Brevet FR2536421A1 — publié le 19840525

PROCEDE DE CONDENSATION DE VAPEUR DE ZINC. L'invention concerne un procédé et des moyens de récupération de zinc à partir d'un gaz contenant de la vapeur de zinc, en recueillant la vapeur de zinc au moyen de plomb circulant- dans un circuit et en séparant le zinc métallique pur en re- froidissant le dit plomb. Dans la récupération de zinc, on obtient un gaz qui contient des concentrations diverses de vapeur de zinc La récupéra- tion de cette vapeur de zinc et sa conversion en zinc métal- lique pur est un procédé compliqué. Couramment on utilise deux genres différents essentiels de procédés pour refroidir et condenser la vapeur de zinc Quand on utilise une installation connue sous le nom de "réacteur de St Joe" pour former de la vapeur de zinc, on obtient un gaz qui contient environ 40 % de vapeur de zinc et est seule- ment légèrement surchauffé, Ainsi la chaleur devant être en- levée est en grande partie la chaleur de condensation du zinc On utilise pour cela un condenseur à bulles, ainsi nom- mé du fait que le gaz est obligé de barboter à travers un bain de zinc liquide ' Le zinc circule dans le condenseur, qui ne possède pas de partie amovible dans le passage pour le gaz, et est obligé de passer à travers un récipient con- tenant des éléments remplis d'eau qui sont immergés dans le zinc et agissent comme des absorbeurs finaux de la chaleur contenue dans le gaz Le condenseur est simple, mais la surfa- ce de contact entre le gaz et le zinc se refroidissant dans- le condenseur est'faible. Quand on forme de la vapeur de zinc au moyen des réacteurs "Imperial Smelting", on obtient un gaz plus surchauffé qui contient seulement environ 6 % de zinc On doit alors utili- ser un condenseur d'un genre considérablement plus compliqué car la chaleur de condensation du zinc comprend seulement une fraction de la chaleur devant être enlevée, et aussi du fait que le gaz contient CO, CO 2, N 2 et de la vapeur de zinc. Le gaz doit par conséquent être refroidi rapidement pour éviter une réoxydation non désirée en Zn O par réaction entre le zinc gazeux et le dioxyde de carbone La surface de contact entre le milieu réfrigérant et le gaz doit par conséquent être extrêmement importante On utilise par conséquent un condenseur à barbotement dans lequel de grandes quantités de plomb circulent Le plomb est chassé à grands coups, le gaz passe à travers le plomb chassé et le zinc ainsi se dissout dans le plomb Environ 400 tonnes de plomb doivent circuler par tonne de zinc récupérée. Aucun des procédés décrits ci-dessus ne convient particulière- ment dans le cas de la récupération du zinc à partir d'un gaz qui est formé par réduction directe d'un matériau conte- nant du zinc dans un réacteur à cuve On peut utiliser ce procédé pour de nombreux matériaux bruts différents tels que des concentrais en minerai contenant jusqu'à 50 % de Zn O et 10 % de Pb O, ou de-la poussière provenant d'autres procédés qui peut contenir quelquefois seulement quelques' pour cent de Zn O En première approximation, on obtient 1 % de zinc dans le gaz pour chaque pour cent de zinc dans le-matériau de départ. Le but de-la présente invention est pas conséquent de four- nir un procédé convenable pour la condensation de vapeur de zinc dans un grand intervalle de concentration et per- mettant un enlèvement simple des scories et des moyens pour la mise en oeuvre du procédé. On y parvient pour le procédé décrit ci-dessus, selon la présente invention, qui est caractérisée par le fait que le gaz contenant de'la vapeur de zinc est amené en contact in- time avec un plomb atomisé sous forme liquide qui est in- troduit au sommet d'une tour de réfrigération, en au moins une étape, le zinc contenu dans le plomb étant séparé sous forme de zinc métallique liquide pur, dans une chambre de séparation par ségrégation et le plomb à partir duquel on extrait le zinc est mis en recirculation après un autre re- froidissement. Selon un mode de réalisation préférée de l'invention, on amè- ne en contact le gaz contenant de la vapeur de zinc avec le plomb atomisé en au moins deux étapes On peut ainsi amener le gaz en direction du flux du plomb atomisé dans une pre- mière étape et dans une seconde étape à contre-courant, ou à contre-courant dans les deux étapes. Selon un second mode de réalisation de l'invention, on recueil- le conjointement le plomb qui provient des deux étapes de refroidissement. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, on fait recirculer le plomb refroidi de façon qu'il présente un gradiant de température positif dans le tuyau de recircu- lation, par rapport à la direction du flux, de préférence en plaçant le tuyau de recirculation dans le tuyau d'arrivée de gaz et/ou le tuyau de sortie de gaz vers la ou les tours de refroidissement. Les moyens de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention sont caractérisés essentiellement par au moins une tour de refroidissement avec une arrivée et une sortie du gaz contenant la vapeur de zinc, des moyens d'amenée pour introduire le plomb liquide atomisé à la partie supérieure de la tour de refroidissement, une aire de récupération à la partie inférieure de la tour, munie d'une sortie pour le plomb recueilli, une chambre de séparation reliée à l'entrée pour séparer le zinc métallique liquide et les scories du plomb, suivi par une chambre de refroidissement pour un au- tre refroidissement du plomb, et un tuyau muni d'une pompe pour renvoyer le plomb au sommet de la tour de refroidisse- ment. Selon un mode de réalisation préférée de la présente invention celui-ci comprend deux tours de réfrigération séparées ou une tour de réfrigération divisée en deux chambres de réfrigé- ration fonctionnant séparément ayant des moyens d'amenée séparés du plomb atomisé liquide à leur sommet, mais une aire de récupération commune pour le plomb, une amenée de gaz à la première tour de refroidissement ou la première chambre, vue en direction du flux du gaz, étant disposée à la partie supérieure de la tour et la sortie étant située à sa partie inférieure, tandis que l'amenée de gaz pour le gaz à la première tour: ou à la première chambre étant disposée à la partie inférieure de la seconde tour ou de la seconde chambre, et la sortie de gaz pour la seconde tour ou la seconde chambre étant disposée à sa partie supérieure, de façon que le gaz soit transporté en direction du flux du plomb descendant dans la première tour ou chambre et dans - la direction opposée du flux dans la seconde tour ou chambre de refroidissement. De plus, le tuyau de recirculation du plomb est disposé de préférence partiellement dans les tuyaux d'arrivée/sortie pour le-gaz dans la tour ou chambre de réfrigération Cela signifie que l'on obtient un gradiant de température positif pour le plomb, même-si l'augmentation de température du plomb dans le tuyau est seulement de 100 C, cela permet que les scories ne précipitent pas quand le plomb est pulvérisé dans la chambre de refroidissement. pi on utilisait des buses, l'encrassement serait autrement inévitable. On peut atomiser le plomb au moyen d'une pluralité de buses reliées au tuyau de recirculation On utilise éventuellement une surface de projection, contre laquelle le plomb tombe, et est pompé ou vaporisé, des gouttelettes extrêmement fines de plomb fondu pouvant être obtenues en réglant la quantité et en réglant la chute verticale Des moyens tournants, tel qu'un disque tournant, lançant les gouttes de plomb peuvent aussi être utilisés. La description suivante, en regard des-dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de comprendre comment l'invention peut être mise en Pratique. La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif permettant de réaliser le procédé selon la présente invention, avec une tour de réfrigération. La figure 2 représente un second mode de réalisation du dis- positif avec deux tours de réfrigération séparées et La figure 3 montre un troisième mode de réalisation de l'installation avec une tour de réfrigération comprenant deux chambres séparées, mais avec un seul dispositif permettant de recueillir le plomb. La figure 1 montre schématiquement un mode de réalisation de l'installation permettant de réaliser le procédé de conden- sation selon la présente invention On dispose dans une tour 1 munie d'une entrée 2 et d'une sortie 3 pour le gaz con- tenant la vapeur de zinc, des moyens d'amenée 4 pour le plomb liquide atomisé La figure montre des buses ou jets 5, mais on peut aussi utiliser d'autres moyens Le tuyau d'amenée 6 par lequel on amène le plomb aux buses, est de préférence disposé pour se trouver dans une partie de l'amenée 3 et se prolonger dans la tour 1. La tour 1 de réfrigération est reliée par un tuyau 7 à une chambre de séparation 8 Un serpentin 9 de refroidissement est disposé dans la chambre ainsi que des tuyaux de sortie ,11 et 12 Le tuyau 12 conduit à une seconde chambre 13, munie aussi d'un serpentin réfrigérant 14 Cette chambre 13 est de préférence située à un niveau inférieur au niveau de la chambre 8. Le tuyau 15 relie la chambre 13 au tuyau d'amené 6 disposé dans le tuyau de sortie Une pompe 16 est disposée dans le tuyau 15 Un rateau 17 ou autre est disposé aussi dans la chambre 8 pour enlever les scories ou autres qui se sépa- rent à la surface du bain. Cette installation fonctionne comme suit:- le gaz contenaht la vapeur de zinc entre dans la tour 1 par l'arrivée 2 et traverse la tour en s'élevant, vers la sortie 3 Le plomb liquide est vaporisé sous forme atomisée à travers les buses et descend à travers le gaz montant qui est alors refroidi. Pour une utilisation maximum d'énergie, le gaz qui arrive est de préférence saturé avec de la vapeur de zinc Le zinc se condense et/ou est dissous dans les gouttes de plomb. Le plomb est alors recueilli au fond de la tour 1 La quan- titi de plomb qui circule est régléede façon que la vapeur de zinc dans le gaz soit recueillie aussi complètement que pos- sible et de façon que le zinc ait une solubilité la plus grande possible dans le plomb. Le gaz refroidi, sensiblement exempt de vapeur de zinc, quitte la tour par la sortie 3 tandis que le plomb contenant le zinc est amené par le tuyau 7 à la chambre 8. Dans la chambre 8, le plomb est refroidi au moyen du serpen- tin réfrigérant 9 La solubilité du zinc est ainsi réduite et il se sépare par conséquent et forme une couche au- dessus du plomb, qui peut être extraite par la sortie 10. Les scories, à savoir les impuretés solides de compositions diverses, sont recueillies au-dessus de la couche de zinc et sont raclées convenablement ou ratissées et enlevées par la sortie 11. La température dans la chambre 8, c'est à dire la température à laquelle le plomb est refroidi, doit être réglée de façon que le zinc ne soit pas transformé en phase solide Le plomb purifié de son zinc continue alors vers la chambre 13 à travers le tuyau 12 Les chambres sont de préférence pla- cées de façon que le plomb puisse circuler du fait de la gravité Dans la seconde chambre, le plomb est refroidi à nouveau au moyen d'un serpentin réfrigérant 14, encore dans le but d'utiliser au maximum l'énergie. Il en est de même dansl'exemple suivant. Le plomb est pompé de la chambre 13 au moyen d'une pompe 16, à travers le tuyau de retour 15 vers le tuyau d'amenée 6. La raison pour laquelle le tuyau 6 d'amenée est disposé par- tiellement dans le tuyau de sortie 3 du gaz est que le plomb est ainsi préchauffé quelque peu avant d'atteindre les buses 5. Le gradiant deltemperature positif résultant élimine les risques d'encrassement des buses -par formation de scories. Ce préchauffage peut être 'effectué'plus ou moins fortement. Ainsi, on peut utiliser différentes dispositions du tuyau d'amenée Il peut être disposé par exemple 'en boucle, et une boucle de chaleur externe peut même être disposée pour chauffer extérieurem'ent le plomb, soit en liaison avec le premier dispositif ou par lui-même. La figure 2 montre 'un second mode de réalisation d'une installation pour réaliser' le 'procédé selon l'invention. Une première et une seconde tour de 'réfrigération 21, 22 sont reliées ensemble ' Le gaz pénètre par une 'arrivée 23 de gaz au sommet de la première 'tour de 'réfrigération 1. Tout comme dans l'installation représentée 'sur la figure 1, le plomb atomisé est introduit par des buses' 5 disposées au sommet de la tour'de réfrigération Le'tuyau d'amenée 6 pour le plomb parcourt une courte distance'à travers l'arrivée 23 de 'gaz et les buses 5 elles-mêmes' sont disposées quelque peu à l'intérieur dé la tour de réfrigération Cela permet queles buses ne 's'encrassent pas par formation de scories '- Le gaz se déplace à travers un tuyau de 'liaison 24 partant du bas de la première 'tour de réfrigération vers le bas -de la seconde tour de réfrigération, puis passe a contre-courant du plomb 'atomisé,entrant par le 'tuyau 6 a et les buses 5 a au s'omnmet de la seconde 'chambre de 'réfrigération Le tuyau d'amenée 6 a se 'trouve partiellement dans l'amenée de gaz au sommet de 'ia tour 22, pour la même raison que celle expliquée 'ci-dessus. Le plomb 'qui est séparé avec sa teneur en zinc au fond des tours respectives par des' tuyaux 7, 7 a est amené dans une chambre de 'séparation 8 contigu,' après quoi le 'procédé est le même que 'celui décrit en liaison avec la figure 1. La figure 3 montre un troisième mode de réalisation de l'ins- tallation avec une 'tour de réfrigération 31 Une séparation 32 est disposée dans la tour, et est fixée au sommet et sur les parois de la tour mais ne se prolonge pas au fond La sépara- tion 32 définit deux chambres 33, 34 Le gaz pénètre par une arrivée 35 au sommet de la première chambre Le tuyau d'amenée 6 pour le plomb passe à travers l'amenée 35 exacte- ment comme dans les modes de réalisation précédents Le gaz circule vers le basiavec le plomb,à travers la première chambre 33, sous le bord inférieur de la séparation 32 et remonte dans la seconde chambre 34, à contre-courant du plomb atomisé provenant du tuyau d'arrivée 6 Le gaz quitte la tour 31 à double chambre par la sortie 36 à travers laquelle le tuyau d'amenée 6 a pour le plomb passe partiellement. L'installation fonctionne autrement exactement comme celle qui est décrite en référence àux figures l et 2. Un des grands avantages des dispositifs avec deux tours ou deux chambres selon les figures 2 et 3 est que la tour de refroidissement n'a pas besoin d'être très haute Le zinc nécessite un certain temps de contact pour être dissous. dans le plomb, bien que-le procédé soit relativement rapide car le plomb est'atomisé. La description suivante concerne des essais, afin d'illus- trer la présente invention. Les essais sont effectués en utilisant un gaz provenant d'une installation "Plasmazinc" utilisée pour traiter de la poussière contenant 10 % de zinc et de la poussière conte- nant 20 % de zinc. La température du gaz qui quitte l'intallation "Plasmazinc" est environ 1 2000 C Dans les essais le gaz est introduit directement et avec différents degrés de refroidissement. Pour avoir la meilleure utilisation du plomb, celui-ci est refroidi à environ 350 o C avant d'être mis en recirculation et on le laisse atteindre une température de 5500 C, tempé- rature à laquelle il a été extrait de la tour de réfrigéra- tion Dans la chambre de séparation, le plomb est refroidi à environ 4500 C, le zinc étant séparé sous forme d'une couche liquide flottant au sommet du plomb, En refroidissant de 450 C à 350 C dans l'étape suivante de réfrigération, une certaine quantité de scories ainsi que du zinc précipitent. Celui-ci est de préférence réintroduit dans le procédé "Plasmazinc". Le gaz de sortie provenant de la poussière avec 10 % de zinc contient 71,8 % de CO, 23 % H 2, 1 % N 2, 4 % Zn(g) et 0,2 % Pb(g) et le gaz de sortie avec 20 % de zinc contient 67 % de CO, 21 % H 2, 1 % N 2, 10 % Zn(g) et 1 % Pb(g). Le tableau ci-dessous montre la réfrigération nécessaire pour les gaz s'échappant avec des teneurs en Zn(g) variant et des température d'introduction variant, en tonnes de plomb/ 1000 m 3 N de gaz s'échappant La température à laquelle le gaz quitte l'installation est de 550 C dans tous les cas. Température d'intro Réfrigération nécessaire duction du gaz tonne / Pb / 1000 m 3 n s'échappant C. La quantité de plomb circulant peut ainsi être considérable- ment réduite si la température du gaz entrant peut être di- minuée. La disposition du tuyau d'amenée pour le plomb est de pré- férence telle que la température du plomb est augmentée de 350 C à 360 QC avant qu'il entre par les buses Le risque de formation de scories et d'encrassement est ainsi éliminé. 14 % Zn(g)dans 10 % Zn dans 1 % n(g)as l 1 le gaz s'échap ie gaz d'échap- I 5 Ipant Ipant. l I 1 t 1200 30,3 40,1 I 950 21,0 29,6 X 750 13,7 23,3 I l l I I REVENDICATIONS 1 Procédé de récupération de zinc dans un gaz conte- nant de la vapeur de zinc en recueillant la vapeur de zinc au moyen de plomb circulant dans un circuit et en séparant le zinc métallique pur en refroidissant le dit plomb, caractérisé par le fait que le gaz contenant la va- peur de zinc est amené en contact intime avec le plomb ato- misé sous forme liquide qui est introduit au sommet d'une tour de refroidissement en au moins une étape, le zinc contenu dans le plomb étant séparé sous forme de zinc ' métallique liquide pur dans une chambresépazéie par des moyens de ségrégation, le plomb à partir duquel le zinc est récupéré étant recyclé après un autre refroidissement. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le gaz contenant la vapeur de zinc est amené en con- tact avec du plomb atomisé dans au moins deux étapes. 3 Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que-le plomb récupéré provient de deux étapes. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le gaz est refroidi à une température initiale d'au moins 500 à 550 'C. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le plomb, après extraction d'une ou plusieurs tours de réfrigération dans une première étape, est refroidi à environ 450 'C pour la séparation du zinc, 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le plomb est refroidi à environ 350 'C dans une seconde étape - 7 Procédé selon-l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le plomb refroidi à 3500 C est recyclé dans la ou les tours de réfrigération de façon que le plomb soit quelque peu préchauffé par le flux de gaz qui entre et/ou qui sort et de préférence à environ 3600 C. il 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le plomb est refroidi au moyen de serpentinsréfrigérants à l'eau. 9 Dispositif pour la récupération de zinc à partir d'un gaz contenant des vapeurs de zinc en recueillant les vapeurs de zinc au moyen de plomb circulant dans un cir- cuit,et en séparant le zinc métallique pur en refroidissant le dit plomb, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par au moins une tour de réfri- gération(J), avec une entrée( 2)et une sortie( 3)pour le gaz contenant la vapeur de zinc, des moyens d'amenée( 4, 5)pour l'amenée de plomb liquide atomisé à la partie supérieure de la tour de réfrigération, une aire de récupération située à la partie supérieure de la tour, munie d'une sortie ( 7) pour le-plomb récupéré, une chambre de séparation ( 8) re- liée à la sortie ( 7) pour la séparation du zinc métallique liquide et des scories du plomb, suivie par une chambre de réfrigération ( 13) pour un autre refroidissement du plomb et un tuyau ( 15) muni d'une pompe ( 16) pour renvoyer le plomb au sommet de la chambre de réfrigération ( 1) - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comprend deux tours séparées de réfrigé- ration ( 21, 22) munies de moyen d'amenée du plomb liquide atomisé à leur sommet, l'amenée ( 23) de gaz à la première chambre de réfrigération, vue dans la direction du flux de- gaz, étant disposée à la partie supérieure de la tour et la sortie ( 24) à sa partie inférieure, tandis que l'amenée ( 24) de gaz pour le gaz provenant de la première tour ( 21) est disposée à la partie inférieure de la seconde tour ( 22) et la sortie ( 25) de gaz pour la seconde tour ( 22) est dis- posée à sa partie supérieure, de façon que le gaz soit trans- porté en direction du flux de plomb dans la première tour et dans la direction opposée du flux de plomb dans la seconde tour de réfrigération. 11 Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la tour de réfrigération ( 31) est divisée en deux chambres séparées ( 32, 34), chaque chambre fonction- nant comme une tour de réfrigération, le gaz circulant en direction du flux de plomb dans la première chambre ( 33) et dans la direction opposée du flux de plomb dans la seconde chambre ( 34), vue selon la direction du flux de gaz, et que la récupération et l'extraction du plomb au fond de la tour ( 31) est effectuée conjointement pour les deux chambres ( 33,34) 12 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 9 à 11, caractérisé par le fait que le tuyau de re- circulation ( 15) pour le plomb est disposé partiellement dans les tuyaux d'entrée/sortie ( 6,23, 25, 35, 36) pour le flux de gaz, afin d'obtenir un gradiant de température positif pour le plomb dans le tuyau de recirculation ( 15) et ainsi éviter la formation de scories dans les buses ( 5, 5 a) pendant l'atomisation du plomb. 13 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé par le fait que les moyens ( 4, 4 a) pour atomiser le plomb sont constitués par une pluralité de jets ou de buses ( 5, Sa) reliés au tuyau de recirculation. 14 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé par le fait que les moyens pour atomiser le plomb sont constitués par une surface de projection con- tre laquelle le plomb est envoyé par pompage ou pulvérisa- tion et envoyé sous forme de fines particules. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé par le fait que les moyens ( 4, 4 a) pour atomiser le plomb sont constitués par un disque de rotation qui lance le plomb liquide sous forme de petites gouttes. 16 Dispositif selon l'une quelconque des revendications à 15, caractérisé par le fait que le plomb est refroidi au moyen de serpentirsréfrigérant à l'eau ( 9, '14).