre 100 I du diamètre de la plus petite base. L'angle des génératrices avec la ver- ticale peut varier entre 10 et 60 , on préfère les valeurs supérieures à 20 . La vitesse de rotation du corps conique devra se tenir entre 10 et 80 tpm. (Dans le cas d'un appareil composé de plus d'un tronc de cène, ou d'une surface courbe enveloppant les géné- ratrices du cane ou leurs tangentes, l'angle entre les troncs tronxniques consécutifs ne doit pas excéder 30 ). De plus, il y a de 2 à 4 tuyaux (becs) 6 et 7, avec leur extrémité ouvrant à l'intérieur du réacteur et incli- née convenablement, lesdits becs étant susceptibles d'être dé- placés suivant l'axe vertical de façon à ce qu'ils puissent être utilisés à la fois pour le chargement de la charge minéra- le et celui du combustible. Par contre, un ou plusieurs tuyaux 8, (au nombre de quatre au maximum), sont essentiellement parallèles aux génératrices de la surface interne et ont des perforations 9 sur toute leur longueur ou presque, lesdites perforations étant régulièrement espacées si on le désire, et l'air et/ou l'oxygène sont insufflés continuellement et éventuellement préchauffés. La vitesse du courant de l'auxiliaire de combustion a une com- posante centrifuge radiale et une composante tangentielle par rapport à la trajectoire du point d'impact sur la paroi, qui s'accorde avec le mouvement de façon à ne pas gêner les condi- tions dynamiques de la charge qui est présente soit à l'état liquide, soit à l'état solide. Pour finir, un tuyau central 10, est fourni pour l'injection du courant de l'auxiliaire de combustion à de la fois pour brûler l'oxyde/carbone qui s'est formé et pour provoquer l'oxydation des vapeurs de Zn. La charge peut être une matière première pri- maire (un minerai) et/ou une matière première secondaire (fumées d'aciéries, boues résiduelles de traitement et autres) qui contiennent du plomb et du zinc, dans des proportions va- riables, telles que 1% et plus. La granulation se situera entre 0,01 mm et 5 mm. Les produits peuvent être introduits au sommet du réacteur après avoir déjà été mélangés au combustible, ce dernier étant aussi du type à grain fin, ou bien ils peuvent être alimentés séparément par les tuyaux précités de façon à obtenir un dégagement de chaleur suffisant, conformément aux températures voulues, et aussi afin de fournir un milieu réduc- teur dans la partie supérieure. Dans le fond du four, par les tuyaux non encore utilisés Jusqu'à ce stade, on ajoute des produits contenant du carbone pour assurer les conditions de traitement (réduction) et les conditions thermiques, nécessaires. La quantité de carbone à utiliser est fonction de la quantité de zinc et varie de 8 à 25 % de la charge et de préférence de 15 à 20%. Comme auxiliaire de combustion, on utilise de l'air, éventuellement préchauffé à 600 C et enrichi en oxygène, ou aussi de l'oxygène pur, éventuellement préchauffé à 2000C. Il faut rappeler que la vitesse du procédé est très grande à cause de la très grande surface de contact entre les phases individuelles, ce qui est une conséquence directe à la fols de la fine granulation du produit chargé et du mouve- ment rotatif du réacteur. Les consommations qui peuvent être prévues sont presque stoechiométriques. La présente invention est lllustrée par l'exem- ple descriptif et non limitatif cl-après. EXEMPLE La matière première est une fumée d'aciérie contenant 20% de zinc et 3,5 % de plomb. Le réacteur est un récipient tronconique évasé vers le bas et composé d'une enve- loppe de feuille métallique garnie Intérieurement d'un revête- ment réfractaire, les spéecifications dimenslonnelles étant les suivantes: 530 Dilamètre de la plus grande base du cône (section supérieure) 3800 mm Diamètre de la plus petite base du cône (section inférieure) 800 mm Hauteur du tronc de cône 5000 mm Angles des génératrices du cône avec la verticale 45 et 100, respectivement (sommet et fond). Les paramètres caractéristiques du traitement sont les suivants: Vitesse de rotation du c8ne 20 tp] Débit de l'oxygène 5 m3 normaux par min Vitesse d'alimentation pour le cène: 4 kg par min Vitesse d'alimentation de la charge: 65 kg par min m La charge est mélangée avec 0,10 kg de coke par kg de charge, le coke étant destiné à être utilisé comme coke auxi- liaire. Dans ces conditions, on obtient un oxyde contenant 60% de Zn et 10% de Pb, avec une production de 20kg par minute et des rendements en Zn et en Pb de l'ordre de 95-95% et plus. REVENDICATIONS 1..%océdé pour/récupération ou la concentration du Zn et Pb à partir de matières premières primaires ou secondaires comprenant le mélange du prodult avec le charbon, la combus- tlon partielle du carbone pour obtenir c0O, caractérisé par le fait qu'il est réalisé en deux stades,dans le premier stade il y a une réduction directe du zinc par réaction avec le carbone contenu dans les composés carbonés et la volatili- sation à la fols du zinc et de l'oxyde de plomb, les tempé- ratures nécessaires étant atteintes en brûlant partiellement avec l'air et/ou l'oxygène le carbone en CO, les produits qui contiennent le zinc et le plomb ayant la granulation appropriée; dans le second stade Il se produit une oxydation en phase gazeuse du zinc obtenu dans le premier stade, au moyen de l'air et/ou de l'oxygène. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les températures varient de 1100 C à 1600 C. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2,-caractérl- sé par le fait que la granulation des produits solides de 0 la charge est comprise entre 0,01 mm et 5 mm. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'auxilialre de combustion, l'air et/ou l'oxygène, est préchauffé à une température com- prise entre 200 et 6000C. 5. Appareil pour réaliser le procédé selon la revendl- cation 1, caractérisé par le fait qu'il est tronconique et est composé de un ou plusieurs troncs tronconiques éventuel- lement remplacés par leurs surfaces enveloppantes respectives internes ou externes, le réacteur étant composé d'une enve- loppe de métal (2) garnie intérieurement Par des produits réfractaires (3) et pouvant tourner autour de son axe géomé- trique (1) disposé verticalement, un trou d'écoulement (5) étant ménagé dans le fond du réacteur de façon que les pro- dults solides chargés, sous l'effet des diverses forces, adhèrent aux parois internes du réacteur et que les substances liquides formées puissent s'écouler vers ledit trou d'écoule- ment (5), le diamètre intérieur de la plus grande base du cène étant choisi entre 1 et 10 mètres, le dlamètre intérieur - 2501723 de la plus petite base étant de 0,2 à 1 mètre, le diamètre du trou d'écoulement (5) étant de 5 à 100% du diamètre intérieur de la plus petite base du cène, l'angle (4) des génératrices du cène avec la verticale étant compris entre lO et 60 , et la vitesse de rotation du réacteur entre lO et 80 tours par minute. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les génératrices des surfaces coniques ne doivent pas avoir les unes par rapport aux autres une inclinaison lO supérieure à 30 .