DE1192411B

DE1192411B - Verfahren zur Raffination von unreinem Zink oder Cadmium

Info

Publication number: DE1192411B
Application number: DEN23616A
Authority: DE
Inventors: Leslie Jack Derham
Original assignee: National Smelting Co Ltd
Current assignee: National Smelting Co Ltd
Priority date: 1962-09-27
Filing date: 1963-08-16
Publication date: 1965-05-06
Also published as: CH437814A; US3449116A; US3449117A; US3448973A; AT251301B

Description

Verfahren zur Raffination von unreinem Zink oder Cadmium Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Raffination von unreinem Zink oder Cadmium, insbesondere zur Herstellung von feinem Zink- oder Cadmiumstaub, durch Destillation und fraktionierte Kondensation, wobei die erforderliche Energie in einem elektrischen Ofen mit zwei Kohleelektroden erzeugt wird.
Zum Durchführen von Raffinationsverfahren sind bereits Vorrichtungen in Form elektrischer Öfen bekanntgeworden, bei, denen die in Anwendung kommenden Elektroden relativ eng beieinander stehen und das seitlich in den Ofen eingeführte Material so erschmolzen wird, daß zwischen den Elektrodenenden das flüssige Material vorliegt. Weiterhin ist ein elektrischer Ofen für das Abdestillieren von Metallen bekanntgeworden, bei dem über einem Bad ein Widerstandselement angeordnet ist, wobei die hierdurch ausgebildete Strahlungswärme von oben auf das zu verarbeitende Bad beaufschlagt wird. Hierbei ergibt sich eine Art Oberflächenverdampfung des abzutrennenden Metalls.
Zur Rückgewinnung von reinem Zink ist weiterhin ein elektrischer Ofen bekannt, bei dem ein Hohlraum mit einem Zylinder zur besseren Abtrennung der Zinkdämpfe von den Kohlenoxydgasen angeordnet ist.
Verfahrensmäßig ist bezüglich der Raffination von unreinem Zink bekanntgeworden, daß die elektrisch schlecht leitenden Zinkstäube vor der Destillation mit elektrisch gut leitenden stickigen Materialien, die bei der Destillationstemperatur nicht schmelzen, gut gemischt werden. Als elektrisch gut leitendes Material findet hierbei Eisen und Eisenlegierungen, Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltige Materialien Anwendung.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabenstellung zugrunde, ein Raffinationsverfahren zu schaffen, das sich vorteilhaft gegenüber den bekannten Verfahren unter anderem dadurch unterscheidet, daß bisher in Anwendung kommende Retorten in Fortfall kommen können, wodurch sich eine Ersparnis bezüglich der anzuwendenden Wärmeenergie ergibt und eine Beschädigung durch Wärmeschock vermieden wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Raffination von unreinem Zink oder Cadmium ist nun dadurch gekennzeichnet, daß flüssiges Zink oder Cadmium über die Oberfläche einer kohlenstoffhaltigen Beschickung des Ofens in dünner gleichmäßiger Schicht geführt und verdampft wird und daß die gebildeten Metalldämpfe aus dem -oberen Teil des Ofens abgezogen werden und dann schnell abgekühlt werden. Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal verfährt man dergestalt, daß das zu verdampfende Metall flüssig in den oberen Teil des Ofens eingeführt wird sowie aus dem oberen Teil des Ofens abgezogenen Metalldämpfe schnell mittels eines inerten Gases abgekühlt werden.
Als vorteilhaft hat es sich weiterhin erwiesen, daß zur Raffination von Hartzink Briketts aus pulverförmigen Hartzink vermischt mit Ton in den Ofen eingeführt werden.
Die mittels des neuartigen Verfahrens erzielten technischen Vorteile bestehen einmal- darin, daß die angegebene Aufgabenstellung einwandfrei erfüllt wird sowie in besonders wirtschaftlicher Weise der Metallstaub gewonnen werden kann, der sich insbesondere für die Anwendung als Pigment eignet. Durch Steuerung der Verfahrensvariablen gelingt es, den Metallstaub in bestimmten ausgewählten Teilchengrößenbereichen zu gewinnen. Dies stellt einen Vorteil für bestimmte technische Anwendungsgebiete dar.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
F i g. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Vorrichtung zum Durchführen des Verdampfens; Fig.2 ist ein senkrechter Schnitt längs der Linie II-H der F i g.1; F i g. 3 ist eine Draufsicht; F i g. 4 ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV der F i g. 2; F i g. 5 ist ein Schnitt längs der Linie V-V der Fig.l; F i g. 6 ist ein waagerechter Schnitt längs der Linie VI-VI der F i g. 2; F i g. 7 ist eine diagrammförmige Draufsicht auf eine vollständige Vorrichtung zum Durchführen der Erfindung; F i g. 8 ist ein Seitenaufriß der Vorrichtung nach F i g. 7.
Die Vorrichtung zum Durchführen des Verdampfens besteht im wesentlichen aus einem gut isolierten Schacht 1 aus feuerfestem Steinwerk, der einen quadratischen oder kreisförmigen Querschnitt aufweisen kann und zwischengeordnet eine Isolationsschicht 2 aus Glimmer aufweist. Es sind vier symmetrisch im Abstand zueinander angeordnete Einlaßöffnungen 3 für flüssiges Zinkmetall und eine Abzugsöffnung 4 vorgesehen. Dieser Schacht ist mit sortiertem Koks oder ähnlicher kohlenstoffhaltiger Beschickung unter Ausbilden einer Säule beschickt und weist Kohlenstoffelektroden 5, 6 auf, die an dem oberen bzw. dem unteren Ende für die Zuführung der elektrischen Energie eingeführt werden. Die zugeführte elektrische Energie kann entweder ein Wechselstrom oder ein Gleichstrom sein. Die untere Elektrode 6 weist eine Kohlenstoffretorte für das Sammeln der weniger flüchtigen Metalle auf, und für dieselben ist ein Ablauf 7 von der Retorte vorgesehen. Der Säuberung dienende Öffnungen 8 und 9 sind ebenfalls vorgesehen.
An dem oberen Ende der Säule wird geschmolzenes Zink eingegossen und verdampft, während dasselbe durch die Säule nach unten läuft.
Die zugeführte Energie kann mittels eines Spannungsreglers gesteuert werden. Zunächst ist es der Koks, der den elektrischen Widerstand der Säule bestimmt, jedoch wird der Widerstandswert erheblich verändert, wenn das geschmolzene Zink über die Säule fließt. Die Wärme wird größtenteils in den Zinkschichten oder -tröpfchen auf der Oberfläche des Kokses ausgebildet, und auf Grund dieser Tatsache wird ein hoher Nutzungsgrad erreicht, da keine Wärmespalte zu überwinden sind. Somit wird die Wärme tatsächlich dort ausgebildet, wo sie für das Verdampfen des Zinks genutzt wird. Das geschmolzene Zink muß sorgfältig über der Querschnittsfläche des oberen Endes der Säule verteilt werden, um so eine wirksame Verdampfung im Inneren der Säule zu erreichen.
Dieses Verfahren findet Anwendung bei der Reinigung von unreinem Zink mittels Destillation und fraktionierter Kondensation und ist insbesondere zur Reinigung von Zink geeignet, das z. B. mittels eines Zinkschachtofens hergestellt worden ist. Das Verfahren kann auch zur Herstellung von Zinkstaub durch schnelles Abschrecken des Zinkdampfes angewandt werden. Drittens eignet sich das Verfahren zur Rückgewinnung von Zink aus Zinkrückständen, z. B. Hartzink aus Feuerverzinkungsgebäuden, mittels des unten beschriebenen Verfahrens.
Hartzink ist eine Zink-Eisen-Legierung, die sich am Boden von Feuerverzinkungsbädern ansammelt und daraus zurückgewonnen wird. Wenn dieses Hartzink pulverisiert und mit Ton vermischt wird, kann es zu Briketts verformt werden, die man dann in eine Säule der oben beschriebenen Art zusammen mit sortiertem Koks einbringen kann; das Zink wird dann durch Zuführen elektrischer Energie in der beschriebenen Weise abdestilliert. Die entzinkten Briketts können von dem unteren Ende des Ofens entfernt werden; sie werden von dem Koks abgetrennt, der dann erneut in das obere Ende des Ofens eingeführt und mit frischen Briketts vermischt werden kann. In. dieser Weise kann eine wirksame Rückgewinnung des Zinks erreicht werden.
Aus geschmolzenem Zink wird in einem Tiegel la (F i g. 7) mittels eines Erhitzers 1 Zinkdampf ausgebildet, wie es unter Bezugnahme auf die F i g. 1 bis 6 beschrieben ist, und sodann einem Hauptkühlgefäß 12 mittels eines Zinkdampfeinlasses 13 zugeführt. Es sind vier Gasdüsen 13a - jeweils zwei an dieser Seite des Einlasses - angeordnet, die mit zurückgeführtem Gas von dem Auslaßende des Verfahrens beschickt werden. Dieses Gas ist reiner Stickstoff oder ein anderes inertes Gas. Die Düsen sind so ausgerichtet, daß das kühle Gas auf die Wolke des Zinkdampfes auftrifft, der in das Kühlgefäß bei 13 eintritt. In dieser Weise wird der Zinkdampf plötzlich von einer Temperatur von über 900° C auf etwa 300° C abgeschreckt, und der durch die Kondensation dieses Dampfes ausgebildete Zinkdampf wird plötzlich mit dem zurückgeführten Gas verdünnt. An dem Ende des Hauptkühlerabschnittes bei 14 sind weitere Gaseinlässe für das zurückgeführte Gas angeordnet, die sich ebenfalls in der Kühl- und Sortierzone bei 15 befinden.
Nach Hindurchtritt durch die Hauptkühlerzone, wo der größte Teil des ausgebildeten Zinkstaubes niedergeschlagen wird, treten die Gase mit etwas mitgerissenem Zinkstaub zu einer Reihe von Kühl-und Sortiergefäßen 16, 17 und 18, die mit Ablenkblechen versehene Behälter mit rechteckigem Querschnitt darstellen. Hier werden die Gase weiter auf etwa 150° C abgekühlt, und ein Teil des feineren Staubes wird niedergeschlagen. Von hieraus treten die Gase in einen Wirbelabscheider 19, wo ein weiterer Anteil des feinen Staubes entfernt wird. Anschließend werden die Gase in eine Filteranlage 20 eingeführt, in der der feinste Staub aus dem Gasstrom herausfiltriert wird. In dieser Stufe ist das Gas auf 80° C oder darunter abgekühlt worden.
Dieses saubere abgegebene Gas, das reinen Stickstoff oder ein anderes inertes Gas darstellt, wird dann erneut den beschriebenen Düsen mittels eines Gebläses oder Ventilators 21 zugeführt.
Es wurde gefunden, daß die Größe der durch dieses Verfahren ausgebildeten Zinkstaubteilchen direkt dadurch gesteuert werden kann, daß das Verhältnis der Volumina des Verdünnungsgases zu dem in den Hauptkühler 12 eintretenden Zinkdampf und somit durch Verändern des Volumens des zurückgeführten Gases gesteuert werden kann, das durch die vier Düsen bei 13 a eintritt. Die Teilchengröße des ausgebildeten Zinkstaubes kann auf jeden gewünschten Bereich eingestellt werden. Das an dem Ende der Hauptkühlerzone bei 14 eintretende zurückgeführte Gas sowie das Gas, das der Sortierzone bei 15 zugeführt wird, dient zwei Zwecken, und zwar einem weiteren Abkühlen des Gases und einem Halten des feineren Staubes in Suspension, so daß derselbe wirksam in der Sortierzone getrennt werden kann. Die feinsten Staubsorten werden aus dem System mittels des Wirbelabscheiders 19 und die Filtereinrichtung 20 abgetrennt. Das saubere abgegebene Gas wird dann mittels des Gebläses oder Ventilators 21 zurückgeführt. Das gesamte System wird bei einem geringfügig über Normaldruck liegenden Druck betrieben, wodurch das System als Ganzes gegen den Eintritt von Außenluft geschützt ist. Das Verfahren arbeitet wirksam in einer Atmosphäre von Stickstoff oder einem anderen inerten Gas.
Je größer die Verdünnung des Zinkdampfes mittels des zurückgeführten Gases ist, um so kleiner ist die Größe der Staubteilchen, die man herstellen kann. Das Verfahren kann somit so eingestellt werden, daß ein Zinkstaub jedes gewünschten Größenbereiches erhalten werden kann. Man kann also eine genaue Einstellung für jeden gewünschten Zweck, wie zum Herstellen von Pigmenten oder für andere Verwendungszwecke, erreichen.
Für einige Zwecke, insbesondere bei Pigmentstäuben, sind Teilchengrößen von nicht größer als 10 Mikron erforderlich. Obgleich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer hohen Verdünnung bis zu 900/9 des Materials mit einer Teilchengröße von kleiner als 10 Mikron gewonnen werden können, liergt ein Teil des Materials in einem Größenbereich von 10 bis 15 Mikron vor. Dieses Material kann in Teilchengrößen von -10 und -f-10 Mikronfraktionen durch die Anwendung eines .Sortierers bekannter Bauart getrennt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sinngemäß auch bei der Raffination von unreinem Cadmium Anwendung finden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Raffination von unreinem Zink und Cadmium, insbesondere zur Herstellung von feinem Zink- oder Cadmiumstaub, durch Destillation und fraktionierte Kondensation, wobei die erforderliche Energie in einem elektrischen Ofen mit zwei Kohleelektroden erzeugt wird, dadurch ge kennzeichnet, daß flüssiges Zink oder Cadmium über die Oberfläche einer kohlenstoffhaltigen Beschickung des Ofens in dünner gleichmäßiger Schicht geführt und verdampft wird und daß die gebildeten Metalldämpfe aus dem oberen Teil des Ofens abgezogen und dann schnell abgekühlt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdampfende Metall flüssig in den oberen Teil des Ofens eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem oberen Teil des Ofens abgezogenen Metalldämpfe schnell mittels eines inerten Gases abgekühlt werden.
4. Verfahren zur Raffination von Hartzink, dadurch gekennzeichnet, daß Briketts aus pulverförmigem Hartzink vermischt mit Ton in den Ofen eingeführt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 301959, 333 759, 1118 475; USA.-Patentschriften Nr. 1214 842, 1417 953; »Handbuch der Technischen Elektrochemie«, herausgegeben von Georg E g er, 4. Band, 3. Teil A, »Elektroöfen in der Industrie der Nichteisenmetalle«, 1956, S. 236 und 237.