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Verfahren zur Gewinnung von Blei und Zink Die Erfindung bezieht sich
auf das Schmelzen von metallhaltigen Stoffen, die Blei und Zink enthalten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die zu schmelzende Charge und die in die Charge eingeblasene Luft
werden vorteilhaft auf Temperaturen von mindestens 600 und 500° C vorerhitzt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.