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Verfahren zur Reduktion von zinkhaltigem Gut und zur Gewinnung von Erzeugnissen aus Zink.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduktion von zinkhaltigem Gut und zur Gewinnung von Erzeugnissen aus Zink. bei welchem eine Beschickung von Formlingen aus zinkhaltigem Gut und Reduktionsmitteln durch eine Reduktionskammer durchgeführt und bis zur Reduktion der Zinkverbindungen und Verflüchtigung des entstehenden metallischen Zinks erhitzt wird.
Während bei dem bekannten, chargenweise durchgeführten Verfahren die Stücke der Beschickung, insbesondere jene, welche nächst der heissen Retortenwandnng liegen, bei der Reduktion ihrer Zinkverbindung alsbald zerfallen und nach innen zu fortschreitende, isolierend wirkende Ringschichten aus staub-oder sandformigem Gut bilden und schliesslich infolge der wegen der Isolierwirkung dieser Schichten notwendig werdenden höheren Erhitzung zum Schmelzen und Verschlacken kommen, wird erfindungsgemäss das Verfahren so ausgeführt bzw.
werden die Formlinge der Beschickung in solcher Beschaffenheit hergestellt, dass sie ohne zu schmelzen und ohne wesentlich zu brechen, die Reduktionskammer passieren und dass der Rückstand zum Grossteil noch in Gestalt von Formlingen oder Briketts aus der Kammer austragbar wird.
Dadurch, dass die Formlinge während des ganzen Verfahrens im Wesen ihre Gestalt beibehalten, wird erreicht, dass die Wärmeübertragung von den heissen Retortenwandungen zum Inneren während des ganzen Prozesses zum Grossteil durch Ströme heisser Gase erfolgt, welche durch die Hohlräume der Beschickung hindurch gegen den Kamin zu streichen und dass ferner auch eine Wärmeübertragung durch Strahlung über die Hohlräume hinweg erfolgt.
Durch die Beibehaltung der Gestalt der Formlinge wird jegliche Hemmung beim Austragen der Rückstände vermieden, und man kann kontinuierlich arbeiten sowie Retorten von wesentlich grösserem Querschnitt, grösserer Länge und höherem Fassungsvermögen verwenden und damit in gleicher Zeit grössere Mengen an Gut bei besserer Ausbeute aufarbeiten als bisher.
Die den Formlingen der Beschickung zu gebende Grösse, von welcher die Durchlässigkeit der Beschickung als Ganzes hinsichtlich Wärmeübertragung bestimmt wird, hängt von der Querschnittsabmessung und auch einigermassen von der Längendimensionierung der Reduktionskammer sowie von der Leitfähigkeit jedes einzelnen Formlings, d. i. von der Leitfähigkeit seines Materials und von der Dichte des Formlings ab. Damit in der Reduktionskammer die günstigsten Bedingungen für die Wärmeübertragung durch strömende Gase geschaffen werden, sollen die einzelnen Formlinge annähernd gleich gross sein, damit auch die Porosität der Beschickung annähernd eine gleichartige ist.
Es wurde gefunden, dass die durchschnittliche Grösse der Formlinge proportional sein soll dem Verhältnis zwischen dem Weg. welchen die Wärme zu durchmessen hat, um zu den von den erhitzten Kammerwandungen entferntest liegenden Beschickungsteilen zu gelangen, und der Länge des Weges der Beschickung durch die Reduk- tionskammer.
Durch Versuche wurde festgestellt, dass dort, wo der Wärmeweg durch die Beschickung als Ganzes hindurch mehr als 15 ein beträgt (d. h. 15 ein Dicke der Beschickungsschicht auf einem horizontalen Herd oder eine vertikale Säule von 30 ein Durchmesser) der durchschnittliche Durchmesser bzw. die Querschnittsabmessungen der Formlinge nicht geringer als rund
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und nicht über 60 cm beträgt, soll der maximale Weg für die Wärmeleitung in jedem ein- zelnen Formling (d. i. die Entfernung von der Oberfläche bis zum entferntest liegenden zen- tralen Teil) nicht mehr als etwa 7-5 bis 10 cm betragen.
Die durchschnittliche Grösse und
Gestalt der Formlinge soll eine solche sein, dass die Hohlräume in der Beschickung dieser als Ganzes eine Porosität verleihen, welche nicht geringer ist als jene einer gleichen Schichte mit Kugeln von 2'5 cm Durchmesser. und dass kein Teil eines einzelnen Formlings mehr als etwa 7'5 bis 10 cm von dessen Oberfläche absteht. Unter Porosität der Beschickung als
Ganzes wird der reziproke Wert des Widerstandes gegen Durchgang eines Gases durch eine
Dickeneinheit der Beschickung verstanden und diese Porosität wird in Ausdrücken gemessen. welche dem reziproken Wert des Widerstandes gegen Gasdurchgang durch eine gleiche Schichte von Kugeln mit 2'5 ein Durchmesser entsprechen.
Das aufzugebende Gemisch von zinkhaltigem Gut und Reduktionsmittel kann in jeder geeigneten Weise zu Formlingen der gewünschten Grösse, Gestalt und Festigkeit agglomeriert werden. Die Formlinge können annähernd kugelige oder zylindrische Gestalt mit und ohne Durchlochungen haben, sowie auch als polsterförmige Stücke hergestellt werden. Im allgemeinen ist es zweckmässig, sie durch Brikettierung oder durch Auspressen zu agglomerieren, da hiebei
Formlinge von ziemlich gleicher Grösse und Gestalt und höherer Leitfähigkeit erzeugt werden können. Manchmal genügt hiefür Druck allein, manchmal jedoch ist es zweckmässig, ein Binde- mittel, backende Kohle, Sulfitabwasser, Teer, Pech od. dgl. zuzusetzen. Insbesondere hat sich bituminöse kokende Kohle als Bindemittel bewährt. Die Formlinge werden einer geeigneten
Behandlung.
Trocknung, Erhitzung u. dgl. unterworfen, um die erforderliche Festigkeit und andere vorteilhafte Eigenschaften zu erhalten oder um die Bindewirkung des Bindemittels hervor- zurufen oder zu fördern. Die den Formlingen zu gebende Festigkeit hängt einigermassen von der Art der verwendeten Reduktionskammer und der Art der Bewegung der Beschickung durch diese ab. Dort, wo die Formlinge durch Reibung aneinander abgenutzt werden. ist eine grössere
Festigkeit notwendig als dort, wo während der Bewegung Relativbewegungen zwischen den einzelnen Formlingen kaum auftreten.
Es sind daher für stehende oder vertikale Reduktion- kammern, durch welche die Formlinge unter der Schwere herabsinken, festere Formlinge notwendig als bei horizontalen Reduktionskammem. bei welchen die Beschickung unter Aufliegen auf einem beweglichen Herd allmählich vorbewegt wird. In jedem Falle sollen die Formlinge so fest sein, dass sie nicht oder nicht so stark zerfallen, dass das Strömen der Gase bzw. der Wärme infolge Ausfüllen der Hohlräume der Beschickung gestört oder beeinträchtigt wird.
Die Formlinge können der Reduktionskammer so aufgegeben werden. wie sie von der Agglomeriervorrichtung kommen und können daher kalt, nass oder beides sein. Man kann sie auch natürlich oder künstlich trocknen, gegebenenfalls auch vorwärmen. Wenn das Agglomerieren ein Erhitzen der Formlinge einschliesst, wie z. B. beim Verkoken, werden die heissen Formlinge unmittelbar und ohne Wärmeverluste in die Reduktionskammer eingebracht.
In der Zeichnung sind zwei verschiedene Ausführungsformen von Öfen zur Ausführung der Erfindung veranschaulicht, und zwar ist Fig. 1 ein Querschnitt und Fig. 2 ein Kreuzriss durch einen Ofen mit vertikaler Retorte. Fig. 3 ein Querschnitt und Fig. 4 ein Kreuzrss durch einen Ofen mit horizontal wanderndem Herd.
Der vertikale Retortenofen nach den Fig. 1 und 2 enthält eine vertikale zylindrische Retorte 10, welche über den grösseren Teil ihrer Länge von einer Heizkammer 11 eines Ofens umgeben ist, der eine äussere Stahlumhüllung 12, eine Schicht von Kieselgurpulver 13. ein Zwischenfutter 14 aus feuerfesten Ziegeln u. dgl. und eine innere Ausfütterung- enthält.
In den Ofenwandungen sind Ausnehmungen zum Einführen von Pyrometern in die Heiz- kammer vorgesehen. Der Ofen sitzt auf einer Fundierung 16 und an seiner Bodenplatte aus Stahl ist ein Stutzen 17 angenietet, der als Verlängerung der Retorte 10 unterhalb des Ofenbodens dient. Unterhalb dieses Stutzens 17 ist eine Transportvorrichtung 18 mit Mulden vorgesehen, welche die verarbeitete Beschickung oder den Rückstand vom Retortenboden abzieht und denselben zu einer Abführeinrichtung führt.
Bei der dargestellten Vorrichtung erfolgt das Beheizen der Retorte 10 durch elektrische Heizelemente, bestehend aus drei Paaren von Graphitwiderständen 19, die in verschiedenen Höhen innerhalb der Heizkammer 11 in mit Öffnungen 22 versehenen Rohren 20 auf Konsolen 21 angeordnet sind. Die Feststellung der Temperatur erfolgt mittels Pyrometern 62.
Das Scheitelelement der Retorte 10 steht mit einem Kondensator 23 in Verbindung, der aus einem äusseren Stahlgehäuse 24, einer Zwischenschicht 25 aus Kohlepaste und einem inneren Graphitfutter 26 besteht und durch eine Längsscheidewand. 27 in eine Ober-und eine Unterkammer geteilt ist. Das geschmolzene Zink wird von Zeit zu Zeit durch ein gewöhnlich mittels eines Tonstopfens verschlossenes Abstichloch 28 abgezogen. Nächst dem Scheitel der oberen Kondensationskammer ziehen die erschöpften Gase aus dem Kondensator durch eine Öffnung 29 ab.
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Das Scheitelelen1Cut der Retorte 10 ist vermittels einer Platte 30 mit eingepasstem Beschickungstrichter und Deckel 3'-'abgeschlossen und mit einer Masse 33 aus Feinkohle, Koksstaub u. dgl. zwecks Wärmeisolierung überdeckt.
Nachfolgend ein besonderes Ausführungsbeispiel : Die Beschickung bestand aus etwa
60 Gewichtsteilen fein verteiltem Zinksilikaterz mit einem Zinkgehalt von 45-500/0 und aus 40 Gewichtsteilen einer bituminösen backenden Kohle mit ungefähr 18"/o flüchtigen Bestandteilen und aus 3"/o Sulfitabwasser mit 500/0 Feststofï'en. Ungefähr 800/0 des Zinkerzes gingen durch ein Achtmaschensieb. Die backende Kohle wurde so fein gemahlen, dass auch etwa 800/0 durch ein Achtmaschensieb hindurchgingen. Das Zinkerz und die Kohle wurden in einem Mischer nach Art der Betonmischer eingebracht und gründlich gemischt.
Aus dem Mischer wurde das Gut unmittelbar in eine Trockenmühle eingestürzt und einem Mischen und Zerkleinern während einiger Minuten unterworfen. Von dort wurde das Gut zu einer Brikettierpresse gebracht und unter einem Druck von etwa 150 key je Quadratzentimeter zu sphärischen Briketts von etwa 6 cl Durchmesser geformt.
Diese Briketts wurden ohne vorherige Trocknung in eine aussen beheizte vertikale Verkokungsretorte eingebracht und dort einer Temperatur von ungefähr 700'C ausgesetzt. Infolge der Verkokung halten die innig vermischten Erz-und Kohleteilchen fest zusammen, da der gebildete Koks bindend wirkt.
Die verkokten Formlinge wurden ohne wesentlichen Wärmeverlust aus der Verkokungsretorte in die vertikale Reduzierretorte übergeführt und dahin im Ausmasse von ungefähr 160 kg in Intervallen von eineinhalb Stunden eingefüllt. Die Beheizung der Retorte wurde so überwacht. dass die Beschickung nicht überhitzt wurde und weder Sdilackenbildung noch ein Schmelzen der Formlinge stattfand. Die Temperatur in der Heizkammer 11 betrug ungefähr 1250-1300 C. Bei dem beschriebenen besonderen Beispiel war die Retorte 10 rund 7 5 ne hoch und aus Carborundumrohrelementen von 37 rw Lichtweite. 45 r m Länge und 5 cm Wandstärke hergestellt.
Obgleich die Beschickung des Ofens in Intervallen (alle eineinhalb Stunden) erfolgte, war sein Arbeitsvorgang als Ganzes ein kontinuierlicher, da ja die Retorte 10 jederzeit mit der in Reduktion begriffenen stückigen Beschickung gefüllt war. Die Rückstände wurden vor jeder Aufgabe der Beschickung von der Retortensohle in jener Menge abgezogen, die notwendig war, um ungefähr 160 kg frischer Formlinge aufgeben zu können. Die abgezogenen Rückstände behielten im Wesen ihre ursprüngliche Brikettform bei und hafteten nicht aneinander.
Verkokte Formlinge von Zink und Kohlegut sind insbesondere zur Reduktion in stehenden oder vertikalen Retorten geeignet durch welche die stückige Beschickung unter Schwere herabsinkt. Solche verkokte Formlinge sind genügend widerstandsfähig gegen Abreibung während ihres Durchgangs durch die vertikale Retorte und zerbrechen kaum. Weiters sind verkokte Formlinge bei entsprechender Herstellung annähernd frei von Oxyden. insbesondere wenn sie in heissem Zustande vom Koksofen zur Reduktionskammer gelangen. Unter "frei von Oxyden"wird verstanden, dass die Formlinge bei Einbringung in eine gasdichte Kammer mit nur einer Austrittsöffnung und bei Erhitzung auf Reduktionstemperaturen für Zink Gase abgeben, welche durchschnittlich nicht mehr als 0/0 Kohlendioxyd enthalten.
Die in den Fig. 3 und 4 veranschaulichte Vorrichtung besteht aus einem Wanderherd 35 nach Art von Muldentransporteuren, welcher den Boden einer verhältnismässig langen Reduzier- kammer 36 von rechteckigem Querschnitt bildet. Die Reduktionskammer ist in einen Ofen 37 eingebaut, dessen Heizkanal 38 oberhalb der Scheitelwandung 39 der Reduzierkammer liegt.
Brenner 40 durchsetzen die Seitenwandung (oder Wandungen) des Ofens und führen zum Heizkanal 38, und die heissen Verbrennungsprodukte aus diesen Brennern durchziehen diesen Heizkanal bis zum Abzug 41, welcher in einen Kamin 42 mündet.
Die Mulden der Transportvorrichtung werden bei ihrem Zutritt zur Reduktionskammer, wenn sie in der durch Pfeile angegebenen Richtung wandern, mit einer geeigneten Schicht von feinem Material bedeckt, welches aus dem Trichter 43 an der Beschickungsseite des Ofens ausfliesst. Auf dieses Bett von feinkörnigem Gut werden verbrauchte Formlinge von einem Trichter 63 und zu verarbeitende Formlinge von einem Trichter 44 abgegeben, der mit einer Füllglocke 45 versehen ist. Am Abgabeende des Ofens wird weiteres Feinmaterial von einem Trichter 46 auf die verarbeiteten Rückstände aufgegeben, wenn diese aus der Reduktionskammer austreten.
Durch diese Mittel im Verein mit den über die Länge der Reduktionskammer herrschenden Gasdrücken wird die Reduktionskammer in geeigneter Weise abgeschlossen, um den erwünschten Durchfluss der Gase gegen den Gasaustritt 47'in die Wege zu leiten und den schädlichen Zutritt von Luft oder anderen Gasen in die Kammer hintanzuhalten.
Der Gasabzug 47 steht mit dem Scheitel der Reduzierkammer 36 nächst dem Beschickungende in Verbindung, durchsetzt den Heizkanal 38 und die darüber liegenden Schichten 48
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von feuerfestem Material und mündet vermittels eines horizontalen Kanals in den Zinkdampfkondensator. Jene Teile des Gasabzuges 47, welche ausserhalb der Ofenkonstruktion liegen. sind mit einer entsprechenden Masse 55 aus wärmeisolierendem Material, wie Staubkohle, Koksstaub u. dgl. bedeckt. Der Kondensator besteht aus einer rechteckigen Kammer 49 aus Graphit und einem Mehrrohrturm 50, gleichfalls aus Graphit. Die Kammer 49 und der Turm 50 sind in eine Masse 51 von Staubkohle, Koksstaub oder ähnlichem wärmeisolierenden Material eingebettet, welches in einem metallenen Gehäuse 52 eingeschlossen ist.
Der Scheitel des Turmes 50 ist von einem Hut 53 abgedeckt, dessen Unterrand in die isolierrnde Masse 51 eingebettet ist und an seinem Scheitel eine Öffnung 54 zum Abzug der Abgase aus dem Kondensator besitzt.
Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die Vorrichtung nach den Fig. 3 und 4, wie folgt, betrieben :
Der Transporteur 35 bewegt sich verhältnismässig langsam in der Pfeilrichtung und erhält am Ofenaufgabeende eine Schicht von Feingut, auf welches die stückige Beschickung gelagert wird. Letztere füllt den Raum oberhalb des Feingutbettes annähernd vollständig aus und wird durch die Reduktionskammer infolge der Bewegung des Transporteurs fortgeschafft. Dabei wird von der erhitzten Scheitelwand 39 der Reduktionskammer die Hitze in der für die vorliegende Erfindung charakteristischen, vorhin beschriebenen Weise auf die Beschickung übertragen.
Das Gemisch von metallischem Zinkdampf und Kohlenmonoxyd, welches bei der Reduktion entsteht, geht aus der Reduktionskammer durch den Gasabzug 47 in den Kondensator über, wo nahezu der gesamte Dampf zu geschmolzenem Zinkmetall kondensiert wird.
Von Zeit zu Zeit wird aus dem Kondensator das flüssige Zinkmetall durch eine Bodenöffnung der Kammer 49 abgezogen, welche mit einem Rohr 56 in Verbindung steht, das durch die Seitenwand des Ofens hindurchführt. Normal ist das Abstichloch im Kondensatorboden durch einen Stopfen 57 an einer Stange 58 geschlossen, welche durch einen Aussenstopfen 59 hindurchgeht.
Der Rückstand und das Feingut werden vom Transporteur auf eine gelochte Fallrinne 60 abgegeben, durch welche das Feingut hindurchfällt, während die Formlinge, welche während des Ofendurchganges ungebrochen blieben, nach abwärts gleiten und abgelegt werden. Das durch die Siebrinne abgefallene Feingut wird zu den Trichtern 43 und 46 in den erforderlichen Mengen zurückgeführt. Das Abgabeende des Ofens ist durch ein Blechgehäuse 61 abgeschlossen.
Obgleich praktisch zumeist vorgezogen wird, Formlinge aus einem Gemisch von zinkhaltigem Gut und Reduktionsmitteln zu verwenden, können die Grundsätze der Erfindung mit Vorteil auch für eine poröse stückige Beschickung zur Anwendung gelangen, welche aus Formlingen von zinkhaltigem Gut und aus Formlingen des Reduktionsmittels bestehen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Reduktion von zinkhaltigem Gut und zur Gewinnung von Erzeugnissen aus Zink, bei welchem eine Beschickung von Formlingen aus zinkhaltigem Gut und Reduktionmitteln durch eine Reduktionskammer durchgeführt und bis zur Reduktion der Zinkverbindungen und Verflüchtigung des entstehenden metallischen Zinks erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Formlinge ohne zu schmelzen und ohne wesentlich zu brechen, vorzugsweise kontinuierlich durch eine horizontale, schräge oder vertikale Kammer hindurchgeschickt werden und dass der Rückstand zum Grossteil in Form von Formlingen oder Briketts aus der Kammer ausgetragen wird.