DE1962608B2

DE1962608B2 - Verfahren zur entfernung von begleitmetallen aus metallischem zink

Info

Publication number: DE1962608B2
Application number: DE19691962608
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Haas Hans De; Raymund Dipl-Chem Dr Dobbener
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-12-13
Filing date: 1969-12-13
Publication date: 1971-05-19
Also published as: ES386415A1; US3685985A; BE759638A; DE1962608A1

Description

Zu den Elementen, die von Zink und Zinklegierungen sowohl bei der Herstellung als auch bei der Weiterverwendung des Metalls (z. B. bei der Feuerverzinkung von Eisenteilen) leicht aufgenommen werden können, gehören Eisen, Kobalt, Nickel und Mangan. Aus den sehr ähnlichen Zustandsdiagrammen Fe—Zn, Co—Zn, Ni—Zn und Mn—Zn kann entnommen werden, daß Zink mit diesen Metallen intermetallische, vorwiegend peritektisch schmelzende Verbindungen eingeht. Sie beeinträchtigen die Verarbeitung und die Gebrauchseigenschaften des Zinks erheblich. Da die Löslichkeit dieser Elemente im Zink sehr niedrig ist und die intermetallischen Verbindungen sehr zinkreich sind — von einem Teil der Elemente Fe, Co, Ni oder Mn werden etwa 10 bis 15 Teile Zink abgebunden — treten diese Verbindungen im Gefüge von Zink und Zinklegierungen bereits bei sehr geringen Gehalten an diesen Elementen in Erscheinung.

Um beim Erstarren von Zink und Zinklegierungen Ausscheidungen von primären grobkristallinen intermetallischen Verbindungen zu vermeiden, werden üblicherweise, z. B. nach DIN 1706/Zink für die Elemente Fe, Co, Ni und Mn Grenzgehalte im Bereich von Hundertstel oder Tausendstel Gewichts-Prozenten gefordert.

Zur Reinigung von Zink und Zinklegierungen von den genannten Verunreinigungen, insbesondere Fe, sind das Seigern und das Destillieren bekannt und gebräuchlich. Beim Seigern können Zink und Zinklegierungen z. B. durch Absitzenlassen der Primärkristalle bei Temperaturen wenig oberhalb des Zinkschmelzpunktes bis auf die eutektischen Konzentrationen (z. B. etwa 0,018 °/o Fe im System Fe—Zn) gereinigt werden. Der Zinkverlust in der abgetrennten, an Verunreinigungen angereicherten Schicht, sogenanntes Hartzink, ist jedoch relativ groß.

Durch Destillieren von Fe-, Co-, Ni- oder Mnhaltigem Zink oder Zinklegierungen kann hochreines Zink erhalten werden; die Ausbeute ist wegen der thermischen Zersetzung der angeführten intermetallischen Zinkverbindungen zwar gut, der Aufwand, insbesondere an Energie und Apparaten, ist jedoch hoch.

Auf der Suche nach einer verbesserten Raffinationsmethode wurde nun gefunden, daß die intermetallischen Zinkverbindungen mit Fe, Co, Ni und/oder Mn sich mit Silicium zu stabilen Siliciumverbindungen (Siliciden) umsetzen lassen, wobei der Umstand der sehr geringen Löslichkeit von Silicium im Zink und in hochzinkhaltigen Legierungen für die Raffination sehr günstig ist: Das von Fe, Co, Ni und Mn gereinigte Zink enthält keine nachweisbaren Mengen an Silicium.

Die sich mit den genannten Verunreinigungen bildenden Siliciumverbindungen sind bis zum Siedepunkt des Zinks kristallin, spezifisch leicht und von flüssigem Zink nur schwer benetzbar. Sie können deshalb leicht abgetrennt werden.

Da Silicium im Temperaturbereich zwischen Schmelzpunkt und Siedepunkt des Zinks nur in sehr geringem Umfange im Zink löslich ist, kann die Abbindung der Zinkbegleitelemente Fe, Co, Ni und Mn praktisch nur an der Grenzfläche Zinkschmelze und Siliciumkristall erfolgen. Man muß deshalb für ausreichende Kontaktmöglichkeiten des Siliciums mit der Schmelze sorgen, z. B. durch mechanisches oder induktives Rühren, Einblasen von Silicium mit Inertgas, Eintauchen oder Einwirbein, Einschütten, Eingießen des Si und ähnliche bekannte Verfahren. Auch sollte oxydierende Atmosphäre vermieden werden.

Da die Abbindung der Zinkbegleitmetalle am festen Silicium erfolgt, also stark diffusionsabhängig ist, ist die Anwendung möglichst hoher Reaktionstemperaturen vorteilhaft. Dabei können ohne Nachteil die Zersetzungstemperaturen der intermetallischen Eisen-Zink-Verbindungen (<5- und Γ-Phase) überschritten werden. Die neben anderen Phasen sich bildenden zinkhaltigen a-Fe-Mischkristalle können entsprechend den bekannten Gleichgewichtsbeziehungen im System Fe—Zn—Si, auf jeden Fall durch Silicium abgebunden werden. In den bei der Zinkreinigung mit Silicium anfallenden Fe-Si-haltigen Kratzen können häufig diese a-Fe-Mischkristalle, z. B. durch Prüfung der Magnetisierbarkeit, nachgewiesen werden.

Nützlich ist auch eine Vorerhitzung bzw. zusätzliche Erwärmung (z. B. durch Strahlungs- oder Induktionswärme) des auf die Zinkschmelze gegebenen Siliciums. Bei der thermischen Zinkgewinnung genügt es, wenn man gekörntes Silicium oder hochprozentige Siliciumlegierungen auf die Grenzfläche flüssiges Metall—Zinkdampf aufbringt.

Beispiel

Durch eine Schleuse wird in etwa 2stündigen Intervallen, jeweils etwa 150 bis 250 g Siliciummetall mit 98,5% Si in den Sprühkondensatorraum eines elektrothermischen Zinkreduktionsofens gegeben. Die Siliciummenge entspricht etwa 200 g Si pro Tonne erzeugtes Zinkmetall. Durch diese Zugabe wird der durchschnittlich ohne Silicium-Behandlung erzielte Eisengehalt des Zinks von 0,015 auf 0,0025 % Fe erniedrigt. Die Reaktionsprodukte dieser Raffination (z. B. FeSi₂) finden sich zusammen mit überschüssigem Siliciummetall im Zinkstaub und in der Krätze wieder.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entfernung von Begleitmetallen, z. B. Eisen, Kobalt, Nickel und/oder Mangan aus schmelzflüssigem Zink durch Abbinden der Begleitmetalle und anschließendes Abtrennen, dadurch gekennzeichnet, daß man als abbindendes Element Silicium benutzt. ......

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Silicium in gekörnter Form bei der thermischen Zinkgewinnung auf die Grenzfläche flüssiges Zink—Zinkdampf aufbringt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Silicium in das verunreinigte flüssige Zink, z. B. mit einer Tauchglocke, eintaucht und für gute Kontaktmöglichkeiten zwischen Zinkschmelze und Silicium, z. B. durch mechanisches oder induktives Rühren, sorgt, wobei man die Zinkschmelze zweckmäßigerweise überhitzt und gegebenenfalls das Silicium vor der Zugabe vorwärmt, z. B. durch Strahlungs- oder induktiv erzeugte Wärme.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Silicium durch Einblasen, Einrühren, Einwirbein oder Einschütteln des Si in die Zinkschmelze oder durch Über-

en des zweckmäßigerweise vorgewärmten Siliciums mit dem flüssigen Zink oder ähnliche bekannte Verfahren in Kontakt bringt, wobei man zweckmäßigerweise die Zinkschmelze überhitzt und für reduzierende Atmosphäre sorgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Silicium in gekörnter Form auf eine bewegte Zinkschmelze aufgibt, wobei man das aufschwimmende Si, zweckmäßigerweise durch Strahlungswärme, zusätzlich erhitzt und für nichtoxydierende Atmosphäre sorgt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man an Stelle von Reinstsiliciummetall hochprozentige Siliciumlegierungen, z. B. handelsübliches FeSi 90 oder sogenanntes »Siliciummetall« mit etwa 98,5% Si benutzt.