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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Widerstandsofen zur Gewinnung von metallischem Zink durch Reduktion von Zinkoxyd mit Kohle, dessen Widerstand aus zerkleinerten Kohlenatücken gebildet ist, welche frei aufgeschichtet unterhalb der damit in unmittelbarer Berührung stehenden Ofenbeschickung liegen.
Gemäss der Erfindung werden die entstehenden Zinkdämpfe durch die weissglühenden Kohlenstücke des Widerstandes hindurchgeführt und bleiben bis zu ihrer Kondensation mit glühender Kohle in Berührung, welche die beiderseits an den Ofen angeschlossenen, von aussen beheizten Kondensatoren vollständig füllt. Die Kondensatoren schliessen sich unmittelbar an die im Reaktionsraum liegende Kohlenwiderstandsschichte, so dass die im Kondensatorhals befindliche Kohle durch die angrenzende Widerstandsschicht in Glut erhalten wird. Der Ofen wird bis zu einer solchen Höhe beschickt, dass ein Entweichen der Zinkdämpfe und Gase nach oben nicht möglich ist.
In der Zeichnung ist eine beispielweise Ausführungsform eines Ofens mit Kondensatoren dargestellt. Fig. 1 ist ein vertikaler Querschnitt nach der Linie A -.. 1 der Fig. 3, Fig. 2 ein Grundriss, dessen eine Hälfte bis zur Mittellängsachse geschnitten ist und Fig. 3 eine Seitenansicht, wobei in der rechten Hälfte die Kondensatoren nicht eingezeichnet sind, um die Öffnung in der Ofenwand zu zeigen, in welche die Hälse der Kondensatoren eingekittet oder zementiert sind.
B bezeichnet die Reaktionskammer aus feuerfestem, isolierendem Material, welche im Innern mit Kohlenplatten bekleidet ist und auf deren Sohle 5 die den Widerstand bildende Schichte Kohle ausgebreitet ist. Die Enden dieser Kohlenschicht stehen mit den Elektroden 6, 7 aus amorpher Kohle oder Graphit, welche vom Generator D mit Strom gespeist werden, in Berührung. Die Grösse und Gestalt der Kohlenstücke, wehhe den Widerstand bilden, sowie die Dicke, Breite und Länge dieses Widerstandes können in verschiedener Weise verändert werden, gewöhnlich benutzt man Stücke, deren Durchmesser ungefähr 10 bis 50 ikbiii beträgt. Die Kammer wird durch einen oder mehrere abnehmbare Deckel E verschlossen.
In den Seitenwänden der Kammer sind Öffnungen F (Fig. l, 5) angebracht, in welche die Hälse 8 der Kondensatoren H so eingesetzt sind, dass sie nur ungefähr bis zur Mitte der Dicke der Ofenwand, also bis zur Kohlenwand hineinragen. Die dargestellten Kondensatoren sind im vertikalen Längsschnitt trapezförmig ; der obere Teil 9 ist horizontal und die untere Fläche 10 ist geneigt. um das kondensierte Zink ablaufen zu lassen. Die hohen äusseren Enden der Kondensatoren sind durch Platten 11 aus schwer schmelzbarem Material verschlossen. In diesen Platten
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für die Aufnahme von sechs Kondensatoren eingerichtet ist, so dass auf jeder Seite 12 und im Ganzen 24 ; Kondensatoren Platz finden. Die Kondensatoren sind in den gemauerten Kammern S, T eingeschlossen und können durch die Feuerung 14 beheizt werden.
Selbstverständlich kann die Heizung auch auf jede andere geeignete Weise, z. B. mittels Gas oder mittels eines elektrischen Widerstandesbewirktwerden.
In die Decke dieser Kammern können Behälter K für die Vorwärmung der Beschickung eingesetzt, sein, welche in geeigneter Weise, z. B. durch Deckel 1. 5, verschlossen werden.
Die Ofendecke E enthält eine Reihe von Öffnungen, in welche Fülltrichter 16, welche gewohnlich nutters Pfropfen 17 verschlossen sind, eingesetzt sind.
Nach dem Aufbau des Ofens wird der vor den Öffnungen F befindliche Längsteil, die nach
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Widerstand der unter ihr befindlichen Widerstandsschichte merklich verringert.
Die Reaktion: ZnO + C = Zn + CO vollzieht sich hauptsächlich an den Berührungsstellen der Beschickung mit dem Widerstand. Die entstehenden Produkte, welche bei der im Ofen herrschenden Temperatur gasförmig sind, entweichen durch die glühende Kohlenschichte in die Kondensatoren.
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und Menge von der Schnelligkeit der Reaktion abhängen.
Bei genügender Schichtdicke der Füllung braucht der Ofen nicht mit einem Deckel abgeschlossen zu sein, immerhin ist das Vorhandensein eines Deckels vorzuziehen und bietet einen besonderen Nutzen, wenn man die Reaktionskammer in Augenschein nehmen und den oberen Teil des Widerstandes bloss zu legen wünscht, da in diesem Falle die Füllung vorher vollständig aufgebraucht werden muss.
Die auf dem Deckel angebrachten Trichter sind hauptsächlich für das Einfüllen bestimmt ; sie gestatten jedoch auch mittels Stangen die Füllung auszubreiten, wenn dies nötig ist, und können auch als Schaulöcher benutzt werden. Die erforderlichen Füllungsperioden werden durch ein Voltmeter angezeigt, da sich der. normale Widerstand des Ofens ändert, wenn die Beschickung zur Neige geht.
Die Zinkdämpfe durchströmen von dem Augenblick ihrer Entstehung bis zu ihrer Kondensation ununterbrochen einen Weg, der mit reduzierendem Material durchsetzt ist, dessen Temperatur nirgends unter den Betrag von etwa über 4200 C sinkt. Die Temperatur eines Kondensators soll nämlich allmählich von demjenigen Ende, durch welches die Dämpfe eintreten, bis zum anderen abnehmen ; diese Temperatur nimmt ungetähr von 950 bis 450 C ab; diese Bedingung kann wirksam erfüllt werden, indem man die ausgestrahlte Wärme regelt und den Kondensator von aussen beheizt. In Gegenwart der glühenden Kohle kennen die Zinkdämpfe
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Die Kondensationszone beginnt beim Eintritt oder nahe der Eintrittsönnung der Konden- satoren und setzt sich mit allmählich abnehmender Temperatur fort, bis das flüssige Zink Z sich an den äusseren Wänden der Kondensatoren an den tiefsten Stellen sammelt, wie in der Zeichnung dargestellt.
Beim ersten Ingangsetzen des Ofens ist es zweckmässig, zuvor die Kondensatoren bis auf eine geeignete Temperatur zu erwärmen, was mittels der Feuerungsroste 14 leicht zu erreichen
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auf das Feuer oder durch Betatigung der Feuerturen N die Temperatur in richtigen Grenzen zu hatten.
Die Anordnung der Kondensatoren in parallelen Batterien an der rechten und linken Seite (les es Ofens bietet einen bedeutenden praktischen Vorteil. Dadurch wird es nämlich möglich, das geschmolzene Zink der Reihe nach aus einem Kondensator nach dem anderen zu entnehmen,
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Durch geeignete Regelung des durch den Widerstand fliessenden elektrischen Stromeb kann erreicht, werden, dass die Temperatur der entwickelten Dämpfe und Gase verhältnismässig woug höher ist als die, weiche für das Zustandekommen der Reaktion erforderlich ist. Da hiefür
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staudcu, wie die praktische Erfahrung gezeigt hat, eine grosse Haltbarkeit.
Bei Verwendung chemisch reinen Zinkoxy s(ZnO) und reiner Kohle (C), die im genauen gegenseitigen Verhältnis gemischt werden, würde die Reaktion ohne Bildung irgend eines Rück- stundes verlaufen und es könnte somit, was bis jetzt nicht möglich war, der Ofen kontinuierlich Monate oder selbst Jahre hindurch im Betrieb sein.
Die Verwendung vollständig reiner Materialien würde aber wahrscheinlich industriell unmöglich sein und ihr Einbringen in aufeinanderfolgenden FüiIulgt'n, die ganz genau abgemessen sind, würde nur auf umständliche Weise zu verwirklichen Hon. lndessen ist die vollkommene Erfüllung dieser Bedingungen nicht notwendig, um die Vorteile der gegenwärtigen Erfindung auszunutzen, denn die Rückstände, welche bei Verwendung
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von Asche übrig bleiben, bilden nur eine geringe Menge, welche im Vergleich zur erreichbaren Dauer der Betriebsperiode (Wochen oder Monate) vernachlässigt werden kann.
Ausserdem kann
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an Zinkoxyd macht sich nur dadurch bemerkbar, dass er die Kohle des Widerstandes aufzehrt, was sich durch eine Änderung des elektrischen Widerstandes ausdrückt ; das Gegenmittel besteht darin, verhältnismässig mehr Kohle zu geben. Wenn sich andererseits ein Überschuss an Kohle in der Reaktionskammer bildet, zeigt sich diese Anhäufung an einer Änderung des normalen Widerstandes ; das Gegenmittel hiefür besteht darin, verhältnismässig mehr Zinkoxyd zu geben.
Die Luft ist von der Reaktionszone der Ofenkammer vollständig abgeschlossen. Selbst der Sauerstoff, welcher mit der Füllung in den Ofen gelangt sein kann, wird ausgetrieben und entweicht aus der Reaktionskammer durch die im Deckel angebrachten Beschickungsöffnungen, bevor er die Reaktionszone erreicht hat. Dasselbe gilt auch mehr oder weniger für die Feuchtigkeit und andere verdampfbare Produkte. Infolgedessen sind die Kondensationsschwierigkeiten vermindert und die Kohle des Widerstandes und der Elektroden wird weder verschlechtert noch verbrannt.
Der Teil, welcher die Leistungsfähigkeit des beschriebenen Ofens begrenzt, ist der Kondensator. Demgemäss ist ein Kondensationssystem geschaffen, welches eine möglichst grosse Leistungsfähigkeit hat. Es ist jedoch möglich, diese Leistungsfähigkeit noch zu erhöhen, z. B. dadurch, dass tiefere und längere Kondensatorröhren verwendet werden, und auch dadurch, dass ein Satz von Kondensatoren über dem anderen angeordnet wird.
Mit einem Ofen dieses System, welcher Wochen hindurch in kontinuierlichem Betriebe
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Zink oder auch flüssiges Zink und Zinkstaub erhalten werden.
Um Zinkstaub zu erzeugen, braucht man nur die "Ballons" an den Kondensatoren anzubringen und die Energiezufuhr etwas zu erhöhen, damit die Zinkdämpfe etwas schneller entwickelt werden, als der Kondensator sie verflüssigen kann. Dann strömt dasjenige Volumen der Zinkdämpfe, welches die Leistungsfähigkeit der Kondensatoren übertrifft, in die äusseren metallischen Ballons und wird dort in Form von Zinkstaub niedergeschlagen. Um andererseits die Entstehung von Zinkstaub zu verhindern und doch eine starke Produktion zu erreichen, ist es nur notwendig, die elektrische Energie soweit zu vermindern, bis ein Gleichgewicht mit dem Kondensator eintritt.
Die einzelnen Massnahmen sind weder teuer noch schwierig und sie können, wie die Erfahrung gezeigt hat, von ungeübter Hand ausgeführt werden. Wenn die Beschickungs- und Abstichperioden in geeigneter Weise geregelt werden. kann sogar eine einzige Arbeiterkolonne leicht eine beträchtliche Zahl von Ofen bedienen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Wtderstandsofen zur Gewinnung von Zink, dessen Widerstand aus zer- ldcinerten Kohlenstücken gebildet ist, welche frei aufgeschichtet unterhalb der damit in unmittelbarer Berührung stehenden Ofenbeschickung liegen, dadurch gekennzeichnet, dass die
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geführt werden.