DE1247667B - Verfahren zum Betrieb eines Schachtofens zur Zinkgewinnung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C22b

Deutsche Kl.: 40 a -19/08 ,

Nummer: 1247 667

Aktenzeichen: B 7847&VTa/40 a

Anmeldetag: 11. September 1964

Äuslegetag: 17. August; 1967

;- Die Erfindung betrifft Schachtofen für die Zinkgewinnung. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung besteht darin, .den Durchsatz derartiger Schachtöfen zu erhöhen und das Verhältnis des verbrauchten Kokses zu dem hergestellten. Zink im Vergleich zu dem Stand der Technik zu verringern, bei dem vorerhitzte Luft als der -Gebläsewind angewandt wird. - --.= ■-:

Bei einem Schachtofen zur Zinkgewinnung, wie er in üblicher Weise betrieben wird, besteht die Beschickung aus oxydischem zinkhaltigem Material und Koks. Der Koks wird gewöhnlich- auf 900 bis 900⁰C vorerhitzt. Der zinkhaltige Anteil der Beschickung wird gelegentlich in ähnlicher Weise vorerhitzt und gelegentlich kalt oder vorerhitzt auf eine niedrigere Temperatur eingeführt. Gelegentlich findet Blei enthaltendes Material eingearbeitet in der zinkhaltigen Beschickung Anwendung. Es werden-CaI-ciumoxyd und gelegentlich andere schlackenbildende Bestandteile in die ■ zinkhaltige Beschickung eingearbeitet, um so sicherzustellen; daß eine geschmolzene Schlacke niedrigen Zinkgehaltes von dem unteren Ende des Ofens abgestochen wird, die eine geeignete Zusammensetzung ^aufweist. Wenn das Blei in einer größeren Menge in der_ Beschickung vorliegt-, wird dasselbe in ähnlicher Weise aus dem Ofenherd abgestochen. Das "Zink in der · Beschickung wird reduziert und in Form von'Zinkdampf verflüchtigt_s der in einen Kühler übergeführt wird, wo derselbe zwecks schnellen Äbkühlens in Berührung mit geschmolzenem Blei gebracht wird. Es wird .Luft, die gewöhnlich auf 500 bis 700° C vorerhitzt wird, durch Winddüsen benachbart zu dem unteren Ende des Ofens eingeführt. . ■

In einem der Zinkgewinnung dienenden Schachtofen enthält das die Ofenbeschickung. verlassende Gas als Hauptkomponenten Zinkdampf, Zinkstaub, ' Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd, wobei das Kohlendioxyd und der Zinkdampf gewöhnlich in vergleichbaren Volumenkonzentrationen vorliegen. Insbesondere wenn der zinkhaltige Anteil der Beschickung im kalten Zustand eingeführt wird, erweist es sich als erforderlich, die Temperatur des Gases durch Einführen von etwas Luft über der Ofenbeschickung, unter _; Verbrennen eines . Teils des Kohlenmonoxyds in dem Gas zu erhöhen, wodurch sich eine weitere Zunahme der Konzentration an Kohlendioxyd ergibt. In einem Schachtofen zur Zinkgewinnung wird somit die Reduktion des Zinkoxyds unter weniger starken Reduktionsbedingungen als in einer Retorte ausgeführt, und dies erklärt, warum das in der Beschickung vorliegende Eisen

ίο

' Verfahren zum Betrieb eines^'Schachtofens ■
zur Zinkgewinnung '■' ' .

'Anmelder:

,., Brevets Metallurgiques, S. A,, -

;'- Lausanne (Schweiz) ._; > - /- . . '.

Vertreter: "■-.',-. -

Dipl.-Ing. K, A. Brose, Patentanwalt, ·ί ' -Ί

Pullach (Isartal), Wiener Sft.^: 2 -

Als Erfinder benannt: * v,₍"';'"

Joha Lumsden, ,·.---■■ - -

Avonmouth, Gloucester ^Großbritannien) _;

Beanspruchte Priorität: . · -

Großbritannien vom 30. September 1963 (38 331),

■ "'..-'· vom 2'.September 1964 ■- -■-

bei einem Schachtofen zur ^Zinkgewinnung in oxydierter Form in der Schlacke entfernt wird, während bei dem Verhütten in der Retorte, wo ein Gas ausgebildet wird, das hauptsächlich aus angenähert gleichen Volumina Kohlemnonoxyd und Zinkdampf besteht, praktisch das gesamte vorliegende Eisen zu 30. Metall reduziert wird. -.·-■;..'; ....-' '

Obgleich die sich in den-!verschiedenen Zonen eines Schachtofens zur Zinkgewinnung abspielenden Umsetzungen sehr verwickeit^sein müssen, zeigtdas . angenäherte Gleichgewicht zwischen den Volumenkonzentrationen an Zink; und--'Kohlendioxyd, die erzeugt werden, daß die Haupfumsetzungen die Verbrennung des Kohlenstoffs zu fKoHenmonoxyd benachbart zu dem unteren Ende des Ofens (Glei- -. chung 1) und im Anschluß die'Reduktion des Zinkoxyds durch das Kohlenmqnoxyd weiter oben in dem Ofen (Gleichung 2) skcj. r.

C+ 0,5 O₂ = GO . (1)'

ZnO + CO = Zn(Gas) + CO₂ (2)

■ In einem gewissen Ausmaß; können zwei weitere Umsetzungen eintreten. Zunächst in Düsenhöhe kann ein Teil des Kohlenstoffs za. Kohlendioxyd verbrennen, -fr .

C + O, =<rC0,

Weiterhin kann weiter oberrhvdem.Ofen ein Teil des durch die Umsetzung 2 {ausgebildeten Kohlen-

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dioxyds sich mit dem Kohlenstoß unter Regenerieren stark ansteigt, verläuft diese Umsetzung, die bei

des Kohlenmonoxyds umsetzen. niedriger Temperatur langsam verläuft, mit einer

QQ ι Q _ 2 qq ■ r$) derartigen Geschwindigkeit, daß ein erheblicher

■ ² Anteil des durch die Reduktion des Zinkoxyds

Die zur Zinkbindung führende Umsetzung 2 ab- 5 (Umsetzung 2) ausgebildeten Kohlendioxyds in CO sorbiert eine erhebliche Wärmemenge, die zusammen reduziert wird, so daß sich das COg-CO-Verhältnis mit der fühlbaren Wärme der Gase durch die Ver- verringert. Diese Verringerung des CO₂-CO-Verbrennung des Kohlenstoffs geliefert werden muß. Die hältnisses bedeutet, daß weniger Wärme pro GeUmsetzung 3 erzeugt wesentlich mehr Wärme als die wichtseinheit verbrauchten. Kohlenstoffs zur VerUmsetzung 1. Vom Standpunkt des Wärmegleich- io fügung steht, und diese Wirkung bedeutet, daß das gewichts aus ist es somit zwecks Verbessern der Zn-C-Verhältnis in der Beschickung verringert wer-Brennstoffwirtschaftlichkeit, d. h. zum Verringern den müßte. Weiterhin könnte eine Verringerung des der für die Zinkbildung erforderlichen Kohlenstoff- CO₂-CO-Verhältnisses zu einer Reduktion des Eisenmenge zweckmäßig, ein möglichst großes CO₂-CO- oxyds zu Eisenmetall mit entsprechenden Arbeits-Verhältnis vorliegen zu haben. 15 Schwierigkeiten führen.

Die Umsetzung 2 ist reversibel. Die Gleich- Für den Betrieb eines Zinkmuffelschachtofens, der

gewichtskonstante derselben läßt sich wie folgt aus- im unteren Teil aus einem Gebläseschachtofen und

drücken: im oberen Teil aus einer in einer Heizkarrimer ein-

(VoCO₂) gebauten, von außen mit gereinigten Abgasen be-

K = (⁰ZoZn)X—(o/₀co) O ao heizten, stehenden Retorte besteht, war vorgeschlagen

worden, als Blaswind mit Sauerstoff angereicherte.

Bei 100°C beträgt z.B. K = 3, und die Gleichung vorerhitzte Luft zu verwenden. ·
wird erfüllt, wenn das Gas 6°/o Zn enthält und ein Demgegenüber wurde überraschenderweise ge&mr CO₂-CO-Verhältnis von 0,5 aufweist, oder 10°A> Zn den, daß ein innerhalb bestimmter Grenzwerte mit enthält und ein CO₂-CO-Verhältnis von 0,3 aufweist, as Sauerstoff angereicherter Blaswind den Betrieb eines Bei 1050⁰C beträgt K- 6, und die Gleichung ist einfachen Zinkschachtofens unter den vorherrschenerfüllt, wenn das Gas. 12% Zn enthält und ein den Bedingungen bei einer Gleichgewichtstemperatur CO₂-CO-Verhältnis von 0,5 aufweist oder wenn von 1040 bis 1060° C-zu betreiben ermöglicht, wodasselbe2O°/o Zn enthält und ein CO₂-CO-Verhältnis durch ein stark verbesserter Durchsatz sowie eine von 0,3 aufweist. .. 30 Erhöhung der Zinkausbeute und der Zinkproduktion

Um ein Gas. beliebiger gegebener Zusammen- je Kokseinheit, somit ein geringerer "KohlenstoS-setzung durch die Reduktion von Zinkoxyd nach der verbrauch erzielt wird. Wenn beispielsweise nach Umsetzung 2 auszubilden, ist es erforderlich, daß die dem vorgenannten bekannten Vorschlag in einem Temperatur wenigstens gleich derjenigen für das Zinkmuffelschachtofen bei Anwendung -eines hoch-Gleichgewicht der weiter unten angegebenen Gas- 35 wertigen Zinkrohm'aterials ein Kohlenstoffbedarf von zusammensetzung bezüglich der Gleichgewichts- 1,4 bis 1,71 je Tonne Zink genötigt wirct so wären temperatur ist. Bei einem gegebenen CO₂-CO-Ver- nach dem neuen^Verfahren in einem üblichen Zinkhältnis in dem Gas ergibt sich, daß, je höher die schachtofen nur 0,55 bis 0,79 t Kohlenstoff erfor-Zinkkonzentration, um so höher die Gleichgewichts- derlich. · -. ^: temperatur. In einem Schachtofen zur Zinkgewin- 4° Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb nung, wie er bisher mit Luft der Zusammensetzung eines Zinkschächtofens zwecks Gewinnung von Zink der atmosphärischen Luft als Wind betrieben worden aus Zink und Blei enthaltenden gesinterten Rohist, ermöglicht das Verdünnungsmittel Stickstoff die stoffen unter Benutzung von vorerhitztem Koks und Zinkgewinnung unter Ausbilden eines Gases mit ' mit Sauerstoff angereicherter vorerhitzter Luft als CO₂-CO-Verhältnis von 0,3 oder darüber, ohne daß 45 Blaswind ist im einzelnen dadurch gekennzeichnet, die in der Nähe des oberen Endes des Ofens erzeugte · daß ^; T^ratur wesentlich über 1000° C Hegt Da das _{A) feei Vorli n des zbk md Blei} enthaltenden

if ?'^Y1f T I f f Γ *Γ' Materials kn stark vorerhitzten Zustand der zur

sollte das Anwenden von mit Sauerstoff angereicher- Verwendung kommende Kohlenstoff wenigstens

? if? S ^em°S^ⁿ'._t ^daß. ^Wanne fur die #> _{Mch d} ^ _{des Q47iaahsa des Gewk]tö}

Zinkreduktion pro Einheit verbrauchten Kohlenstoffs ^ _{mr Beschickung kommenaen Zinks md des}

zur Verfugung gesteffi werden kann da weniger ₀,08fachen des Gewichts der ausgebildeten

Stickstoff in dem Ofen erhitzt werden muß. Mit Schlacke, jedoch, nicht größer als die Summe-

Sauerstoff angere^herter Luft und mit ememkon- ^ _{0 56f}i_{en des} qJ^ _des ^ _Beschik,

dem Gas zu, und wenn das Zn-C-Verhaltms
wird, nimmt die Konzentration des Zinks in dem Gas B) bei Vorliegen des Zink und Blei enthaltenden

noch weiter zu. Mit Sauerstoff angereichertem Wind Materials im kalten Zustand der zur Verwen-

nimmt somit der Wert von K (Gleichung 5) zu, und 60 dung kommende Kohlenstoff wenigstens gleich

somit nimmt die Temperatur,' die in der Nähe des der Summe des 0,53fachen des Gewichts des

oberen Endes des Ofens erreicht werden muß, zu. zur Beschickung kommenden Zinks und des

Abgesehen von anderen Schwierigkeiten, die sich 0,14fachen des Gewichts 'der ausgebildeten

von einem zu starken Temperaturanstieg in der Nähe Schlacke, jedoch nicht größer als die Summe

des oberen Ende des Ofens ergeben, führt eine 65 des 0,64f achen des zur Beschickung kommenden

Temperaturzunahme zu einer starken Zunahme der Zinks und des 0,15f achen des Gewichts der aus-

Umsetzungsgeschwindigkeit des Kohlendioxyds mit gebildeten Schlacke ist, sowie das Ausmaß der

Kohlenstoff (Umsetzung 4). Wenn die Temperatur zu Sauerstoffanreicherung des Blaswindes derart

5 6

eingestellt wird, daß derselbe unter den vor- 102O⁹ C) und der Wärmegehalt der geschmolzenen

herrschenden Bedingungen ausreichend ist, um Sehlacke zusammen mit der für die Zinkreduktion

die Gleichgewichtstemperatur auf 1040 bis nach Gleichung 2 erforderliche Wärme, sowie weiter-

1060° C zu erhöhen. hin die Wärmeverluste. Unter Berücksichtigung des

. , . , ,. , . , _T ü^ · , 5 Wärmegleichgewichts ist es zweckmäßig, eine Be*

Arbeitsbedingungen bex normalem Luftwind zugsteinperatur von 1020<> C zu nehmen Bei dieser

Wenn auch die sich im Inneren des Schachtofens Temperatur beläuft sich die nach der Umsetzung 1 für die Zinkverhüttung abspielenden Umsetzungen erzeugte Wärme auf 27,2 kC pro Mol verbrannten sehr verwickelt sein müssen, können die der Erfin^ Kohlenstoffs. Um die bei 1020¹³ C zur Verfügung dung zugrunde liegenden Prinzipien erläutert werden, io-stehende Wärme zu erhalten, muß die für das Er-' indem lediglich die wichtigsten Umsetzungen in Be- hitzen des Luftwindes von der ursprünglichen Ten> fracht gezogen werden. Eine erste zweckmäßige ver- peratur, etwa 700^Q C, auf 1020° C erforderliche einfachende Annahme besteht darin, daß der ge- Wärme abgezogen werden, samte Kohlenstoff zunächst in dem Kohlenmonoxyd . _ _ _„_ .., _nrtno _ ■,„,,-,

nach der Gleichung 1 verbrennt und sodann ein Teil i_S 0,5 Q van 7QO auf 1Q2O« C = 1,3 K₁

dieses Kohlenmonoxyds für die Reduktion des Zink- 1,9 N₂ von 700 auf 1020 C=M₁SkC

oxyds nach der Gleichung 2 angewandt wird. Dies 6,1 KC.

bedeutet, daß die relativ geringen Mengen an Die bei 1020⁹ C zur Verfügung stehende Wärme Kohlendioxyd vernachlässigt werden, die benachbart ist 27,2—6,1 == 21,1 kC pro Mol Kohlenstoff, zu dem unteren Ende des Ofens nach der Umsetzung^. 20 N_ach der Umsetzung 2 beläuft sich die absorbierte ausgebildet werden und weiter oben auf Grund der Wärme auf 44 kC pro Mol reduzierten Zinkoxyds. Umsetzung 4 wieder verschwinden. Es ist zweckmäßig, die weiteren Kosten In dem

Wenn die einzigen eintretenden Umsetzungen die-' Wärmegleichgewicht als proportional entweder dem jenigen sind, wie sie durch die Gleichungen 1 und 2' Kohlenstoff.oder dem Zink in der Beschickung zu-, wiedergegeben sind, und atmosphärische Luft die 25 zuordnen. Die Wärmeverluste neigen dazu, propor-Sauerstoffquelle ist, können die eintretenden Um- tional der' Menge des verbrauchten Kohlenstoffs zu Setzungen wie folgt wiedergegeben werden: ' sein, und die Menge an ausgebildeter Schlacke wird

ρ j. η ςO J- 1 0Ar — cn -H QN ™· wesentlichen durch die Menge an.Gangart be-

WTW.u_iT^i\-vuTi,!'i\ stimmt, die zusammen mit dem Zinkoxyd eingeführt

und im Anschluß hieran , ■ 30 wird und sich somit dem Zink in der Beschickung

cn 4- 7nC\ = r7n 4- τ cn proportional verhält. Wenn z.B. die Wärmeverluste

χ w -τ- χ Änu ^n + λ MJ_{2 gIeicli} ^_{6 kc pro Mol vert)ramltem} Kohlenstoff sind, ^l

Das erhaltene Gas wird sodann pro ΜοΓ verbrannten wird'die reine zur Verfügung stehende Wärme Kohlenstoffs 21,1-4,6 = 16,5 kC pro Mol Kohlenstoff.

η ύΛγπ rcn -rTn 1 Q w apeäfnf ? Q -l· r ^35: Wenn die für das Erschmelzen der Schlacke erfor-(1 - χ) CO, * GO₂, x Tm, 1,9 N^ gesamt 2,9 -f χ _{derliche Wärme sich ?u£ u kC prQ mi reduzierteg};

enthalten. Zinkoxyd beläuft (d. n. die Menge der ausgebildeten Wenn * ~ 0,30, würde das Gas 0,7 CO, 0,3 CO₂, Schlacke beträgt etwa 0,9 des gesamten zur Be~ 0,3Zn, 1,9Zn_; gesamt 3,2 oder 9,4°/oZn, 9,4%CO_2J Schickung kommenden Zinks), werden die gesamten 21,9^fl/oCO, 59,3»/οN₂ enthalten. Für ein derartiges 40 Wärmeerfordernisse pro Mol reduzierten Zinks-Gas beläuft sich die Gleichgewiehtskoßstante K auf 44"4¹H «= 55 kC pro Mol Zink.

• 94 Hierausberechnet sich, daß für 1 Mol verbranntes"

K =--9,4'·-~fU = 4,0. :.· Kohlenstoffs 16,5/55 « 0,30. Mol Zink reduziert'

^ » werden können. Dies gibt das Verhältnis reduzierten

Da die Gleichung 2 arteigen schnell verläuft, wobei 45 Zinks zu verbrauchtem Kohlenstoff bei dem gesam»-"

eine gute Berührung zwischen den Gasen und der . ten Ofenbetrieb wieder, nur wenn die Beschickung

Beschickung vorliegt, liegt in dem Ofen eine Zone in dem Ofen vorerhitzt auf 1020^QC eingeführt wird,

vor, wo sich das Gas und die Beschickung bei Da Schachtöfen für die Zinkgewinnung zwecks

praktisch der gleichen Temperatur befinden, wobei Verhütten gemischter Blei-Zink-Materialien ange-

das Gas sich im Gleichgewicht mit dem Zinkoxyd 50 wandt werden können, wird Blei aus dem Ofen

in der Beschickung befindet. Somit beläuft sich in abgestochen. Wenn die Beschickung eine große Blet-

diesem Beispiel bei χ = 0,30 diese Temperatur auf menge enthält, erweist es sich als erforderlich, die

1020⁰C. Wenn die Beschickung auf 1020⁰C vor Sintennasse im kalten Zustand zur Beschickung zu

dem Einführen in den Ofen vorerhitzt würde, würde bringen, wobei jedoch der Koks vorerbitzt sein kann,

sich diese Zone des chemischen und thermischen 55 umso ein Verflüchtigendes Bleisulfids zu verhindern.

Gleichgewichts bis zu dem oberen Ende des Ofens Wenn keine großen Bleimengen vorliegen, kann die

erstrecken. Wenn die Beschickung weniger stark Gesaintbesebickung stark vorerhitzt werden, wie

vorerhitzt ist, liegt diese Zone weiter unten in dem z.B. auf 8QO⁰C.

Ofen vor, erstreckt sich jedoch immer noch, relativ Wenn der Koks stark vorerhitzt wird, jedoch die

nahe bis zu dem oberen Ende des Ofens. Das Wärme- 60 zinkhaltige Sintennasse im kalten oder nur gering*

gleichgewicht kann für das Teil dieses Ofens unter fügig vorerhitzten Zustand zur Beschickung kommt,

der Gleichgewichtszone in Betracht gezogen werden. wird die Beschickung auf 1020° C teilweise auf

Die Wärmequellen sind die zusammen mit dem Kosten der fühlbaren Wärme des Gases und teilweise

Luftwind (bei etwa 700° C) eingeführte fühlbare auf Kosten der an der Oberfläche der Beschickung

Wärme und die mit der Beschickung (bei 1020° C) 65 durch die Oxydation eines Teils des Zi&kdampfes

eingeführte Wärme zusammen mit der durch die umgekehrt zu der Gleichung 1 erzeugten Wärme

Umsetzung 1 erzeugten Wärme. Die Wärmeanforde- erhitzt,

rangen sind die fühlbare Wärme der Gase (bei Zn(Gas) + CO₂ ^= ZnO + CO (6)

7 8

• Es wird angenommen, daß bei einer typischen es sich bei der für das Erhitzen des Gases auf Beschickung, wenn der Koks und die Sintermasse 1050⁰C erforderlichen Wärme· um eine derartige beide auf 800° C vorerhitzt sind, unter diesen Bedin- Größe, daß die Sauerstoffkonzentration des Windes gungen 14% des Zinkdampfes oxydiert werden, und bis zu 37°/o erhöht werden kann, wenn ein Gas der daß bei dem Vorerhitzen des Kokses auf 800⁰C, 5 folgendenZusammensetzungerhaltenwird:13,9°/oZn, jedoch Einführen der Sintermasse im kalten Zustand, 13,9% CO₂, 32,6% CO, 39,6 % N₂.
25% des Zinkdampfes oxydiert werden. Dies be- Dies stellt ein Molverhältnis Zn zu C von 0,300 im deutet, daß bei einem Vorerhitzen der gesamten Vergleich zu 0,320 dar, wenn der Wind 28,6% Beschickung auf 800⁰C, die 0,300MoI reduziertes Sauerstoff enthält und auf 700° C vorerhitzt ist. Zinkoxyd pro Mol Kohlenstoff aus 0,258 Mol Zink- io Selbst bei einer wesentlich höheren Anreicherung an oxyd in Form der Beschickung und 0,042 Mol erneut Sauerstoff unter Anwenden eines Windes von 500° C oxydiertem Zink bestehen. Pro Mol Kohlenstoff an Stelle von 700⁰C bedeutet dies, daß das Zinkwürden hierbei 0,258 Mol Zink tatsächlich den Ofen Kohlenstoff-Verhältnis um etwa 6% kleiner ist Es verlassen. Dies stellt 1,411 Zink pro Tonne ver- ist daher bezüglich der Wirtschaftlichkeit des Brennbrauchten Kohlenstoffs, dar, wobei 5 % des Zinks in 15 Stoffverbrauchs bevorzugt, einen stark vorerhitzten der Schlacke verbleiben. Dies würde 1,481 des zur Wind der mit Sauerstoff angereicherten Luft anzu-Beschickung kommenden Zinks pro Tonne Kohlen- wenden, und eine Vorerhitzungstemperatur von stoff entsprechen. Wenn die Sintermasse im kalten 700⁰C wird als typisch betrachtet.
Zustand und der Koks bei 800° C pro Mol zur Be- Bezüglich der Arbeitsbedingungen eines Schachtschickung kommenden Kohlenstoffs eingeführt wer- 20 ofens zur Zinkgewinnung gibt es viele Verfahrensden, wurden 0,225 Mol Zinkdampf den Ofen ver- variablen. Zur Erläuterung der Grundsätze der Erfinlassen, und dies entspricht 1,231 Zink- pro Tonne dung ist es erforderlich, das Problem etwas zu Kohlenstoff, wobei 5% des Zinks in der Schlacke idealisieren. Eine in Betracht zu ziehende Variable verbleiben,-und dies- entspricht 1,291-zur Beschik- ist das Verhältnis der schlackenbildenden Materiakung kommenden Zinks pro Tonne Kohlenstoff. 25 lien zu dem Wind in der Beschickung. Die für das

· Erhitzen der schlackenbildenden Materialien von

(a) Hochwertige Matenahen _wj_rd auf 0,19 kC pro Gramm der Schlacke geschätzt.

Unter hochwertigen Materialien sind Materialien 30 Eine weitere bereits erwähnte Variable besteht darin, zu verstehen, bei denen das Gewicht der schlacke- daß der obere kritische Wert von K bei 5,0 bis 7,0 bildenden Materialien in der Beschickung (oder das liegen kann. Es wird angenommen, daß die Wind-Gewicht der gebildeten Schlacke) sich auf nicht mehr temperatur sich auf 700° C beläuft. Es wird geals das l,5fache des Gewichts des zur Beschickung schätzt, daß das Erhitzen des Windes von 700 auf kommenden Zinks in dem oxydierten, zinkhaltigen 35.1050⁰C 2,9 kC pro Mol Sauerstoff und 2,8 kC pro Material beläuft. Mol Stickstoff absorbiert. Die Berechnungen werden

Die Menge der aus lMol verbranntem Kohlen- zunächst auf der Grundlage der Annahme vorgenom-

stoff zur Verfugung stehenden Wärme wird erhöht, men, daß die Beschickung in'dem Ofen bei 1050⁰C

wenn wenige* Stickstoff zusammen mit dem Sauer- eintritt.

stoff·' vorliegt.'Wenn somit ein Verhältnis der aus- 40 . Es wird nun eine an Zink reiche Sintermasse in

gebildeten Schlacke zu dem zur Beschickung korn- Betracht gezogen, in der sich das Schlackengewicht

menden Zink von etwa 0,9 wie bei dem Beispiel nur auf das 0,5fache des Gewichts des verflüchtigten

unter Anwenden normalen Luftwindes vorliegt, wenn Zinks beläuft. Für 1 MqI (65,4 g) verflüchtigtes Zink

der Wind, auf 700⁰C erhitzt, 28,6 Volumprozent belauft sich sodann das Schlackengewicht auf 32,7 g

Sauerstoff enthält, berechnet sich, daß 0,320 Mol 45 und erfordert 0,19 · 32,7 = 6,2 kC. Da die durch die

Zink bei 1050° C pro Mol verbrauchten Kohlenstoffs Umsetzung 1 absorbierte Wärme zu 44,0 kC ange-

vörliegen, wobei das Gas hier die Zusammensetzung" nommen .wird, ist pro Mol verflüchtigtes Zink eine

12,5% Zn, 12,5»/0 CO₂, 26,4% CO, 49,6% Nj auf- Wärmemenge von 44,0+6,2 = 50,2 kC erforderlich,

weist. Der Z-Wert für dieses Gas beläuft sich auf 6,0 Bei einem X-Wert von 5,0 ist das Wännegleich-

und entspricht einer Gleichgewichtstemperatur von 50 gewicht erfüllt, wenn der Wind 22,1 Gewichtsprozent

1050⁰C. Sauerstoff (3,52 O₂ zu 1,00 N₂) enthält, und es

Wenn der Wind noch mehr mit Sauerstoff ange- werden 0,323 Mol Zink pro Mol verbrauchten Kohreichert wird, würde der X-Wert weiter erhöht wer- lenstoffs verflüchtigt. Das ausgebildete Gas enthält den. Es wurde gefunden, daß ein zufriedenstellendes. 10,5% Zn, 10,5% CO₂, 22,0% CO, 57% N₂.
Arbeiten nur dann erreicht werden kann, wenn dieser 55 10 5 · 10 5
2£-Wert nicht über etwa 6,0 liegt. Dieser obere K = — = 5,0
kritische Wert für K schwankt geringfügig in. Abhängigkeit von den Bedingungen, liegt jedoch all- Im folgenden ist das Wärmegleichgewicht für gemein bei 5,0 und 7,0 und dies entspricht den 1 Mol Kohlenstoff angegeben.

Gleichgewichtstemperaturen von etwa 1040 bis 60 ^,,. „,.„,,", ~ ^ ,*■, ^

1060° C ' Erhitzen von 0,50 Mol O₂ 1,45 kC

Somit' wird bei dem hier in Betracht gezogenen Erhitzen von 1,776 Mol N₂ .... 4,93 kC

Ausführungsbeispiel der zweckmäßige Grenzwert der Warmeveriust 4,60 fcC

SauerstoffaWicherung erreicht, sobald der Wind Zinkreduktion 0,323 · 50,2 .... 16,2IkC

etwa 28,6% Sauerstoff enthält. Dieser Grenzwerf 65 Gesamte verbrauchte Wärme ... 27,19 kC
hängt von Bedingungen ab, und insbesondere hängt

derselbe stark von der Windtemperatur ab. Wenn Verbrennungswärme eines Mols Kohlenstoff zu

somit der Wind nur auf 500° C erhitzt wird, handelt Kohlenmonoxyd = 27,2 kC.

Claims (6)

Bei einem 2£-Wert von 7,0 ist das Wärmegleichgewicht erfüllt, wenn der Wind 27,6 % O2 (N2-O2-Verhältnis 2,62) enthält, und es werden 0,348MoI Zink pro Mol verbrauchten Kohlenstoffs verflüchtigt. Das ausgebildete Gas enthält 13,1 % Zn, 13,1 % CO2, 24,5«/» CO, 49,3% N2. Bei K = 6 ergibt sich durch Interpolation der geeignete Grenzwert der Sauerstoffanreicherung auf 24,8%. Somit belaufen sich für hochwertige Beschickungen die mittleren zweckmäßigen Grenzwerte der Sauerstoffanreicherung für das Verhältnis der Schlacke zu der Zinkbeschickung von 0,5:1,5 bei einer Vorerhitzungstemperatur des Windes von 7000C und K = 6 auf angenähert 24 bis 36%, und bei einer Vorerhitzungstemperatur des Windes auf 500° C auf angenähert 31 bis 441Vo. Derartige Berechnungen ermöglichen das Ausrechnen des zweckmäßigen Grades der Sauerstoffanreicherung und des geeigneten Zink-Kohlenstoff-Verhältnisses für Beschickungen mit verschiedenen Verhältnissen von Zink zu Schlacke, und diese Berechnungen beruhen auf der Annahme, daß die Beschickung vor dem Eintritt in den Ofen auf 1050° C vorerhitzt worden ist. Bei der Berechnung tatsächlicher Fälle muß die tatsächliche Vorerhitzungstemperatur des Windes und der Zinkdampf berücksichtigt werden, der am oberen Ende des Ofens erneut oxydiert wird, wo die Beschickung auf 1050° C erhitzt wird. b) Geringwertige Materialien Je höher das Schlacke-Zink-Verhältnis, um so höher ist der Sauerstoffgehalt des Windes, der zweckmäßigerweise Anwendung finden kann. Wenn z. B. das zu behandelnde Zink enthaltende Material die Schlacke eines Schachtofens zur Bleigewinnung ist, die etwa 17% Zink enthält, beläuft sich ein typischer geeigneter Sauerstoffgehalt des Windes auf 45% (N2-O2-Verhältnis 1,18). Der Wind höchsten Sauerstoffgehaltes, der' sich bei derartigen geringwertigen Materialien als zweckmäßig erwiesen hat, beträgt 50% (N2-O2-Verhältnis 1,00). Um gute Arbeitsbedingungen zu erhalten, muß das Kohlenstoff-Zink-Verhältnis in geeigneter Weise eingestellt werden. Ein zu hohes Kohlenstoff-Zink-Verhältnis kann zu einer Nichtfunktionsfähigkeit des Ofens auf Grund der Ausbildung metallischen Eisens führen. Das geeignete Kohlenstoff-Zink-Verhältnis hängt von einer Anzahl Faktoren einschließlich der Temperatur ab, auf die die Beschickung und der Wind vorerhitzt werden. Es ist immer vorteilhaft, einen stark vorerhitzten Wind anzuwenden, und eine Windtemperatur von 700° C ist typisch. Ob es zweckmäßig ist, die Beschickung vorzuerhitzen, hängt von den Umständen ab. Somit enthält bei geringwertigen Materialien, d. h. Materialien, die zu Verhältnissen der Schlacke zu dem zur Beschickung kommenden Wind von größer als 1,5 führen, der Wind gewöhnlich 36 bis 50 Volumprozent Sauerstoff. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb eines Zinkschachtofens zwecks Gewinnung von Zink aus Zink und Blei enthaltenden gesinterten Rohstoffen unter Benutzung von vorerhitztem Koks und mit Sauerstoff angereicherter vorerhitzter Luft als Blaswind, dadurch gekennzeichnet, daß

A) bei Vorliegen des Zink und Blei enthaltenden Materials im stark vorerhitzten Zustand der zur Verwendung kommende Kohlenstoff wenigstens gleich der Summe des 0,47fachen des Gewichts des zur Beschikkung kommenden Zinks und des 0,08fachen des Gewichts der ausgebildeten Schlacke, jedoch nicht größer als die Summe des 0,56fachen des Gewichts des zur Beschikkung kommenden Zinks und des 0,09fachen des Gewichts der ausgebildeten Schlacke ist und

B) bei Vorliegen des Zink und Blei enthaltenden Materials im kalten Zustand der zur Verwendung kommende Kohlenstoff wenigstens gleich der Summe des 0,53fachen des Gewichts des zur Beschickung kommenden Zinks und des 0,14fachen des Gewichts der ausgebildeten Schlacke, jedoch nicht größer als die Summe des 0,64fachen des zur Beschickung kommenden Zinks und des 0,15fachen des Gewichts der ausgebildeten Schlacke ist sowie das Ausmaß der Sauerstoffanreicherung des Blaswindes derart eingestellt wird, daß derselbe unter den vorherrschenden Bedingungen ausreichend ist, um die Gleichgewichtstemperatur auf 1040 bis 1060⁰C zu erhöhen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wind mit 24 bis 50 Volumprozent Sauerstoff angewandt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das Gewicht der schlackebildenden Materialien in der Beschikkung sich auf das 0,5- bis l,5fache des Gewichts des zur Beschickung kommenden Zinks in Form von oxydiertem zinkhaltigem Material beläuft, ein Wind mit 24 bis 44 Volumprozent angewandt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf etwa 700° C vorerhitzter Wind mit 24 bis 36 Volumprozent Sauerstoff angewandt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf etwa 500° C vorerhitzter Wind mit 31 bis 44% Volumprozent Sauerstoff angewandt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das Gewicht der schlackebildenden Materialien in der Beschikkung sich auf größer als das l,5fache des Gewichts des zur Beschickung kommenden Zinks hi Form von oxydiertem zinkhaltigem Material beläuft, ein auf etwa 700⁰C vorerhitzter Wind mit 36 bis 50 Volumprozent Sauerstoff angewandt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 831608.

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