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Verfahren zum Trennen bzw. Getrennthalten verschiedener Gasströme
in Mehrzoneneinschachtöfen für das Chlorieren von stückigem Gut Die vorliegende
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen bzw. Getrennthalten verschiedener Gasströme
in Mehrzoneneinschachtöfen zum Chlorieren von heißem oder aufzuheizendem, stückigen
Gut aus Erzen oder hüttenmännischen Zwischenprodukten, z. B: Abbränden, und gegebenenfalls
zum Kühlen der chlorierend behandelten Produkte im Gegenstrom.
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Zur Gewinnung von Nichteisenmetallen aus solche enthaltenden Materialienwie
Kiesabbränden, Erzen, NE-metallhaltigen Schlacken und hüttenmännischen Zwischen-
und Abfallprodukten, sind verschiedene Verfahren bekannt, die auf der Verflüchtigung
de-Vzu gewinnenden NE-Iletalle, insbesondere von Kupfer, Zink, Blei und Molybdän,
in form ihrer Chloride beruhen. Die Verflüchtigung kann durch Einbinden von festen
Chlorierungsmitteln, insbesondere Magnesiumchlorid und/oder Kalziumchlorid, in die
zu behandelnden Materialien bewirkt werden. Sie kann.auch -und diese Verfahren haben
in jüngerer Zeit an Bedeutung gewonnen - in besonders eleganter Weise mit gasförmigen
Ohlorierunge mitteln, vorzugsweise mit Chlor- oder Ohlorwasserstoffgas, erfolgen.
Nach
der französischen Patentschrift 1 2¢2 939 werden Pellets aus nichteisenmetallhaltigen
Eisenerzen oder Kiesabbränden einem auf 900 bis 1250°C erhitzten Schachtofen aufgegeben
und im Gegenstrom einem Gemisch heißer Verbrennungsgase mit Chlorgas in etwa stöchiometrischem
Verhältnis zum Nichteisenmetallgehalt des Erzes entgegengeführt.
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Dieses Verfahren ergibt für relativ nichteisenmetallreiche Erze, d.
h. solche mit einem Nichteisenmetallgehalt von etwa 5 #o und darüber, recht gute
Resultate, ist aber für nichteisenmetallarme Einsatzstoffe, insbesondere für solche
mit weniger als 1 % Nichteisenmetall, nicht geeignet. Denn die bei diesem Verfahren
vorgeschlagene Verdünnung des Chlorgases durch die Heizgase kann beim Einsatz armer
Rohstoffe nur dann in eine ausreichende chlorierende Wirkung gewährleistenden Grenzen
gehalten werden, wenn man mit einem erheblichen Chlorüberschuß über das stöchiometrische
Verhältnis hinaus arbeitet.
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Die Wiedergewinnung eines solchen Chlorüberschusses ist technisch
wirtschaftlich schwierig. Wird dagegen elementares Chlor in diesem fall.im stöchiometrischen
Verhältnis zugemischt, dann wird es so stark verdünnt, daß die Chlorierungsreaktion
nicht mehr in der erforderlichen Vollständigkeit abläuft. Vorschläge, die die vorerwähnten
Schwierigkeiten beseitigen, zielen darauf ab, bei der Behandlung mit gasförmigen
Chlorierungsmitteln die die Chlorierung beeinträchtigenden Gasbeimengungen auszuschließen.
Dies
geschieht nach den in den deutschen Patentschriften 1 160 622 und 1 17¢ 996 beschriebenen
Verfahren, indem der Schachtofen durch Einschnürungen seines Querschnittes in drei
Zonen unterteilt wird, nämlich in eine Vorheizzone, eine darunterliegende Chlorierungszone
und eine darunter anschließende Kühlzone mit jeweils getrennter Gasbeschickung und
Gasabführung und Verhinderung des Übertrittes der Gase von Zone zu Zone durch Einhaltung
eines Überdruckes in den anderen Zonen gegenüber der Chlorierungszone. Diese scharfe
Trennung der verschiedenen Ofenzonen ermöglicht einmal die Chlorierung selbst sehr
armer Erze mit Gasen von relativ hoher Chlorkonzentration, ohne daß man-gezwungen
ist, wesentlich über das stöchiometrische Verhältnis hinausgehende Chlormengen zu
verwenden. Außerdem wird dadurch aber auch eine Verdünnung der metallchloridhaltigen
Abgase durch die Verbrennungsgase vermieden, so daß die Metallchloriddämpfe in relativ
hoher Konzentration anfallen und wirtschaftlich wiedergewonnen werden können.
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Ein weiterer Vorschlag, der insbesondere in solchen Fällen von großem
Nutzen ist, in denen auf die Gewinnung der Nichteisenmetalle weniger Wert gelegt
zu werden braucht als auf die Herstellung eines für die Aufarbeitung auf Eisen brauchbaren
Ausgangsmaterials, sieht vor, daß die Chlorierungsgase von den zur Aufheizung des
Ausgangsmaterials von über 800°C erforderlichen heißen Gasen getrennt und unterhalb
derselben in den Schachtofen eingeführt werden. Im Gegensatz zu den Maßnahmen entsprechend
den deut; chet-i Patentschriften
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| wrrüen darüber hinaus nicht getrennt voneinatder |
| sondern die aus der Chlorierungszone anfallenwr; |
| Gase werden direkt innerhalb des |
| =1e Vorheizzone gesaugt und zusammen reit |
| den Vorheizgasen ar_t=opf Schachtofens -ab- |
| ge_. In der Regel fallen die #,:ase dort mit einer emp:ratur |
| vori etjt:a 80 by;_s ; JOOC an und köyr.e@: infe:Lgedec
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| Sch=vieriökeiten in den -üblichen Anlagen; gereinigt und auf
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| az-beitet werden. Ein Vorteil dieses %Verfahrens besteht darin, |
| ein gla4:--! #r Durchgang des y e Stern., zu 'behandelnden |
| Materials durch den Ofen gewährleistet -2-st, weil die Ein- |
| und die Regul-erung der Druckunterschiede |
| zwischen der Vorheizzone und der 'Ihlcrierungszone entfall,.-i,.. |
| Cb";,jhl die i.Iaßnahmen der deutsch^n 11-tentschriften 1 160
622, |
| '14 jgb und 1 180 q46 bereits erhebliche 1`ortschritte |
Oringen, im Bestreben die Beeinträchtigung der Chlorierung durch unerwünschte Gasbeimengungen
zu verhindern, traten hier und da unerwartete PIißerfolge auf. Die Untersuchungen
der Ursache führten zu der überraschenden Feststellung,
dort beschriebene alleinige Einstellung eines Überdruckes des Gases in einer Zone,
gegebenenfalls in Verbindung mit Einschnürungen des Ofenquerschnittes an den Grenzen
| der einzelnen BehandlungszL@?ß"i, nicht genügt, um daur.er- |
| wünschte Eintreten eines Gases aus der Nachbarzone :;a ver- |
| hindern. Es ist vielmehr erforderlich, erfindungsgemö,ß dac |
| Verfahren zum Trennen bz@w. Ge-`rerLnthalten verschiedener
Gas- |
| ströme in @.ehrzonene2Lnscn.achÜ;fen zum Chlorieren von heißem |
| oder aufzuheizendem, stiz-ki.gcii #Gut aus Erzen oder hUrten- |
| männischen Zwischenprodukten, z. B. Abbränden, und gegebe:ier.- |
| falls zum Kühlen der chlorierend behandelten 2rodule:te im |
| Gegenstrom. anzuwenden, wobei man zwischen die Ein- Aus- |
| tritte jeweils zweier bextachbar,.er, getrennt abzuführender |
| Gasströme eine Sicherheitszone schaltet und den in dieser |
| Zone auftretenden Druckabfa:i.l derart eix.tellt, daß in einem |
| austretenden Gas eint. vordqgarerer Konzentrationsbereich des |
| jeweils benachbarten Gases eingehalten wird. Vorzugsweise |
| wird die Mindesthöhe der Sicherheitszone so bemessen, daß |
| sie bei Schachtöfen mit rechteckigem Querschnitt gleich der |
| Länge der Schmalseite des Rechteckes und bei Schachtöfen mit |
| kreisförmigem Querschnitt gleich dessen Radius ist. |
| Je nach der beabsichtigten Fahrweise eines Mehrzoneneinschacht- |
| ofens wird man den Übertritt eines Gases in die erwünschte |
| Richtung bewerkstelligen, indem ein vorgegebener Konzentrations- |
| bereich des jeweils benachbarten Gases eingehalten wird, d.
h. |
| daß beispielsweise bei einem Dreizonen-Binschachtofen zum Auf- |
| heizen, Chlorieren und Kühler von Fellets zwischen Heiz- und |
| Chlorierzone das Einführen von Heizgas in den oberen Bereich |
| der Chlorierzone oder aber von Ohloriergas in den unteren |
| Bereich der Heizzone und zwischen Chlorier- und Kühlzone das |
Lilie ü.hren von Kühlluft in den unterem Bereich der Chlorierzone
oder aber von Ohloriergas in den oberen Bereich der Kühlzone beabsichtigt sein kann.
Bei der bevorzugten Fahrweise des erwähnten Dreizonen-Schachtofens sorgt man im
Bereich Kühl- und Chlorierzone in der austretenden Kühlluft für einen vorgegebenen
Konzentrationsbereich von Chlor oder Chlorverbindung, der in den Grenzen von 0,01
bis 5, vorzugsweise 0,05 bis 0,5,g/Nm3, berechnet als C12, liegt. Bezüglich Heiz-
und Chlorierzone wird zur Vermeidung des Übertritts von Chloriergas in die Heizgase
im austretenden Chloriergas ein vorgegebener Konzentrationsbereich einer Heizgaskomponente,
z. B. C02, eingehalten.
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Zur Realisierung der vorerwähnten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
ergeben sich für den Bereich Kühlzone/Chlorierzone folgende Möglichkeiten: 1. Die
Konzentration an Chlor oder Chlorverbindung in der austretenden Kühlluft wird laufend
durch ein automatisches Analysengerät oder auch von Hand periodisch naßanalytisch
bestimmt. Durch Verstellen von Regelklappen in der Zeitung des austretenden Kühlgases
wird die Druckdifferenz an der Sicherheitszone so lange variiert, bis die Konzentration
an Chlor oder Chlorverbindung im austretenden Kühlgas innerhalb des vorgegebenen
Bereiches liegt. Dieser Differenzdruck wird durch einen Regler konstant gehalten.
Wird die Konzentration in dem austretenden Kühlgas größer oder kleiner, so wird
sie durch neuerliches Verstellen der
| Regel.'iilap-y:-n 'T c.=_-r@7h.gasaustr@_-@tsleit@@.:ft@. ;@ez-.
l@ev;ärs@:r_@en |
| Bereich gebra@-t und d,_ r neu eingestellte Differenzdruck |
| wiederum durch Regelung konstant gehalten, und so worrt@. |
2. Die Konzentration an Chlor oder Chlorverr:E ndung der austretenden Kühlluft wird,
wie unter 1.
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analysiert. Sie wird durch entsprechende Einstellung der PIenge des
eingeblasenen Kühlgases (-der Druck in der Kühlzone ist der eingeblasenen Kühlgasmenge
etwa proportional) in den gewünschten Bereich gebracht. Diese Menge wird konstant
gehalten. Yerläßt die Konzentration an CI-lor oder Chlorverbindung den vorgegebenen
Bereich, so die eingeblasene Kühlgasmenge so lange verändert, 11,is die erwünschten
Bedingungen wieder erhalten sind, und so fort. Hierbei ist zu beachten, daß die
Kühlgasmenge am Arbeitspunkt so bemessen ist, daß der gewünschte Kühleffekt erzielt
wird.
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3. Die Einstellung der Regelklappen in der Kühlgasaustrittsleitung
(entsprechend 1.) bzw. die der Kühlgasmenge (entsprechend 2.) kann auch durch ein
automatisches Analysengerät gesteuert werden.
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Sinngemäß gilt das unter 1. - 3. gesagte für die benachbarten Chlorier-
und Heizzonen, wobei im austretenden Ohloriergas ein vorgegebener Konzentrationsbereich
einer Heizgaskomponente z. B. C02, eingehalten wird.
Die Vorbehandlung
der Erze bzw. hüttenmännischen Zwischenprodukte sowie die Behandlung des stückig
gemachten Gutes innerhalb der Zonen des Einschachtofens geschieht in an sich bekannter
Weise.
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Erze oder hüttenmännische Zwischenprodukte, wie z. B. Abbrände, werden
durch Sintern, Brikettieren oder Pelletieren stückig gemacht und kalt oder auch
erhitzt dem Mehrzoneneinschachtofen aufgegeben. Sofern die Beschickung nicht bereits
die für die Chlorierung erforderliche Temperatur hat, erfolgt in der obersten Zone
des Schachtofens deren Aufheizung mittels Heißgase auf Temperaturen oberhalb etwa
800°C. In der Ohlorierzone wird dann, etwa bei den gleichen Temperaturen, die chlorierende
Verflüchtigung mit Hilfe von chlorierenden Gasen, insbesondere mit Chlor-oder Chlorwasserstoffgas,
vorgenommen.
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Üblicherweise findet auch die Kühlung des chlorierend behandelten
Gutes im Mehrzoneneinschachtofen statt. Hierzu dient in einfachster Weise Frischluft,
die im Gegenstrom durch die Beschickung geführt wird und dabei deren Wärmeinhalt
aufnimmt. Die erhitzte Kühlluft wird dann aus wirtschaftlichen Gründen zum Trocknen
oder Vorerhitzen der Beschickung verwendet, oder aber den die Heißgase erzeugenden
Brennern als Verbrennungsluft zugeleitet.