DE1558430C - Verfahren und Anlage zur Gewinnung von Zink aus zinkreichen Abgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Zink, ausgehend von zinkdampfreichen Abgasen einer zwischen 1300 und 1800°C liegenden Temperatur in einem Abzug mit praktisch vertikaler Achse und Organen zum Einblasen eines Kühlmittels in die Abgase.

Sie bezieht sich außerdem auf eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens, wobei die zinkdampfreichen Abgase beispielsweise durch direkte Reduktion von Zinkerz in einem Drehofen mit praktisch horizontaler Achse geliefert werden, der durch eine oxydierende und in eine von der Reduktionszone unterschiedliche Zone gerichtete Brennerflamme beheizt wird und hinter dessen Ausgang auf dem Abgasweg ein Abzug mit praktisch vertikaler Achse und Öffnungen zum Einblasen eines Kühlmittels in die Abgase angeordnet ist.

In derartigen Öfen wird Sauerstoff als verbrennungsförderndes Mittel bzw. Sauerstofflieferant verwendet, und sie werden durch eine Flamme mit wahlweise einstellbarem Oxydationsgrad beheizt.

Durch die sehr hohen Temperaturen, die bei Verwendung von Sauerstoff als Sauerstofflieferanten errci;ht werden können, und auf Grund der geringen Geschwindigkeiten der stickstofffreien Abgase kann das durch die Flammen gebildete gasförmige Milieu Wärme an Beschickung und Wände bei gleichzeitig nur sehr begrenztem chemischem Austausch mit der Beschickung abgeben.

Das durch Reduktion der Metalloxyde mit Kohlenstoff gebildete Kohlenoxyd wird in dem gasförmigen Milieu verbrannt und liefert so einen bedeutenden Wärmebeitrag zu der Wärmebilanz der gesamten Operation.

Bei der Reduktion von Zinkoxyden kann ein Teil derselben direkt in die Flamme eingeblasen und von dieser reduziert werden. Interessant ist diese Arbeitsweise dadurch, daß die Abgase bei den erreichten hohen Temperaturen oberhalb von 1300°C auch mit hohen Gehalten an oxydierten Gasen, wie Kohlendioxyd und Wasserdampf, für Zinkoxyde reduzierend bleiben.

Der thermische Wirkungsgrad ist ausgezeichnet, und die erhaltenen Abgase zeichnen sich durch Werte für die Verhältnisse

CO₂

CO + CO₂

und

H₂O

"h7+h₂o

aus, die in Gegenwart von Gehalten an Zinkdampf von 2O°/o über 0,8 liegen.

Die Abgase müssen am Ofenausgang eine sehr energische Abkühlung erfahren, denn unterhalb von 1200°C haben die Zinkdämpfe die Tendenz, sich wieder zu oxydieren.

Von der Anmelderin wurde bereits ein Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung von festem Zink, ausgehend von Zinkdampf enthaltenden Abgasen in der französischen Patentschrift 1436 671 vom 11.3.1965 beschrieben (entspricht 310-11 262 P — P 15 33 124.5-24). Die in dieser Patentschrift angegebene Verfahrensweise umfaßt eine Abkühlung durch Zerstäuben bzw. Versprühen von Wasser und die Gewinnung feiner fester Zinkteilchen in diesem Wasserstrom. Diese Teilchen können filtriert und für eine spätere Trennung bzw. Reinigung durch fraktionierte Destillation verwendet werden. Es ist auch bekannt, indifferente gasförmige Kühlmittel zur Verdichtung von Zink aus Zinkdämpfen zu verwenden.

Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Anlage zur Gewinnung von Zink in metallischer Form, mit der es möglich wird, das Zink in flüssiger Form zu sammeln.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man möglichst kalten Stickstoff in die Abgase einbläst, das Zink an Kühlflächen direkt in festem Zustand abscheidet, dort durch periodisches Unterbrechen der Kühlung der Kühlflächen periodisch aufschmilzt und im Raum zwischen der Stickstoffeinblasung und den Kühlflächen, in Wärmeaustausch mit dem Abgas-Stickstoff-Gemisch bringt.

So wird nicht nur eine Gewinnung von Zink aus den anfänglich im Vergleich zu früheren Verfahren sehr heißen Abgasen ohne störende Rückoxydation ermöglicht, sondern auch die von den Abgasen abzuführende Wärme erstmals zur Wiedererhitzung von dabei gewonnenem Zink zwecks Destillationsraffination ausgenutzt.

Die eingangs genannte Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß durch

a) Düsen oder Rohre zum Einblasen von Stickstoff im oberen Teil des Abzuges,

b) kühlbare Rohre oberhalb von Rinnen zum Sammeln von Zink im mittleren Teil des Abzuges,

c) Mittel zur wechselweisen Kühlung und Unterbrechung der Kühlung der Rohre und

d) hochtemperaturfeste Rohre zum Durchströmen flüssigen Zinks zwischen den Einblasdüsen oder -rohren und den kühlbaren Rohren

gekennzeichnet.

Zweckmäßig sind die Wände des Abzuges in an sich bekannter Weise durch ein Kühlmittel kühlbar.

Die bisherigen Anlagen entsprechender Art weisen auch schon* kühlbare Rohre oberhalb von Rinnen zum Sammeln von Zink im mittleren Teil des Abzuges auf, doch ist damit eine Abscheidung des Zinks in flüssigem Zustand vorgenommen worden. Zur Durchführung besonderer Raffinationsvorgänge war es auch bekannt, mit erheblichem Unterdruck zu arbeiten und die Temperatur solcher Kühlrohre zu variieren. Schließlich war es für sich bekannt, durch oberhalb der Zinkabscheidungsflächen angeordnete Rohre flüssiges Pb, Sn, Bi, Cd, Na oder K strömen zu lassen.

Nachfolgend wird die Anlage unter Bezugnahme auf eine besonders als Beispiel angegebene Ausführungsart beschrieben. Die Beschreibung bezieht sich auf die Zeichnungen; darin zeigt

F i g. 1 schematisch den ersten Teil der Anlage am Ausgang eines Ofens zur Erzeugung von zinkdampfreichen Abgasen und

F i g. 2 einen zweiten Teil der Anlage, der anschließend an den ersten angeordnet werden kann und dessen Wirkung vervollständigt.

F i g. 1 zeigt einen Drehofen 1 mit horizontaler Achse mit einem Bad 2, das Zinkoxyd und ein Reduktionsmittel, wie Kohle, enthält. Der Ofen wird durch eine Flamme 3 beheizt, die mit vollständig oder teilweise zersetztem Erdgas gespeist wird, welches längs des Pfeiles 4 eingeblasen wird, und sie brennt in Gegenwart von Industriesauerstoff, der durch eine Leitung 5 zutritt.

Ein Teil des Zinkerzes kann in gepulverter Form direkt in die Gase durch eine besondere Düse 20 unter Verwendung von insbesondere Industriesauerstoff als Trägergas eingeblasen bzw. eingeführt werden. Dieser

3 4

Teil des Zinkerzes wird durch das vom Bad 2 ab- 15 durch innen mit einem Luftstrom gekühlte Tiegel

gegebene Kohlenoxyd und den Wasserstoff der Abgase oder Schalen zu ersetzen, die auf einer Temperatur

reduziert. gehalten werden, die je nach ihrer Höhe innerhalb des

¹ Die sehr heißen Abgase, deren Temperatur zwischen Abzuges von 520^cC in den höheren Lagen bis 38O°C

1300 und 1800°Cje nach gewünschtem Grad der Ge- 5 in den untersten Lagen reicht.

winnung von Zink liegt, verlassen bei 6 den Ofen und Das von metallischen Zinkteilchen begleitete zertreten in eine Leitung 7 ein. stäubte Wasser sammelt sich am unteren Ende des Eine Dichtung bzw. Verbindung 8 ist zwischen dem Abzuges auf einem geneigten Boden 22, von wo aus Ofen 1, der sich um seine horizontale Achse dreht, und es durch eine Leitung 23 mit einem Hahn oder Ventil der nicht drehbaren Leitung 7 angeordnet. Sie kann io 24 abgezogen werden kann.

für die Beständigkeit gegenüber den erhöhten Tempe- Der untere Teil des Abzuges mündet in einen Zyraturen aus hochtemperaturfestem Material hergestellt klon 16 (F i g. 2) zur Abtrennung der größten Metallsein, tröpfchen. Jenseits dieses Zyklons nimmt die Leitung Wenn die Temperatur der die Leitung 7 erreichenden eine konvergierende-divergierende Form 17 an, und in Abgase, in der Gegend von. 1350 bis 1500⁰C liegt, 15 diesem Teil sind Verteilerleitungen 25 für eine sehr wird die Leitung bevorzugt aus hochtemperaturfestem kräftig wirksame Berieselung mit Wasser angeordnet. Material durch einen ersten horizontalen Teil 9 und Diese Berieselung dient dazu, die Dämpfe von den anschließend einen zweiten schräg nach oben gerich- letzten Metallspuren zu befreien. Wasser und Metali teten Teil 10 gebildet, in der Weise, daß bis zu dem sammeln sich bei 26 am Boden der Anlage, von wo für das Abschrecken der Zinkdämpfe dienenden Abzug 20 sie über eine Leitung 27 mit einem Hahn oder Ventil eine genügende Temperatur beibehalten wird. 28 abgezogen werden können.

Wenn die Temperaturen der entweichenden Abgase Die Abgase passieren schließlich einen Säuglüfter 18

höher sind, kann man sich zum Abscheiden bzw. Ab- und werden in den Kamin 19 abgegeben,

fangen der Dämpfe mit einem Abzug aus Stahlblech In einer Anlage der soeben beschriebenen Art wird

begnügen, der durch Zirkulation von Wasser gekühlt 25 das Zink in vier Zonen gewonnen:

wird und von der Art der Abzüge für die Stahlerzeu- Zunächst, in flüssiger Form in den Abzugskanälen

gung mit Sauerstoff ist. bzw. -rinnen 21.

Die Leitung 10 mündet in einen vertikalen Abzug, An der Oberfläche der normalerweise gekühlten

zu dem sie die Abgase mit einer Temperatur in der Rohre 14 scheidet sich Zink in fester Form ab. In

Gegend von 1300 bis 135O⁰C leitet. Der Abzug hat 30 regelmäßigen Abständen wird die Kühlung der Rohre

einen Querschnitt, der ausgehend von seinem oberen 14 unterbrochen, so daß das die Rohre bedeckende

Ende und über eine gewisse Höhe stark ansteigt. Zink schmilzt und sich in flüssiger Form in den

Mit Wasser gekühlte Düsen oder Rohre 11 ragen Rinnen 15 sammelt und von dort in die Abzugskanäle

in den Abzug und dienen zum Einblasen von möglichst oder -rinnen 21 abfließt. Das auf diese Weise gesam-

kaltem Stickstoff. Die Düsen und damit die Zuführung 35 melte Zink ist sehr wenig oxydiert,

sind so gerichtet, daß eine vollständige Durchmischung Wenn man nicht über Rohre 14 und Rinnen 15 ver-

der Abgase und des Stickstoffs gewährleistet wird. fügt und einfach gekühlte Tiegel oder Schalen ver-

Die Düsen 11 können aus mit Wasser gekühltem wendet, kann man das Zink in kontinuierlicher Weise

Metall sein. mit einem Bleigehalt, der je nach ihrem Temperatur-

Hinter der Zone für die Zuführung von Stickstoff 40 niveau variiert, gewinnen.

wird der Abzug durch Stahlbleche gebildet, die bei Eine zweite Zone zum Abfangen von Zink in fester

hohen Temperaturen gegenüber Zinkdämpfen be- Form befindet sich in dem bei 22 vorgesehenen Sumpf,

ständig sind, beispielsweise durch Bleche aus ferri- Eine dritte Zone der Zinkgewinnung wird durch

tischem nichtoxydierendem Stahl. den Boden des Zyklons 16 gebildet, wo sich das Zink

Durch den Abzug führen Rohre 12 aus schwer 45 in fester Form sammelt.

schmelzbaren Legierungen oder Karborundsteinen, Die letzte Zinkgewinnungszone befindet sich schließ-

durch welche das weiter unten in der Anlage gesam- Hch in den Wasch- oder Absetzbehältern 26, wo das

melte flüssige Zink fließt. Die Rohre 12 gestatten eine Zink in gepulverter und teilweise oxydierter Form

Verdampfung des flüssigen Zinks für eine spätere vorliegt.

(weitere) Reinigung durch Destillation. 50 Nachfolgend wird ein Beispiel für eine Anlage gemäß

Unterhalb der Rohre 12 sind Berieselungsrampen der Erfindung von der in F i g. 1 und 2 gezeigten Art

oder -Verteilerleitungen 13 für eine Berieselung mit angegeben.

Wasser mit geringem Durchsatz vorgesehen, die eine Der horizontale Ofen 1 hat einen Außendurch-Kontrolle der Temperatur der Abgase ermöglichen messer von 1,60 m und eine Nutzlänge von 4,20 m. und gestatten, letztere in dieser Zone zwischen 500 55 Dieser Ofen wurde für die Erzeugung von 2 t Metall und 700°C zu halten. ' pro Stunde ausgelegt mit einem Verbrauch von 650 kg Unter den Berieselungsrampen 13 und zum mitt- Koksstaub oder -grüß pro Stunde und einem Verleren Teil des Abzuges hin sind Reihen von leicht brauch an technischen Sauerstoff mit 97% Sauerstoff geneigten Rohren 14 kreuzweise angeordnet. Diese von 1200 Nm³ pro Stunde und einem Erdgasverbrauch bevorzugt aus ferritischem nichtrostendem Stahl ge- 60 von 280 Nm³/h.

fertigten Rohre können mit daran aufgehängten Ein solcher und in der angegebenen Weise beschick-

Rinnen 15 versehen sein, die aus dem gleichen Ma- ter Ofen liefert 1780 Nm³ Abgase pro Stunde, die

terial bestehen, beispielsweise aus dem gleichen Stahl. neben Zink folgende Zusammensetzung haben:
Durch die Rohre 14 strömt ein Kühlmittel, und die

Rinnen 15 sammeln das kondensierte Zink, das in 65 CO₂ 55%, d. h. 940 Nm³ pro Stunde

flüssiger Form abfließt und außen in Abzugskanälen 21 CO 14%, d. h. 240 Nm³ pro Stunde

gesammelt wird. H₂O 25%, d. h. 420 Nm³ pro Stunde

Es ist ebenso möglich, die Rohre 14 und die Rinnen H₂ 6%, d. h. 100 Nm³ pro Stunde

Diese Dämpfe führen ein Zinkdampfvolumen mit, das gleich 2O°/o ihres Eigenvolumens ist.

Die vor der Stickstoffeinführungszone, d. h. am Eingang des Abzuges, festgestellte Temperatur liegt bei 1300°C. Stickstoff wird in einer Menge von 4800 Nm³/h mit -80°C eingeblasen. Der Anteil des im flüssigen Zustand durch Reinigen durch Destillation rückgeführten Zinks erreicht 30% der Gesamtmenge.

Die Verteilerleitungen 13 für die Zerstäubung von Wasser verbrauchen etwa 40 kg Wasser pro Stunde, und die Temperatur der Gase unter diesen Verteilerleitungen 13 stellt sich auf etwa 620°C ein.

Der Anteil des in der Zone der Rohre 14 und der Rinnen 15 gesammelten Zinks liegt bei etwa 85%.

Die weitere Kühlung der Dämpfe erfolgt durch die gekühlten Wände der Anlage und durch Injektion von Wasser, insbesondere durch die Verteilerleitungen 25, die etwa 300 kg Wasser pro Stunde verbrauchen.

Im Zyklon 16 werden etwa 10% des Zinks in metallischer Form gesammelt, die Gewinnung der feinen, mehr oder minder oxydierten Teilchen, die, in Strömungsrichtung gesehen, hinter der konvergierendendivergierenden Teilstrecke 17 erfolgt, liefert etwa 3 bis 4%.

Die Höhe des Abzuges für die Gewinnung bzw. das Abfangen des Zinks liegt in der Gegend von 10 m über eine innere Breite von 3 m.

Der Ventilator bzw. das Gebläse 18 zum Abziehen der Abgase wird durch einen 100-kW-Motor angetrieben.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Zink, ausgehend von zinkdampfreichen Abgasen einer zwischen 1300 und 1800°C liegenden Temperatur in einem Abzug mit praktisch vertikaler Achse und Organen zum Einblasen eines Kühlmittels in die Abgase, dadurch gekennzeichnet, daß man möglichst kalten Stickstoff in die Abgase einbläst, das Zink an Kühlflächen direkt in festem Zustand abscheidet, dort durch periodisches Unterbrechen der Kühlung der Kühlflächen periodisch aufschmilzt und im Raum zwischen der Stickstoffeinblasung und den Kühlflächen in Wärmeaustausch mit dem Abgas-Stickstoff-Gemisch bringt.

2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die zinkdampfreichen Abgase beispielsweise durch direkte Reduktion von Zinkerz in einem Drehofen mit praktisch horizontaler Achse geliefert werden, der durch eine oxydierende und in eine von der Reduktionszone unterschiedliche Zone gerichtete Brennerfiamme beheizt wird und hinter dessen Ausgang auf dem Abgasweg ein Abzug mit praktisch vertikaler Achse und Öffnungen zum Einblasen eines Kühlmittels in die Abgase angeordnet ist, gekennzeichnet durch

a) Düsen oder Rohre (11) zum Einblasen von Stickstoff im oberen Teil des Abzuges;

b) kühlbare Rohre (14) oberhalb von Rinnen (15) zum Sammeln von Zink im mittleren Teil des Abzuges;

c) Mittel zur wechselweisen Kühlung und Unterbrechung der Kühlung der Rohre (14) und

d) hochtemperaturfeste Rohre (12) zum Durchströmen flüssigen Zinks zwischen den Eihblasdüsen oder -rohren (11) und den kühlbaren Rohren (14).

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Abzuges in an sich bekannter Weise durch ein Kühlmittel kühlbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen