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"Condensation de vapeurs de zinc"
La présente invention se rapporte à la condensation de vapeurs de zinc et a pour objet un procédé perfectionné et un appareil pour la condensation des vapeurs de zinc.
Dans les techniques habituelles pyremétallurgiques de fusion des minerais de zinc, le zinc est récupéré à 1 état de métal fondu par condensation des vapeurs de zinc contenues dans les produits gaz= de l'opération de fusion.
Dans les installations fonctionnant d'une manière continue, telles que les cornues modernes à chauffage extérieur ou les cornues chauffées électriquement, la vapeur de zinc, diluée au moyen des gaz ordinaires provenant de la fusion, t;els que l'oxyde de carbone et les gaz similaires, passe dans un condenseur maintenu à une température permettant la condensation effective de la vapeur de zinc sous forme de zinc fondu. Cette température peut être avantageusement de l'ordre de 500 à 550 C.
Comme le gaz entre souvent dans
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le condenseur à une température qui est supérieure d'au moins 300 C à la température convenable de fonctionnement, il est habituel, en pareils cas, d'associer thermiquement au condenseur un dispositif convenable d'élimination de chaleur, en vue de maintenir la température appropriée, particuliè- rement dans le cas des installations de coulée du zinc de capacité relativement grande.
Dans la demande de brevet français de la Demanderesse du 25 mai 1946 pour Condensa.- tion de vapeur de zinc', on décrit un condenseur à zinc par barbottage dans lequel le dispositif de dissipation de chaleur de la chambre de condensation est composé de che- mises refroidissantes en liaison thermique avec les pa- rois extérieures de la chambre, et dans la demande de bre- vet français de la Demanderesse du 27 mai 194-6 intitulée Condenseur à zinc" on décrit la façon de disposer les dispositifs de refroidissement artificiels à l'intérieur de la chambre de condensation elle-même.
Une des caractéristiques du condenseur à barbottage décrit dans les demandes de brevet sus-mentionnées réside dans le fait de prévoir au fond de la chambre de condensa- tion un volume important de zinc fondu qui est maintenu sous une agitation continue et communique avec une autre masse de zinc fondu contenue dans un puits de décharge extérieur à la chambre de condensation. En étudiant les résultais donnés par ce condenseur à bnrbottage dans les conditions industriellen de fonctionnement, la Demanderesse a découvert qu'il est possible de maintenir une température de fonc- tionnement appropriée à l'intérieur de la chambre de con- densation par une dissipation convenable de la chaleur provenant de la masse de métal fondu se trouvait dans le puits de décharge.
Ainsi , on a constatéque, par un refroi- dissement artificiel direct du métal fondu contenu dans le puits de décharge, on peut soustraire à la masse com-
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municante de zinc fondu située dans la chambre de conden- sation une quantité de chaleur suffisante pour maintenir la température appropriée de fonctionnement de la chambre.
Le procédé de la présente invention consiste ainsi faire passer un courant gazeux contenant la vapeur de zinc à travers une chambre de condensation contenant une masse de zinc fondu, à maintenir extérieurement à la chambre une masse de zinc fondu communiquant avec le zinc fondu situé à l'intérieur de la chambre, et à régler la température de fonctionnement de la chambre de condensation en soumettant la masse de zinc fondu extérieure à un refroidissement artificiel direct, tout en agitant le zinc fondu contenu dans la chambre. Les deux masses de zinc fondu ont sensi- blement le même volume, mais le volume de la masse exté- rieure de zinc fondu peut être, et est habituellement, beau- coup plus petit que celui contenu dans la chambre de con- densation.
Le refroidissement artificiel direct de la masse extérieure de zinc fondu est réglé par la température du zinc fondu de cette masse ou celle du zinc contenu dans la chambre de condensation, de manière à maintenir la tempé- rature appropriée de fonctionnement de la chambre.
Le condenseur de l'invention comprend une chambre de condensation possédant un orifice d'entrée pour la vapeur de zinc et un orifice de sortie du gaz et conçue de manière à contenir une masse de zinc fondu de laquelle on peut retirer du zinc fondu, de préférence d'une manière continue, à mesure que la vapeur de zinc se condense, pour le faire passer dans un puits de décharge communiquant avec ladite masse. La chambre de condensation est munie de dispo- sitifs d'agitation du métal fondu, et le dispositif de re- froidissement artificiel est associé, dans son fonctionnement, au puits de décharge ou à un puits indépendant contenant le métal fondu communiquant avec la chambre, de manière à re-
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froidir le métal fondu y contenu.
Le refroidissement arti- ficiel est réglé au moyen de dispositifs qui peuvent être avantageusement actionnés automatiquement par les varia- tions de température du métal fondu contenu dans la cham- bre ou dans le puits.
Ces caractéristiques et d'autres caractéristiques de 11 invention seront mieux comprises par la description suivante, et le dessin ci-joint dans lequel :
La fig. 1 est une coupe longitudinale en élévation d'un condenseur de l'invention et
La fig. 2 est une vue en plan du condenseur.
Le condenseur représenté dans le dessin est du type à barbottage décrit dans les demandes de brevet sus-mention- nées auxquelles on se reportera pour une description plus complète des caractéristiques de construction qui n'intéres- sent pas directement la présente invention et, par consé- quent, ne sont ni représentées, ni décrites ici. Comme le montre le dessin, le condenseur comprend une chambre de con- densation , généralement rectangulaire,possédant un ori- fice 6 d'entrée des vapeurs de zin@ prés d'une des extré- mités et un orifice 7 de sortie des gaz épuisés ou rési- duels près de l'autre extrémité, et est revêtu d'une matière réfractaire appropriée.
L'entrée 6 des vapeurs de zinc est reliée par un tuyau 8 à une source de vapeurs de zinc, par exemple une cornue vertica.le de fusion du zinc. L'entrée 6 des vapeurs de zinc et la sortie 7 des gaz sont protégées par des chicanes réfractaires pendantes 9 et 10, reppec- tivement, pour empêcher la pénétration de particules de zinc fondu dans les conduits d'entrée ou de sortie.
La chambre de condensation communique, au dessous de 11 extrémité inférieure de sa paroi terminale 11, avec un puits de décharge 12, muni d'une buse de trop-plein 13
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déterminant le niveau (a) de la masse de zinc fondu située dans la chambre de collectage. Un chenal collecteur 14 reçoit le métal fondu déversé par la buse de trop-plein 13 et le conduit dans un dispositif de coulée ou analogue. La partie inférieure de la cloison terminale 11 plonge dans le métal fondu situé entre la chambre de condensation et le puits de décharge en communication avec elle et forme un joint hydraulique entre la chambre de condensation et l'atmosphè- re en ce point.
La buse de trop-plein 13 et le chenal 14 peuvent être éliminés, le métal fondu étant alors puisé à la main ou enlevé dtune autre manière convenable du puits 12 en vue d'une coulée, d'un' stockage ou pour . autre but.
La vapeur de zinc se condensait dans la chambre 5, le zinc fondu en résultant se réunit à la masse de zinc fondu conte- nue dans la chambre, et le zinc fondu est enlevé du puits
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0<an&'LC- 12 par déversement-.7e'-Var puisage périodique ou par tout autre moyen propre â, maintenir dans la chambre, pour tous les usages pratiques, un volume de zinc fondu sensiblement constant.
Un rotor 15, généralement cylindrique, est monté à l'intérieur de la chambre de condensation 5. Ce rotor est porté par un arbre métallique 16 creux ou percé axialement et monté dans des paliers extérieurs au condenseur. L'arbre 16 est disposé horizontalement et traverse les parois laté- rales de la chambre de condensation en des points compris entre l'entrée du zinc et la sortie du gaz, dans une direc- tion généralement perpendiculaire à la direction du gaz traversant la chambre. Le rotor peut être en graphite, en carbure de silicium ou en une autre matière réfractaire appropriée, et est protégé d'un contact direct avec l'arbre 16 par un manchon 18 en ciment isolant.
L'arbre 16 possède plusieurs nervures 19 espacées sur sa périphérie et noyées dans le manchon de ciment, et le trou du rotor est muni de plusieurs encoches espacées 20 emplies du ciment du
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manchon, de telle sorte que l'arbre, le manchon et le rotor sont effectivement solidaires. L'arbre 16 est refroidi par le courant d'agent refroidissant, tel que l'eau, passant par son trou axial.
La surface périphérique du rotor 15 est munie:de plu- sieurs poches ou cuvettes 21 espacées sur la circonférence.
Ces cuvettes ont généralement une section en forme de cuil- ler, avec une partie plate avançant relativement longue et une dépression semi-circulaire peu profonde à l'extrémité intérieure ou au fond de la cuvette. L'arbre 16 est disposé à un niveau sensiblement supérieur à celui du zinc fondu contenu dans la chambre , et le rotor 15 est d'un diamètre extérieur tel que la cuvette la plus basse se trouve au- dessous du niveau du zinc fondu (a). L'arbre 16 (et par conséquent le rotor 15) est actionne par un moteur élec- trique ou autre source de force appropriée (non représentée).
Le dispositif de refroidissement artificiel fonctionne en liaison avec le puits de décharge 12 pour refroidir la masse de zinc fondu y contenu. Bien que ce dispositif puisse être de tout type approprié, on obtient des résultats satisfaisants au moyen d'un refroidisseur à eau à baïonnette fixé au dessous d'un support approprié ou reposant sur le plancher réfractaire du fond du puits. Comme représent4 dans le dessin, un corps de refroidissement métallique 22 (en fer par exemple) d'une largeur suffisante et possédant les tuyaux d'entrée et de sortie d'eau 23 et 24, respecti- vement, est supporté par un bâti 25 et plonge sensiblement jusqu'au fond du puits 12, On peut, à la place d'eau, faire circuler tout autre liquide de refroidissement approprié dans le corps 22.
Dans la mise en pratique de 11 invention avec le condenseur représenté sur le dessin, un courant continu de gaz contenant de la. vapeur de zinc pénètre dans la
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chambre de condensation sous la chicane 9 de l'entrée 6 et passe dans une direction généralement horizontale a travers la chambre et sous la chicane 10 de l'orifice de sortie 7 des gaz épuisés. Quand le gaz entrant provient d'une opération de fusion en cornue verticale, sa tempé rature est de l'ordre de 820 à 900 0, et il 'contient géné- ralement 30 à 50 % d'une vapeur de zinc diluée principa- lement d'oxyde de carbone.
Le rotor 15 tourne à une vitesse relativement élevée (150 à 200 t/min. environ) dans le sens des aiguilles d'une montre (fig. 1) de telle sorte que les cuvettes 21 puisent et lancent en succession rapide des lames ou pluies de zinc fondu dans le courant gazeux. Les lames ou pluies de métal fondu dirigées vers le haut et se succédant rapidement retombent en pluie de particules de métal fondu à travers la chambre et sont aussi projetées contre la chicane 9 et le toit de la chambre de condensa- tion, de telle sorte que la chambre de condensation est pratiquement remplie de rideaux et nappes de particules en mouvement de zinc fondu qui forme des noyaux idéaux pour la condensation et la coalescence subséquente de la vapeur de zinc.
Le rotor 15 agite la masse de zinc fondu située au fond de la chambre de condensation, de telle sorte que le métal fondu est en mouvement constant. La température de cette masse'de zinc fondu peut être, pour tous les usages pratiques, prise comme température de fonctionnement de la chambre de condensation, et par conséquent du conden- seur lui-même. Conformément à l'invention, cette masse de zinc fondu est maintenue à la température de fonctionnement voulue par le fait que la chaleur de cette masse est dis- sipée et transférée'à la masse de zinc fondu refroidie artificiellement que contient le puits de décharge.
Ainsi, la circulation de l'agent de refroidissement dans le
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récipient 22 enlève de la chaleur du/zinc fondu contenu dans le puits et, par voie de conséquence, de la chaleur est également empruntée à la masse de zinc fondu communi- cante contenue dans la chambre de condensation. 'En raison de son agitation et de sa bonne conductibilité thermique naturelle, le zinc fondu contenu dans la chambre de conden- sa.tion abandonne facilement sa. chaleur au zinc fondu refroi- di artificiellement que contient le puits de décharge commu- niquant avec ladite chambre.
Par un réglage ,judicieux de refroidissement artificiel appliqué au zinc fondu contenu dans le puits, la chaleur du zinc fondu contenu dans le chambre de condensation est enlevée ou dissipée en quantité et à une vitesse propres à assurer le maintien de la tempé- ra.ture de fonctionnement convenable de la chambre de con- densation, c'est à dire 500 à 550 C. A cette température de fonctionnement, pratiquement la totalité de la, vapeur de zinc est condensée, le zin@ dondensé fondu est incor- poré à la masse de zinc fondu contenue dans la chambre de condensa,tion et le mélange fondu est transfère de cette chambre au puits de décharge.
Il est avantagea de régler le refroidissement arti- ficiel auquel est soumis le zinc fondu contenu dans le puits 12 en faisant varier la surface immergée du récipient de refroidissement 22. L'opération peut être effectues à la. main en élevant ou abaissant le corps de refroidissement, ou en faisant varier son inclinaison. Comme la température de fonctionnement du condenseur est indiquée par la tempé- rature du zinc fondu se trouvant dans la chambre de conden- sation, le refroidissement artificiel peut avantageusement être réglé par la température relevée à l'aide d'un pyro- mètre ou autre appareil de mesure des températures conve- nablement placé.
Par suite de l'agitation du zinc fondu se trouvant dans la chambre de condensation, le zinc fondu
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contenu dans le puits en communication est en circulation constante et après détermination de la légère différence de température de fonctionnement qui s'établit entre les deux masses de zinc fondu pour un condenseur particulier, le refroidissement artificiel peut être réglé' par la tempé- rature du zinc fondu contenu dans le puits. Le refroidis- sement artificiel peut être automatiquement ajusté eu égard aux variations de température du zinc fondu se trou- vant soit dans la chambre de condensation, soit dans le puits.
Ainsi, comme le montre le dessin, la surface immergée du corps de refroidissement 22 est automatiquement réglée par un dispositif 26 actionné par les variations de tempé- rature, lequel est relié au pyromètre 27 placé dans le zinc fondu contenu dans le puits 12. Si la température du zinc fondu contenu dans le puits augmente, le dispositif 26, répondant à cette élévation de température, abaisse le corps de.refroidissement 22, ce quinaugmente la surface immergée et, par conséquent, son effet refroidissant. Si, d'autre part, la température du zinc fondu diminue, le dispositif 26@ soulève le corps de refroidissement 22, en en diminuant par conséquence, l'effet refroidissant.
De cette manière, la température du zinc fondu contenu dans le puits est maintenue entre des limites déterminées à l'a- vance par réglage ce l'effet de refroidissement du corps 22, ce qui assure le réglage de la température de fonction- nement de la chambre de condensation. Comme on lta dit précédemment, le pyromètre 27 peut être placé dans le zinc fondu contenu dans la chambre de condensation, bien qu'il soit généralement plus commode et aussi satisfaisant de le placer dans le zinc fondu contenu dans le puits.
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/fondu Le zinc/peut (Être puisé à la main ou d'une autre manière du puits de décharge 12, au lieu d'être déversé par la buse 13 dans l'auget 14. Le puisage est généralement
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effectué périodiquement, maisà Intervalles rapproches, et l'on n'enlève du puits, à, chaque puisnge, que la quantité de zinc fondu nécessaire au maintien, pour les usages pratiques, d'un volume sensiblement constant de zinc fondu dans la chambre de condensation.
On doit main- tenir dans le puits un certain volume minimum de zinc fondu pour assurer une réserve de chaleur a,déquate en vue d' ab-- sorber la chaleur de la chambre de condensation et de dissi- per cette chaleur par le dispositif de refroidissement ar- tificiel, aussi bien que pour prévenir la solidification au couts des interruptions qui, dans la. pratique, se pro- duisent occasionnellement, dans la marche d'un condenseur et la hauteur du zinc fondu contenu dans le puits doit être suffisante pour permettre une immersion convenable du dispositif de refroidissement. Dans la, pratique, la chaleur est empruntée au zinc fondu contenu dans le puits à peu près au même taux qu'elle est empruntée à la chambre de condensation, de telle sorte que le zinc fondu contenu dans le puits n'est pas exagérément refroidi.
Bien que les volumes relatifs des niasses de zinc fondu se trouvant dans la chambre de condensation et dans le puits de décharge dépendent des dimensions et de la capacité du condenseur et peut-être, à un moindre degré, de l'efficacité de l'agi- tation du zinc fondu contenu dans la chambre, l'exemple suivant donne des indications sur ces facteurs.
Le condenseur était du type à barbottage représenté sur le dessin et possédait une capacité de condensation d'environ 6 tonnes de zinc par jour de 24 heures. On a. maintenu dans la chambre de condensation de 900 à 3850 kg de zinc fondu et environ 225 kg dans le puits de décharge, et la surface de communication entre les deux masses de zinc fondu était de l'ordre de 4,65 dm2. Le rotor 15 soulevait environ 2265 kg de zinc fondu à la minute. En
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d'autres termes, une quantité de zinc fondu, à peu près égale à la masse de zinc contenue dans la chambre de condensation était enlevée de cettee masse et projetée dans la chambre par le rotor toutes les trente secondes.
Il en est résulté une agitation vigoureuse du zinc fondu contenu dans la chambre, qui a été transmise à la masse fondue contenue dans le puits en communication avec cette chambre.
La. température de fonctionnement de la chambre de condensa- tion était maintenue légèrement au dessus de 500 C par immersion d'un corps 22 refroidi par l'eau dans le métal fondu contenu dans le puits 12, la surface d'immersion dudit corps(de l'ordre de 4,65 dm2 environ) étant réglée à la main suivant la température du zinc fondu contenu dans le puits. En raison du déversement continu de zinc fondu du puits de décharge ' dans le chenal 14, la température du zinc fondu contenu dans le puits était inférieure de 10 à 15 à celle du zinc fondu contenu dans la chambre de condensation. En puisant à la main dans le puits de décharge 180 kg environ de zinc fondu, la hauteur du zinc fondu 'contenu dans la chambre de condensation a diminué de 17,8 cm à 15,2 cm environ.
Il n'est pas nécessaire de constituer dans le puits de décharge du condenseur la masse extérieure et commu- nicante de zinc fondu ; on peut prévoir un puits auxiliaire de refroidissement équivalent disposé extérieurement, en communication analogue avec la chambre de condensation, par exemple à l'extrémité opposée ou à côté du condenseur. A part le fait que le zinc fondu ne sera ordinairement pas enlevé d'un puits de refroidissement auxiliaire de ce genre, le zinc fondu y est artificiellement refroidi et fonctionne de la même manière que ci-dessus décrit eu égard au zinc fondu contenu dans le puits de décharge 12.
Il est bon de maintenir dans le puits 12 ou dans le puits
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de refroidissement équivalent une hauteur adéquate de zinc fondu pour permettre l'immersion du dispositif de refroidissement artificiel qu'exige la mise en pratique de l'invention. Avec un récipient de fer 22 refroidi par l'eau, il se forme une couche ou croûte de zinc solidifié sur la surface immergée du corps, mais ceci n'a pas d'effet nuisible sur 1'efficacité du refroidissement et, de plus, protège le récipient de fer contre la corrosion par le zinc fondu. Bien qu'on préfère actuellement, dans la pra- tique, employer un corps de refroidissement pour dissiper la chaleur provenant du zinc fondu contenu dans le puits de refroidissement, on pourrait utiliser d'autres disposi- tifs appropriés de refroidissement.
Quelle que soit sa position, la surface de communication entre la chambre de condensation et le puits de refroidissement doit être assez grande et de préférence aussi grande que pra.tiquement possible, tout en assurant un joint efficace entre la cham- bre de condensation et l'air atmosphérique pour éviter L'entrée de celui-ci, de manière à constituer une surface convenable d'échange de chaleur entre les masses de zinc fondu en communication et à assurer une certaine agitation ou circulation du métal fondu contenu dans le puits de refroidissement comme résultat de l'agitation de la masse communicante de zinc fondu contenue dans la chambre de condensation.