Brevet FR2583433A1 — publié le 19861219

La présente invention est relative à un procèdé et à un dispositif pour condenser de la vapeur de zinc à partir d'un gaz en amenant ce gaz en contact avec un mé- tal de refroidissement. Les procèdés industriels classiques pour conden- ser du zinc à partir d'un gaz contenant de la vapeur de zinc utilisent du plomb liquide à partir duquel le zinc a été séparé par liquation. Le gaz est conduit à travers un condenseur dans lequel du plomb est projeté sous forme de gouttes à l'aide de rotors. Le zinc condensé se dissout alors dans les gouttes de plomb. Le procèdé décrit ci-dessus a également été uti- lisé pour des processus utilisant du zinc liquide comme agent de refroidissement. Les rotors en graphite fonctionnent habituellement dans des bains de métaux en maintenant une température d'environ 5000C. L'usure des rotors, provoquée par l'éro- sion et une corrosion dues à la température élevée du mé- tal en fusion, constitue un problème sérieux. Il est éga- lement difficile de concevoir des rotors satisfaisants qui produisent des gouttes suffisamment petites et distribuent les gouttes uniformément dans la zone de condensation et assurent ainsi un refroidissement et une condensation efficaces de la vapeur de métal dans l'ensemble de la cham- bre du condenseur. Un autre problème posé par les disposi- tifs connus est que des gouttes de métal accompagnent le gaz lorsqu'il quitte le condenseur. Il a maintenant été également découvert que l'on obtient un effet de refroidissement qui n'est pas satis- faisant lorsque le gaz contenant de la vapeur de zinc entre en contact avec les gouttelettes volantes. Au lieu de celà, la pression de vapeur du métal de refroidissement augmente et la vapeur de zinc est condensée de façon inefficace. Un autre phénomène qui peut se produire avec l'utilisation des rotors est une condensation dans la phase gazeuse. Celle-ci donne des gouttes ayant une tension super- ficielle élevée et qui parviennent sur la surface du bain de métal et sont incapables de la pénètrer; Il en résulte des pertes cinétiques de zinc, tandis que la température du gaz sortant peut toujours être faible. Un but de l'invention est par conséquent de fournir un procèdé hautement efficace pour condenser de la vapeur de zinc à partir d'un courant de gaz, en libèrant en même temps complètement le gaz des particules ou gouttes qui l'accompagnent. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif permettant la distribution d'une quantité de métal par unité de volume de gaz, et d'assurer un mélange intime de gaz et de métal, mais qui ne comporte aucun or- gane mobile critique dans le bain de métal. Ce but est atteint au tmoyen.du procèdé suivant l'invention, qui comprend les phases suivantes: on produit une pellicule, ou rideau essentiellement cohérent de métal de refroidissement, on couvre à peu près la totalité de la section transversale que le gaz contenant de la vapeur de zinc est forcée de franchir, on astreint le gaz à franchir ladite pellicule ou rideau, on force le mélange obtenu à se dilater dans au moins une phase pour assurer un mélange intime, et on accélère ensuite le mélange sur la surface d'un bain de métal de refroidissement afin de séparer toutes particules ou gouttes de métal présentes dans le gaz. La distribution du métal de refroidissement sous la forme d'une pellicule ou d'un rideau permet d'introduire dans le gaz une quantité de métal plus grande qu'avec les procè- dés connus jusqu'à présent, maintenant ainsi une faible pression de vapeur. Le fait de laisser le gaz se dilater engendre alors une turbulence qui atomise efficacement le métal de refroidissement, de manière qu'à peu près toutes les parties du gaz viennent en contact avec le métal de re- froidissement. Un autre avantage important est que le gaz vient en contact avec un agent de refroidissement qui est pur, ne contenant aucun déchet. Suivant un mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, le métal de refroidissement utilisé est du plomb. Suivant un autre mode de mise en oeuvre, le métal de refroidissement utilisé est du zinc. Suivant une autre caractéristique du procédé sui- vant l'invention, après accélération dans la première phase, le mélange de gaz est astreint à se dilater au moins une fois de plus avant d'être accélèré sur la surface du bain de métal de refroidissement. Ceci augmente encore l'effica- cité avec laquelle la vapeur de zinc est condensée. Suivant encore une autre caractéristique du pro- cédé, après avoir rencontré la surface du bain de métal de refroidissement, le gaz est astreint à se dilater afin de séparer àpeu près complètement toutes les gouttes qui peu- vent l'avoir accompagné. Suivant encore une autre caractéristique de l'in- vention, le métal de refroidissement est recyclé après re- froidissement, séparation du zinc condensé si du plomb est utilisé en tant que métal de refroidissement ou retrait d' une partie du.courant de zinc en circulation si du zinc est utilisé comme métal de refroidissement et augmentation de la température du métal de refroidissement de quelques degrés afin d'empêcher la formation de déchets dans le dis- positif d'alimentation en métal de refroidissement. L'augmentation de température peut être obtenue en effectuant un échange thermique entre le métal de re- froidissement et le gaz chaud entrant contenant de la vapeur de zinc et/ou entre le métal de refroidissement entrant et celui quittant le dispositif. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procède suivant l'invention comprend une section de condensation, une section de séparation, une section de sortie de gaz, une section de traitement du métal de refroidissement et une section de recyclage de ce métal, et ce dispositif est caractérisé en ce que la section de condensation consiste en au moins une chambre avec une zone de dilatation, des moyens d'alimentation en métal de refroidissement agencés en conjugaison avec la section de dilatation, et une sec- tion d'accélération après la section de dilatation. Suivant un mode de réalisation, la section de condensation comprend une seconde chambre disposée verti- calement au dessous de la première et consistant en une partie de dilatation et une partie d'accélération. Suivant une autre caractéristique de l'invention,. la section de condensation comporte un orifice de sortie qui communique avec la section de séparation, le mélange de gaz étant ainsi amené en contact avec le bain de métal de refroidissement présent dans la section de séparation. Suivant encore une autre caractéristique de l'in- vention, le diamètre de la section de sortie de gaz est considérablement supérieur à celui de l'orifice de sortie de la partie de condensation dans la section de séparation. De préférence, la chambre ou les chambres de la section de condensation est, ou sont, pourvues d'une lèvre d'égouttage à la partie inférieure. D'une façon avantageuse, les-moyens d'aIimenta- tion en métal de refroidissement dans la section de con- densation comprennent des buses qui sont réparties autour de la périphérie de manière qu'une pellicule ou un rideau à peu près cohérent de métal de refroidissement soit formé sur à peu près la totalité de la section transversale que doit franchir.le gaz. entrant contenant de la vapeur de zinc. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaitront au cours de la description qui va sui- vre, faite en se référant aux dessins annexés, donnés uni-. quement à titre d'exemple et dans lesquels: la Fig.1 est une vue schématique de dessus d'un mode de réalisation du dispositif suivant l'invention; la Fig.2 est une vue en section du dispositif de la Fig.1, suivant la ligne II-Ii. La Fig.1 est une vue schématique de dessus d'un dispositif de condensationde zinc pour la mise en oeuvre du procèdé suivant l'invention, en utilisant du zinc comme métal de refroidissement. Si on utilise du plomb comme métal,de refroidissement, le zinc est dissout dans le plomb. Cependant le zinc est condensé à partir du gaz qui le con- tient de la même façon dans les deux cas. Le dispositif comprend une chambre i formant con- denseur avec une section 2 de condensation et une partie 3 de sortie du gaz. Le dispositif comprend également une cham- bre 4 pour les impuretés ou déchets, une chambre 5 de re- froidissement et une cuve 6 logeant des pompes. La chambre formant condenseur comporte des brû- leurs 7, 8 et 9 pour maintenir sa température. Les pertes par refroidissement dans la chambre 4 sont compensées élec- triquement, comme indiqué au moyen d'une boucle 10 à résis- tance électrique. La température de la chambre de refroi- dissement est commandée au moyen de boucles 11'de refroi- dissement. Les pertes thermiques dans la chambre 4 peuvent bien entendu être compensées par des brûleurs à-pétrole ou autres moyens analogues. La chambre 4 pour les impuretés ou déchets commu- nique avec la chambre de refroidissement par l'intermédiai- re d'un conduit 13, conçu de façon que seul le zinc puisse passer et que les impuretés soient extraites par un orifice 14 de sortie. Une certaine quantité de zinc liquide est extrai- te de la chambre de refroidissement par l'intermédiaire d' un orifice 15 de sortie tandis que le reste s'écoule dans la cuve contenant les pompes par l'intermédiaire d'une liaison 16, pour être utilisé comme agent de refroidisse- ment. Les pertes thermiques dans la cuve peuvent être com- pensées par exemple au moyen de dispositifs chauffants électriques immergés. Si le métal de refroidissement utilisé est du plomb, celui-ci s'écoule, après extraction des impuretés, à travers un conduit de refroidissement à l'extrémité du- quel le zinc est extrait après liquation. Les pompes 17,19 disposées dans la cuve pompent du zinc liquide à travers des conduits 19,20 vers les - moyens d'alimentation disposés dans la section 2 de conden- sation, ces moyens seront décrits de façon plus détaillée en référence à la Fig.2. Pour supprimer le risque de formation de zinc solidifié dans les conduits et les buses, un gradient posi- tif de température est de préférence assuré dans les con- duits provenant de la cuve vers les moyens d'alimentation. Ce gradient peut être obtenu par exemple en faisant en sorte que les tuyaux conduisant auxdits moyens soient au moins partiellement chauffés par les gaz chauds entrant et/ ou en prévoyant un échange thermique avec le zinc sortant. Dans tous les cas, les tuyaux doivent être isolés afin d' empêcher des pertes excessives de température. Si le métal de refroidissement est le plomb, un échange thermique peut être prévu entre le plomb entrant et le gaz entrant et/ou le plomb sortant du condenseur du fait qu'après séparation du zinc le plomb serait autrement saturé de zinc qui pourrait provoquer un certain retard avant que le plomb soit capable de dissoudre plus de zinc s'il n'était pas préalablement chauffé. La Fig.2 est une vue en section du dispositif représenté à la Fig.1, suivant la ligne II-II. Dans le mode de réalisation représenté, la partie de condensation con- siste en deux chambres. On obtient cependant un effet adé- quat avec une chambre seulement. Les chambres 21, 22 sont disposées l'une au des- sus de l'autre et du zinc de refroidissement est distribué à la partie supérieure de la chambre 21 par des buses 23, 24 afin de former une pellicule ou rideau 25 à peu près 3 ophérent de métal liquide de refroidissement. Le gaz en- trant, désigné par les flèches 26, est astreint à franchir le rideau et le mélange s'écoule alors en descendant dans la partie 21a de dilatation de la chambre 21. En ce point, en raison de la: forte turbulence, le métal de refroidisse- ment se désintègre en gouttelettes extrêmement fines et la totalité du gaz entre en contact avec le métal de refroidis- sement. Les gouttelettes de métal de refroidissement avec le zinc condensé sont déposées sur les parois descendantes et convergeantes de la chambre dans la partie 21b d'accélè- ration et s'égouttent dans le bain 28 de métal de refroi- dissement situé au dessous, grace à la lèvre 27 d'égouttage. Après compression dans la partie 21b d'accélèra- tion de la chambre 21, le gaz se dilate de nouveau dans la partie de dilatation 22a de la chambre 22. Un nouveau mé- lange est ainsi effectué et le gaz reste plus longtemps. Dans la plupart des cas cette phase est inutile pour obte- nir une condensation totale de la vapeur de zinc présente dans le gaz. Après cette phase de condensation, le gaz s'écou- le en descendant à travers la chambre formant condenseur et est dévié contre la surface du bain 28 de zinc. Les gouttelettes dans le gaz sont ainsi à peu près complètement séparées. Le gaz continue en montant à travers la section 3 de sortie qui est constituée par un conduit vertical 29 ayant un diamètre considérablement plus grand que celui de la sortie 30 de la chambre formant condenseur. Toutes les gouttelettes restantes sont ainsi séparées et le gaz sort du dispositif à travers l'orifice de sortie 31 sans aucune vapeur de zinc ni gouttelettes de métal l'accompagnant. Un barrage 32 est agencéedaris la chambre formant condenseur, au dessous de laquelle le zinc s'écoule en sor- tant dans la chambre 4 à déchets. La plus grande partie des déchets est extraite de. la chambre formant. condenseur, soit de façon intermittente soit en continu par des moyens appro- priés tels qu'un distributeur à vis, indiqué au dessin par une racle 33. REVENDICATIONS 1- Procédé pour condenser de la vapeur de zinc à partir d'un gaz en amenant ce gaz en contact avec un métal de refroidissement, comprenant les phases consistant à produire une pellicule essentiellement cohérente d'un métal de refroidissement couvrant à peu près la totalité de la section transversale à travers laquelle le-gaz:con- tenant de 1 a vapeur de zinc est astreint à passer, à for- cer le gaz à franchir ladite pellicule, à astreindre le mélange résultant à se dilater en au moins une phase pour effectuer un mélange très intime et à accèlèrer ensuite le mélange sur la surface d'un bain de métal de refroidissement pour séparer toutes particules ou gouttelettes de métal dans le gaz. 2- Procédé suivant la revendication 1, dans lequel le métal de refroidissement utilisé est le plomb. 3- Procèdé suivant la revendication 1, dans le- quel:le métal de refroidissement utilisé est le zinc. 4- Procédé suivant les revendications i à 3, caractérisé en ce qu'après accélération, le mélange de gaz est astreint à se dilater au moins une fois de plus avant d'être accélèré sur la surface du bain de métal de refroi- dissement, afin d'augmenter encore l'efficacité avec la- quelle la vapeur de zinc est condensée. - Procédé suivant les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'après avoir rencontré la surface du bain de métal de refroidissement, le gaz est astreint à se dilater afin de séparer à peu près complètement toutes particules et/ou gouttelettes qui peuvent l'avoir accompa- gné. 6- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé èn ce que le métal de refroidissement est recyclé après refroidissement, séparation du zinc condensé et augmenta- tion de la température du métal de refroidissement de quel- ques degrés afin d'empêcher la formation d'impuretés dans les moyens d!alimentation en métal de refroidissement. 7- Procèdé suivant la revendication 3, caracté- risé en ce que le métal de refroidissement est recyclé après refroidissement, extraction d'un courant séparé du zinc recyclé et augmentation de la température du métal de refroidissement de quelques degrés afin d'empêcher la formation d'impuretés dans les moyens d'alimentation en métal de refroidissement. 8- Dispositif pour la mise en oeuvre du procèdé tel que défini suivant la revendication 1, comprenant une section de condensation, une section de séparation, une section de sortie de gaz, une section de traitement du mé- tal de refroidissement et une section de recyclage pour le métal de refroidissement, caractérisé en ce que la section (2) de condensation comprend au moins une chambre (21) avec une zone (21a) de dilatation, des moyens (23,24) d'alimen- tation disposés au dessus de la section de dilatation pour produire une pellicule de métal de refroidissement, et une section (21b) d'accélération située au dessous de la section (21a) de dilatation. 9- Dispositif suivant la revendication 8, carac- térisé en ce que la section (2) de condensation comprend une seconde chambre (22) disposée verticalement au dessous de la première chambre et consistant en une partie (22a) de dilatation et en une partie (22b) d'accélération. 10- Dispositif suivant les revendications 8 à 9, caractérisé en ce que la section (2) de condensation com- porte une sortie (30) qui communique avec la section (1) de séparation, et en ce que le mélange de gaz est amené en contact avec le bain (28) de métal de refroidissement pré- sent dans la section de séparation. 11- Dispositif suivant les revendications 8 à 10 caractérisé en ce que le diamètre de la section (3) de sor- tie de gaz est considérablement plus grand que celui de 1' orifice (30) de sortie dans la section de condensation. 12- Dispositif suivant les revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la chambre(21) ou les chambres (21, 22) de la section (2) de condensation est, ou sont pourvues d'un bord inférieur (27) d'égouttage. 13- Dispositif suivant les revendications 8 à 12 caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (23,24) en métal de refroidissement dans la;section (2) de con- densation sont des buses réparties autour de la périphérie de manière à former une pellicule ou un rideau à peu près cohérent de métal de refroidissement au dessu d'à peu près la totalité de la section transversale que doit franchir le gaz entrant contenant de la vapeur de zinc.