DE1041256B - Verfahren zur Gewinnung von Blei und Zink - Google Patents

Verfahren zur Gewinnung von Blei und Zink

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DE1041256B
DE1041256B DEN8863A DEN0008863A DE1041256B DE 1041256 B DE1041256 B DE 1041256B DE N8863 A DEN8863 A DE N8863A DE N0008863 A DEN0008863 A DE N0008863A DE 1041256 B DE1041256 B DE 1041256B
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zinc
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Stephen William Kenneth Morgan
George Kenneth Williams
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Metallurgical Processes Ltd
National Smelting Co Ltd
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Metallurgical Processes Ltd
National Smelting Co Ltd
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B19/00Obtaining zinc or zinc oxide
    • C22B19/34Obtaining zinc oxide
    • C22B19/36Obtaining zinc oxide in blast or reverberatory furnaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B13/00Obtaining lead

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Description

  • Verfahren zur Gewinnung von Blei und Zink Die Erfindung bezieht sich auf das Schmelzen von metallhaltigen Stoffen, die Blei und Zink enthalten.
  • Bis jetzt ist kein wirtschaftliches pyrometallurgisches Verfahren bekannt, mit dem es möglich ist, aus Blei-und Zinkerzen unmittelbar Blei bzw. Zink als marktfähiges Bleimetall und Zinkmetall in betrieblichem :Maßstab zu gewinnen. Es ist ein Verfahren zur Gewinnung von Kohlenmonoxyd bekannt, bei dem als Nebenprodukt metallisches Zink anfällt. Vom Gesichtspunkt der Zinkgewinnung aus gesehen, ist dieses Verfahren jedoch unwirtschaftlich, da das entstehende Kohlenmonoxyd nicht zur weiteren Reduktion des Zinkerzes Verwendung findet. Außerdem beschränkt sich dieses Verfahren auf den Einsatz von Zinkerzen ohne einen nennenswerten Gehalt an Bleierzen.
  • Andere Verfahren, die zur alleinigen Gewinnung von Zink abgestimmt sind, eignen sich nicht zur gleichzeitigen Gewinnung von Blei und Zink, da die dabei auftretenden Temperaturen es einer beträchtlichen Menge an Blei ermöglichen, mit dem Zinkdampf aus dem oberen Ende des Ofens abzudestillieren.
  • Bleikonzentrate werden normalerweise in Schachtöfen erschmolzen. die so betrieben werden, daß im wesentlichen das gesamte Zink in Form eines Oxydes oder einer oxydierten Verbindung in die Schlacke übergeht. Durch geeignetes Bemessen der Zuschläge ist es möglich. Bleischachtöfen so zu betreiben, daß die Schlacke bis zu 2511/Q Zink enthält. Die Zinkmenge, die in der Charge eines Bleischachtofens noch tragbar ist, hängt daher von dem Gewicht der anfallenden Schlacke ab. Bei den in dem Erz gewöhnlich enthaltenen Mengen tauben Gesteins und den üblicherweise beigegebenen Zuschlägen entstehen ernsthafte Schwierigkeiten, wenn der Zinkgehalt der zu schmelzenden Charge höher als ein Viertel des Bleigehaltes liegt. Zink ist unter diesem Gesichtspunkt eine besonders unerwünschte Unreinheit in der Charge eines Bleischachtofens. Das vorhandene Zink ist verloren, wenn die Schlacke als wertlos weggeworfen wird. In manchen Fällen hat man derartige zinkhaltige Ofenschlacken durch Einblasen pulverisierten Brennstoffs in die geschmolzene Schlacke weiterbehandelt und das Zink als Zinkoxyd aus den so erzeugten heißen Gasen gewonnen. Dieses Verfahren ist jedoch wegen des hohen Brennstoffverbrauchs sehr kostspielig, und seine wirtschaftliche Anwendbarkeit hängt sehr davon ab. daß eine nutzbare Verwendung für die große Hitze der so erzeugten Gase gefunden werden kann.
  • Derartige zinkhaltige Schlacken hat man auch in der Weise behandelt, daß ein elektrischer Strom durch die flüssige Schlacke geschickt wurde, welche an ihrer Oberfläche mit einer Schicht Koks bedeckt war, wobei metallisches Zink aus der so erzeugten Gasmischung durch Kondensation gewonnen wurde. Soweit bekannt, ist dieses Verfahren wirtschaftlich nur anwendbar. wenn der Hauptteil der zu behandelnden Schlacke schon in flüssiger Form vorliegt, so daß das Verfahren in der Praxis nur bei Schlacke von Bleischachtofen angewendet werden kann, welche gerade den Schachtofen verläßt.
  • Das üblicherweise angewendete pyrometallische Verfahren für die Herstellung von metallischem Zink aus Zinkkonzentraten umfaßt das Destillieren einer Mischung des oxydierten Konzentrates mit kohlenstoffhaltigem Material, um eine gasförmige Mischung von Zinkdampf und Kohlenmonoxyd zu erzeugen, aus der das Zink als flüssiges =Metall herauskondensiert wird.
  • Die bei diesem Verfahren erforderliche Hitze wird durch elektrothermische Heizung geliefert oder durch Außenbeheizung geschlossener Retorten. Bei diesen Verfahren wird das Blei in einem Ausmaß verflüchtigt, das von dem Dampfdruck des Bleis bei der Temperatur begrenzt wird, bei der die gasförmige Mischung von Zinkdampf und Kohlenmonoxyd die erhitzte Charge verläßt. Bei senkrechten Retorten beläuft sich beispielsweise das verflüchtigte Blei auf etwa 0,1 bis 0,2% des Gewichtes des destillierten Zinks und wird nur wenig von der in der Charge vorhandenen Bleimenge beeinflußt. vorausgesetzt, daß die Charge genügend Blei enthält, um die Gasmischung zu sättigen. Der Rest des Bleis in der Charge verbleibt in den Retortenrückständen und ist verloren, wenn diese als wertlos weggeworfen werden.
  • Verschiedene Verfahren, z. B. Erhitzen in Drehöfen, sind vorgeschlagen und manchmal angewendet worden, um das Blei zusammen mit etwaigem restlichem Zink aus den Zinkretortenrückständen wiederzugewinnen; aber solche Verfahren sind in der Anwendung teuer und ergeben im allgemeinen lediglich eine Mischung von Zink- und Bleioxyden.
  • Es wurden auch Verfahren zum Betriebe eines Zinkschmelzschachtofens entwickelt, in dem eine Mischung oxydischen Materials, z. B. gesinterte Zinkblende, und ein kohlenstoffhaltiges Material, z. B. Koks, zusammen mit irgendwelchen notwendigen Zuschlägen wie etwa Kalk und Kieselsäure der Wirkung eines Luftstromes unter solchen Bedingungen ausgesetzt wird, daß das Zink reduziert und in einer Mischung mit anderen Gasen verflüchtigt wird, deren Hauptbestandteile Stickstoff, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd sind. Um metallisches Zink aus einer solchen gasförmigen Mischung zu kondensieren, ist es notwendig, die Kondensation unter solchen Umständen vorzunehmen, daß die Oxydierung von Zink durch Kohlendioxyd in einem größeren Ausmaß verhindert wird. Dies kann dadurch geschehen, daß die Gase in enge Berührung mit geschmolzenem Blei gebracht werden, so daß eine rasche Kühlung und Kondensierung erreicht wird (britische Patentschriften 572961, 686542, 686585 und 686 589). Die britische Patentschrift 572 961 beschreibt, wie ein solcher Abschreckkondensator angewendet wird, um Zink aus den Abgasen eines Zinkschachtofens zu kondensieren.
  • Im allgemeinen sind die Abgase eines Zinkschachtofens so zusammengesetzt und haben eine solche Temperatur, daß Temperaturabfall auf ihrem Weg zum Kondensator eine beschränkte Bildung von Zinkoxyd durch Reaktion zwischen Zinkdampf und Kohlendioxyd ermöglicht. Um zu ermöglichen, daß die Abgase zu der Abschreckzone des Kondensators gelangen, ohne daß eine wesentliche Oxydation von Zinkdampf stattfindet, kann eine gesteuerte Luft- oder Sauerstoffmenge in die den Schachtofen verlassenden Gase eingeführt werden, wodurch die Heizgase auf eine Temperatur gebracht werden, die wesentlich über ihrer anfänglichen Normaltemperatur liegt. Dies ist in der britischen Patentschrift 682179 beschrieben.
  • Es sind andere Verfahren bekannt, in denen eine Aufheizung der den Schachtofen verlassenden Lichtgase zur Verhinderung einer Rückreaktion durch den elektrischen Strom erfolgt. Dies ist aber aus zwei Gründen unwirtschaftlich. Einmal ist eine direkte Heizung, wie die Verbrennung von Kohlenmonoxyd mit sauerstoffhaltigen Gasen, einer indirekten elektrischen Aufheizung aus rein wärmetechnischen Gesichtspunkten vorzuziehen. Zum anderen steht das Kohlenmonoxyd selbst bei seiner Weiterverwendung als Heizgas kostenmäßig höchstens mit seinem Heizwert ein. während elektrische Energie wesentlich teurer ist.
  • Bei Zinkschachtöfen ist es üblich, die Gase unterhalb des oberen -Niveaus der Charge abzusaugen und einen Luftstrom sowohl oben als auch unten in den Ofen einzublasen. wie in der britischen Patentschrift 682176 beschrieben. Es hat sich herausgestellt, daß es möglich ist, einen Schachtofen zu betreiben, bei dem die zinkhaltigen Gase an dem oberen Niveau der Charge abgezogen werden. Die Neigung, daß sich auf dem Weg der Gase zu dem Kondensator Zinkoxyd bildet, ist dann etwas größer, es kann dies aber überwunden werden, indem Luft oder Sauerstoff in die Gase oberhalb des Niveaus der Charge eingeblasen wird.
  • Beim Betreiben eines Zinkofens hängt das Verhältnis verflüchtigten Zinks zu der Menge verbrauchten kohlenstoffhaltigen Materials von der Wärmebilanz ab, die natürlich verbessert werden kann, wenn die Arbeitsbedingungen so gesteuert werden, daß mehr Luft je Kohlenstoffeinheit verbraucht und daher ein größerer Anteil des Kohlenstoffs zu Kohlendioxyd anstatt zu Kohlenmonoxyd oxydiert wird. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß es unmöglich ist, ein Gas zu erzeugen, das einen hohen Anteil an Kohlendioxyd enthält, und zu gleicher Zeit ein gutes Zinkausbringen zu erreichen. Es hat sich gezeigt, daß bei guten Arbeitsbedingungen der volumenmäßige Anteil des Kohlendioxyds in dem aus der Charge--entströmenden Gas nicht viel größer als der des Zinkdampfes ist. Es ist typisch, daß das Gas, das aus der Charge entströmt, 5% Zink und 6'% Kohlendioxyd enthält, und nach der Zufuhr von Luft oder Sauerstoff kann der Gehalt an Kohlendioxyd bis zu 7% ansteigen.
  • Der Grund, warum das der Charge entströmende Gas Zinkdampf und Kohlendioxyd in ungefähr gleichen Mengen enthalten sollte, kann einfach in Verbindung mit einem Schachtofen erklärt werden, bei dem die Gase oben von der Charge abgezogen werden und der gesamte Luftstrom am Boden des Schachtofens eingeblasen wird, so daß die Charge und die Gase im Gegenstrom durch den Ofen gehen.
  • Ähnlich wie bei anderen metallurgischen öfen enthält das am Boden eines Zinkschachtofens erzeugte Gas Kohlenmonoxyd, das in seinem Weg durch den Schachtofen nach oben das Zinkoxyd nach der Gleichung ZnO+CO=Zn+C02 reduzieren kann. Diese Reaktion verbraucht eine große Menge Wärme, so daß, wenn Kohlenmonoxyd, das 1% des Volumens des Gases darstellt, mit Zinkoxyd reagiert, um 1 Volumprozent Zinkdampf in dem Gas zu ergeben, die in dem Gegenstromverlauf der Charge und des Gases erforderliche Wärme die Temperatur des Gases um ungefähr 50° C vermindert. Die Temperatur, bei der die Bestandteile der Charge zu schmelzen beginnen, kann in dem Bereich von 1100 bis 1150° C liegen. Die Abgase verlassen den Schachtofen dann bei einer Temperatur, die nicht viel unter 1000° C liegt. Demgemäß können nur ungefähr 3 Volumprozent Zinkdampf durch Reduktion von Zinkoxyd durch Kohlenmonoxyd unterhalb der Schlackenschmelzternperatur gebildet werden. Wenn einmal Schlacke gebildet worden ist, dann nimmt sie Zinkoxyd in Lösung auf, um solches in der Schlacke aufgelöstes Zinkoxyd ist schwieriger zu reduzieren als freies Zinkoxyd. Ebenso gelangt ein Teil des Zinks zum Boden des Schachtofens in Form schwer reduzierbarer Verbindungen, wie etwa Silikat oder Aluminat. Um sicherzustellen, daß soviel wie möglich dieses Zinks reduziert und als Zinkdampf frei wird, ist es notwendig, daß die Gase im Schachtofen so reduzierend wie nur möglich sind. Daher müssen die Bedingungen so gesteuert werden, daß der Luftstrom, der am Boden des Schachtofens eingeführt wird, mit dem kohlenstoffhaltigen Material reagiert, um im Anfang hauptsächlich Kohlenmonoxyd mit verhältnismäßig wenig Kohlendioxyd zu bilden. Beim Aufwärtsströmen der Gase im Schachtofen reagiert das Kohlenmonoxyd mit dem Zinkoxyd und anderen schnell reduzierbaren oxydischen Zinkverbindungen nach der Formel Zn0+C0=Zn+C02, wodurch gleiche Mengen Zinkdampf und Kohlendioxyd entstehen. Beim Aufwärtsströmen der Gase durch den Schachtofen reagiert ferner ein Teil des Kohlendioxyds mit dem Kohlenstoff nach der Formel C02+C=2C0; aber diese Reaktion findet nur in geringem Ausmaß statt. Infolgedessen übersteigt der Gesamtkohlendioxydgehalt den an Zinkdampf nicht wesentlich.
  • Es hat sich herausgestellt, daß durch Schmelzen metallhaltiger Materialien, die Blei und Zink enthalten, in einem Schachtofen unter gleichen Bedingungen, wie oben für einen Zinkschmelzofen geschildert, es nicht nur möglich ist, Zink und Blei getrennt in metallischer Form zu gewinnen, sondern auch noch große Ersparnisse beim Schmelzen, insbesondere an Brennstoffkosten, zu erziehen, verglichen mit den Kosten für die getrennte Bearbeitung zum Gewinnen metallischen Zinks und metallischen Bleis.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen metallhaltiger Stoffe, die sowohl Blei als auch Zink enthalten, mit kohlenstoffhaltigen Materialien in einem Schachtofen, wobei die Beschickung und/oder der eingeblasene Wind in einem solchen Ausmaß vorgeheizt werden, daß überall in der schmelzenden Beschickung eine reduzierende Atmosphäre bei einer Temperatur aufrechterhalten wird, die hoch genug ist, um das Zink zu reduzieren und zu verflüchtigen, wobei geschmolzenes Blei und Schlacke am Boden des Ofens abgestochen werden, und besteht im wesentlichen darin, daß das Verhältnis von Blei zu Zink in der Charge mindestens etwa wie 9:91 gehalten wird und daß ferner die Menge des kohlenstoffhaltigen Materials zur exothermen Reduktion des Bleierzes und zur endothermen Reduktion des Zinkerzes nicht wesentlich höher bemessen wird, als dies für die alleinige Reduktion des Zinkerzes der Fall wäre. Kennzeichnend für die Erfindung ist unter anderem die gleichzeitige Gewinnung von Blei - im Schmelzfuß - und Zink - durch Kondensation - unter Ausnutzung des positiven Oxydationspotentials des Bleis.
  • Die zu schmelzende Charge und die in die Charge eingeblasene Luft werden vorteilhaft auf Temperaturen von mindestens 600 und 500° C vorerhitzt.
  • Das kohlenstoffhaltige Material und der Rest der Charge können jedoch auch getrennt vorerhitzt werden. In diesem Falle liegt der bevorzugte Temperaturbereich der Vorerhitzung zwischen 800 bis zu 1000° C für das kohlenstoffhaltige Material und für die restliche Charge 500 bis 750° C, wobei die getrennten Erhitzungstemperaturen so kombiniert werden, daß die Gesamtcharge eine Durchschnittstemperatur zwischen 600 und 900° C hat, wenn sie in den Schachtofen eingebracht wird. Eine solche getrennte Vorerhitzung des kohlenstoffhaltigen Materials und der anderen Bestandteile ist vorteilhaft, wenn diese lezteren gesintert sind und der Gehalt an Blei verhältnismäßig hoch ist, da Blei die Temperatur senkt. bei der die gesinterten Stoffe erweichen.
  • Da in der ganzen Charge eine reduzierende Atmosphäre aufrechterhalten wird, kann- das Zinkoxyd durch Kohlenmonoxyd reduziert werden, um Zinkdampf in solchen verhältnismäßigen Konzentrationen zu erhalten, daß bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur der Zinkdampf und das Kohlendioxyd im Gleichgewicht sind.
  • Als Folge des Vorerhitzens der Charge und des Windes wird eine verhältnismäßig große Menge an Hitze von außen in den Schachtofen eingeführt. Der vorerhitzte Wind zusammen mit örtlich verbranntem Koks schafft die notwendige große Wärmemenge, die vorhanden sein muß, um die verhältnismäßig hohe Temperatur in dem Gestell des Schachtofens aufrechtzuerhalten.
  • Vereinfacht dargestellt können die Vorgänge im Schachtofen als von der Erzeugung von Kohlenmonoxyd und den beiden folgenden Reaktionen abhängig betrachtet werden: Pb 0+CO=Pb (flüssig) -C02, Zn0+CO=Zn (gasförmig)+C02.
  • Die Reduktion von Zinkoxyd durch Kohlenmonoxyd ist eine hoch endothermische Reaktion, aber die Reduktion von Bleioxyd durch Kohlenmonoxyd ist eine exothermische Reaktion, und die bei der letzteren Reaktion entwickelte Hitze trägt günstig zur Erhaltung der notwendigen Temperatur der hocherhitzten Schmelzcharge bei.
  • Die Schmelzcharge soll genügend Zink enthalten, um die Anwendung einer Kondensationsstufe für den Zinkdampf aus den Schachtofengasen zu rechtfertigen, und außerdem Blei in solcher Menge, daß geschmolzenes Blei am unteren Teil des Schachtofens abgestochen werden kann.
  • Der Heizwert des verbrannten Kohlenstoffes zusammen mit der beträchtlichen Wärmemenge, die durch den Wind und die vorerhitzten festen Teile eingeführt wird, wird bei der Erfindung für eine Anzahl von Zwecken benutzt, von denen die wichtigsten die folgenden sind: Gegenwirkung gegen Wärmeverluste des Schachtofens, Einschmelzen der anderen Stoffe als Bleioxyd und Zinkoxyd der Charge (einschließlich der Koksasche) zu einer Schlacke, zum Reduzieren des Zinkoxydes und zum Erhöhen der Temperatur der gasförmigen Produkte der Reaktion. Verglichen mit den vorstehenden Punkten ist die für das Verflüchtigen der verhältnismäßig geringen Menge Blei, die für das Sättigen der Gase, die die Schachtofencharge verlassen, verhältnismäßig gering, und im allgemeinen ist die Wärmemenge, die zum Verflüchtigen des Anteils anderer vorhandener flüchtiger Metalle, wie etwa Kadmium, benötigt wird, äußerst gering.
  • Das Verhältnis des verbrannten Brennstoffs zu dem verflüchtigten Zink ist von einer Anzahl von Faktoren abhängig, wie etwa den Temperaturen, auf die der Wind und die Charge vorerhitzt werden, dem Wärmeverlust des Schachtofens und dem Anteil der vorhandenen schlackenbildenden Stoffe. Bei einem typischen Schachtofen mit einer auf 800° C erhitzten Charge und einem auf 600° C erhitzten Wind kann der Verbrauch an kohlenstoffhaltigem Material. z. B. Koks, ohne Wasser und Asche als ungefähr 9511/o des Gewichts des zu verflüchtigenden Zinks gerechnet werden und etwa 20°/o des Gewichts der zu bildenden Schlacke. Bei einem hochgradig gemischten Zink-Blei-Erz, in dem das Gewicht der gebildeten Schlacke 70% des Gewichts des vorhandenen Zinks ausmacht, bedeutet dies, daß der verbrauchte Kohlenstoff ungefähr 104°/o des Gewichts des reduzierten und verflüchtigten Zinks ausmacht.
  • Die gasförmigen Produkte, die aus dem Schmelzprozeß entstehen (hier als Gichtgase bezeichnet), werden vorteilhaft oberhalb des Chargenniveaus des Schachtofens abgeführt und durch ein geeignetes, gegen Hitze isoliertes Leitungssystem zu einem Abschreckkondensator, z. B. einem Bleisprühkondensator.wie bereits vorstehend erwähnt, geleitet, wo ungefähr 90°/o des Zinkdampfes in den Gasen kondensiert und als geschmolzenes Zinkmetall gewonnen werden. Die Gichtgase enthalten eine verhältnismäßig große Menge Stickstoff (z. B. 61 bis 63%), ein verhältnismäßig geringeres Volumen Kohlenmonoxyd (z. B. 24 bis 27%), ein verhältnismäßig geringeres Volumen Zink- und Bleidämpfe (z. B. 5 bis 6'%) und ein Volumen von Kohlendioxyd, das ungefähr dem entspricht, das durch die Reduktion des Zinkoxyds und Bleioxyds in der Charge durch Kohlenmonoxyd erzeugt wird (z. B. 6 bis 10%). In der Praxis beläuft Sich das Volumen des Bleidampfes in den Gichtgasen auf ungefähr 311/o des Volumens des Zinkdampfes, und der Rest des Bleis in der Charge wird mit Ausnahme der sehr geringen Menge von Bleisulfid in den Gichtga#en als geschmolzenes metallisches Blei zusammen mit der schwach zinkhaltigen Schlacke am Unterteil des Schachtofens abgestochen. Dem Gewicht nach ist die Menge des Bleidampfes in den Gichtgasen ungefähr ein Zehntel der Menge der Zinkdämpfe. Wenn in der Charge Blei in chemisch gleicher Menge wie Zink vorhanden ist (d. h. gewichtsmäßig 207,2/65,4=3,15ma1 soviel Blei wie Zink). dann enthalten die Gichtgase volumenmäßig ungefähr 5% Zinkdampf und ungefähr 1011/o Kohlendioxyd finit ungefähr 0,16% Bleidampf. Dieses Volumen an Bleidampf Stellt ungefähr 3% des gesamten Bleis in der Charge dar, während der Rest des Blei: in der Charge als geschmolzenes metallisches Blei im Unterteil des Schachtofens gewonnen wird. Der Bleidampf in den Schachtofengasen wird in der Zinkkondensationsstufe des Verfahrens hauptsächlich in Forti von Schlicker und Zinkstaub gewonnen.
  • Die Gase müssen aus dem Schachtofen bei genügend hoher Temperatur abgezogen werden, um den Transport des Zinkdampfes zu der Abschreckzone zu ermi#glichen. Auch bei den hohen Schmelztemperaturen, die hier in Frage kommen, erreicht die normale Anfangstemperatur /z. B. ungefähr 950° C) der Gichtgase nicht solche hohen Grade, und in der Praxis ist es vorteilhaft, eine gesteuerte Menge irgendeines sauerstoffhaltigen Gase, z. B. Luft, mit Sauerstoff anlfei-eiz_-licrte Luit nder Sauerstoff. in die aus dem Schachtofen abgeführten Gase einzublasen und dadurch die Gase durch die sich ergebende Oxydation des Kohlennionoxvds auf eine Temperatur zu bringen, die weS.entlich über ihrer Normaltemperatur liegt und getiiigencl hoch ist. um sie ohne wesentliche Oxydation von Zinkdampf zti der Abschreckzone des Kondensator: zti führen.
  • Bei einer Charge, die durch Sintern einer typischen Zinkblende mit verhältnismäßig wenig Zuschlägen her-"e>tul!t wird, hat es sich gezeigt. daß ein Gichtgas erzeugt werden kann, das dem Volumen nach ungefähr 611/o Zink, 711/o Kohlendioxyd, 25% Kohlenmonoxyd und 620/0 Stickstoff enthält. Die Zusammensetzung diese., Gases erfordert den Verbrauch von 5.53 Atomen Kohlenstoff je Atom Zink, was ungefähr 980g Kohlen-Stot1 je kg Zink entspricht. Oberhalb des Niveaus der Charge des Schachtofens wird etwas Luft (3% des (fas . olumcnS in das Gas eingeführt, und die ungefähre Zusr mmensetzung wird volumenmäßig 611/o Zink, 8% Koh:-#neiioxvd, 2501o Kohlenmonoxyd und 63% Stickstoff.
  • Wenn nun einer solchen Charge Bleioxyd hinzugefügt wird, wobei das Verhältnis des Kohlenstoffs zum Zink gleichgehalten wird, wirr! vin Teil des Kohlenmonoxyds dazu verwendet, das Bleioxyd zu reduzieren, Wenn das Gewicht des so reduzierten Bleis !,6mal dem Gewicht des verflüchtigten Zinks entspricht (nachdem das Atomverhältnis von Blei zu Zink 0,5 ist), beträgt das Volumen des Kohlenmonoxydes, das beim Reduzieren des Bleis verwendet wird, 311/o des gesamten Gasvolumens, so daß die Zusammensetzung des Gichtgases beim Ausströmen aus der Charge nach dem Volumen wie folgt ist: 611/o Zink, 10% Kohlendioxyd, 2211/o Kohlenmonoxyd und 62% Stickstoff. Nach dem Einblasen von Luft (3% des Gasvolumens) in das Gichtgas ist die Zusammensetzung des Gases nach dem Volumen: 6% Zink, 11% Kohlendioxyd, 2011/o Kohlenmonoxyd und 63% Stickstoff.
  • Eine obere Grenze für das Verhältnis von Blei zu Zink wird durch die Tatsache gesetzt, daß die Konzentration des Kohlendioxyds in den zum Kondensator geführten Gasen nicht höher als 11 bis 12% sein soll. Diese Grenze wird ini allgemeinen erreicht, wenn das Gewicht des eingebrachten Bleis ungefähr 2,5mal so hoch ist wie das des verbrannten Kohlenstoffs. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Grenze viel höher liegt, als sie bisher für Blei-Sprüh-Kondensatoren für möglich gehalten wurde.
  • Wenn die Charge eine verhältnismäßig geringe Menge Zink enthält, dann muß kohlenstoffhaltiges :Material für die Erschmelzung der großen Menge tauben Gesteins hinzugefügt werden, so daß das Verhältnis des verbrannten Kohlenstoffs zu dem verdampften Zink größer ist, als wenn eine hochgradige gesinterte Zinkblende geschmolzen wird. Das bedeutet, daß die Konzentration von Zink in den Gichtgasen geringer ist, und es kann eine große Menge oxydierten bleihaltigen Materials im Verhältnis zu dem Zinkgehalt hinzugefügt werden, bevor der Kohlendioxydgehalt der Gichtgase auf 11 bis 120io steigt.
  • Ein niedriggradiges zinkhaltiges Material, das vorteilhaft nach der Erfindung geschmolzen werden kann, ist mit Zink angereicherte Schlacke aus der üblichen Schachtofenschmelzung von Bleierzen, bei der im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung der Prozeß so geführt wird, daß das in die Charge eingebrachte Zink in die Schlacke geht. Bei einer bevorzugten Form der Erfindung, bei solchen Materialien angewendet, wird eine Mischung der granulierten Schlacke mit Bleisulfidkonzentrat behandelt, z. B. durch Sintern. um den Schwefel als Schwefeldioxyd auszutreiben, und das gesinterte Material in einen Zinkschmelzofen gebracht.
  • Bei einem typischen Beispiel haben die Bleikonzentrate und die granulierte Schlacke die folgende Zusammensetzung
    Pb-Konzentrate Granulierte Schlacke
    °/o 0:',
    Pb ............ 75,3 2,4
    Zn ............. 3,9 17.3
    Si O, . . . . . . . . . . 1,2 ?0,5
    Fe Ö r........... 2.8 ?4,7
    CaO........... 0,27 13.3
    S .............. 15.5 1.8
    Cu ... .. .. .. ... 0,64 --
    Sb ............. 0.22 As ............. 0.15 -
    Cd ............ 0,017 -
    Ag . . . . . . . . . . . . 835 g/t , 7,6 g/t
    Die Durchführung des Verfahrens wird weitgehend von dem höchtzulässigen Kohlendioxydgehalt der Abgase bestimmt, der auf 10 bis 12"/o C02 geschätzt wird.
  • Einige der Verhältnisse, in denen die Schlacke und die Konzentrate gemischt werden können, und die sich ergebenden Kohlendioxyde in den Abgasen werden in der folgenden Tabelle angegeben: 100 Teile granulierte Schlacke und 50 Teile Bleikonzentrate . . . . .. . 8,0"/o C02 100 Teile granulierte Schlacke und 100 Teile Bleikonzentrate . . . . . . . . 9,9 % C 02 100 Teile granulierte Schlacke und 150 Teile Bleikonzentrate . . . . . . . . . 11,411/o CO2 100 Teile granulierte Schlacke und 300 Teile Bleikonzentrate . . . . . . . . . 15,10/0 C 02 (Dieses letzere Beispiel liegt außerhalb des Arbeitsbereiches, den die Erfindung üblicherweise umfaßt,) Wenn die ersten beiden dieser Verhältnisse als Beispiele genommen werden, dann ergibt sich: Beispiel I Granulierte Schlacke ............... 100 t Bleikonzentrate .................... 50 t Koks (80"/o Kohlenstoff, 2011/a Asche) 48,9 t Erzeugtes Zink a) aus der Schlacke . . . . . . . . . . . . . . 13,034 t b) aus den Konzentraten . . . . . . . . . 1,763 t c) Gesamt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14,797 t Erzeugtes Blei .. .. .. ............... 37,65 t Beispiel II Granulierte Schlacke . . . . . . . . . . . . . . . 100 t Bleikonzentrate .................... 100t Koks (80"/o Kohlenstoff, 2011/o Asche) 52 t Erzeugtes Zink a) aus der Schlacke ... .. .. .. .. ... 13,034 t b) aus den Konzentraten . . . . . . . . . 3,526 t c) Gesamt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16,560 t Erzeugtes Blei .. .. .. .. .. ........... 75,3 t In jedem Beispiel wird angenommen, daß die erzeugte Schlacke 511/o Zink und 0,411/o Blei enthält.
  • Wenn hochgradige Blei-Zink-Erze geschmolzen werden, dann ist es möglich, etwa 95°/o des Zinks als Dampf in den Schachtofengasen zu gewinnen. Die Gewinnung des Zinks als Dampf in den Schachtofengasen wird jedoch durch das Verhältnis der schlackenbildenden Anteile (d. h. im wesentlichen allen Bestandteilen außer Zinkoxyd, Bleioxyd und Kohlenstoff) zu Zink in der Charge beeinflußt und (wie in den obigen Beispielen) wenn eine gesinterte :Mischung von Bleikonzentraten finit 7511/o Blei mit einer Schlacke mit einem Gehalt von 17"/o Zink behandelt wird, dann kann die Gewinnung von Zink als Dampf bei nur ungefähr 80"/o liegen, und diese Ausbeute ist wirtschaftlich zufriedenstellend, wenn das eingebrachte zinkhaltige 1'laterial eine Schlacke mit niedrigem Zinkgehalt ist. Der tatsächliche Zinkgehalt der Schlacke nach Analyse hängt von der Menge der schlacken-. bildenden Materialien in der Charge und dem Koks ab und kann von 1 bis zu 10"/o schwanken.

Claims (10)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Schmelzen metallhaltiger Stoffe, die sowohl Blei als auch Zink enthalten, mit kohlenstoffhaltigen :Materialien, wobei die Beschickung und/oder der eingeblasene Wind in einem solchen llaß vorgeheizt werden, daß überall in der schmelzenden Beschickung eine reduzierende Atmosphäre bei einer solchen Temperatur aufrechterhalten wird, die hoch genug ist. um das Zink zu reduzieren und zu verflüchtigen, wobei geschmolzenes Blei und Schlacke am Boden des Ofens abgestochen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Blei zu Zink in der Charge mindestens etwa wie 9:91 gehalten wird und daß ferner die Menge des kohlenstoffhaltigen Materials zur exothermen Reduktion des Bleierzes und zur endothermen Reduktion des Zinkerzes nicht wesentlich höher bemessen wird, als dies für die alleinige Reduktion des Zinkerzes der Fall wäre.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Charge und der in die Charge eingeblasene Wind auf Temperaturen von mindestens 600 bzw. 500° C vorerhitzt werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige :Material und der Rest der Charge getrennt vorerhitzt werden, das kohlenstoffhaltige Material auf 800 bis 1000° C und der Rest der Charge auf 500 bis 750° C.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Schmelzen erzeugten Gichtgase oberhalb des Niveaus der Charge im Schachtofen abgezogen und durch ein geeignetes Leitungssystem zu einem Abschreckkondensator geführt werden.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an Kohlendioxyd in den das gasförmige Zink enthaltenden Gichtgasen beim Ausströmen aus der Charge 6 bis 10"/o beträgt.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine gesteuerte Menge eines sauerstoffhaltigen Gases, wie etwa Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Sauerstoff, in die aus dem Schachtofen abgezogenen Gichtgase eingeblasen wird, wobei die Gase durch die sich ergebende Oxydation von Kohlenmonoxyd auf eine Temperatur gebracht werden, die wesentlich über ihrer Ausgangstemperatur liegt und die hoch genug ist, um den Transport der Gase zu der Abschreckzone eines Kondensators ohne nennenswerte Oxydation von Zinkdämpfen zu ermöglichen.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Grenze für das Verhältnis von Blei zu Zink durch eine Konzentration an Kohlendioxyd der in den Kondensator eintretenden Gase von nicht über 11 bis 1211/o bestimmt wird. B.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial eine Mischung mit Zink angereicherter Schlacke. die von üblichen Schachtöfen zum Schmelzen von Bleierzen stammt, mit Bleisulfidkonzentraten benutzt wird und diese Mischung vorher einer Behandlung unterworfen wurde, um den Schwefel auszutreiben.
  9. 9. '\'erfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Blei zu Zink in den metallhaltigen Mineralien der Charge höchstens 85 :15 beträgt.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffhaltigen Stoffe in der Charge einer Summe von ungefähr 90"/o des Gewichts des zu verflüchtigenden Zinks und ungefähr 2011/o des Gewichts der zu bildenden Schlacke entspricht. l11 Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 309 162, 414 838, 853822.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0056880A1 (de) * 1981-01-22 1982-08-04 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur Herstellung eines brikettierten Einsatzmaterials für Zink-Schachtöfen

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DE414838C (de) * 1921-10-06 1925-06-09 Gelsenkirchener Bergwerks Akt Verfahren zur Verhuettung fluechtige Metalle, insbesondere Zink, enthaltender Eisenerze, Schlacken, Schrott usw
DE853822C (de) * 1941-01-12 1952-12-08 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur Gewinnung von hochmetallhaltigem Zinkstaub im Schachtofen

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