Brevet FR2516547A1 — publié le 19830520

En raison de la grande demande dont le zinc fait l'objet, surtout le zinc destiné à servir d'élément de pro- tection pour le fer et l'acier par formation d'un revête- ment par galvanisation, l'importance de la récupération du zinc contenu dans les ribblons, résidus et surtout dans les mattes de galvanisation, est en croissance constante. Pendant le traitement de galvanisation, et en raison des réactions chimiques qui se produisent entre le fer à galvaniser et le bain de zinc, de même qu'en raison de l'attaque directe des cuves ou récipients de galvanisa- tion par le bain, y compris l'action des sels de fer ré- sultant de l'attaque des pièces à galvaniser par les fon- dants, il se forme des composés intermétalliques zinc-fer contenant du zinc occlus qui,selon leur densité, se dépo- sent sur le fond des cuves de galvanisation ou flottent sur le zinc fondu La teneur en fer de ces composés peut être entre 3 et 4 % et même plus. Ces composés s'appellent communément des "mat- tes" ou, plus exactement des "mattes de fond" et "mattes de surface' et ils constituent l'un des résidus les plus intéressants du point de vue de la récupération du zinc secondaire. Le procédé de récupération du zinc des mattes ou résidus précités est basé sur la séparation du fer con- tenu dans les cristaux de Fe Zn 13 constitutifs de la matte, obtenue par addition d'aluminium et qui forme un composé intermétallique d'aluminium et de fer Ce composé s'oxyde superficiellement pour se transformer en une poudre noire qui n'est pas mouillée par le zinc fondu, ce qui réduit à un minimum les pertes dans la séparation. Le composé intermétallique formé possède une densité inférieure à celle du zinc fondu de sorte que, si l'on laissait le mélange au repos, il flotterait sur la surface Néammoins, en raison de la viscosité du liquide et de la petite taille des cristaux, cette opération serait très lente. Pour accélérer la séparation, il est connu de soumettre la masse fondue à une agitation dans un réacteur qui comprend une cuve destinée à contenir les mattes, rib- blons ou résidus à l'état fondu et dans laquelle est logé un rotor monté sur un arbre vertical, cet arbre étant sup- porté par une tête supérieure qui peut se déplacer dans la direction verticale Cette tête porte également le mo- teur d'actionnement de l'arbre, ainsi qu'un couvercle de fermeture de la cuve A son tour, la tête est supportée par un chariot qui peut se déplacer horizontalement tandis que la cuve est montée sur deux appuis extérieurs supérieurs qui définissent un axe de rotation perpendiculaire à l'axe de la cuve et permettent de faire basculer cette dernière. Dans les rréacteurs du type indiqué, les pales du rotor présentent une inclinaison calculée pour repousser la masse fondue vers le fond de la cuve, de sorte que cette masse heurte le fond et les parois du réacteur Avec cette disposition des pales du rotor, on obtient à l'intérieur de la cuve un courant de masse fondue en circuit fermé dans la direction verticale, de haut en bas au centre de la masse et de bas en haut à la périphérie, ce courant étant coupé ou interrompu par les pales de l'agitateur. D'un autre côté, en raison de la constitution de la cuve, il est pratiquement impossible d'obtenir un réglage adéquat de la température de la masse fondue. Avec l'appareil décrit, on n'atteint pas l'ef- ficacité désirée, ce qui est essentiellement dû aux carac- téristiques du courant de masse fondue créé à l'intérieur de la cuve, à l'impossibilité de régler la température à l'intérieur decette cuve et également au manque de maîtrise de l'air qui doit provoquer l'oxydation du composé inter- métallique. Le type de courant engendré dans la cuve et l'absence de maîtrise de la température de la masse ont pour conséquence la formation d'un composé intermétallique de formule Fe Al 3, à haut point de fusion Ceci, joint au manque de maîtrise de l'air d'oxydation, a pour effet que l'oxydation superficielle du composé intermétallique et sa séparation de la masse fondue, exigent de longs temps de fonctionnement de l'appareil, d'autant plus qu'il est quelquefois nécessaire d'interrompre et de reprendre le traitement à plusieurs reprises. Le but de la présente invention est de réaliser un réacteur du type indiqué dans lequel un rotor puisse se déplacer et les pales de ce rotor soient disposées de telle manière que le processus de séparation puisse être réalisé d'une façon rapide et sûre. Un autre but de l'invention consiste à réaliser un réacteur dans lequel la paroi de la cuve soit constituée d'une manière qui permette de la refroidir; et de cette façon, de régler la température de la masse fondue La ré- action qui se produit à l'intérieur de la cuve est exother- mique, de sorte qu'il est nécessaire de dissiper la chaleur produite puisque, dans le cas contraire, la température s'élèverait jusqu'à des limites qui obligeraient à inter- rompre le traitement, la réaction ne se produisant en effet qu'entre certaines limites de températures Un autre but de l'invention est de réaliser un réacteur équipé d'une installation simple qui assure l'in- sufflation à l'intérieur de la cuve de la quantité d'air nécessaire pour entretenir une atmosphère oxydante, appro- priée pour assurer l'oxydation superficielle des cristaux du composé intermétallique. La disposition spéciale des pales du rotor prévu dans l'appareil suivant l'invention et la possibilité de régler la température de la masse fondue, contenue dans la cuve permettent de former un composé intermétallique répondant à la formule Al Fe, dont le point de fusion est inférieur à celui du A 13 Fe. La nature de ce composé intermétallique, jointe à la possibilité de fournir la quantité d'air nécessaire pour son oxydation, permet d'effectuer le traitement de séparation d'une façon plus sûre et plus rapide qu'avec les réacteurs déjà connus En outre, avec l'abaissement de la température de la masse fondue, on peut obtenir une plus longue durée de la cuve et du rotor. Suivant l'invention, pour obtenir un refroidis- sement approprié de la cuve, cette cuve possède dans sa paroi latérale une chambre périphérique qui entoure le revêtement réfractaire intérieur A l'intérieur de cette chambre, s'étend une cloison transversale hélicoïdale qui forme un conduit hélicoïdal, lequel débouche radialement à l'extérieur à travers une bouche supérieure et une bouche inférieure, toutes deux pratiquées dans la paroi exté- rieure de ladite chambre et destinées à donner passage à l'air de refroidissement D'un autre côté, et suivant une autre caractéris- tique de l'invention, pour assurer la pénétration d'air à l'intérieur de la cuve dans la quantité nécessaire pour obtenir une atmosphère oxydante, le couvercle de la cuve présente une ouverture traversante d'entrée d'air tandis que la cuve porte une chambre annulaire supérieure qui est disposée autour de la portée du couvercle Cette chambre annulaire communique avec l'intérieur de la cuve à travers le couvercle lui-même et présente une bouche extérieure qui s'accouple, par l'intermédiaire d'un joint rotatif ou du type à rotule, à un conduit d'aspiration qui débouche dans un filtre à manchons ou analogue, destiné à la récu- pération de l'oxyde produit et à assurer en outre une mal- trise ou limitation appropriée de la pollution engendrée pendant l'opération d'agitation ainsi que pendant les pha- ses d'extraction de l'agitateur, de coulée du métal affiné et d'extraction des résidus qui restent dans la cuve sous forme d'oxyde à la fin de chaque opération. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les pales du rotor sont contenues dans le même plan que l'axe de la cuve, de manière à engendrer dans la masse fondue un courant d'orientation radiale qui frappe la paroi de la cuve. La chambre annulaire supérieure précitée est interrompue dans la zone qui correspond au canal de coulée de la cuve La paroi interne de cette chambre annulaire est de forme circulaire, avec une rainure périphérique intermédiaire continue tandis que la paroi externe présente une forme en spirale, en partant de l'un des côtés du canal de coulée, et présente une ouverture proche de l'autre cô- té de ce canal De son côté, le couvercle de la cuve pré- sente une chambre annulaire périphérique qui débouche, d'une part, vers le bas à travers des ouvertures situées à l'intérieur de la zone de portée sur la cuve et, d'autre part, radialement à travers des ouvertures pratiquées dans la paroi externe de cette chambre annulaire Ces ouvertures pratiquées dans la paroi externe sont en face de l'ouver- ture périphérique continue de la paroi interne de la cham- bre annulaire supérieure de sorte qu'on établit ainsi une communication entre la chambre annulaire et l'intérieur. de la cuve à travers le couvercle lorsque l'agitateur se trouve à l'intérieur de la cuve. Ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, la cuve du, réacteur est montée sur deux supports supérieurs extérieurs qui définissent un axe de rotation perpendiculaire à l'axe de la cuve et permettent de basculer cette dernière L'un de ces supports est constitué par un palier creux auquel se raccordent, d'un côt Aun conduit de soufflage d'air et, de l'autre côté, un conduit qui mène jusqu'à la bouche supérieure du conduit hélicoïdal qui forme la chambre péri- phérique de refroidissement de la paroi de la cuve. De cette façon, on obtient un refroidissement efficace de la cuve à l'aide d'une installation simple. Pour éviter la détérioration prématurée de l'ar- bre porte-rotor et pour protéger les roulements des tem- pératures élevées qui sont transmises audit arbre par la masse fondue, cet arbre est de configuration tubulaire et il est parcouru intérieurement par un conduit qui mène jusqu'à proximité du rotor et définit une chambre annulaire avec la paroi de l'arbre, le conduit précité et la chambre annulaire débouchant à la partie supérieure pour se rac- corder à un circuit d'arrivée de fluide de refroidissement à travers un joint rotatif. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation de l'inven- tion et en regard des dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est une vue en élévation avant d'un réacteur construit conformément à l'invention; la figure 2 est une vue en élévation de côté de ce même réacteur; la figure 3 est une vue en plan du réacteur des figures 1 et 2: la figure 4 est une vue en coupe partielle sché- matique de la cuve du réacteur, qui montre le conduit héli- coidal de refroidissement; la figure 5 est une vue en plan de dess us de la cuve du réacteur; la figure 6 est une vue en plan de dessus du couvercle du réacteur, entouré par la chambre annulaire supérieure; la figure 7 est une coupe verticale de l'arbre du rotor les figures 8 et 9 sont des vues de côté et en plan du rotor. Comme on peut le voir sur les figures 1, 2 et 3, le réacteur comprend une cuve désignée par la référence 1, dans laquelle se loge le rotor 2, qui est représenté en traits interrompus sur la figure 1 Le rotor 2 est monté sur un arbre vertical rotatif 3 qui est supporté par la tête 4, qui peut se déplacer dans la direction verticale. A son tour, la tête 4 est montée dans un chariot 5 qui peut se déplacer dans la direction horizontale sur la voie 7. La cuve 1 est destinée à contenir les mattes ou résidus à l'état fondu et elle est montée sur deux sup- ports supérieurs 8 et 9, qui sont soutenus par des colon- nes verticales 10 Aux côtés de la cuve 1 sont reliés ex- térieurement deux vérins hydrauliques 11 à l'aide desquels on peut assurer le basculement de la cuve 1, qui tourne alors autour des supports 8 et 9 La cuve 1 est fermée à sa partie supérieure par un couvercle 12 qui est suspendu à la tête 4 De son côté,la tête 4 est montée sur des gui- des verticaux 13 le long desquels elle peut se déplacer au moyen du vérin hydraulique 14 La tête 4 porte en outre le moteur 15 qui, par l'intermédiaire des courroies 16, actionne la poulie 17 à laquelle est fixé l'arbre 3. Le déplacement du chariot 5 se produit au moyen du vérin hydraulique 18. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1, par actionnement du vérin hydraulique 14 et au moyen des gui- des verticaux 13, on peut assurer l'élévation de la tête 4 tandis que,par actionnement du vérin hydraulique 18, et au moyen de la voie 7, on peut amener le chariot 5 à la position représentée en traits interrompus, de manière que la tête 4 occupe la position 4 ', en entraînant le cou- vercle 12 et le rotor 2, après avoir extrait ces éléments de la cuve. Dans ces conditions, la cuve 1 peut être mise en état de recevoir le métal fondu ou bien de verser son contenu par l'actionnement des vérins hydra&uliques 11. Comme on peut le voir sur les figures 1, 2 et 3, la cuve 1, de même que la voie 7, sont montées sur un bâti scellé sur des fondations. Comme on peut mieux le voir sur les figures 4 et 5, la cuve 1 est-munie, dans sa paroi, autour du revê- tement réfractaire 30, figure 2, d'une chambre annulaire à l'intérieur de laquelle court une cloison hélicoldale qui définit un passage hélicoïdal 21, ce passage débou- chant tangentiellement à sa partie supérieure à travers la bouche 22 et> à sa partie inférieure,à travers l'ouver- ture 23 Extérieurement, la cuve présente des pattes supé- rieures 24 diamétralement opposées, voir figure 5, desti- nées au montage des vérins hydrauliques 11 Comme on pour- ra également le voir sur la figure 5, la cuve porte deux paires d'anneaux 25, 26 de diamètres différents, fixées extérieurement L'embouchure supérieure 22 du conduit héli- coidal est raccordée à l'anneau intérieur de la paire 26, par le tube 27 Les supports 8 et 9, voir figures 1, 2 et 3 qui soutiennent la cuve 1, comprennent des roulements 6 montés dans les intervalles des paires d'anneaux 25 et 26 Le roulement monté entre les anneaux 26 porte un arbre creux qui prolonge le conduit 27, l'anneau 26 intérieur étant raccordé à une conduite 28 pour l'arrivée de l'air de refroidissement de la cuve qui sortira par la bouche inférieure 23. Comme on peut le voir sur les figures 1, 2 et 6, la cuve porte une chambre annulaire 29 montée à sa par- tie supérieure, autour du couvercle 12 et qui est inter- rompue dans une partie qui fait face à la bouche de coulée du bord supérieur de la cuve Comme on peut mieux le voir sur la figure 6, cette chambre annulaire supérieure pré- sente une paroi intérieure circulaire et une paroi exté- rieure spirale, de sorte qu'elle augmente progressivement de section de l'un des côtés de la bouche de coulée jus- qu'au côté opposé, o la chambre annulaire 29 présente une bouche de sortie 31 à laquelle est raccordée une conduite d'aspiration destinée à acheminer les oxydes entraînés jus- qu'à un filtre à manchons non représenté. Comme on peut mieux le voir sur la figure 2, la chambre annulaire 29 présente une rainure longitudinale 32 dans sa paroi intérieure De son côté, le couvercle 12 possède une chambre périphérique 33 présentant dans son fond des ouvertures 34 qui communiquent avec l'intérieur de la cuve tandis que, dans sa paroi périphérique, il pré- sente également des fenêtres 35 disposées face à la rai- nure 32 de la chambre 29, De cette façon, la chambre supé- rieure 29 communique avec l'intérieur de la cuve à travers le couvercle Le couvercle et la paroi de la cuve se ter- minent par des portées, visibles sur la figure 2, de ma- nière à assurer un appui parfait du couvercle 12 sur la cuve. Comme on peut le voir sur la figure 6, le cou- vercle 12 présente une ouverture 36 pour l'entrée de l'air. Comme on peut le voir sur la figure 7, l'arbre 3 qui porte le rotor est de configuration tubulaire et, à l'intérieur de cet arbre s'étend un conduit 37 qui se prolonge jusqu'à proximité de l'extrémité inférieure de l'arbre Le conduit 37 définit avec l'arbre 3 une chambre annulaire qui débouche à sa partie supérieure, comme le conduit 37 précité, à travers les bouches 38 et 39 servant à assurer le raccordement à un circuit d'alimentation en fluide de refroidissement L'arbre 3 se termine à sa par- tie inférieure par une bride 40 à laquelle se fixe le rotor, qui est représentée sur les figures 8 et 9 Ce rotor com- prend des ailettes radiales 41, situées dans le même plan que l'axe de l'arbre 3, ces ailettes 41 portant des pales 42 Avec cette constitution, en faisant tourner le rotor 2, on crée dans la masse fondue un courant orienté radiale- ment qui frappe les parois de la cuve, ce qui permet d'ob- tenir une meilleure efficacité du traitement de séparation, grâce au tourbillon produit, ce courant facilitant en ou- tre l'effet d'oxydation du composé Al Fe. Afin de pouvoir placer le rotor d'agitateur à différentes hauteurs, afin de modifier à volonté le tour- billon produit et de faciliter de cette façon la sépara- tion et l'oxydation du composé Al Fe, on a prévu un dispo- sitif qui permet, sans nécessiter de soulever le couver- cle, d'élever la tête d'agitation et, par conséquent, l'a- gitateur, jusqu'à une hauteur déterminée, à partir de la- quelle l'ensemble tête-couvercle se soulève Pour cela, il est prévu trois guides ou tiges 43, montés sur le cou- vercle 12, qui passent à travers les orifices pratiqués dans la plaque 44 solidaire de la tête d'agitation 4 Cet- te tête peut s'élever en entraînait l'agitateur sans dé- placer le couvercle, jusqu'à ce que la plaque 14 bute con- tre les butées 45 A partir de ce moment, la-tête 4 entrai- ne également le couvercle 12 de la cuve. Avec la constitution ainsi décrite, on obtient un excellent dispositif de refroidissement de la cuve, ain- si qu'une construction simple du circuit d'entrée d'air à l'intérieur de la cuve, qui permet d'obtenir l'atmosphère oxydante voulue. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans pour cela sortir du cadre de l'invention. il R E V E N D I C A T I O N S 1 Réacteur pour la récupération du zinc con- tenu dans les ribblons, résidus et mattes de ce métal, qui comprend une cuve destinée à contenir les mattes, ribblons ou résidus à l'état fondu et à l'intérieur de laquelle est logé un rotor, monté sur un arbre vertical, cet arbre étant supporté par une tête supérieure qui peut se déplacer dans la direction verticale et qui porte également à la fois le moteur d'actionnement de l'arbre et un couvercle de fer- meture de la cuve, cette tête étant à son tour supportée par un chariot pouvant se déplacer horizontalement tandis que la cuve est montée sur deux supports supérieurs exté- rieurs qui définissent un axe de rotation perpendiculaire à l'axe de la cuve et permettent le basculement de celle- ci, ce réacteur étant caractérisé en ce que la cuve ( 1) présente une chambre périphérique formée dans sa paroi laté- rale et qui entoure le revêtement réfractaire intérieur ( 30) et une chambre annulaire supérieure ( 29) disposée au- tour de la portée recevant le couvercle ( 12) et en ce que les pales ( 42) du rotor ( 2) sont contenues dans des plans qui contiennent également l'axe de la cuve de manière à engendrer dans la masse fondue un courant orienté radiale- ment qui frappe la paroi de la cuve, ladite chambre péri- phérique présentant intérieurement une cloison transver- sale hélicoïdale ( 20) qui forme un conduit hélicoïdal ( 21), lequel débouche radialement à l'extérieur à travers une bouche supérieure ( 22) et-à travers une bouche inférieure ( 23), bouches qui sont pratiquées dans la paroi extérieure de ladite chambre, et qui servent au passage de l'air de refroidissement tandis que la chambre annulaire supérieure ( 29) communique avec l'intérieur de la cuve à travers le couvercle ( 12) et présente une bouche extérieure ( 31) destinée au raccordement d'une conduite d'aspiration. 2 Réacteur suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que la chambre annulaire supérieure ( 29) de la cuve est interrompue dans la zone qui-correspond à la bouche de coulée, la paroi intérieure de ladite chambre ( 29) étant de forme circulaire, avec une rainure périphé- rique intermédiaire continue tandis que la paroi extérieure présente unelforme en spirale, qui part dûs l'un des côtés de la bouche de coulée et présente une ouverture proche de l'autre côté de cette-bouche de coulée. 3 Réacteur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le couvercle ( 12) de la cuve est suspendu à la tête ( 4) au moyen de guides ou tiges ver- ticaux ( 43) qui passent à travers des orifices pratiqués dans une plaque horizontale ( 44) solidaire de la tête ( 4), lesdits guides ou tiges ( 43) se terminant par une butée supérieure ( 45) de dimension supérieure à celle desdits orifices, lesdits guides ou tiges( 43) étant d'une hauteur suffisante pour permettre d'élever partiellement la tête ( 4) et le rotor d'agitateur ( 2) sans provoquer l'élévation du couvercle la cuve, et, d'autre part, radialement, à travers des' fenê- tres ( 35) pratiquées dans la paroi extérieure de la dite chambre annulaire ( 33) et qui sont placées face à l'ouverture périphérique continue ( 32) de la paroi intérieure de-la chambre annulaire'supérieure ( 29) de la cuve. 4 Réacteur suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que l'un des supports de rotation extérieurs ( 8 et 9) de la cuve est cosntitué par un palier ( 6) et par des appuis de configuration annulaire qui définissent un segment tubulaire auquel se raccordent, d'un côté, un conduit d'insufflation d'air et, de l'autre côté, un conduit ( 27) qui se prolonge jusqu'à la bouche supérieure ( 22) du conduit hélicoïdal ( 21) formé dans la chambre périphéri- que de la paroi de la cuve. Réacteur suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que l'arbre( 3) du rotor tion tubulaire, et est parcouru intérieurement par un conduit ( 37) qui se prolonge jusqu'à proximité dudit rotor et dé- finit une chambre annulaire avec la paroi de l'arbre, ce conduit ( 37) et ladite chambre annulaire débouchant à leur partie supérieure de manière à se raccorder à un circuit d'alimentation en fluide de refroidissement.