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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Zinkoxyd, insbesondere von Zinkweiss.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zinkoxyd, insbesondere von Zinkweiss, aus metallischem Zink, z. B. Rohzink, oder/und aus zinkhaltigen Metallen, z. B. zinkhaltigem Blei, oder/und aus zinkhaltigen Metallegierungen, bei denen die Schmelze durch Nutzbarmachung der eigenen Verbrennungswärme der Zinkdämpfe als Strahlwärme von oben oder durch Drelung und/oder Schwenkung des Ofens, eventuell auch noch als Bodenbeheizung von unten in Dampfform überführt wird.
Derartige Verfahren sind aus den österreichischen Patentschriften Nr. 105794 und 124542 des Erfinders bekanntgeworden, und die vorliegende Erfindung bezweckt eine weitere Verbesserung dieser bekannten Verfahren. Diese Verfahren, die sich in der Praxis vorzüglich bewährt haben, bieten u. a. auch den Vorteil, dass sie die äusserst wirtschaftliche Herstellung von Zinkweiss hervorragender Deck- kraft und Weissheit selbst aus verhältnismässig zinkarmen Ausgangsmetallen ermöglichen.
Erfindungsgemäss werden sämtliche Vorteile der erwähnten bekannten Verfahren restlos beibehalten, es wird aber durch eine zusätzliche technische Massnahme der weitere Vorteil erreicht, dass der Übergang der in der Metallschmelze enthaltenen, die Qualität des Farbstoffes beeinträchtigenden Verunreinigungen, wie z. B. Blei, Zinn usw., in die Zinkdampfatmosphäre noch weitergehend verhindert und die Ausscheidung dieser Verunreinigungen innerhalb der Schmelze noch weiter begünstigt wird, u. zw. unter teilweiser Erhöhung der auch schon bisher ganz ausserordentlich hohen Wärme- wirtschaftlichkeit.
Die Erfindung besteht darin, dass bei den Verfahren der eingangs angegebenen Art die ganze Schmelze der Heizwirkung der eigenen Verbrennungswärme der Zinkdämpfe mindestens teilweise zeitweise entzogen wird, dadurch, dass in den Verdampfungsraum abwechselnd oxydierende Gase und dann, vorzugsweise in erhitztem Zustande, reduzierende und/oder neutrale Gase eingeführt werden.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine zeitweilige Ausschaltung der Bodenbeheizung durch abwechselnde Einschaltung reduzierender oder wenigstens nichtoxydierender Gase, z. B. CO, auch dann erhebliche Vorteile bietet, wenn die Verbrennung der Zinkdämpfe oberhalb der Schmelze im Verdampfungsraume selbst stattfindet, also die Verbrennungswärme des Zinkes als Strahlwärme von oben und eventuell auch als Bodenbeheizung, z. B. durch Drehung und/oder Schwenkung des Ofens, nutzbar gemacht wird. Die Verbrennungswärme kann nämlich, wenn sie ununterbrochen wirkt, eventuell eine Überhitzung der Schmelze herbeiführen, wodurch das Schmelzbad unter Umständen ins Brodeln geraten kann bzw.
Neigung zur Blasenbildung zeigt ; dadurch wird aber, wie bereits in den älteren Patentschriften des Erfinders erwähnt wurde, einerseits der Vorgang der Ausscheidung der Verunreinigungen innerhalb der Schmelze beeinträchtigt, und anderseits werden infolge des Brodelns der Schmelze die Verunreinigungen teilweise mit in die Zinkdampfatmosphäre gerissen, so dass sie in den herzustellenden Farbstoff hineingeraten. Um derartige schädliche Überhitzungen zu vermeiden, werden erfindungsgemäss in den Verdampfungsraum abwechselnd Gase oxydierender und dann Gase reduzierender oder wenigstens nichtoxydierender Natur eingeführt, wodurch dem Schmelzbad Gelegenheit gegeben wird, während der Zeitdauer der Einführung neutraler oder reduzierender Gase jenen Überschuss an Wärme abzugeben, den es während der.
Zeitdauer der Einführung oxydierender Gase aufgenommen und aufgespeichert hat.
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Die Verdampfung des Zinkes setzt sich dabei infolge der Wärmeträgheit des Schmelzbades und der Ofenwände auch während der Zeitdauer der Einführung reduzierender oder neutraler Gase selbsttätig fort, wodurch die Wärmewirtschaftlichkeit noch weiter erhöht wird. Die Zeitdauer der gesamten Abwechslungen richtet sich nach den jeweiligen Betriebsverhältnissen und ist auch vom Reinheitsgrade der jeweils verwendeten Ausgangsstoffe abhängig. Im allgemeinen ist hiebei die Regel massgebend, dass durch die Dazwischenschaltung der Einführung von Gasen reduzierender oder neutraler Natur nur die schädliche Überhitzung der Schmelze hintangehalten, nicht aber der Verdampfungsprozess unterbrochen werden soll. In einem gegebenen Falle kann man z.
B. die oxydierenden Gase nach je vierstündiger Zeitdauer ausschalten und für etwa eine Viertelstunde durch reduzierende Gase ersetzen.
Die dazwischengeschalteten Gase reduzierender oder wenigstens nichtoxydierender Natur werden dem Verdampfungjraume vorzugsweise in erhitztem Zustande zugeführt, um etwaige zu plötzliche Abkühlungen im Verdampfungsraume zu vermeiden. Diese Gase, vorzugsweise CO, können z. B. einem Gasgenerator entnommen werden, der, um die Eigenwärme des Gases nutzbar zu machen, z. B. in Form einer Rostfeuerung, unmittelbar dem Verdampfungsraume vorgeschaltet ist und abwechselnd mit Überschuss und dann mit Unterschuss an Verbrennungsluft betrieben wird, um demselben Gasgenerator einmal das Gas oxydierender Natur (cl,) und dann das Gas reduzierender Natur (CO) entnehmen zu können.
Der Verdampfungsraum ist beim erfindungsgemässen Verfahren normalerweise zugleich auch der Verbrennungsraum, während der zeitweisen Einführung der Gase reduzierender oder neutraler Natur aber muss die Verbrennung der Zinkdämpfe an einer späteren Stelle des Strömungsweges dieser Dämpfe bewirkt werden, welche Stelle während der Einführung der Gase oxydierender Natur zur vollständigen Nachverbrennung der zum grössten Teile bereits im Verdampfungsraume selbst verbrannten Zinkdämpfe dienen kann.
Die ständige Einführung eines Stromes von reduzierenden Gasen oberhalb der Metallschmelze und die ständige Verbrennung der Zinkdämpfe in einem dem Verdampfungsraume nachgeschalteten besonderen Raume ist wohlbekannt ; hiebei wird aber das Zink aus dem flüssigen Zustand in den dampfförmigen nicht durch die aus der Verbrennung der Zinkdämpfe selbst stammenden Reaktionswärme überführt, sondern es sollen hiebei die Gase nichtoxydierender Natur lediglich als Wärmeträger, also als Heizmittel wirken, um durch die von diesen Gasen abgegebene Wärme das flüssige Zink zu verdampfen. Es ergibt sich hieraus ohne weiteres, dass bei diesem bekannten Verfahren jenes technische Problem, dessen Lösung die vorliegende Erfindung darstellt, überhaupt nicht auftreten kann.
Die Ausscheidung der in der Metallschmelze enthaltenen Verunreinigungen innerhalb des Schmelzbades könnte, wie bereits erwähnt, durch die Überhitzung und durch das Brodeln der Schmelze vereitelt werden, und diese Ausscheidung wird erfindungsgemäss durch die zeitweise Einschaltung des Gasstromes reduzierender oder neutraler Natur begünstigt bzw. eventuell ermöglicht, da hiebei die ganze Schmelze übergangsweise gewissermassen einem Kühlungsprozesse ausgesetzt wird. Nach einer weiteren Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens soll nun im Falle der Anwendung einer Bodenbeheizung die erwähnte Ausscheidung der Verunreinigungen innerhalb des Schmelzbades dadurch noch weiter gafördert und wirksamer gestaltet werden, dass ein einen vertieften Fortsatz bildender Teil der Schmelze der Einwirkung der Bodenbeheizung mindestens ständig entzogen wird.
Auf diese Weise kann innerhalb des Schmelzbades in dem der Bodenbeheizung mindestens teilsweise entzogenen vertieften Fortsatze der Schmelze die an sich bekannte Erscheinung der Aussaigerung der Verunreinigungen herbeigeführt werden.
Die Wirksamkeit der Aussaigerung kann dadurch erhöht werden, dass der erwähnte vertiefte Fortsatz des Schmelzbades einer Kühlung ausgesetzt wird, die auf diesen Fortsatz vorzugsweise allseitig einwirkt und vorzugsweise durch Luft bewerkstelligt wird.
Die Kühlwirkung im Bodenteil der Vertiefung kann bis zu einer zwischen den Schmelzpunkten des Zinkes und des Bleies liegenden Temperatur getrieben werden, so dass das Zink im Bodenteil der Vertiefung im flüssig bleibenden Blei und ähnlichen Verunreinigungen zum Erstarren gebracht wird und im Bade wieder an jene Stellen, die einer Bodenbeheizung ausgesetzt sind, zurückschwimmen kann. Auf diese Weise kann die Ausscheidung der Verunreinigungen besonders weit getrieben werden, und es können dabei z. B. im vertieften Fortsatze unmittelbar verwertbare Blei-Zinn-Legierungen zur Ausscheidung gebracht werden.
Die Erfindung sei ausführlicher an Hand der Zeichnungen erläutert, die einige Ausführungsbeispiele von zur Durchführung des neuen Verfahrens geeigneten Einrichtungen veranschaulichen.
Fig. l zeigt eine Einrichtung im Längsschnitt gemäss Linie 1-1 der Fig. 2 ; Fig. 2 stellt den
Querschnitt gemäss Linie 2-2 der Fig. 1 dar, während die Fig. 3 und 4 im Längsschnitt je ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schmelztrommel zeigen.
Gemäss Fig. 1 und 2 wird das Schmelzbad in einem Drehrohrofen ahergestellt. Die Verbrennung der Zinkdämpfe erfolgt hiebei im Drehrohrofen a selbst, wozu in dessen Raum a4 Luft oderfund sonstige oxydierende Gase (z. B. CO2) derart eingeführt werden, dass sie, ohne mit dem Schmelzbad selbst in
Berührung zu gelangen, oberhalb der über dem Schmelzbad lagernden Zinkdampfschicht hinwegstreichen und diese von oben her ständig abbrennt,
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Zum Ingangsetzen des Verfahrens kann eine Rostfeuerung c dienen, die eventuell auch das zur
Verbrennung des Zinkes im Raume a4 herangezogene CO-haltige Gas und als reduzierendes Gas übergangsweise CO liefern kann.
Vorzugsweise durch Drehung des Ofens a, der z. B. auf Rollen k ruhen kann, derart, dass die Decke a1 oder/und die Seitenwände ? 2 des auch als Verbrennungsraum nutzbar gemachten Verdampfungsraumes a4 unter das Schmelzbad gelangen, wird die Verbrennungswärme des Zinkes in an sich bekannter Weise zur Herbeiführung auch einer Bodenbeheizung nutzbar gemacht.
Gemäss der Erfindung besitzt das Schmelzbad einen vertieften Fortsatz a6, der derart gestaltet und angebracht ist, dass die Bodenfläche a7 dieses Fortsatzes sowie seine Seitenwände von dem im Verdampfungsraume a4 des Zinkes verlaufenden Verbrennungsvorgange nicht bzw. so wenig erhitzt werden, dass der vertiefte Fortsatz a6 des Schmelzbades der Einwirkung der Bodenbeheizung praktisch möglichst weitgehend entzogen ist. Die jeweilige Sohle < tg des eigentlichen Schmelzbades und die jeweilige Sohle a7 des vertieften Fortsatzes a6 besitzen also verschiedene Temperaturen, wodurch der Vorgang der Aussaigerung, wie bereits dargelegt wurde, äusserst günstig beeinflusst wird.
Der Raum des vertieften Fortsatzes a6 ist vom Innenraume a4 der Trommel a zweckmässig durch eine oder gitterartig durch mehrere Durchflussöffnungen aB abgesondert, wodurch die Aufrechterhaltung einer im Vergleich zur Sohle ? 3 tieferen Temperatur im Fortsatze a6 bzw. an deren Sohle a7 erleichtert wird.
Der Innenraum a4 der Trommel a ist in Richtung zu dem diese Trommel kranzförmig umgürtenden Fortsatz a6 etwa kegelstumpfartig erweitert, so dass die aussaigerbaren Bestandteile schon infolge ihres höheren spezifischen Gewichtes dem Fortsatze a, zustreben.
Der vertiefte Fortsatz a6 bildet um die Trommel a herum einen kranzförmigen Flansch as, der durch Luft allseitig gekühlt wird, wodurch der Temperaturunterschied zwischen den Flächen a3 und a7 noch weiter erhöht wird. Infolge dieses Temperaturunterschiedes entstehen im Baustoffe der Trommel a sehr erhebliche innere Spannungen, so dass der Flansch a, gegen die Mantelfläche der Trommel a entsprechend ausgesteift werden muss.
Der vertiefte Fortsatz a6 kann beliebige Querschnittsform besitzen. Vorzugsweise verbreitert er sich nach aussen etwa kegelstumpfartig, wodurch die Kühlwirkung im Bereiche der Bodenfläche a7 noch weiter erhöht wird.
Die Kühlwirkung kann durch entsprechende Gestaltung des Fortsatzes a oder/und Anwendung entsprechender Kühlmittel so weit gesteigert werden, dass im Fortsatze as das höheren Schmelzpunkt besitzende Zink erstarrt und im flüssig bleibenden Blei und ähnlichen Verunreinigungen hochsteigend wieder in das Schmelzbad im Raume a4 zurückkehrt.
Die sich im Fortsatz a, ansammelnden, an sich wertvollen Verunreinigungen (Blei, Hartzink usw. ) können durch verschliessbare Öffnungen vorzugsweise getrennt abgezapft und dann gesondert verwertet werden. Die Drehung der Trommel a kann in beliebiger Weise, z. B. mittels eines zweckmässig umkehrbaren Elektromotors r4 unter Vermittlung der Getriebeteile r"r"r, oder einfach durch Drehung der Rollen k und Mitnahme der Trommel a mittels Friktion erfolgen.
Gemäss Fig. 1 strömt der Zinkoxydrauch aus dem Raume a4 in einen Kanal g und von hier zwecks Verdichtung zu Zinkweiss in eine auf der Zeichnung nicht dargestellte Sammelvorrichtung.
Die Nachspeisung des verdampften Zinkes kann in beliebiger Weise, z. B. über eine Öffnung h im Kanal g und die Austrittsöffnung f des Zinkoxydrauches, erfolgen. Durch die abschliessbare Öffnung h wird vorzugsweise auch Luft oder/und ein sonstiges oxydierendes Gas zugeführt, um hinter der Austritts- öffnung f eine Nachverbrennung des Zinkes bzw. während der zeitweiligen Zufuhr der Gase reduzierender Natur die Verbrennung der aus der Trommel kommenden Zinkdämpfe herbeizuführen. Der an den Drehrohrofen a anschliessende Teil des Kanals g kann auch als auf hoher Temperatur gehaltener Speicherraum nutzbar gemacht werden.
Gemäss Fig. 1 ist der den vertieften Fortsatz a6 des Schmelzbades umschliessende Flansch a6 am Austrittsende der Trommel a angebracht. Vielfach wird es vorteilhafter sein, einen derartigen Flansch as gemäss Fig. 3 in der Längsmitte der Trommel anzubringen und den Innenraum a4 der Trommel im Durchmesser gegen diese Längsmitte kegelstumpfartig oder tonnenförmig zu erweitern. Die Zuflusswege zur Vertiefung ass werden dadurch im Vergleich zu der Ausführung gemäss Fig. 1 verringert, und auch die Verteilung der inneren Spannungen, die durch die absichtlich herbeigeführten Temperaturunterschiede auftreten, wird dadurch günstiger.
Gemäss Fig. 4 sind vertiefte Fortsätze a6 in Kranzform an beiden Enden der Trommel a vorgesehen, deren Innenraum in diesem Falle von der Längsmitte gegen beide Enden erweitert ist.
Es könnten an der Trommel a natürlich auch mehr als zwei kranzförmige Vertiefungen as vorgesehen sein, und diese könnten miteinander, eventuell ausserhalb des Raumes a4, kommunizieren.
Es könnte ferner die Trommel a eventuell auch von einem etwa schraubenförmig verlaufenden, kranzförmigen Fortsatz a6 umgürtet sein.
Das Verfahren kann ferner auch in einem vorzugsweise trommelförmigen Schwenkofen durchgeführt werden, hiebei ist jedoch darauf zu achten, dass das Schmelzbad durch das Oszillieren des Ofens nicht so heftig durchgeführt wird, dass dadurch die Aussaigerung vereitelt wird. Man kann ferner
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auch in einem ruhenden Kanal gemäss der österreichischen Patentschrift Nr. 105794 des Erfinders arbeiten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Zinkoxyd, insbesondere von Zinkweiss, aus metallischem Zink,
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Metallegierungen, bei denen die Schmelze durch Nutzbarmachung der eigenen Verbrennungswärme der Zinkdämpfe als Strahlwärme von oben oder durch Drehung und/oder Schwenkung des Ofens eventuell auch noch als Bidenbeheizung von unten in Dampfform überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die ganze Schmelze der Heizwirkung der eigenen Verbrennungswärme der Zinkdämpfe mindestens teilweise zeitweise entzogen wird dadurch, dass in den Verdampfungsraum abwechselnd oxydierende Gase und dann, vorzugsweise in erhitztem Zustande, reduzierende und/oder neutrale Gase eingeführt werden.