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"PROCEDE DE PURIFICATION DE VAPEUR DE ZINC"
La présente invention est relative à la purification de vapeur de zinc et vise certains perfectionnements au traitement des vapeurs de zinc en vue d'en éliminer les métaux qui les souillent et qui ont un point d'ébullition plus élevé que celui du zinc, par exemple, le plomb, le fer, etc. Plus particulièrement, l'invention est relative à un procédé permettant d'obtenir du zinc métallique, de la poussière de zinc ou de l'oxyde de zinc de très grande pureté, à partir de zinc métallique relativement impur.
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Jusqu'ici, on avait l'habitude de redistiller le zinc métallique pour en enlever le fer et le plomb.
Dans ces opérations de redistillation courantes jusqu'ici, l'enlèvement du plomb, en particulier, ne s'effectuait pas au degré auquel on pouvait s'attendre d'après la tension de vapeur du plomb au point d'ébullition du zinc. Au point d'ébullition du zinc (environ 905 ), la tension de vapeur du zinc est par définition, 1 atm. tandis que celle du plomb n'est qu'une faible fraction d'une atmosphère (au voisinage de 0,10 mm de mercure). Théoriquement, le nombre de molécu- les de vapeur de plomb contenues dans la vapeur de zinc qui se dégage lorsque l'on fait bouillir du zinc impur est dans la même proportion par rapport au nombre de molécules (atomes) de vapeur de zinc que la tension de vapeur du plomb à 905 , par rapport à une atmosphère.
Le zinc produit en condensant cette vapeur devrait contenir le même pourcentage de plomb que celui qui est nécessairement présent dans la vapeur de zinc. En pratique toutefois, cette petite quantité (théorique) de plomb est largement dépassée. Ainsi, par exemple, du zinc brut ordinaire, redistillé d'après les méthodes courantes jusqu'ici , contient habituellement de 0,03 à 0,12% de plomb, alors que la teneur théorique est de 0,013 %.
La diminution de la tension de vapeur du plomb produite du fait de sa solution dans le zinc fondu, ne réduit pas de façon correspondante, conformément à l'expérience, la quantité de plomb qui passe réellement à la distillation dans la pratique industrielle ordinaire de la redistillation.
Dans une opération de ce genre, lorsqu'elle est effectuée à une vitesse de distillation convenable, pour rendre l'opé- ration profitable, le zinc fondu contenant du plomb en solu- tion s'éclabousse contre les côtés surchauffés de la cornue
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de distillation au-dessus du bain de métal fondu. ;le zinc bout rapidement laissant une pellicule constituée sensible- ment par du plomb qui tend à établir la vapeur de tension réelle du plomb dans la vapeur de la cornue.
La différence entre la teneur du plomb présent en fait dans le zinc redistillé et la teneur à laquelle il y aurait lieu de s'attendre théoriquement est, croit-on, due, dans une grande mesure, aux facteurs suivants :
1 - Surchauffe,, de la vapeur de zinc. Dans la redistillation du zinc telle qu'elle est pratiquée d'habitude, la vapeur est en contact avec les parois chauffées extérieu- rement de la cornue et est soumise à la radiation de ces parois ou bien, dans le cas de cornue chauffée intérieurement, la vapeur est au contact de la résistance électrique ou de l'arc ou autre moyen utilisé pour produire la chaleur, et est soumise à la radiation de ces moyens.
La vapeur de zinc est par suite chauffée à une température supérieure au point d'ébullition du zinc. A cette température, la vapeur de zinc absorbe, à l'état de vapeur, un plus grand pourcentage de plomb en volume que celui qui correspond à la tension de vapeur (ou pression partielle) du plomb, au point d'ébullli- tion du zinc. Cet excédentde vapeur de plomb est entraîné dans le condenseur du fait de l'un des phénomènes suivants ou des deux, même lorsque la vapeur de zinc n'est plus sur- chauffée avant d'entrer dans le condenseur ou le conduit de vapeur y conduisant.
2 - Sursaturation - Le plomb qui a été volatilisé par surchauffe comme indiqué ci-dessus, ne se condense pas immédiatement hors de la vapeur de zinc, lorsque le mélange de vapeur de zinc et de vapeur de plomb a été refroidi au point d'ébullition du zinc. L'excès de plomb (c'est-à-dire l'excès par rapport à la teneur qui existerait théoriquement
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à la pression partielle existante) a tendance à rester à l'état de vapeur pendant un certain temps sans se condenser sous forme de plomb fondu et ce retard donne suffisamment de temps pour que le plomb soit entraîné dans le condenseur par la vapeur de zinc.
3 - Entraînement- Il se forme dans le courant de vapeur de zinc des gouttelettes de plomb fondu ou de zinc fondu mélangé avec du plomb fondu, soit par condensation de la vapeur de plomb sursaturée, soit par pulvérisation mécani- que de gouttelettes de zinc fondu souillé de plomb dans le courant de vapeur, par l'éclatement de bulles de vapeur de zinc dans le bain de zinc bouillant. Ces gouttelettes de métal fondu souillé de plomb peuvent être entraînées mécani- quement par la vapeur de zinc dans le condenseur de zinc sous forme d'un brouillard métallique.
Le plomb est utilisé ici comme exemple spécifique de la manière suivant laquelle ces trois facteurs influent sur la purification du zinc par redistillation. Il doit être bien entendu que d'autres métaux , à point d'ébullition plus élevé que celui du zinc, se comportent de la même façon et, par suite, ne sont pas éliminés du zinc par redistillation dans la proportion à laquelle il y aurait lieu de s'attendre, étant donné leur faible tension de vapeur par rapport au point d'ébullition du zinc.
La présente invention est basée sur une étude atten- tive de ces facteurs et est relative à un procédé perfection- né de purification de la vapeur de zinc, dans lequel les influences pernicieuses de ces trois facteurs sont effective- ment évitées, d'où il résulte que l'on peut obtenir du zinc métallique très pur.
Bien que l'invention convienne particulièrement pour la purification de vapeur de zinc par redistillation, elle est
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également applicable en principe à la purification de vapeur de zinc d'autres origines telles que, par exemple, d'une opération de fusion ou de réduction du zinc, dans laquelle la vapeur de zinc estmélangée avec de l'oxyde de carbone.
Considérée de façon large, l'invention applique la conden- sation à reflux comme moyen d'élimination ou de purification, grâce auquel ou au contact duquel passe la vapeur de zinc relativement impure. Ainsi, une partie de la vapeur de zinc soumise à la purification est condensée à l'état de zinc fondu, comme par exemple dans une colonne à fractionnement ou à reflux et ce zinc fondu condensé revient à la source de volatilisation de la vapeur de zinc, en contre-courant par rapport au courant de vapeur de zinc. En fait, le zinc fondu condensé exerce une action de nettoyage sur la vapeur de zinc relativement impure et recueille une grande proportion de plomb, fer et autres métaux à point d'ébullition plus élevé que le zinc et enlève ces impuretés métalliques du courant de vapeur de zinc.
La caractéristique essentielle de l'invention est l'effet de condensation à reflux d'où il résulte que les impuretés métalliques sont enlevées dans une grande mesure de la vapeur de zinc. Lorsque l'on met en pratique l'inven- tion pour purifier la vapeur du zinc venant d'une cornue de redistillation, une partie de la vapeur de zinc venant de la cornue est condensée dans la colonne de fractionnement du condenseur à reflux et est renvoyée à la cornue de façon telle que toute la vapeur de zinc sortant de la cornue est mise en contact intime avec le courant qui revient (ou peut être la pluie ou le brouillard) de zinc fondu.
Cette conden- sation et ce retour du zinc fondu à la cornue de distillation (ou autre source donnant de la vapeur de zinc par volatilisa- tion) sont effectués en faisant passer la vapeur de zinc
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venant de la cornue dans un conduit montant ( de préférence sensiblement vertical) construit et disposé de façon à avoir une perte ou une dissipation de chaleur réglable par sa sur- face extérieure ( par radiation, conduction et convexion) .
La quantité de chaleur dissipée par ce conduit montant peut être réglée en faisant varier les superficies de sa surface extérieure (c'est-à-dire la surface par laquelle la chaleur qu'il contient doit passer pour se dissiper) en l'entourant d'un calorifuge d'épaisseur réglable et en la protégeant, si nécessaire, de la chaleur venant du foyer qui chauffe la cornue de distillation. Ce conduit montant constitue le con- denseur à reflux ou colonne de fractionnement. Il s'en dissipe suffisamment de chaleur pour recondenser une partie de la vapeur de zinc dégagée par la source de volatilisation.
En pratique, on a constaté que l'enlèvement effectif du plomb ( et autres impuretés avec point d'ébullition élevé) de la vapeur de zinc s'effectue de façon très satisfaisante si le condenseur à reflux fonctionne de façon à condenser et à ramener à la cornue de distillation du zinc de 15 à 20% de la vapeur de zinc qui en sort. La vapeur de zinc qui n'a pas été recondensée par le condenseur à reflux, pénètre dans un conduit approprié,descendant dans un dispositif de traitement de vapeur de zinc d'un type quelconque convenable tel qu'un condenseur susceptible de condenser efficacement de grandes quantités de vapeur de zinc.
Il est avantageux de remplir le condenseur à reflux ou tour de fractionnement avec une matière de garnissage en vue de faire circuler en zigzag la vapeur de zinc et le zina fondu recondensé lorsqu'il revient à la cornue de distilla- tion, ce qui entraîne un contact intime et relativement pro- longé entre le zinc fondu et la vapeur de zinc lorsqu'ils se déplacent en contre-courant. La matière de remplissage ou de
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garnissage permet d'avoir une colonne plus courte et lorsque l'on n'en utilise pas, le condenseur à reflux ou colonne de fractionnement doit être d'une longueur ou d'une hauteur voulue pour assurer un contact suffisant entre la vapeur de zinc montante et le zinc fondu descendant, en vue d'obtenir le résultat désiré.
La matière de remplissage ou de garnis- sage peut consister en Une substance quelconque qui ne soit, pas attaquée par la vapeur de zinc et le zinc fondu. Des morceaux de coke, de graphite, de matières réfractaires tels que le carbure de silicium, l'argile et produits analo- gues, des briques concassées et produits analogues peuvent être utilisés. La matière de garnissage doit être concassée à une dimension telle qu'elle laisse des vides suffisants pour le passager la vapeur de zinc et du zinc métallique fondu sans produire de bouchage et sans créer une contre- pression excessive. En pratique, du coke broyé à environ 2 cm et un mélange de briques réfractaires broyées et d'ar- gile broyé à environ 2 cm sont des matières qui ont donné des résultats satisfaisants , en pratique.
Il est avantageux d'utiliser une substance qui se casse avec une surface de rupture conchoïdale (tel que le coke ou l'argile siliceuse) étant donné que ces morceaux s'entassent avec des points et des lignes de contact, au lieu qu'il y ait des contacts de surface contre surface, de sorte que l'on a une porosité appropriée.
On peut évidemment utiliser des matières de remplis- sage de n'importe quelle forme telles que des sphères, des grilles ou des anneaux de Raschig. En outre, le condenseur à reflux ou colonne de fractionnement peut lui-même compor- ter des passages en spirale ou en zigzag ou peut être muni de chicanes de façon à obtenir l'effet voulu.
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Le courant de zinc fondu descendant dans le conden- seur à reflux diminue la quantité de plomb entraîné par la vapeur de zinc pour les raisons suivantes
1 - La surchauffe de la vapeur de zinc est sup- primée par contact avec le zinc fondu dont la température ne dépasse pas le point d'ébullition du zinc.
2 - La vapeur de plomb sursaturée se condense quand elle est mise en contact intime avec le zinc fondu.
3 - Les gouttelettes de plomb fondu entraînées mécaniquement sont retirées de la vapeur de zinc,par le zinc fondu,
4 - Le zinc fondu tend à dissoudre la vapeur de plomb de façon à donner la tension réduite de vapeur de plomb produite par sa solution dans le zinc.
La figure unique du dessin annexé représente sché- matiquement une forme d'appareil convenant pour la mise en pratique de l'invention.
L'appareil représenté sur le dessin comprend une cornue 1 de redistillation ( ou à zinc) d'une forme habituelle, disposée dans un four de chauffage approprié 2 du type cou- rant . La cornue est montée avec une légère perte vers l'a- vant. L'avant de la cornue est en communication avec un bac de chargement 3 au moyen duquel le zinc métallique fondu peut être introduit ou envoyé commodément dans la cornue.
Le bac de chargement comporte un trou de coulée 4 au niveau du point le plus bas de la cornue grâce à quoi le métal fondu, enrichi en plomb, peut- être retiré périodiquement de la cornue. Ce bac de chargement et le trou de coulée permettent de faire fonctionner la cornue de façon continue pendant toute sa durée. Un conduit de vapeur 5, placé au-dessus du bac de chargement, sert à conduire la'vapeur de zinc volati- lisée dans la cornue, dans un conduit ou colonne verticale 6
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comportant une surface de rayonnement de la chaleur ayant une superficie suffisante, colonne qui est remplie de mor- ceaux de matière réfractaire 7 tels que du coke broyé à la dimension convenable. La colonne 6 constitue le condenseur à reflux ou colonne de fractionnement mentionné ci-dessus.
Une enveloppe métallique 8 est placée à une certaine dis- tance du conduit 6 et l'entoure. Une matière calorifuge 9 telle que du charbon pulvérulent, est placée dans l'espace compris entre l'enveloppe et le conduit et l'on peut régler la quantité de cette matière de façon à régler l'évacuation de chaleur de la colonne et régler ainsi la température de fonctionnement. Un couvercle 10 s'adapte sur la colonne et est, de préférence, garni d'une matière obturatrice 11 telle que de la boue, de façon à empêcher que la vapeur de zinc s'échappe de l'appareil. Un conduit à vapeur de zinc 12 descend du haut de la colonne à un condenseur approprié 13 ou autre dispositif de traitement de la vapeur de zinc.
Le condenseur est muni d'un orifice d'échappement 14 et d'un trou de coulée 15 . Un groupe de cornues de ce genre avec condenseur à reflux peut être relié en parallèle avec un conduit de zinc de vapeur en pente et un condenseur con- duisant à un grand pot collecteur pour le zinc fondu. Le conduit et le condenseur sont tous deux, de préférence, calo- rifugés de façon à condenser les vapeurs de zinc de la meilleure façon.
Dans la redistillation du zinc dans un appareil de ce genre, la température du condenseur à reflux est mainte- nue automatiquement au point d'ébullition du zinc pourvu que la surface radiante du condenseur à reflux ait des propor- tions convenables. De cette façon, la vapeur de zinc, en allant au condenseur, traverse une zone dans laquelle la surchauffe qui peut .s'être produite, est entièrement supprimée
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et dans laquelle la vapeur de zinc est nettoyée par le zinc fondu, à la température d'ébullition du zinc.
On a constaté dans la mise en pratique de la pré- sente invention que, contrairement à la théorie ordinaire de la distillation, on peut produire, par redistillation, du zinc qui contient moins que la quantité théorique de plomb déterminée par la tension de vapeur du plomb à 905 .
Conformément à la théorie , cette quantité minima de plomb est approximativement 0,013% de plomb. Comme on l'a indiqué ci-dessus, les méthodes antérieures de redistillation n'ont pas été susceptibles d'atteindre même ce chiffre ;on a considéré que du zinc redistillé contenant jusqu'à 0,03% de plomb était excessivement pur. Avec le procédé actuel, toutefois, on a obtenu le résultat surprenant que du zinc contenant 0,05% de plomb ou même plus, peut être raffiné en donnant une teneur en plomb de 0,005% ou même moins. Il n'a pas été possible d'expliquer pourquoi ce procédé de redistil- lation donne de meilleurs résultats, en éliminant le plomb, qu'il ne semblerait possible, d'après la théorie.
Cela peut être dû à ce que les mesures faites dans la technique anté- rieure de la pression de vapeur de plomb donnent des résultats trop élevés ou que quelque facteur physique inconnu est entré en jeu ici.
La description qui précède se rapporte plus parti- culièrement à la purification de zinc impur , de zinc brut impur, de crasse et produits analogues par redistillation.
Il est possible, toutefois, de munir d'un condenseur à reflux de ce genre, une cornue telle qu'une cornue à zinc horizon- tale ordinaire produisant de la vapeur de zinc à partir du minerai par réduction. En ce cas, la vapeur de zinc est mé- langée avec de l'oxyde de carbone en quantité au moins égale au volume de la vapeur de zinc, ainsi qu'avec de l'hydrogène
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et d'autres gaz. En conséquence, la tension partielle maxima de la vapeur de zinc dans le mélange est d'une demie at- mesphère. Pour cette raison, la condensation du zinc dans le condenseur à reflux ne donne pas, en ce cas, un réglage automatique de la température, comme dans le cas de/redis- tillatipn du zinc.
La température dans le condenseur à reflux doit être suffisamment en dessous du point d'ébullition du zinc pour condenser celui-ci en partant de mélanges gazeux contenant 50 % de vapeur de zinc en volume et moins. La température dans le condenseur à reflux est, dans ce cas, par suite, fonction de la quantité de zinc qui y pénètre, de sorte que le réglage de la température n'est pas si simple que dans celui de la redistillation du zinc. Il est néces- saire , en ce cas, de régler le rayonnement de la chaleur du condenseur à reflux par rapport à la quantité de vapeur de zinc qui y pénètre, par exemple, en changeant le calori- fuge.
Bien que l'on ait décrit ci-dessus l'invention comme s'appliquant particulièrement à la purification de vapeur de zinc avant sa condensation à l'état métallique, la vapeur de zinc purifiée peut être utilisée pour d'autres emplois, tels que, par exemple, la fabrication d'oxyde de zine, de poussière de zinc et autres produits à base de zinc, de grande pureté. Par exemple, dans la production d'oxyde de zinc, le dispositif de traitement de la vapeur de zin peut comprendre des moyens permettant d'amener la vapeur de zinc purifiée en contact avec un gaz oxydant, tel que l'air, grâce à quoi la vapeur de zinc est brûlée en don- nant de l'oxyde de zinc qui peut être recueilli de façon appropriée d'une manière bien connue dans le métier.
De même dans la, production de poussière de zinc, le dispositif de
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traitement de la vapeur de zinc peut comprendre des moyens tels qu'une boite pour condenser la vapeur de zinc à l'état de poussière de zinc, également d'une manière bien connue dans le métier.
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"ZINC STEAM PURIFICATION PROCESS"
The present invention relates to the purification of zinc vapor and relates to certain improvements in the treatment of zinc vapors with a view to eliminating the metals which contaminate them and which have a higher boiling point than that of zinc, for example. , lead, iron, etc. More particularly, the invention relates to a process for obtaining metallic zinc, zinc dust or zinc oxide of very high purity, from relatively impure metallic zinc.
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Until now, it has been the practice to redistill metallic zinc to remove iron and lead.
In these heretofore common redistillation operations, the removal of lead, in particular, was not effected to the extent that one would expect from the vapor pressure of lead at the boiling point of zinc. At the boiling point of zinc (about 905), the vapor pressure of zinc is by definition, 1 atm. while that of lead is only a small fraction of an atmosphere (around 0.10 mm of mercury). Theoretically, the number of lead vapor molecules contained in the zinc vapor which is given off when impure zinc is boiled is in the same proportion to the number of zinc vapor molecules (atoms) as the zinc vapor. vapor pressure of lead at 905, relative to one atmosphere.
The zinc produced by condensing this vapor should contain the same percentage of lead that is necessarily present in the zinc vapor. In practice, however, this small (theoretical) amount of lead is largely exceeded. Thus, for example, ordinary crude zinc, redistilled by heretofore current methods, usually contains 0.03 to 0.12% lead, while the theoretical content is 0.013%.
The decrease in the vapor pressure of lead produced by virtue of its solution in molten zinc does not correspondingly reduce, according to experience, the amount of lead which actually passes to distillation in ordinary industrial practice of the redistillation.
In such an operation, when carried out at a suitable distillation rate, to make the operation profitable, the molten zinc containing lead in solution is splashed against the overheated sides of the retort.
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of distillation above the molten metal bath. the zinc boils rapidly, leaving a film consisting substantially of lead which tends to establish the real vapor pressure of the lead in the vapor of the retort.
The difference between the level of lead actually present in redistilled zinc and the level that would theoretically be expected is, it is believed, due to a large extent to the following factors:
1 - Superheating, zinc vapor. In the redistillation of zinc as usual, the vapor is in contact with the externally heated walls of the retort and is subjected to radiation from these walls or, in the case of an internally heated retort, the vapor is in contact with an electrical resistance or an arc or other means used to produce heat, and is subjected to the radiation of these means.
The zinc vapor is therefore heated to a temperature above the boiling point of zinc. At this temperature, the zinc vapor absorbs, in the vapor state, a greater percentage of lead by volume than that which corresponds to the vapor pressure (or partial pressure) of lead, at the boiling point of the lead. zinc. This excess lead vapor is entrained in the condenser due to one or both of the following phenomena, even when the zinc vapor is no longer overheated before entering the condenser or the vapor conduit leading thereto. .
2 - Supersaturation - Lead which has been volatilized by overheating as stated above, does not immediately condense out of the zinc vapor, when the mixture of zinc vapor and lead vapor has been cooled to the boiling point zinc. The excess of lead (that is to say the excess compared to the content that would theoretically exist
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at existing partial pressure) tends to remain in the vapor state for a period of time without condensing as molten lead and this delay gives sufficient time for the lead to be carried into the condenser by the zinc vapor.
3 - Entrainment- Droplets of molten lead or molten zinc mixed with molten lead are formed in the stream of zinc vapor, either by condensation of the supersaturated lead vapor or by mechanical spraying of molten zinc droplets soiled with lead in the vapor stream, by the bursting of bubbles of zinc vapor in the boiling zinc bath. These droplets of molten metal soiled with lead can be entrained mechanically by the zinc vapor in the zinc condenser in the form of a metallic mist.
Lead is used herein as a specific example of how these three factors affect the purification of zinc by redistillation. It should be understood that other metals, with a higher boiling point than that of zinc, behave in the same way and, therefore, are not removed from the zinc by redistillation in the proportion to which there would be not to be expected, given their low vapor pressure relative to the boiling point of zinc.
The present invention is based on a careful study of these factors and relates to an improved process for purifying zinc vapor, in which the pernicious influences of these three factors are effectively avoided, hence it. as a result, very pure metallic zinc can be obtained.
Although the invention is particularly suitable for the purification of zinc vapor by redistillation, it is
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also applicable in principle to the purification of zinc vapor from other origins such as, for example, from a zinc smelting or reduction operation, in which the zinc vapor is mixed with carbon monoxide.
Taken broadly, the invention applies reflux condensing as a means of removal or purification, by which or in contact with which relatively impure zinc vapor passes. Thus, part of the zinc vapor subjected to purification is condensed in the state of molten zinc, such as for example in a fractionation or reflux column and this condensed molten zinc returns to the source of volatilization of the zinc vapor. , countercurrent to the zinc vapor stream. In fact, the condensed molten zinc exerts a cleaning action on the relatively impure zinc vapor and collects a large proportion of lead, iron and other metals with a higher boiling point than zinc and removes these metallic impurities from the vapor stream. zinc.
The essential feature of the invention is the reflux condensing effect whereby the metallic impurities are removed to a large extent from the zinc vapor. When practicing the invention to purify zinc vapor from a redistillation retort, a portion of the zinc vapor from the retort is condensed in the reflux condenser fractionation column and is returned to the retort so that any zinc vapor exiting the retort is brought into intimate contact with the returning stream (or perhaps rain or mist) of molten zinc.
This condensation and this return of the molten zinc to the distillation retort (or other source giving zinc vapor by volatilization) is carried out by passing the zinc vapor
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coming from the retort in a rising duct (preferably substantially vertical) constructed and arranged so as to have an adjustable heat loss or dissipation by its outer surface (by radiation, conduction and convection).
The amount of heat dissipated by this rising duct can be regulated by varying the areas of its exterior surface (i.e. the surface through which the heat it contains must pass to dissipate) by surrounding it with 'a heat insulator of adjustable thickness and protecting it, if necessary, from the heat coming from the hearth which heats the distillation retort. This rising pipe constitutes the reflux condenser or fractionation column. Sufficient heat is dissipated to re-condense part of the zinc vapor given off by the source of volatilization.
In practice, it has been found that the effective removal of lead (and other high boiling impurities) from zinc vapor is very satisfactory if the reflux condenser is operated to condense and return to the zinc distillation retort 15 to 20% of the zinc vapor that comes out. Zinc vapor which has not been recondensed by the reflux condenser enters a suitable duct, descending into a zinc vapor treatment device of any suitable type such as a condenser capable of efficiently condensing large quantities. amounts of zinc vapor.
It is advantageous to fill the reflux condenser or fractionation tower with a packing material in order to zigzag the zinc vapor and the recondensed molten zina as it returns to the distillation retort, resulting in a zigzag flow. intimate and relatively prolonged contact between molten zinc and zinc vapor as they move in countercurrent. The filling material or
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packing allows for a shorter column and when not in use the reflux condenser or fractionator should be of a length or height to ensure sufficient contact between the zinc vapor rising and falling molten zinc, in order to obtain the desired result.
The filler or packing material may consist of any substance which is not attacked by zinc vapor and molten zinc. Pieces of coke, graphite, refractories such as silicon carbide, clay and the like, crushed bricks and the like can be used. The packing material should be crushed to such a size as to leave sufficient voids for the passenger of the zinc vapor and molten metallic zinc without producing plugging and without creating excessive back pressure. In practice, coke crushed to about 2 cm and a mixture of refractory bricks crushed and clay crushed to about 2 cm are materials which have given satisfactory results in practice.
It is advantageous to use a substance that breaks with a conchoidal breaking surface (such as coke or siliceous clay) since these pieces pile up with points and lines of contact, instead of there are surface-to-surface contacts, so that there is an appropriate porosity.
Of course, fillers of any shape such as spheres, grids or Raschig rings can be used. Further, the reflux condenser or fractionation column may itself have spiral or zigzag passages or may be provided with baffles to achieve the desired effect.
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The flow of molten zinc going down through the reflux condenser decreases the amount of lead entrained by the zinc vapor for the following reasons
1 - The superheating of the zinc vapor is suppressed by contact with the molten zinc, the temperature of which does not exceed the boiling point of zinc.
2 - The supersaturated lead vapor condenses when it comes into intimate contact with the molten zinc.
3 - The mechanically driven molten lead droplets are removed from the zinc vapor by the molten zinc,
4 - The molten zinc tends to dissolve the lead vapor so as to give the reduced lead vapor pressure produced by its solution in the zinc.
The single figure of the accompanying drawing shows schematically one form of apparatus suitable for the practice of the invention.
The apparatus shown in the drawing comprises a redistillation (or zinc) retort 1 of a usual form, placed in a suitable heating furnace 2 of the current type. The retort is mounted with a slight loss towards the front. The front of the retort is in communication with a loading bin 3 by means of which molten metallic zinc can be conveniently introduced or sent into the retort.
The loading tank has a tap hole 4 at the lowest point of the retort whereby the molten metal, enriched in lead, can be periodically removed from the retort. This loading bin and tap hole allow the retort to operate continuously throughout its life. A vapor duct 5, placed above the loading tank, is used to conduct the zinc vapor volatilized in the retort, in a duct or vertical column 6
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having a heat radiating surface having a sufficient surface area, which column is filled with pieces of refractory material 7 such as coke ground to the proper size. Column 6 constitutes the reflux condenser or fractionation column mentioned above.
A metal casing 8 is placed at a certain distance from the duct 6 and surrounds it. A heat-insulating material 9 such as powdered carbon is placed in the space between the casing and the duct and the quantity of this material can be adjusted so as to regulate the heat removal from the column and thus adjust operating temperature. A cover 10 fits over the column and is preferably lined with a sealing material 11 such as sludge, so as to prevent zinc vapor from escaping from the apparatus. A zinc vapor conduit 12 descends from the top of the column to a suitable condenser 13 or other device for treating the zinc vapor.
The condenser is provided with an exhaust port 14 and a tap hole 15. A group of such retorts with a reflux condenser can be connected in parallel with a sloping zinc vapor conduit and a condenser leading to a large collector pot for the molten zinc. Both the conduit and the condenser are preferably insulated so as to best condense the zinc vapors.
In the redistillation of zinc in such an apparatus, the temperature of the reflux condenser is automatically maintained at the boiling point of zinc provided that the radiant surface of the reflux condenser is of suitable proportions. In this way the zinc vapor, going to the condenser, passes through a zone in which the superheating which may have occurred is entirely suppressed.
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and wherein the zinc vapor is cleaned by molten zinc at the boiling temperature of zinc.
It has been found in the practice of the present invention that, contrary to ordinary theory of distillation, zinc can be produced by redistillation which contains less than the theoretical amount of lead determined by the vapor pressure of the gas. lead to 905.
According to theory, this minimum amount of lead is approximately 0.013% lead. As noted above, previous redistillation methods have not been able to achieve even this figure; redistilled zinc containing up to 0.03% lead was considered excessively pure. With the present process, however, the surprising result has been obtained that zinc containing 0.05% lead or even more can be refined to give a lead content of 0.005% or even less. It has not been possible to explain why this redistillation process gives better results, removing lead, than would seem possible, according to theory.
This may be because the measurements made in the prior art of the lead vapor pressure give too high results or some unknown physical factor has come into play here.
The foregoing description relates more particularly to the purification of impure zinc, impure crude zinc, dross and the like by redistillation.
It is possible, however, to provide with such a reflux condenser, a retort such as an ordinary horizontal zinc retort which produces zinc vapor from the ore by reduction. In this case, the zinc vapor is mixed with carbon monoxide in an amount at least equal to the volume of the zinc vapor, as well as with hydrogen.
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and other gases. Consequently, the maximum partial tension of the zinc vapor in the mixture is one-half an atom. For this reason, the condensation of the zinc in the reflux condenser in this case does not give an automatic temperature control, as in the case of / redistillatipn of the zinc.
The temperature in the reflux condenser must be sufficiently below the boiling point of zinc to condense the latter from gas mixtures containing 50% zinc vapor by volume and less. The temperature in the reflux condenser is, in this case, therefore, a function of the quantity of zinc entering it, so that the temperature control is not so simple as in that of the zinc redistillation. In this case, it is necessary to adjust the heat radiation of the reflux condenser in relation to the amount of zinc vapor entering it, for example by changing the heat insulator.
Although the invention has been described above as being particularly applicable to the purification of zinc vapor before its condensation to the metallic state, the purified zinc vapor can be used for other uses, such as , for example, the manufacture of zine oxide, zinc dust and other zinc products, of high purity. For example, in the production of zinc oxide, the zin vapor treatment device may include means for bringing the purified zinc vapor into contact with an oxidizing gas, such as air, whereby the zinc vapor is burnt off to give zinc oxide which can be properly collected in a manner well known in the art.
Likewise in the production of zinc dust, the
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Treatment of the zinc vapor may include means such as a box for condensing the zinc vapor to the state of zinc dust, also in a manner well known in the art.