CH712284A1 - Verfahren zur carbothermischen Reduktion von Zinkoxid zu Zink. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur carbothermischen Reduktion von Zinkoxid zu Zink umfassend die folgenden Verfahrensschritte Aufgabe von Zinkoxid und Kohle in einen Ofen als Reaktanden, Reduktion des Zinkoxids zu flüssiger Zinkschmelze (20) durch Verwendung der Kohle als Heizmittel und als Reaktand und Abstechen der flüssigen Zinkschmelze (20) aus dem Ofen als Produkt. Die Wärmezufuhr für die endotherme Reaktion erfolgt durch die Kondensation von einem in den Ofen eingeblasenen Zinkdampf (24), welcher als Heizdampf wirkt.

Description

Beschreibung Gebiet der Erfindung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur carbothermischen Reduktion von Zinkoxid zu Zink und einen Drehrohrofen zu dessen Umsetzung.

Stand der Technik [0002] Aus dem Stand der Technik ist die carbothermische Reduktion von Zinkoxid als ein traditionelles Verfahren bekannt, welches den eingebrachten Kohlenstoff als chemisches Reagens und zugleich als Heizmittel der endothermischen Reaktion benutzt. Die hierfür notwendige Temperatur zum Ablauf der endothermen Reaktion liegt über 1000 °C, wenn eine intensive, leistungsfähige Produktion erzielt werden soll. Wenn hierzu statt z.B. fast reiner Holzkohle kostengünstige aber verunreinigte Kesselkohle verwendet werden soll, dann ist der spezifische Verbrauch hoch und die entstehenden Abgase bei Feuerung mit Luftsauerstoff müssen aufwendig gereinigt werden. Leider ist es Realität, dass solche Schmelzhütten oft an Betriebsorte versetzt werden, wo die Abgaskontrollen weniger streng sind.

[0003] Um den hohen spezifischen Kohleverbrauch zu senken, wurde von mehreren Forschungsanstalten versucht, konzentrierte Sonnenenergie in den Heizprozess zu integrieren. Eine erfolgreiche Produktionstechnik wurde jedoch niemals entwickelt.

Aufgabe der Erfindung [0004] Aus den Nachteilen des beschriebenen Stands der Technik resultiert die die vorliegende Erfindung initiierende Aufgabe ein Verfahren zur carbothermischen Zinkoxid Reduktion vorzuschlagen, welches konzentrierte Sonnenenergie nutzt, um den hohen Kohleverbrauch zu reduzieren. Zudem soll das Verfahren trotz der hohen Temperaturen zuverlässig ablaufen.

Beschreibung [0005] Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem Verfahren zur carbothermischen Reduktion von Zinkoxid zu Zink dadurch, dass die Wärmezufuhr für die endotherme Reaktion durch die Kondensation von einem in den Ofen eingeblasenen Zinkdampf, welcher als Heizdampf wirkt, erfolgt. Der Zinkdampf hat den Vorteil, dass er als Heizmittel nicht nur die Dampfenthalpie abgeben kann, sondern auch die Kondensationsenthalpie abgibt, welche beim Übergang in den flüssigen Aggregatszustand freigegeben wird. Das flüssig gewordene Zink vermischt sich mit der im Ofen vorhandenen Zinkschmelze zum Endprodukt. Voraussetzung für dieses Verfahren ist das Vorhandensein einer ausreichenden Energiequelle, welche flüssiges Zink verdampfen kann. Bevorzugt wird als Ofen ein Drehrohrofen eingesetzt, wenngleich sich auch ein Schachtofen oder ein Röstofen zur Umsetzung des Verfahrens eigenen würde.

[0006] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Teil der Zinkschmelze als der Zinkdampf rückgeführt. Dadurch lässt sich ein geschlossener Heizkreislauf realisieren, in welchem die Zinkschmelze verdampft wird und in dem Ofen wieder kondensiert wird.

[0007] Die Erfindung zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass der Teil der Zinkschmelze, welcher als Zinkdampf rückgeführt wird, in einem Kühlkreislauf eines Hochtemperatur-Receivers zum Auffangen konzentrierter Strahlung, insbesondere Sonnenstrahlung, verdampft wird. Dies hat den Vorteil, dass der Kühlkreislauf des Receivers, welcher ohnedies Wärme abführen muss, zur Aufheizung des Teilstromes der Zinkschmelze herangezogen werden kann. Dadurch entsteht ein besonders umweltfreundliches Verfahren, da als Heizmittel anstatt von fossilen Brennstoffen die Sonnenstrahlung eingesetzt werden kann. Als konzentrierte Strahlung sind auch Röntgen- oder Gammastrahlen denkbar.

[0008] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Zinkschmelze indirekt verdampft, indem die Zinkschmelze mit einem Wärmetauscher in Kontakt gebracht wird, welcher Teil des Flüssigmetall-Kühlkreislaufes des Hochtemperatur-Receivers ist. Durch die indirekte Heizung können die Metallschmelzen örtlich voneinander getrennt bleiben. Der Flüssigmetall-Kühlkreislauf muss daher nicht zwangsläufig Zink enthalten.

[0009] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren in einem Drehrohrofen ausgeführt. Dadurch lässt sich das Verfahren kontinuierlich ausführen und ist dementsprechend wirtschaftlich. Dem Drehrohrofen ist es zu eigen, dass alle Edukt- bzw. Produktströme einfach aufzugeben bzw. zu entnehmen sind.

[0010] Als zweckdienlich hat es sich erwiesen, wenn die Zuführung eines Teils der Reaktanden durch Pellets erfolgt, welche diesen Teil vorgemischt und verpresst enthalten. Die Pellets haben eine optimierte Zusammensetzung für die Zinkoxid Reduktion. Durch Änderung der Zusammensetzung lässt sich der Prozess steuern. Andere Reaktanden, welche Heissdampf und Luftsauerstoff sein können, müssen separat von den Pellets in den Drehrohrofen zugegeben werden.

[0011] Zweckmässigerweise ist als Kohle Kesselkohle mit hohem Schlackenanteil verwendbar. Der Nachteil der entstehenden Schlacken kann dadurch kompensiert werden, dass die Schlacken in der Zementindustrie verwertbar sind.

[0012] Als vorteilhaft erweist es sich, wenn in dem Ofen durch Reaktion des während der Reduktion von Zinkoxid entstehenden Kohlenmonoxids mit Wasserdampf Synthesegase hergestellt werden. Aus dem Synthesegas können wertvolle

Ausgangsprodukte für die chemische Industrie hergestellt werden. Beispiele hierfür sind Wasserstoff und Methanol. Gasförmige Edukte und Produkte lassen sich in einem Drehrohrofen durch das Vorsehen eine Stopfbuchse einfach vornehmen.

[0013] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Reaktanden in einem Einführrohr in den Ofen aufgegeben, welches Einführrohr im Gegenstrom von den austretenden Produktgasen vorgewärmt wird. Die Wärme der Produktgase kann daher besonders wirtschaftlich genutzt werden, um die in dem Zuführrohr aufgegebenen Pellets vorzuwärmen. Dadurch lässt sich Heizenergie sparen.

[0014] Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der Wasserdampf zur Steuerung des Synthesegas Prozesses in unterschiedlichen Temperaturen aufgegeben wird. Dadurch kann das Boudouard-Gleichgewicht zwischen Kohlenmonoxid und Kohlendioxid eingestellt werden. Der Gasprozess kann auch zusätzlich durch die Teilrückführung von Produktgasen gesteuert werden.

[0015] Zweckmässigerweise wird die erzeugte Schlacke, welche in der Zementindustrie angewendet werden kann, durch kurzzeitige Erhitzung von Restzink gereinigt. Dadurch sind saubere Produkte erhältlich, welche nicht durch andere Produkte verunreinigt sind.

[0016] Die Erfindung zeichnet sich auch bevorzugt dadurch aus, dass der Teil der Zinkschmelze, aus welcher Zinkdampf rückgeführt wird, mit Zinn versetzt wird. Bei einer Zusammensetzung von 80% Zinn und 20% Zink kann sich ein Eutektikum bei 200 °C bilden. Dadurch lässt sich die in dem Kühlkreislauf befindende Zinkschmelze bis 200 °C flüssig halten. Auch lässt sich bei Erstarren der Schmelze, beispielsweise wenn Wartungsarbeiten notwendig sind, die erstarrte Legierung rasch wieder aufschmelzen. Zinkdampf ist sortenrein herstellbar, da Zinn einen höheren Siedepunkt besitzt.

[0017] Wie bereits weiter obenstehend ausgeführt, ist es bevorzugt, wenn durch die Zusammensetzung der Reaktanden der Synthesegas Prozess und die Energiebilanz des Verfahrens gesteuert wird. Das Verfahren lässt sich daher im Vorhinein durch die Pellets-Zusammensetzung planen und kann in dem Drehrohrofen weitgehend automatisch ablaufen, ohne dass Prozessparameter im Nachhinein während des Betriebs eingestellt werden müssten. Weitere Reaktanden können Heissdampf und Luftsauerstoff sein, durch deren Zugabe sich der Synthesegas Prozess steuern lässt.

[0018] In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der rückzuführende Teil der Zinkschmelze in einem Speicher durch Metalldampf direkt o-der indirekt verdampft, welcher Speicher neben dem Metalldampf mit einer elektrischen Heizung zusätzlich beheizbar ist. Die Heizung hat den Vorteil, dass Zink auch in abgekühlten Speichern beispielsweise durch induktives Heizen verdampft werden kann. Auch lässt sich der Zinkdampf durch die Heizung erhitzen. Die Heizung kann beispielsweise mit kostengünstigem Nachtstrom beheizt werden. Die Heizung, bevorzugt induktiv beheizte Heizrohre, kann auch ein Erstarren der Zinkschmelze verhindern und kann das Zink demnach flüssig halten. Dies funktioniert besonders gut, wenn es sich um oben ausgeführte Zink-Zinn-Legierung mit einem Eutektikum handelt. Die Zinkschmelze kann auch aus Zinkerzen geschmolzen werden, welche beispielsweise Eisen, Cadmium, Arsen, Calcium, Natrium, Kalium und andere Metalle enthalten können. Die Verdampfung in dem Speicher wirkt wie eine Destillation bei der Zinkdampf hochrein abdampft und Zink von den anderen Metallen abgetrennt wird.

[0019] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Temperatur des Zinkdampfes durch die Zugabe bzw. den Abzug von Zinkdampf und/oder Metallschmelze in dem Speicher reguliert. Die Temperatur des rückzuführenden Zinkdampfes lässt sich daher in dem Speicher genau auf die benötigte Temperatur einstellen.

[0020] E in weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Drehrohrofen zur Umsetzung des beschriebenen Verfahrens. Der Drehrohrofen zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich des zweiten Endes ein Heizrohr angeordnet ist, durch welches der rückgeführte Zinkdampf in den Reaktionsraum aufgegeben werden kann. Der Drehrohrofen hat den Vorteil, dass das erfindungsgemässe Verfahren darin kontinuierlich ablaufen kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der Drehrohrofen wie ein Gegenstrom-Wärmetauscher wirkt. Der Gasstrom strömt dabei vom zweiten zum ersten Ende und strömt dem Pellets-/ Zinkstrom entgegen. Das Verfahren in dem Drehrohrofen lässt sich besonders wirtschaftlich betreiben, da es auf der gesamten Länge des Drehrohres zu einem Wärmeübergang von dem Gasstrom zu dem Fest/Flüssigstrom kommt.

[0021] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Drehrohrofens ist wenigstens die Innenwandung des Drehrohrs, welches mit dem Zinkdampf in Kontakt tritt, mit nicht-oxidischen Keramikbauteilen ausgekleidet. Dadurch lässt sich ein durch die Sauerstoffaffinität des Zinkdampfes begründeter «Ofenfras», also eine Zerstörung von herkömmlichen Ofenauskleidungen, verhindern.

[0022] Zweckmässigerweise ist die von Keramikbauteilen freie Innenwandung des Drehrohrs mit Schamott ausgekleidet. Die teurere Keramikbeschichtung wird also nur an den Stellen zur Auskleidung des Drehrohrs verwendet, an denen sie durch den Kontakt mit Zinkdampf notwendig ist. Generell kann die Auskleidung auch als Verschleissschutz und Wärmedämmung wirken. Insbesondere eine Auskleidung des Einführrohres und des Heizrohres wirkt als Schutz vor mechanischer und chemischer Zerstörung.

[0023] Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der Bereich des Einfuhrrohrs, welcher in den Reaktionsraum ragt, mit einem Spiralgang umgeben ist. Dadurch wird der Wärmeübergang am ersten Ende des Drehrohrofens von den Produktgasen auf die Pellets verbessert.

[0024] Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn in dem Heizrohr innen liegende Graphitkörper vorgesehen sind, welche induktiv heizbar sind. Dadurch lässt sich die Zinkdampf-Überhitzung in dem Heizrohr regeln.

[0025] Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:

Fig. 1 : einen Längsschnitt durch einen Drehrohrofen, in weichem ein Verfahren zur carbothermischen Reduktion von Zinkoxid zu Zink ausgeführt wird.

[0026] In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Drehrohrofen gezeigt, welcher gesamthaft mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist. Der Drehrohrofen 11 umfasst ein Drehrohr 13, welches um eine Drehachse 15 drehbar ist. Das Drehrohr 13 ist in der Mitte unterbrochen dargestellt, um nicht die gesamte Länge des Drehrohrs 13 darstellen zu müssen und um die Übersichtlichkeit zu verbessern. Der Drehrohrofen 11 umfasst ein erstes Ende 17. Am ersten Ende 17 ragt ein Einführrohr 19 in das Drehrohr 13, durch welches die Reaktanden in den Reaktionsraum 21 des Drehrohrs 13 aufgegeben werden. Dem ersten Ende 17 gegenüberliegend ist ein zweites Ende 23 vorhanden. An dem zweiten Ende 23 lässt sich das Produkt in Gestalt einer Metallschmelze abstechen.

[0027] In dem Drehrohrofen 11 werden als Reaktanden Zinkoxid und Kohle aufgegeben. Da es sich bei der Reduktion von Zinkoxid um eine endotherme Reaktion handelt, muss zum Ablauf der Reaktion Wärme zugeführt werden. Als Produkte entstehen flüssiges Zink als Schmelze und Kohlenmonoxid: ZnO + C -> Zn + CO.

[0028] Da ein Kühlkreislauf eines Hochtemperatur-Receivers zum Auffangen konzentrierter Sonnenstrahlung eine ausreichend Wärmequelle darstellt, um flüssiges Zink zu verdampfen, kann dampfförmiges Zink zum Ablauf der oben beschriebenen Reduktions-Reaktion als Heizmittel bereitgestellt werden. Es ist sogar ausreichend Wärmeenergie vorhanden, um überhitzten Zinkdampf herzustellen.

[0029] Erfindungsgemäss kann ein Teil des erzeugten Flüssigzinks bzw. der erzeugten Zinkschmelze 20 in den Reaktionsraum 21 als Zinkdampf 24 zurückgeführt werden. Nach erfolgter Aufheizung und Verdampfung durch den Energietransfer von einer Energiequelle über der Verdampfungstemperatur der Zinkschmelze, kann der Zinkdampf in den Reaktionsraum 21 eingeblasen werden. Im Reaktionsraum 21 erfolgt die Kondensation und heizt die Ausgangsstoffe der Reaktion entsprechend auf. Kondensationsbereiche 26 sind in der Fig. 1 als Wolken dargestellt. Es wird dadurch sofort ein intensiver Wärmeübergang an den Reaktanden bewirkt, was die Reaktion beschleunigt-im Vergleich zum Wärmeübergang bei einer herkömmlichen Heissgaserwärmung. Dies liegt daran, dass der Zinkdampf den Aggregatszustand ändert und beim Übergang zu flüssigem Zink die Kondensationsenthalpie freigesetzt wird, wodurch die endotherme Reaktion angetrieben wird.

[0030] Die Regelung des überhitzten Zinkdampfes 24 zum Heizen der Zone, in dem die endotherme Zinkoxid-Reaktion stattfinden soll, erfolgt unter anderem durch ein Heizrohr 25. Das Heizrohr 25 ragt bevorzugt am zweiten Ende 23 in den Reaktionsraum 21. Der Zinkdampf 24 wird in eine Zone des Drehrohrofens 11 eingeblasen, die vorzugsweise mit nichtoxidischen Keramikelementen 27 oder solchen mit hohem A1203/Mg0 Anteil ausgestattet bzw. ausgekleidet sind. Dadurch wird die hohe Sauerstoff-Affinität des Zinkdampfs 24 in dem Drehrohr 13 ertragen und sogenannter «Ofenfras» kann vermieden werden. Die Aufgabe der Ausgangsstoffe kann durch Pellets 29 erfolgen, die im Einführrohr 19 aufgegeben werden. Die Pellets 29 enthalten die Reaktanden Zinkoxid und Kohlenstoff (Koks) vorgemischt und verpresst. Die Pellets 29 werden im Gegenstrom zum aus tretenden Synthesegas 31 vorgewärmt. Zum verbesserten Wärmeübergang kann ein metallischer Spiralgang 33 mit dem Einführrohr 19 verbunden werden, wenn die Zusammensetzung der Pellets 29 aus Zinkoxid und Koks erlaubt, dass diese stückig bleiben und nicht den Spiralgang 33 verkleben. Wenn aus Kosten- und Verfügbarkeitsgründen minderwertige Kesselkohle statt Koks eingesetzt wird, können im Aufwärmungsprozess Sinterungsprozesse mit Teilflüssigkeit der Rohkohle ablaufen. Eine solche Mischung kann jedoch auch gezielt zu Herstellung einer Schlacke 35 dienen, die Ausgangsprodukte für die Zementindustrie liefert. Werden solche Ausgangsprodukte eingesetzt, wird auf den Spiralgang 33 verzichtet und das Drehrohr 13 zwecks erweitertem Wärmeübergang einfach verlängert. Die gesamte Einführungs-und Gasreaktionszone des Drehrohrs 13 kann mit kostengünstigem Schamott 37 ausgekleidet sein, der bei entsprechendem Mullitanteil auch als Verschleissschutz 39 dienen kann, insbesondere, wenn damit das Einführrohr 19 ausgekleidet ist.

[0031] Der Drehrohrofen hat eine Gasreaktionszone 41 in der gemäss dem Boudouard-Gleichgewicht entstandenes CO mit den aus der Roh-Kohle ausgedünsteten Gasen und dem angebotenen Kohlenstoff reagiert. Dieser Reaktionsprozess kann durch Einbringen von Wasserdampf bei unterschiedlichen Temperaturen und ggf. durch Teilrückführung von Synthesegasen gesteuert werden. Die notwendige Stopfbuchs-Zuführung 43 zur Einbringung des Wasserdampfes ist für die Auslass-Temperatur Stand der Technik, ebenso wie die mögliche Überführung von Synthesegas in Methanol und dessen Absaugung 45.

[0032] Die Wärmeerzeugung durch Kondensation von überhitztem Zinkdampf kann auch aus solchen Wärme-Zwischenspeichern (51) erfolgen, die bereits soweit abgekühlt sind, dass Zink aus dem Kreislauf nicht mehr ausreichend verdampft werden kann. Diese können dann mit billigem Nachtstrom elektrisch nachgeheizt werden, solange eine solche Produktion aufgrund der Nachfrage wirtschaftlich Sinn macht (z.B. Überschuss aus nächtlicher Windenergie). Umgekehrt kann in solchen Wärme-Zwischenspeichern (51) für die Teilrückführung des Zinks entstehendes Kondensat bis zu 200 °C flüssig gehalten werden, wenn z.B. Zinn zugeführt wird, da eine Legierung mit einer Zusammensetzung von 80% Zinn und 20% Zink bei 200 °C ein Eutektikum besitzt. Mit der Restschmelze kann z.B. mit am Boden platzierten Heizrohren die Verdampfung neu gestartet werden, da nur Zinkdampf produziert wird (der Zinn-Siedepunkt ist grösser als 1700 °C). Die

Heizrohre können auch durch innen liegende Graphitkörper induktiv geheizt werden. Geeignete im Heizrohr 25 des Drehrohrofens 11 platzierte Induktoren können für die Regelung der Zn-Dampfüberhitzung eingesetzt werden, wenn Graphit-Hülsen eingebaut werden.

[0033] Der Aufbau einer Kette von Zwischenspeichern ist ebenfalls in Fig. 1 gezeigt. Die Zinkschmelze 20 kann über eine erste Regulierung 47 in einen Produktions-Zwischenspeicher 49 oder in einen induktiv heizbaren Rückführungs-Zwischenspeicher 51 geleitet werden. Die beiden Zwischenspeicher 49, 51 sind durch eine Schmelze-Überleitung 53 miteinander verbunden, um die Schmelzekonzentration regeln zu können. Der Rückführungs-Zwischenspeicher 51 ist mit einer induktiven Heizung 55 ausgestattet, welche neben der Aufheizung durch den Hochtemperatur-Receiver 57 ergänzend einsetzbar ist. So lässt sich der Zinkdampf überhitzen. Von Vorteil ist es auch, wenn Zinn als Siedeverzögerer in der Schmelze vorhanden ist, wodurch ein überhitzter Zinkdampf erhältlich ist.

[0034] Über einen Einlass 59 kann in den Produktions-Zwischenspeicher 49 Schmelze ergänzt werden und über den Auslass 61 kann Schmelze aus dem Produktions-Zwischenspeicher 49 entnommen werden. Die Schmelze kann über den Auslass 61 dem ersten Umlauf-Zwischenspeicher 63 des Hochtemperatur-Receivers 57 zugeführt werden. Aus dem Hochtemperatur-Receiver 57 kann Schmelzerücklauf und Metalldampf in den ersten Umlauf-Zwischenspeicher 63 eintre-ten. Zur Regelung der Schmelzekonzentration und der Regelung der Dampfüberhitzung ist ein zweiter Umlauf-Zwischenspeicher 65 vorgesehen. Die Umlauf-Zwischenspeicher 63, 65 sind durch einen ersten und zweiten Regler 67, 69 in der Dampfphase und in der Flüssigphase verbunden.

[0035] Der überhitzte Dampf kann über einen dritten Regler 71 auf den Produktions-Zwischenspeicher 49 und den Rückführungs-Zwischenspeicher 51 verteilt werden. Über den Heizdampfauslass 73 wird der überhitzte Heizdampf dem Drehrohrofen 11 zugeführt. Eine Zuleitung 75 kann elektrisch beheizt sein.

[0036] Das Vorsehen von mehreren Zwischenspeichern 49, 51, 63, 65 ermöglicht die genaue Regelung des überhitzten Heizdampfes 24. Die Zwischenspeicher sind jeweils in der Dampfphase und in der Flüssigphase miteinander verbunden, wodurch sich die Schmelzekonzentration und die Heizdampf-Eigenschaften, insbesondere dessen Temperatur, regeln lassen.

Legende [0037] 11 Drehrohrofen 13 Drehrohr 15 Drehachse 17 Erstes Ende 19 Einführrohr 20 Flüssigzink, Zinkschmelze 21 Reaktionsraum 23 Zweites Ende 24 Zinkdampf 25 Heizrohr 26 Kondensationsbereiche 27 Keramikelemente 29 Pellets 31 Synthesegas 33 Spiralgang 35 Schlacke 37 Schamott 39 Verschleissschutz 41 Gasreaktionszone

Claims (20)

1. 43 Stopfbuchs-Zuführung 45 Methanolabsaugung 47 Erste Regulierung 49 Produktions-Zwischenspeicher 51 Rückführungs-Zwischenspeicher 53 Schmelze-Überleitung 55 Induktive Heizung 57 Hochtemperatur-Receiver 59 Schmelzeeinlass 61 Schmelzeauslass 63 Erster Umlauf-Zwischenspeicher 65 Zweiter Umlauf-Zwischenspeicher 67 Erster Regler 69 Zweiter Regler 71 Dritter Regler 73 Heizdampfauslass 75 Zuleitung Patentansprüche

   1. Verfahren zur carbothermischen Reduktion von Zinkoxid zu Zink umfassend die folgenden Verfahrensschritte - Aufgabe von Zinkoxid und Kohle in einen Ofen als Reaktanden, - Reduktion des Zinkoxids zu flüssiger Zinkschmelze (20) durch Verwendung der Kohle als Heizmittel und als Reak-tand und - Abstechen der flüssigen Zinkschmelze (20) aus dem Ofen als Produkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezufuhr für die endotherme Reaktion durch die Kondensation von einem in den Ofen eingeblasenen Zinkdampf (24), welcher als Heizdampf wirkt, erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Zinkschmelze (20) als der Zinkdampf (24) rückgeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Zinkschmelze (20), welcher als Zinkdampf (24) rückgeführt wird, in einem Kühlkreislauf eines Hochtemperatur-Receivers (57) zum Auffangen konzentrierter Strahlung, insbesondere Sonnenstrahlung, verdampft wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkschmelze indirekt verdampft wird, indem die Zinkschmelze mit einem Wärmetauscher in Kontakt gebracht wird, welcher Teil des Flüssigmetall-Kühlkreislaufes des Hoch-temperatur-Receivers ist.
5. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Drehrohrofen (13) ausgeführt wird.
6. 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung eines Teils der Reaktanden durch Pellets (29) erfolgt, welche diesen Teil vorgemischt und verpresst enthalten.
7. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohle Kesselkohle mit hohem Schlackenanteil verwendbar ist.
8. 8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ofen durch Reaktion des während der Reduktion von Zinkoxid entstehenden Kohlenmonoxids mit Wasserdampf Synthesegase hergestellt werden.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf zur Steuerung des Synthesegas Prozesses in unterschiedlichen Temperaturen aufgegeben wird.
10. 10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktanden in einem Einführohr (19) in den Ofen aufgegeben werden, welches Einführrohr (19) im Gegenstrom von den austretenden Produktgasen vorgewärmt wird.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Schlacke (35), welche in der Zementindustrie angewendet werden kann, durch kurzzeitige Erhitzung von Restzink gereinigt wird.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Zinkschmelze (20), aus welcher der Zinkdampf (24) rückgeführt wird, mit Zinn versetzt wird.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Zusammensetzung der Reaktanden der Synthesegas Prozess und die Energiebilanz des Verfahrens gesteuert wird.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der rückzuführende Teil der Zinkschmelze (20) in einem Speicher (51) durch Metalldampf direkt oder indirekt verdampft wird, welcher Speicher (51) neben dem Metalldampf mit einer elektrischen Heizung (55) zusätzlich beheizbar ist.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Zinkdampfes (24) durch die Zugabe bzw. den Abzug von Zinkdampf und/oder Metallschmelze in dem Speicher (51) reguliert wird.
16. 16. Drehrohrofen (11) zur Umsetzung des Verfahrens gemäss der vorangehenden Ansprüche, umfassend - ein Drehrohr (13) einen Reaktionsraum (21) bildend, - eine Drehachse (15), um welche das Drehrohr (13) drehbar ist, - ein erstes Ende (17), ein Einführrohr (19) aufweisend, durch welches die Reaktanden aufgegeben werden können und - ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende (23), an welchem das Produkt (20) abstechbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des zweiten Endes (23) ein Heizrohr (25) angeordnet ist, durch welches der rückgeführte Zinkdampf (24) in den Reaktionsraum (21) aufgegeben werden kann.
17. 17. Drehrohrofen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Innenwandung des Drehrohrs (13), welches mit dem Zinkdampf (24) in Kontakt tritt, mit nicht-oxidischen Keramikbauteilen (27) ausgekleidet ist.
18. 18. Drehrohrofen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die von Keramikbauteilen (27) freie Innenwandung des Drehrohrs (13) mit Schamott (37) ausgekleidet ist.
19. 19. Drehrohrofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Einführrohrs (19), welcher in den Reaktionsraum (21) ragt, mit einem Spiralgang (33) umgeben ist.
20. 20. Drehrohrofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Heizrohr (25) innen liegende Graphitkörper vorgesehen sind, welche induktiv heizbar sind.