<Desc/Clms Page number 1>
BESCHRIJVING behorende bij een
UITVINDINGSOCTROOIAANVRAGE ten name van
Huron Valley Steel Corp. gevestigd te Belleville, Michigan, Verenigde Staten van Amerika en
Fritz Enterprises, Inc. gevestigd te
Taylor, Michigan, Verenigde Staten van Amerika voor
Werkwijze en apparatuur voor het gelijktijdig scheiden van vluchtige en niet-vluchtige metalen
EMI1.1
--------------------------------------- ----- onder inroeping van het recht van voorrang op grond van octrooiaanvrage no. 729.994, ingediend in de Verenigde Staten van Amerika dd. 3 mei 1985, op naam van Leonard Fritz, Richard R. Osterberg, Richard B. Wolanski en Joseph E. Arvay.
<Desc/Clms Page number 2>
In de bereiding van commercieel toegepast zink, koper, messing en staal, worden afvalbijprodukten verkregen die mengsels omvatten van metalen en metaaloxyden en andere niet-metallische ingrediënten.
Dergelijke afvalbijprodukten verkeren soms in de vorm van slakken, schuimen en as, geproduceerd bij het smelten en zuiveren van metalen.
In wat voor vorm dan ook, worden dergelijke afvalbijprodukten vaak als een gevaar voor de omgeving beschouwd en vereisen speciale opruiming omdat vele daarvan uitgeloogd kunnen worden en in grondwatersystemen kunnen treden. Deze algemene afvalprodukten kunnen derhalve vaak niet eenvoudigweg door storten worden opgeruimd.
Bovendien omvatten deze afvalprodukten gewoonlijk metalen, die een commerciële waarde hebben indien ze economisch kunnen worden afgescheiden. Verschillende soorten scheidingsprocessen zijn ontwikkeld om metalen te winnen uit afvalbijprodukten, maar deze methoden vereisen in het algemeen een uit meerdere trappen bestaande verwerking die gezien de waarde van de gewonnen metalen relatief kostbaar is.
Bovendien is voor de winning van zink uit zinkertsen van lage kwaliteit die na roosten en calcineringhoofdzakelijk hoeveelheden van zinkoxyden omvatten, een hoog percentage zinkbevattend materiaal vereist om een economische winning van zink uit de ertsen mogelijk te maken. Deze ertsen zouden normaliter een significante hoeveelheid concentreringsstappen vereisen om het zinkgehalte in voldoende mate te verhogen om winning van het zink economisch uitvoerbaar te maken.
Complexe zinkertsen zoals zinksilicaten en zink-ijzercomplexen geven zelfs nog meer moeilijkheden bij het winnen en worden daarom gewoonlijk verworpen als geschikte zinkertsen voor conventionele uitvoeringen.
Dergelijke ertsen zouden gebruikt kunnen worden als uitgangsmateriaal voor de onderhavige uitvinding met slechts minimale voorbereidingen.
De hierin beschreven uitvinding houdt zich bezig met het verschaffen van een economische, relatief eenvoudige werkwijze en apparatuur voor het winnen en scheiden van bepaalde metalen, in het bijzonder zink en koper, van afvalbijprodukten, zinkertsen van lage kwaliteit en bepaalde complexe zinkertsen die niet beantwoorden aan de standaardwinningspraktijk, en dergelijke materialen die normaliter van weinig waarde worden geacht en het gelijktijdig omzetten van wat anders een
<Desc/Clms Page number 3>
toxisch of gevaarlijk materiaal zou zijn in een niet-toxisch en commercieel bruikbaar residu.
De hierin beschreven uitvinding is in het bijzonder bruikbaar voor het gelijktijdig produceren van een zinkprodukt van commerciële kwaliteit, commercieel bruikbare kwaliteiten van koperlegeringen en een niet-toxisch, commercieel bruikbaar slakresidu. De apparatuur omvat een vertikaal opgestelde pijp of schacht, die aan zijn benedenuiteinde verbonden is met een gesloten reaktiekamer en aan zijn bovenuiteinde verbonden is met een vergrote refluxkamer. Verpoederde mengsels van metalen en metaaloxyden en dergelijk materiaal met cokes of een ander geschikt koolstofhoudend materiaal en zuurstof of lucht worden continu in de onderste reaktiekamer gevoerd. Daarin wordt het materiaal onderworpen aan de intensieve hitte van een overgebrachte boogplasmagenerator die een plasmaboog produceert alsmede warmte, veroorzaakt door een elektronenstroom tussen de plasmatoorts en een anode.
Deze intensieve warmte is samen met de reducerende gassen die uit het geinjecteerde verpoederde koolstof en de lucht zijn gevormd, verantwoordelijk voor een reductiereaktie die plaatsvindt en tegelijkertijd de niet-vluchtige materialen zoals koper, ijzer, waardevolle metalen en dergelijke smelt en de vluchtige metalen zoals zink en lood verdampt.
De gesmolten metalen stromen door de zwaartekracht naar de bodem van de onderste reaktiekamer waardoor een plas of poel wordt gevormd van gesmolten metaal. De in de reaktiekamer geproduceerde slak vormt een laag boven de plas. Ondertussen stijgen de dampen van vluchtig metaal naar boven door de vertikale pijp of schacht de reflux of condensatiekamer in.
De schacht is gevuld met een mengsel van stukjes metallische materialen met weinig of geen oxyden, gemengd met koolstofmaterialen zoals cokes, zodat de dampen aan een reductiereaktie worden onderworpen alsmede aan een was-effect wanneer ze door de vulling in de pijp passeren.
De vulling van de pijp wordt gereduceerd door charges van het materiaal dat de vulling vormt aan de bodem van de refluxkamer te laten vallen van waar het naar beneden valt in het bovenste uiteinde van de pijp of schacht. De refluxkamer is normaliter afgedicht waardoor
<Desc/Clms Page number 4>
het ontsnappen van druk of het instromen van lucht wordt verhinderd.
Het periodiek passeren van de ladingen materiaal door de refluxkamer naar het bovenuiteinde van de schacht absorbeert warmte die door de schacht naar boven opstijgt, waardoor het temperatuurbereik binnen de refluxkamer wordt beheerst. De druk binnen de refluxkamer wordt eveneens binnen een bereik beheerst.
Door de warmte en druk van de refluxkamer te handhaven binnen een voorafbepaald bereik waardoor lood zal worden gecondenseerd maar zink niet zal worden gecondenseerd, vertonen de looddampen coalescentie rond loodkernen in de kamer waardoor condensatie optreedt en druppels worden gevormd die neerwaarts terug door de pijp en naar de plas in de reaktiekamer gaan. Het neerwaarts passeren van de looddruppels leidt tot een opname van vrij lood dat opstijgt doordat het meegevoerd wordt door de naar boven bewegende dampen.
De zinkdamp en andere metallische dampen, zoals cadmium en mogelijkerwijze een kleine hoeveelheid looddampen die niet gecondenseerd zijn, worden uit de bovenste kamer verwijderd door uitlaatleidingen die over een lengte kunnen worden gekoeld om de temperaturen van de damp te verlagen. De dampen stromen daarna in een conventionele condensor met een temperatuur vlak boven de condensatietemperatuur. Daar worden de dampen gecondenseerd tot een bruikbaar zink van commerciële kwaliteit dat kleine hoeveelheden lood, cadmium en dergelijke bevat.
Dit kan resulteren in de produktie van prima westers zink of een zink van soortgelijke commerciële kwaliteit dat direkt kan worden gebruikt als produkt of verder kan worden verwerkt om de zuiverheid van het zink te vergroten of om andere daarin aanwezige metalen te winnen.
Door een gepaste regeling van de hoeveelheid koperbevattende materialen die in de reaktor worden geleid, hetzij via de verpoederde charge in de onderste reaktor, hetzij door insluiting in het materiaal van de metallische lading die aan het bovenuiteinde van de reaktor wordt toegevoerd, kan een koperlegering van commerciële kwaliteit worden geproduceerd in de plas of poel in de onderste reaktorkamer. De plas kan periodiek worden afgetapt om gesmolten metaal te verwijderen dat daarna als een materiaal van commerciële kwaliteit kan worden gebruikt of, als alternatief, verder kan worden gezuiverd of gelegeerd. Omdat
<Desc/Clms Page number 5>
waardevolle metalen niet vluchtig zijn en in de plas zullen stromen, kunnen deze eveneens volgens bekende werkwijzen apart worden gewonnen.
De slak die zich tijdens de reaktie vormt, is niet toxisch en kan derhalve worden afgetapt en gestold en gebruikt in de vorm van een aggregaat of ander'vulmateriaal of kan worden gestort zonder speciale opslagvereisten zoals vereist zijn in het hanteren en opruimen van gevaarlijk afval.
De werkwijze beoogt het gebruik van een zeer hoge temperatuur, dat wil zeggen de intense warmteënergie welke door een plasmatoorts wordt geleverd, aangevuld door de warmteënergie welke uit chemische reakties en elektronenstroom resulteert. Voor dat doel kunnen een of meerdere plasmatoortsen in de reaktiekamer worden gebruikt en bevinden zich een of meerdere anodes in de bodem van de kamer zodat de anode door de koperplas wordt bedekt. De elektronenstroom gaat derhalve door het gesmolten koper dat een relatief lage weerstand tegen het passeren van de elektronen heeft en bijdraagt aan de produktie van warmteënergie door de elektronenstroom. Derhalve levert dit type plasmagenerator, gebruikt op de beschreven wijze, warmte met een zeer hoog rendement.
De genoemde intense warmte in een totaal reducerende atmosfeer wordt gebruikt om de reductie, smelt en verdampingsstappen gelijktijdig te veroorzaken.
De werkwijze volgens de uitvinding weet ook raad met andere vormen van metaalsamenstellingen zoals metaalchloride enz., dan de genoemde metaaloxyden. Verder kan de werkwijze worden gebruikt om zinkertsen van lage kwaliteit die 40% of minder zink kunnen bevatten, in het bijzonder in zinksilicaten en andere complexe vormen, te verwerken.
Een verder doel van de uitvinding is om een werkwijze te verschaffen voor het omzetten van metallische afvalbijprodukten die de vorm van stof of fijne deeltjes kunnen hebben, door materialen in die vorm te gebruiken voor het leveren van de continue charge aan de onderste reaktor waar hij aan de door de plasmagenerator geproduceerde warmte wordt onderworpen.
Een ander doel van de uitvinding is om een economisch alternatief te verschaffen voor het opslaan of storten van toxische afvallen die bruikbare metalen zoals lood en zink bevatten en om een middel te
<Desc/Clms Page number 6>
leveren voor het winnen van zink, lood, koper en dergelijke uit geoxydeerde metaalbijprodukten die resulteren uit verscheidene zink, koper, en messing produktieprocedures.
Weer een ander doel van de uitvinding is om te voorzien in een vertikale opwaartse beweging van de dampen van de vluchtige metalen op een wijze dat de looddampen kunnen expanderen en condenseren binnen de bovenste refluxkamer en het gecondenseerde lood daarna naar beneden kan regenen door de met koolstof gevulde pijp. Hierdoor wordt de stroomweg van de dampen en de condensatie vereenvoudigd en verkort.
Verder wordt vanwege de doorgang door de met koolstof gevulde pijp een extra reductie en enige waswerking gerealiseerd.
Deze en andere doeleinden en voordelen van de uitvinding zullen duidelijk worden bij het lezen van de hiernavolgende beschrijving, waarvan de bijgevoegde tekeningen deel uitmaken.
Fig. l is een schematisch aanzicht in doorsnede van de reaktor en de uitwendige condensorapparatuur.
Fig. 2 is een schematisch aanzicht in doorsnede langs de richting van de pijlen 2-2 van fig. 1.
De reaktor 10 heeft een vertikaal opgestelde, centrale pijp of schacht 11 waarvan het benedenuiteinde uitmondt in een lagergelegen reaktiekamer 12. Het bovenuiteinde van de schacht mondt uit in een bovenste refluxkamer 13.
De bovenste kamer 13 heeft aan de bovenzijde een toevoeropening 14 waarboven zich een toevoerhopper 15 bevindt. Deze hopper omvat een geinverteerd klokvormige of afgestompt kegelvormige afsluiting 16 welke past binnen en afdicht tegen een zitting 17. De afsluiting kan worden opgetild om hem te openen ; ; ten opzichte van de zitting door middel van een geschikt liftmechanisme dat schematisch is weergegeven in de vorm van een liftkabel 18 welke met een ring 19 op de afsluiting is verbonden en om een nabij de top van de hopper gelegen aandrijfrol 20 loopt. De kabel loopt buiten de hopper voor verbinding met een geschikte motor die de kracht levert voor het optillen van de afsluiting.
De hopper is gevuld met een laadmateriaal 21 dat in de hopper wordt gebracht via een stortpijp 22 die normaliter door een afsluiting 23 is afgesloten. Aan het bovenuiteinde van de pijp bevindt zich een
<Desc/Clms Page number 7>
geschikte gasuitlaatpijp 24.
Zoals door de pijlen 25 wordt aangegeven, valt wanneer de afsluiting wordt opgetild, een ringvormige of donut-vormige lading door de bovenste toevoeropening 14 van de condensatiekamer. De lading valt als gevolg van de zwaartekracht door de kamer bij het open bovenuiteinde van de schacht 11.. De schacht wordt derhalve met een vulmateriaal 26 gevuld doordat dit periodiek aan de bovenzijde wordt toegevoerd. Het vulmateriaal bestaat uit stukken metallische materialen zoals zink, koper en andere materialen en cokes of een willekeurig ander equivalent koolstofhoudend materiaal.
De onderste reaktiekamer 12 wordt van een intensieve, geconcentreerde warmte voorzien door middel van een of meerdere overgebrachte boogplasmageneratoren met toortsen 30 die zich door de wand van de reaktiekamer uitstrekken maar in een vlak liggen met het inwendige oppervlak van de wand. De tekening laat schematisch het gebruik van twee van dergelijke toortsen zien, maar het kan voorkeur hebben dat er meer worden gebruikt, afhankelijk van de grootte en doorvoer van de apparatuur. Zoals men uit fig. 2 kan zien heeft het de voorkeur dat de reaktiekamer een lange ovale gedaante heeft, hoewel hij rond kan zijn, evenals de schacht.
De vloer 31 van de reaktiekamer is bij voorkeur voorzien van een centrale anode 32 die bij 33 is geaard. De plasmatoorts produceert zijn plasmawolk of envelop 34 die een geconcentreerde intense warmte verschaft, zoals in de orde van 6650 C tot 8315 C. Bovendien wordt de overgebrachte boogplasmagenerator gekarakteriseerd doordat hij ook een elektronenstroom 35 produceert die in dit geval naar de centrale anode gaat en warmte produceert die bij de plasmawarmte komt. De elektronenstroom, aangegeven door de gestippelde lijnen 35 in fig. 1, passeert door de reaktiekamer waarbij een temperatuur daarin wordt geproduceerd van ruwweg 1620 C.
De plasmatoorts is een in de handel verkrijgbaar voorwerp. Een voorbeeld van een geschikte toorts is een 2-3 Megawatt plasmatoorts, geproduceerd door Plasma Energy Corporation, Raleigh, North Carolina.
Andere in de handel verkrijgbare eenheden kunnen worden verkregen.
Dit type toorts, hoewel niet even gedetailleerd als de in de handel
<Desc/Clms Page number 8>
verkrijgbare toortsen, wordt in het algemeen beschreven in octrooien zoals het Amerikaanse octrooischrift 3.673. 375 van 27 juni 1972 (Camacho) en het Amerikaanse octrooischrift 3.818. 174 van 18 juni 1974 (Camacho), welke octrooischriften beide een plasmagenerator voor het vormen van een lange boogkolom beschrijven.
De reaktiekamer 12 wordt continu beladen met een verpoederd mengsel van metaaloxyden, metalen en cokes of een ander equivalent koolstofhoudend materiaal. Dergelijk materiaal kan worden verkregen in fijne stofachtige vorm als een afvalbijprodukt, zoals uit het afval van staalproducerende werkwijzen door middel van elektrische boogovens.
Het kan ook de vorm hebben van kleine deeltjes, zoals in het bereik van 0,15 mm of kleiner, geproduceerd als bijprodukten van werkwijzen voor het bereiden van zink of koper of messing en dergelijke, waarin dergelijk afval kan worden opgevangen door afvoergassen te filtreren. Een andere mogelijkheid is dat het materiaal uit grotere stukken bestaat, waarbij nodig is dat het vesnalen of verpoederd wordt voordat het in de hierin beschreven werkwijze wordt toegepast. Wanneer verpoedering nodig is, kunnen conventionele verpoederingsapparaten of vermalingsinrichtingen worden gebruikt. De bijzondere grootte van het verpoederde materiaal is niet kritisch hoewel het materiaal bij voorkeur kleiner is dan 0,15 mm.
De charge wordt in de reaktiekamer gebracht via een toevoerbuis 38, zoals aangegeven door de pijl 39 die schematisch het materiaal van de charge aanduidt. Daarenboven wordt lucht of zuurstof uit een geschikte blaasinrichting of zuurstoftoeleveringsbron toegevoerd via een buis 40, zoals aangegeven door de pijl 41, naar de toevoerbuis 38 waarmee het in de reaktiekamer wordt gevoerd.
Een kleine hoeveelheid water, zoals in het bereik van minder dan 5% kan ook worden toegevoegd wanneer het ingebrachte materiaal droog is.
In de reaktiekamer veroorzaakt de intense warmte het optreden van een reducerende reaktie waardoor de oxyden worden gereduceerd. De warmte leidt ook tot disassociatie van het water wanneer water gebruikt wordt of als vocht aanwezig is, waardoor waterstof en koolmonoxyde worden geleverd welke de reducerende reakties verder voortzetten.
<Desc/Clms Page number 9>
Gelijktijdig worden de niet-vluchtige metalen die door de continu toegevoerde verpoederde charge in de reaktiekamer worden ingebracht, alsook uit de materialen die aan de bovenzijde in de schacht worden gebracht en hun weg naar beneden naar de reaktiekamer vinden, gesmolten en vormen een plas of bad of poel 45 op de bodem 31 van de reaktiekamer 12. Dergelijke niet-vluchtige metalen omvatten koper, ijzer, tin, waardevolle metalen zoals goud, zilver of platina en dergelijke. Omdat de werkwijze bijzonder geschikt is voor het produceren van een commercieel bruikbare koperlegering of messing, heeft het de voorkeur dat een voldoende hoeveelheid koper in het systeem wordt gebracht opdat de plas in overwegende mate uit koper wordt gevormd waarbij de andere niet-vluchtige metalen als verontreinigingen of additieven fungeren.
In geval van verontreinigingen zoals waardevolle metalen, kan een verdere verwerking van de plas elders worden uitgevoerd om deze daaruit te winnen. In het geval van het gebruik als additieven, kan de koperlegering worden gebruikt als een koper of messing van commerciële kwaliteit.
Bovendien produceert de reaktiekamer een gesmolten slaklaag 46 op de plas, die de plas beschermt zodra het gesmolten materiaal de plas bereikt. Bij voorkeur heeft de slak een zodanige aard dat zink wordt afgestoten zodat zink niet in de slak of de plas wordt gevoerd.
De vluchtige metalen zoals zink, lood en cadmium, die hetzij vanaf het begin in metaalvorm verkeren hetzij door reductie beschikbaar komen, verdampen. Zoals vermeld heeft de slak de neiging om zinkoxyden af te stoten en te verhinderen dat ze in de slak binnentreden. Bijvoorbeeld zullen ijzeroxyde en ijzer (III) oxyde in de slak de neiging hebben om het zinkoxyde af te stoten.
De reaktiekamer is voorzien van een conventionele kraan of normaliter gesloten opening 47 voor het periodiek aftappen van de plas van gesmolten metaal. Ook is een slakopening of kraan 48 aanwezig om de slak af te tappen, op een continue of periodieke wijze, alnaargelang gewenst is.
Intussen stromen de opstijgende dampen (schematisch getoond door de pijlen 50) van de vluchtige metalen opwaarts door de vulling 26 in de schacht 11 en treden binnen in de bovenste refluxkamer 13. Deze dampen die zware looddampen omvatten, expanderen en krijgen in de ver-
<Desc/Clms Page number 10>
grote refluxkamer een lagere temperatuur. Een deel van de zware looddampen vormt echter een afdekking of wolk 51 boven de bovenzijde van de open schacht die daardoor de vulling afdekt en als een filter optreedt.
De temperatuur en druk binnen de bovenste refluxkamer wordt geregeld binnen een bereik dat voldoende is om de looddampen te doen condenseren en coalesceren tot metallische looddruppels die als regen neerwaarts in de schacht druppelen. De temperatuur en drukcombinatie wordt echter op een niveau gehouden dat onvoldoende is om zink te doen condenseren.
Zoals aangegeven door de pijlen 52, valt derhalve het gecondenseerde lood naar beneden terwijl de zinkdampen, algemeen aangegeven met pijlen 54, opwaarts stromen en door een of meerdere leidingen 55 naar buiten stromen. Deze leidingen worden gekoeld door precondensorkoelers 56 (schematisch weergegeven), die bijvoorbeeld waterkoelingspiralen kunnen omvatten.
De zinkdampen worden bijna tot het punt van condensatie gekoeld en komen daarna in een conventionele condensor 57, zoals condensors van het spatcondensortype. Daarin condenseert het zink tot een bad 58 dat periodiek door een kraan 59 kan worden verwijderd. De temperatuur van het gesmolten bad in de condensorput wordt gehouden op ongeveer 550 C door waterkoelingspiralen welke in de condensorput zijn gebracht.
Een kleine hoeveelheid looddamp of gecondenseerd lood kan met de zinkdamp worden meegevoerd, evenals andere niet-gecondenseerde dampen, zoals cadmium en dergelijke. Wanneer deze condenseren bij het vormen van het metallische zinkbad, is het bad zuiver genoeg om te worden gebruikt als een zink van commerciële kwaliteit. Het kan bijvoorbeeld prima westers zink vormen, een commerciële kwaliteit met meer dan 98, 5% zink, met een kleine hoeveelheid lood, bijvoorbeeld 0,5% en cadmium enz.
Verder worden gassen en niet-gecondenseerde dampen zoals zinkchloriden uit de condensor afgevoerd via een gasafvoerleiding 60 en gekoeld door een geschikt warmtewisselingssysteem 61 tot een temperatuur die iets hoger is dan de condensatietemperatuur van zinkchloride waarna ze via het leidingenstelsel 62 in een conventionele zinkchloridecondensor worden geleid waarin metaalchloriden (primair zink) welke in de gasstroom aanwezig zijn, worden gecondenseerd en uit het systeem worden verwijderd.
De resterende gassen worden uit de chloridecondensor afgevoerd en verder verwerkt voor later gebruik als brandstofgas voor het voordrogen van de
<Desc/Clms Page number 11>
toevoermaterialen of voor andere toepassingen. Deze gassen bestaan in essentie uit koolmonoxyde, waterstof en stikstof. De gasbehandelingssystemen en chloridecondensors zijn in de handel verkrijgbare inrichtingen zodat verdere details hier achterwege worden gelaten.
Tijdens de bewerking, die continu is in de reaktiekamer, voeren de opstijgende dampen warmte opwaarts naar de refluxkamer 13. De druk in de schacht wordt op een relatief lage waarde gehouden, zoals op een overdruk van 27-34 kPa om de opwaartse stroming van de verwarmde dampen toe te laten. De warmte binnen de refluxkamer wordt in aanzienlijke mate geregeld door de hoeveelheden en tijdstippen, waarop men de lading aan de bovenzijde van die kamer laat vallen. De lading is namelijk relatief koel zodat hij warmte absorbeert waardoor de kamer afkoelt en oververwarming daarvan tot een punt waar het lood niet kan condenseren, wordt gehinderd.
Verder wordt de atmosferische druk van de kamer op zijn gewenste niveau gehouden door de afvoer van de zinkdamp naar de condensors te regelen en door het instromen van lucht in de kamer of een ongecontroleerde afvoer van de onder druk staande dampen uit de kamer te verhinderen door middel van het type afsluiting en hopper dat voor het periodiek toevoeren van het materiaal aan de bovenzijde van de kamer is gebruikt.
Andere typen als afsluiting functionerende ladingsmechanismen kunnen worden gebruikt zolang de instroming van lucht en de afvoer van onder druk staande gassen tot een minimum wordt beperkt om de bedrijfsdruk en temperatuurbereiken die binnen de refluxkamer vereist zijn, aan te houden.
Het metallische lood dat langs de schacht naar beneden stroomt, heeft de neiging om lood op te pakken dat door de dampen naar boven worden gevoerd. Bovendien houdt de vulling de primair uit koolstof gevormde vulling binnen de schacht en reducerende atmosfeer in stand zodat de opstijgende dampen niet de gelegenheid krijgen om opnieuw te oxyderen. De door de dampen meegevoerde en door de plasmatoorts samen met de opstijgende reducerende gassen geïnduceerde warmte maakt reductiereakties in de schacht mogelijk.
Hoewel de grootte en doorvoer van de apparatuur kan worden gevarieerd, volgens bekende procedures van de techniek, kan deze appara-
<Desc/Clms Page number 12>
tuur bijvoorbeeld als volgt zijn :
De schacht kan een inwendige diameter van ongeveer 1,5 m, een hoogte van 3, 0-3, 7 m bezitten, en de inwendige diameter van de bovenste kamer kan ongeveer 3,0 m zijn. De totale hoogte van de reactor is ongeveer 16,8 m met inbegrip van de toevoerhopper aan de bovenzijde. De elliptische grotere diameter van de onderste reaktor kan ongeveer 3, 0-3, 7 m bedragen waarbij de kortere diameter ongeveer 1,5 m is. De van bovenaf toegevoerde lading dient behoorlijk vrij van oxyden te zijn, bij voorkeur minder dan 5% oxyden te bevatten, om de vorming te voorkomen van een buitensporige hoeveelheid koolstofdioxyde dat resulteert uit de reductie van zinkoxyde door koolmonoxyde.
Een voldoende hoeveelheid van dergelijk koolstofdioxyde kan de opstijgende zinkdampen opnieuw oxyderen.
De bovenstaand beschreven apparatuur produceert ongeveer 3 ton zink van commerciële kwaliteit per uur aan de condensor, ongeveer 6 ton slak per uur, en ongeveer een halve ton koperlegering per uur. Voor deze produktie bedraagt de aan de bovenzijde toegevoerde lading ruwweg 544 kg zinkmetaal per uur en ongeveer 726 kg cokes per uur. De lading aan de onderste reaktor bedraagt ongeveer 5897 kg metaaloxyden, die 40% of meer zink bevatten, en ongeveer 726 kg fijnverdeelde koolstof zoals cokes, dat daarmee naar binnen wordt geblazen. Bij voorkeur is daarin een hoeveelheid water van ten hoogste ongeveer 5% aanwezig. Per uur wordt 1633 kg lucht ingeblazen om de benodigde zuurstof te leveren voor de initiële vorming van reducerende gassen.
Zoals bovenstaand vermeld wordt het water afgebroken tot H2 en 0 waarbij de waterstof als een reducerend gas dienst doet en de zuurstof door de koolstof wordt opgenomen onder vorming van koolmonoxyde dat eveneens als een reducerend medium wordt gebruikt. Voor uitvoering van de werkwijze is derhalve een kleine hoeveelheid water gewenst.
De temperatuur in de refluxkamer wordt bij voorkeur ruwweg in een bereik van 9800C gehouden waarbij het lood condenseert of coalescieert maar het zink niet. De druk en temperatuur in de bovenste kamer worden op een hoger punt gehouden dan het daalpunt van zink, maar binnen het bereik van de condensatie van lood, zodat het zink in dampvorm kan blijven.
De metallische dampen verlaten de schacht met een temperatuur van
<Desc/Clms Page number 13>
ruwweg 1180 C en de zinkdamp en gas verlaten de refluxkamer met een temperatuur van ruwweg 1010 C. Terwijl de dampen en gassen door de voorcondensor passeren, daalt de temperatuur tot ruwweg 8800C naar de ingang van de zinkspatcondensor waar de damp en het gas voldoende gekoeld zijn voor condensatie van het zink en om het zink op ruwweg 550 C te houden in de condensor door middel van watergekoelde spiralen.
Het gas uit de condensor, dat tijdens de reduktiereakties wordt gevormd, bevat primair koolmonoxyde, stikstof en waterstof. Door deze door een chlorideëliminator te voeren, dat een in de handel verkrijgbaar apparatuuronderdeel is, worden de kleine hoeveelheden zinkchloride gecondenseerd en verwijderd en kunnen de waterstof en het koolmonoxyde worden gebruikt als brandstofbron voor een voorafgaande droging van het toevoermateriaal en de cokes of, indien gewenst, voor andere toepassingen.
Op basis van een berekening in percentages, bestaat een voorbeeld van de uitvoering uit het toevoeren aan het systeem van een zinkslakslip (bijvoorbeeld 40% zirk, 30% SiO2, 1% chloriden), elektrische boogovenstof (bijvoorbeeld 18% zink, 38% CaO, 26% FeO), walshuid (70% Fe) en gemalen cokes (85-90% koolstof, gedroogd en geclassificeerd op deeltjes kleiner dan 3 mm). Het resulterende produkt zal een zinkmetaal zijn dat een kleine hoeveelheid lood bevat (bijv. 0, 3-0, 5 Pb), een koperloodlegering, en een niet-toxischeslak (die bijvoorbeeld 50% SiO,,, 20% FeO en 30% CaO bevat).
De energiebehoefte bedraagt ongeveer 0,75 kWh per 0,45 kg geproduceerd zink. De koolstofbehoefte is ongeveer 0,24 kg koolstof per 0,45 kg geproduceerd zink en de geproduceerde slak bedraagt ongeveer 1 kg slak per kg geproduceerd zink. De luchtbehoefte is ongeveer 0,22 kg lucht per 0,45 kg geproduceerd zink.