DE2408695B2 - Verfahren und vorrichtung zum gegenseitigen trennen in wasser geloester stoffe mit hilfe eines zementierungsmittels - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gegenseitigen Trennen in Wasser gelöster Stoffe mit Hilfe eines Zementierungsmittels, wobei lediglich solche Stoffe in wesentlichen Mengen anwesend sind, bei denen die Wasserstoff-Oberspannung (absoluter Wert) größer als die zwischen Zementierungsmittel und Wasserstoffgas herrschende Potentialdifferenz (absoluter Wert) und das Zementierunßsmitte! unedler als Wasserstoff ist, wobei der zu zementierende Stoff bzw. die zu zementierenden Stoffe in wäßriger Lösung durch eine in der Reaktionszone befindliche, das Zementierungsmittel enthaltende Schwebeschicht geleitet werden.

Beim elektrolytischen Zinkgewinnungsprozeß verarbeitet mar als Rohstoff im allgemeinen sulfidisches Zinkerz, welches zunächst geröstet wird, worauf das Röstgut mit Elektrolysen-Rücklauge ausgelaugt wird; das Ergebnis ist eine unreine Zinksulfatlösung. Die Lösung enthät ca. 150 g Zink/Liter und unterschiedliche Mengen an anderen, im Röstgut anzutreffenden Grundstoffen. Die Weiterverarbeitung der Lösung dient dem Zweck, das Zink von diesen Verunreinigungen zu trennen, wozu im Prinzip drei Stufen erforderlich sind. In der ersten Stufe wird die Lösung neutralisiert, wobei die Hydroxyde, die schwerer löslich sind als Zinkhydroxyd, ausgefällt werden und sich abscheiden. In der zweiten Stufe werden die gegenüber Zink edleren Metalle durch eine Zinkpulverbehandlung gemäß der folgenden Reaktion aus der Lösung herauszementiert:

Me^{+ +} + Zn -» Me + Zn^{+ +}

Die dritte Stufe umfaßt das Abscheiden des Zinkes aus der Lösung durch elektrolytisches Fällen, wobei die gegenüber Zink unedleren Grundstoffe in der Lösung bleiben.

In der zweiten Stufe wird eine große Anzahl Grundstoffe ausgefällt; die wichtigsten von ihnen sind gewöhnlich Kupfer, Kadmium, Kobalt, Nickel, Arsen und Antimon. Diese Stoffe sind möglichst weitgehend zu entfernen, und zwar zum einen deshalb, weil sie bei der Elektrolyse zusammen mit dem Zink gefällt werden und somit zu einem unreinen Produkt führen, zum anderen aber auch, weil sie Elektrolysengifte darstellen, die bei der Kathode Wasserstoffgas bilden, statt daß Zink gefällt wird. Kupfer und Kadmium haben außerdem wirtschaftliche Bedeutung und werden deshalb weiterveredelt. Obgleich diese Grundstoffe beträchtlich edler als Zink sind, lassen sich lediglich Kupfer, Kadmium, Arsen und Antimon ohne weiteres nur mit Zinkpulver zementieren. Allerdings lassen sich auch Kobalt und Nickel unter Verwendung bestimmter Zusatzstoffe zementieren, wobei hierzu am häufigsten

[ oder Antimon verwendet werden, die man der ^g im allgemeinen in Form von Trioxyden zusetzt _NUW fördern diese Zusatzstoffe zwar die Fällung von Sobald und Nickel, haben aber gleichzeitig bezüglieb to Kadmium-Zementierung eine entgegengesetzte Wirkung- Zurücjczufübren dürfte dies darauf sein, daß diese Stoffe die Wasserstoffgas-Überspawiiiag bei Kadmium (ebenso wie bei Zink) senken, wodurch die Reaktion

Cd+ 2H+-Cd+++ H₂

katalysiert wird, was wiederum das Reduzieren des Kadmiums in seine metallische Form ersehwert; tritt dieser Fall ein, so geht das Metall leicht erneut in Lösung. Diese Wirkung des Arsens und Antimons bei Kadmium nimmt mit steigender Temperatur stark zu, während das Zementieren von Kobalt und Nickel gleichzeitig beträchtlich erleichtert wird. Bei den Prozessen, bei denen zum Zementieren von Kobalt und Nickel Arsen oder Antimon zugesetzt wird, kommen hierbei gewöhnlich zwei verschiedene Verfahrensweisen zur Anwendung. Bei der ersten Verfahrensweise arbeitet man mit niedriger Temperatur (ca. 70⁰C), wobei dann die Möglichkeit besteht alle Verunreinigungen auf einmal zu fällen. Dies setzt jedoch einen großen Zinkpulverüberschuß zum vollständigen Fällen von Kobalt und Nickel sowie eine verhältnismäßig lange Reaktionszeit voraus. Weiter fällt bei dieser Verfahrensweise auch Schlamm (Rückstand) an, der viel metallisches Zink und wenig Kadmium enthält, so daß bei der Kadmiumgewinnung eine erhöhte Lösungsmenge zu behandeln ist da dieser Schlamm als Rohstoff dient und bei diesem Gewinnungsprozeß Zink und Kadmium in Lösung gebracht werden.

Bei der zweiten Verfahrensweise wird durch Arbeiten bei hoher Temperatur (über 90° C) die Ausfällung von Kobalt und Nickel gefördert während das Kadmium dabei nahezu vollständig in Lösung gehalten werden kann. Danach kann das Kadmium dann in einer zweiten Stufe ohne die Gegenwart von Verunreinigungen ausgefällt werden, die die Wasserstoff-Überspannung bei Kadmium senken, so daß dann ein verhältnismäßig geringer Zinkpulverüberschuß genügt und ein Schlammm mit bedeutend besserem KaJmium-Zink-Verhältnis als bei der ersteren Verfahrensweise gewonnen werden kann.

Obgleich man bei der zweiten Verfahrensweise mit einem geringeren Zinkverbrauch auskommt als bei ersterer und obgleich das erhaltene Kadmiumzementat ein - verglichen an ersterer Verfahrensweise - gutes Zink-Kadmium-Verhältnis aufweist so beträgt der Zinküberschuß doch gewöhnlich ca. 500% der äquivalenten Menge, so daß auch der Raumbedarf bei der Kadmiumgewinnung fünfmal größer als der theoretische Wert ist. Dieser hohe Zinkpulverüberschuß ist teils erforderlich, um eine annehmbare Reaktionszeit zu erzielen, teils aber auch, um den Cd⁺ +-Gehalt in der Lösung auf einem genügend tiefen Stand zu halten (um eine Rückoxydation des gefällten Kadmiums zu verhindern).

Beim Zementieren des Kadmiums aus der oben beschriebenen »gereinigter.« Lösung, die beispielsweise durch Fällen aller anderen Verunreinigungen nach der zweiten Verfahrensweise gewonnen wird, ist die Hauptreaktion folgende:

Diese Reaktion folgt der Formel

worin:

= pro Zeiteinheit gefälltes Kadmium,

dt

ic = Reaktionsgeschwindigkeitskonstante, A = Zinkoberfläche (Zankpulvennenge),

V = Volumen der Lösung (Reaktionsvolumen),

C_Cd = Kadmiumkonzentration zum betreffenden Zeitpunkt,
A\V — Zinkpulverkonzentration.

CA ^{+ +} + Zn

Cd+ Zn^{+ +}

(D Aus Formel (2) ist ersichtlich, daß bei einem bestimmten A/V-Verhältnis beim chargenweise arbeitenden Prozeß eine kürzere Reaktionszeit erzielt wird als beim kontinuierlichen Prozeß (wenn Cfcd -» O), wenn der mittlere Qa-Wert beim Chargen-Prozeß größer ist Bei den meisten nach der zweiten Verfahrensweise arbeitenden Zinkprozessen herrscht dann auch das chargenweise Arbeiten vor, wobei man gewöhnlich eine Kompromißlösung bezüglich der Werte A und V wählt, und sich eine Prozeßdauer von ca. 1 — 1,5 Stunden ergibt, wobei dann der obenerwähnte fünffache Zinkpulverüberschuß erforderlich ist Bei einer Produktion von 100000 t Zink im Jahr führt dieser Kompromiß zu einem Reaktorvolumenbedarf von ca. 600 m³. Aus der Forme! (2) ist auch ersichtlich, daß, erfolgt die Reaktion (1) nach dem Gegenstromprinzip, es immer so eingerichtet werden muß, daß die durch das Zinkpulver verursachten Mehrkosten durch geringeres Reaktorvolumen ausgeglichen werden, wenn das Verhältnis A/V zunimmt

Bei den nach der ersten Verfahrensweise arbeitenden kontinuierlichen Prozessen bedient man sich ii< gewissem Grade des Gegenstromprinzips (AIME World Symposium on Mining and Metallurgy 1970. Lead & Zinc, S. 208-9 und 239). Auf diese Weise läßt sich auch der Zinkpulververbrauch reduzieren, da in der letzten Stufe, in der das Zinkpulver zugesetzt wird, eine niedrige Kadmiumkonzentration herrscht so daß sich der Zinküberschuß, der zur Gewinnung von reintr Lösung erforderlich ist leichter erreichen läßt. Beim Arbeiten auf herkömmliche Weise sind jedoch die so erzielten Vorteile sehr geringfügig.

Bekannt ist auch ein Zementationsverfahren, bei welchem die zu zementierenden Sto'fe in wäßriger Lösung durch eine in der Reaktionszone befindliche, das Zementierungsmittel enthaltende Schwebeschicht geleitet werden. Die Schwebeschicht wird durch Regelung der Strömungsgeschwindigkeit der Lösung durch die Schwebeschicht hindurch im Suspensionszustand gehalten (Journal of Metals, 1967, S. 27 bis 29).

Bei diesem Verfahren ist die Lösungsgeschwindigkeit beschränkt, da bei Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit die Schwebeschicht steigt so daß die Gefahr besteht, daß sie über den Rand des Reaktionstrichters abfließt. Bei einem solchen bekannten System besteht theoretisch die Möglichkeit, die Lösung so lange durch die Schwebeschicht strömen zu lassen, bis das ganze Zinkpulver verbraucht ist und das System reinen

Cd-Schlamm liefert. Eine Stufe in diesem System genügt dann folgender Formel:

C₁, V ,

V C₀

A τ

, C₂ .

wobei

V = Volumenstrom,

V = Rauminhalt der Stufe,
A = Zinkpulvermenge,

τ = Verweilzeit,
C = Cd⁺+-Gehalt

Die Formel (2) läßt sich nun in folgender Form schreiben:

C| ~ C₂ - L ά

τ ~ V

(3)

und wenn

^τ~ γ

erhält man

C₁-C₂ = It-C₂

(4)

(5)

Daraus ist ersichtlich, daß die Effizienz (C\ : C₂) der Stufe ausschließlich von der Zinkpulvermenge A abhängt, wenn das Element durch einen bestimmten Volumentstrom ^beansprucht wird, und somit so lange unabhängig vom Rauminhalt ist, solange dieser ausreicht, um die Voraussetzungen zu bieten, unter denen die chemische Reaktion ungehindert ablaufen kann oder unter denen Lösung und Zinkpulver vollständig miteinander vermischt sind.

Bildet diese Stufe einen auf die Praxis zugeschnittenen Prozeß oder einen Teil desselben, in welchem die o.;,'. Kadmiumzementierung aus Zinksulfatlösung durchzuführen ist, so wird zusätzlich folgendes gefordert:

I)[Cd⁺ +]- O(dh.unter 1 mg/1);

2) das ausgefällte Kadmium ist dem System ?bzuführen, and zwar am liebsten in so konzentrierter Form wie möglich, was gleichbedeutend auch damit ist, daß frisches Zinkpulver an Stelle des verbrauchten nachzufüllen ist Qn nur aus einer einzigen Stufe bestehender Prozeß bietet jedoch nicht die Möglichkeit, sowohl reine Lösung als auch lOOprozentigen Kadmiumschlamm zu erzeugen, da stets ein gewisser Oberschuß an metallischem Zink im System erforderlich ist, um das Kadmium aus der Lösung herauszuzementierea Zur Schaffung der obengenannten Voraussetzungen sind im System deshalb wenigstens zwei Stufen erforderlich, wobei in der ersten Stufe das Abfahren des Schlammes und in der zweiten die endgültige Reinigung der Lösung erfolgt Außerdem erhält man, ist der Prozeß in mehrere Stufen unterteilt, die reine Lösung mit einer beträchtlich geringeren Zinkputvermenge. Da in dieser Stufe des Zinkgewinnungsprozesses gewöhnlich z. B. der Cd⁺ +-Gehalt auf 1/1000 seines Ausgangswertes gesenkt wird, benötigt man beim 2-Stufen-Prozeß nur ²Ao der beim 1-Stufen-Prozeß erforderlichen Zinkmenge und beim 3-Stufen-Prozeß gar nur ³/ioo, wodurch wiederum das erforderliche Reaktionsvolumen und die für die Aufrechterhaltung einer guten Durchmischung von fester Phase und Lösung erforderliche Energie verringert werden.

Bei der praktischen Anwendung der o. g. System-Stu-ο fe bestehen zwei Forderungen:

gute Durchmischung, so daß ein so großer Teil wie nur irgend möglich der fallenden Fläche (Zinkpulver) in Aktion ist, und

Trennen von Lösung und Schlamm (Zinkpulver) in der Form, daß letzterer in der Reaktionszone bleibt.

Es hat sich gezeigt, daß beim Zementieren von Cadmium an der Zinkpulveroberfläche in einem solchen Schwebeschichtsystem eine starke Neigung zur Agglomeration auftritt, wodurch es zu einer beträchtlichen Abnahme zu fällender Fläche kommt, eine Fluidisierung nicht mehr möglich ist und schließlich ein vollständiges Versintern der Schwebeschicht eintritt. Als Nebenreaktion erhält man eine geringfügige Wasserstoffgasbildung an der Oberfläche des Zinkpulvers. Dies führt dazu, daß dann, wenn die Blasen eine bestimmte Größe erreichen, diese das Zinkpulver aus dem Reaktor hinausschäumen. Eine Zerkleinerung der gebildeten Agglomerate durch die Lösungsströmung ist nicht möglich.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe

besteht deshalb darin, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Agglomeration soweit wie möglich unterbunden und wieder aufgehoben wird.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die bei der Zementierung entstandenen Agglomerate zerkleinert werden und daß in die Reaktionszone ein Flockungsmittel eingespeist wird, welches bewirkt, daß der zu zementierende Stoff als Teilchen mit glatter Oberfläche gefällt wird, welche nicht aneinanderhaften und von denen sich die Gasbläschen leicht lösen.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß ein nahezu stöchiometrischer Zementierungsmittelverbrauch erreicht wird und als Ergebnis ein nahezu zementierungsmittelfreier Schlammm entsteht Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich beispielsweise Cadmium mit Hilfe von Zink oder Blei und/oder Quecksilber mit Hilfe von Cadmium oder Zink auf wirtschaftliche Weise zementieren. Dabei war nicht vorhersehbar, daß ein bekanntes, bereits zur Ausfällung verwendetes Flokkungsmittel sich überraschenderweise zu einer starken Einschränkung der Agglomeration eignet Zweckmäßigerweise wird die wäßrige Lösung von unten nach oben durch die das Zementierungsmittd enthaltende, relativ dichte Schicht geleitet, um diese in der Schwebe zu halten, wobei die aus der Schwebeschicht niedersinkenden Agglomerate in der unterhalt to der Schwebeschicht befindlichen Zone verkleinen werden. Vorteilhafterweise wird das Zementieningsmit tel kontinuierlich in die Reaktionszone eingespeist, au; der gleichzeitig der entstandene Schlamm abgeführt wird.

Bevorzugt werden Feststoff und wäßrige Lösung in Gegenstrom zueinander durch zwei oder mehr Reak tionszonen geleitet Die zur Durchführung des erfindungsgemäßei

Verfahrens verwendete Vorrichtung hat einen vertikalen zylindrischen Behälter sowie Einrichtungen zum Einspeisen der wäßrigen Lösung im Behälterboden und zum Abführen der wäßrigen Lösung aus dem Behälteroberteil. Erfindungsgemäß ist das Behälterunterteil 5 schmaler als das Oberteil, wobei im Behälterunterteil Einrichtungen zum Zerkleinern der ins Behälterunterteil gesunkenen Agglomerate und zur Herbeiführung einer sanften Zirkulation der das Zementierungsmittel enthaltenden, verhältnismäßig dichten Schwebeschicht vor- _]0 handen sind. Im Behälterunterteil können dafür an den Seitenwänden Strömungshindernisse angebracht sein, außerdem ist ein Mischer mit flachem Aktionsbereich vorgesehen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sinken die in der Wirbelschicht entstehenden Agglomerate ins Unterteil des Behälters bzw. des Reaktors, wo sie der Einwirkung einer in einem flachen Bereich arbeitenden Brechvorrichtung und Strömungshindernissen für die Zerkleinerung ausgesetzt sind. Die Höhe der Strömungshindernisse wird so gewählt» daß in dem oberhalb davon liegenden Schwebeschichtabschnitt eine sanfte Drehbewegung entsteht. Dies führt zu einer verbesserten Teilung der Lösung und einer günstigeren Durchmischung der Schwebeschicht. Außerdem wird ein Abwandern von Reststoffen an der Schichtoberfläche durch Spritzer verringert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung erweitert sich das Behälterunterteil trichterförmig nach oben und geht in ein zylindrisches Mittelteil über, an das sich das Behälteroberteil anschließt, welches sich trichterförmig nach oben erweitert. Durch dieses Oberteil ist ein Ausgleichen von Schwankungen der Spiegelhöhe der wäßrigen Lösung möglich.

Der Behälter kann auch aus einem sich nach oben weitenden, offenen, kegelförmigen Trichter bestehen, wobei mehrere solcher Trichter übereinander angeordnet sind, so daß der Feststoff im Gegenstrom zur wäßrigen Lösung langsam von Trichter zu Trichter nach unten geführt werden kann. Dabei ist in jedem einzelnen Trichter ein Schwimmer zum Regulieren des Feststoffabgangs vorgesehen, wobei der Schwimmer im untersten Trichter weggelassen werden kann.

An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 bis 7 schematisch in geschnittenen Seitenansichten verschiedene Ausführungsformen der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung, wobei die in F i g. 7 gezeigte Ausführungsform die besten Ergebnisse liefert

F i g. 1 zeigt einen sowohl bezüglich des Feststoffes als auch bezüglich der wäßrigen Lösung kontinuierlich arbeitenden Reaktor 1, welcher ein sich trichterförmig nach oben erweiterndes Unterteil 2 aufweist, in welches die wäßrige Lösung eingespeist und aus dem der Schlamm abgeführt wird. Das sich ebenfalls nach oben trichterförmig erweiternde Oberteil 3 des Reaktors 1 dient zum Abführen reiner wäßriger Lösungen als Oberlauf und zum Einfüllen von Zinkpulver. Eine Feststoffschwebeschicht 4 im Reaktor 1 befindet sich, bedingt durch die kontinuierüche Zmkpulverzugabe und die ebenfalls kontinuierliche Schlammabfuhr, ständig in einer langsamen Kreislanfbewegung, wodurch eine Kanalbildung in der Schicht 4 verhindert wird.

Bei der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform ist das Unterteil 2 des Reaktors 1 stark verjüngt, um die _6s Schwebeschicht 4 in diesem Teil 2 in so intensive Bewegung zu versetzen, daß es nicht zu Agglomeratbil- kommt, wofür sonst an der Einspeisestelle der wäßrigen Lösung eine starke Neigung besteht. Diese Ausführungsform wies jedoch einen Mangel auf: Das Mittelteil des Reaktors 1 gliederte sich in zwei Zonen, nämlich in einen in der Mitte des Reaktors befindlichen Schwebebereich vom Durchmesser des Unterteils 2 und einen diesen umgebenden Feststoff schicht-Bereich, den die wäßrige Lösung nicht zu durchdringen vermochte. Weiter wurde auch die Schwebeschicht wegen des Ansammeins von Reaktionsgasen heterogen.

Zur Überwindung der vorgenannten Schwierigkeiten kann man sich des in F i g. 3 gezeigten Wirbelschicht-Reaktors 1 bedienen, in dessen Unterteil 2 ein um seine Vertikalachse rotierender Mischer 5 eingebaut ist, dessen Schaufeln so gelocht sind, daß die wäßrige Lösung über die Welle des Mischers 5 und dessen Schaufeln ins Unterteil 2 des Reaktors t geleitet werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird eine homogene Schwebeschicht 4 erzielt, und an der Einspeisestelle der wäßrigen Lösung kommt es dank der effektiven Durchmischung zu keiner Agglomeratbildung.

F i g. 4 zeigt einen Mehrfach-Wirbelschichtreaktor It, bei dem mehrere trichterförmige Einheiten 12 so übereinander angeordnet sind, daß der Feststoff nach dem Überlaufprinzip von einer Einheit in die folgende, darunterliegende Einheit 12 im Gegenstrom zur wäßrigen Lösung wandern kann, welche durch am unteren Ende der Einheit 12 angebrachte öffnungen in diese strömt und dabei nach Durchfließen der in der Einheit 12 befindlichen Schicht 14 jeweils in die darüberliegende Einheit 12 gelangt. Es wurde jedoch festgestellt, daß diese Vorrichtung nur bei einem sehr schmalen Geschwindigkeitsbereich des Lösungsstromes funktioniert.

Eine zuverlässigere Strömung des Feststoffes im Mehrfach-Wirbelschichtreaktor 11 wurde durch Arbeiten mit der in F i g. 5 gezeigten Vorrichtung erreicht, bei der die Lösung durch eine so große öffnung bzw. durch so große öffnungen in die Feststoff-Schwebeschicht (Wirbelschicht) 14 gelangt, daß die Materialkörner der Schwebeschicht durch diese hindurchpassen. Normalerweise ist die Strömung der Lösung so stark, daß die Schwebeschicht 14 nicht durch die öffnung bzw. die öffnungen der Einheit 12 nach unten fallen kann. Durch passendes Reduzieren der Fließgeschwindigkeit der Lösung kann periodisch jeweils ein Teil des Feststoffes in die darunterliegende Schicht abgeworfen werden.

Da die Sinkgeschwindigkeit der Schicht-Partikel von deren Beschaffenheit beeinflußt wird, neigte die Feststoffmenge in den einzelnen Schichten 14 zu Schwankungen. Aus diesem Grunde wurden die Schwebeschichten 14 mit den in Fig.6 gezeigter Schwimmern to ausgerüstet, deren Oberteil an dei Oberfläche der Schwebeschicht 14 schwamm, wahrem das Unterteil die Lösungs-Eintrittsöffnung und di« Fließgeschwindigkeit regulierte. Gleichzeitig sorgtet die Schwimmer durch ihre Bewegungen für eine besser« Durchmischung der Schicht 14.

Die kegelförmige Ausformung des Schwimmers l: brachte den Vorteil daß die in der unteren Schwebe schicht 14 entstandenen Gasblasen entlang der Außen fläche des »Trichters« 12 aus dem Reaktor U abgefühi werden konnten. Die Schwimmer 12 konnten je nac! den sich aus dem Prozeß ergebenden Erfordernisse übereinander oder parallel geschaltet werden.

Beim Zementieren von Kadmium liegen die Schwk rigkeiten in der Agglomeration der Zn-Schwebeschict und in der Bildung von Reaktionsgasen. Der Mechanik mus dieser Erscheinungen ließ sich durch Zugabe ein«

Stoffes in die Schwebeschicht — z. B. eines Flockungsmittels oder irgendeines Kolloides —, welcher das Ausfällen von Cd in glattflächiger Form bewirkt, beeinflussen.

Die in der Wirbelschicht entstehenden Agglomerate sinken ins Unterteil des Reaktors, wo sich ein ständig wachsender, unbeweglicher, zur Kanalbildung neigender Bereich bildet. Zur Zerkleinerung dieser Agglomerate ist zusätzliche Energie erforderlich. Bei der Zufuhr dieser zusätzlichen Energie wurden verschiedene Alternativen ausprobiert (ins Reaktor-Unterteil gerichtete kurze, starke Druckstöße u.dgl.), wobei die Methoden verworfen werden mußten, die die Strömungsverhältnisse in der Schwebeschicht nachteilig beeinflußten. Die Versuche führten schließlich zu der in F i g. 7 gezeigten Vorrichtung, welche u. a. die bezüglich Zerkleinerung und Höhe des Mischbereiches aufgetauchten Forderungen erfüllt.

Beim Reaktor 1 in F i g. 7 wird die Zerkleinerungswirkung (Brechwirkung) durch eine in flachem Bereich arbeitende Brechvorrichtung 5 und die Strömungshindernisse 6 erzielt. Die Höhe der Strömungshindernisse 6 ist so gewählt, daß im oberhalb davon liegenden -Schwebeschicht-Teil 4 eine sanfte Drehbewegung entsteht. Dadurch konnten die Verteilung der Lösung und die Durchmischung der Schwebeschicht verbessert und das durch Spritzerscheinungen an der Schichtoberfläche bedingte Abwandern von Feststoffen verringert werden.

Für das Abwandern von Feststoffen war, wie oben bereits erwähnt, neben den Spritzerscheinungen an der Oberfläche auch die schäumende Wirkung der bei der Reaktion entstandenen Gasblasen verantwortlich. Hat die Schicht 4 einen niedrigen Feststoffgehalt, so vermag auch ein in der unteren Partie der Schicht entstandenes, an einem Feststoffpartikel haftendes Bläschen unter Vermeiden eines Zusammenstoßes mit anderen Schicht-Partikeln dieses ins Oberteil des Reaktors zu transportieren, wo es in die abgehende Lösung gelangt Bei hohem Schwebeschicht-Zinkgehalt hingegen ist ein solches Ausweichen der Partikel unmöglich; gleichzeitig bewirkt die reibende Wirkung der obenbeschriebenen Bewegung der Schwebeschicht, daß sich die Gasblasen von der Oberfläche des Feststoffes (der Feststoffpartikei) lösen.

Mit der in F i g. 7 gezeigten Vorrichtung und dem in dieser verwendeten Zusatzstoff wurden die gesteckten Ziele erreicht; nämlich hoher Feststoffgehalt der Schwebeschicht guter Lösungs-Austausch an der Feststoffoberfläche, verhältnismäßig einfache Konstruktion, geringe Bangröße und Überwindung der durch Agglomeration und Reaktionsgase bedingten Schwierigkeiten.

Der in Fig.7 gezeigte Reaktor 1 weist das sich trichterförmig nach unten verjüngende Unterteil 2 und das sich trichterförmig nach oben erweiternde Oberteil 3 auf. im Unterteil 2 des Reaktors 1 sind eine Brechvorrichtung (Zerkleinerungsvorrichtung) 5 und an der Seitenwand des Reaktors 1 Stromungshindernisse 6 angeordnet Der Wirbelschicht wurde die Bezugszahl 4 zugeordnet

Das Einspeisen der Lösung in den Reaktor 1 erfolgt enterhalb der Schicht 4, wobei die Lösung möglichst gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Reaktors verteilt wird, was srtrh durch Verwendung eines Rostes, durch Einspeisen der Lösung unter den Zerkleinerungspropeller 5, durch Arbeiten mit mehreren Einspeiseöffnungen ο. ä. erreichen läßt im Hinblick auf das Arbeiten des Reaktors ist es wesentlich, daß während des Betriebes des Reaktors im Schwebeschicht-Material ein Stoff vorhanden ist, der das Cd mit glatter Oberfläche zum Ausfällen bringt; dadurch wird die Agglomerationsneigung verringert.

Der Reaktorboden ist so geformt, daß der Anteil sich schwach durchmischender Bereiche gering bleibt (z. B. ebene Form). Unter optimalen Verhältnissen verbreitert sich das Unterteil der Reaktionszone trichterförmig und bewirkt dadurch eine gleichmäßige Verteilung des Lösungsstromes. Im Unterteil 2 des Reaktors befinden sich seitlich angebrachte Strömungshindernisse 6, die dem Zweck dienen, die in der Schwebeschicht entstehenden Agglomerate zu zertrümmern und gleich

zeitig ein Pelletisieren der Schwebeschicht zu verhindern. Mit der zur Zerkleinerung der Agglomerate erforderlichen Energie ist ein Mischungsbereich von geringer Höhe zu erzeugen, der unter optimalen Verhältnissen die untere Partie der Schiebt 4 in intensiver Bewegung und die obere Partie in verhältnismäßig schwacher Zirkulation hält. Die Zirkulation bietet den Vorzug, daß sie die Bewegung der Feststoffschwebeschicht-Oberfläche ausgleicht und das durch Spritzerscheinungen an der Oberfläche bedingte Abwandern

von Feststoffen verringert, so daß die Bauhöhe des oberhalb der Schwebeschicht verbleibenden Reaktorteils reduziert werden kann.

Die Feststoffkonzentration in der eigentlichen Schwebeschicht 4 wird so hoch wie möglich gehalten

jedoch in der Form, daß in der Schicht Wirbelschicht-Verhältnisse herrschen. Dank dem Zusatzstoff sowie der hohen Feststoffkonzentration und der reibenden Wirkung der Schwebeschicht lösen sich die bei dei Reaktion entstandenen Gasbläschen noch in der Schien 4 von der Oberfläche der Feststoffpartikel, was gleichbedeutend mit einer Verringerung ihrer schau menden Wirkung ist.

Das Oberteil 3 des Reaktors wird im Idealfall vor einem sich nach oben erweiternden »Trichter« gebildet durch den die Höhenschwankungen der Oberfläche dei Schicht 4 gedämpft werden. Wird ein auch bezüglich de: Festste ff es kontinuierlich arbeitender Reaktor 1 ge wünscht so sind zusätzlich zum Vorgenannten eint Einspeisemöglichkeit für den Feststoff in die Schicht und eine entsprechende Abführmöglichkeit — z.B durch Oberlauf — aus der Schicht 4 vorzusehen. De Überlauf kann z. B. unter Verwendung eines geschlosse nen, mit Lösung vorgefüllten Behälters eingerichte werden.

Die erfindungsgemäße Methode wird in folgenden an Hand von Beispielen näher beschrieben.

Beispiel 1

50 k] Reakto

In die in Fig.7 gezeigte Vorrichtung wurden feingemahlenes Zink eingefüllt; durch den Rea*.«/ wurde mit einer Fließgeschwindigkeit von 10,2 mVStun de Kadmium in wäßriger Lösung geleitet Bei dieser Versuch wurde ledigBch mit Mischen gearbeitet auf dei Zusatz eines Flockungsmittels wurde hingegen verzieh

—— >vwguwu Ulli IVlldWlbll Q\*a* UVU^

Zusatz eines Flockungsmittels wurde hingegen tet Bereits nach 30 Minuten kam es zu c vollständigen Versintern der Schwebeschicht und Stillstand derselben. Die Analyse der Schwebesc ergab einen Zinkgehalt von 83,8% und einen Kadmium gehalt von 8.7%.

einer webeschidi

Beispiel 2

Der Versuch gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch diesmal unter Zugabe eines Flockungsmittels: Der Schwebeschicht wurden pro Minute 100 ml 5 0,5prozentiges Flockungsmittel zugesetzt. Als der Versuch nach sieben Stunden abgebrochen wurde, ergaben sich die folgenden Versuchsergebnisse:

Analyse der Schwebeschicht: ι ο

Zeit (Stunden)	1,5	3,5	5,5	7,5
Zn%	92,0	81,3	69,5	58,8
Cd%	7,8	17,3	28,0	39.0

Beispiel 3

In jede der in Fi g. 7 gezeigten Vorrichtungen, die in Serien geschaltet waren, wurden 50 kg feingemahlenes Zink eingefüllt; durch die Reaktorserie wurde mit einer Fließgeschwindigkeit von 10,2 mVStunde kadmiumsul fathaltige Zinksulfatlösung geleitet Dieselbe Menge von Flockungsmittel wie in Beispiel 2 wurde dem erster Reaktor zugesetzt. Der Versuch wurde nach 21 Stunder abgebrochen. Der Schlamm in dem ersten Reaktoi enthielt 94% Kadmium und 5% Zink. Der Kadmiumgehalt der Einspeisungslösung war während des Betriebe; etwa 300 mg/1, und die Lösung enthielt nach dem vierter Reaktor weniger als 0,1 mg Kadmium pro Liter.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   t. Verfahren zum gegenseitige« Trennen in Wasser gelöster Stoffe mit Hilfe eines ZemenUe-Hmgsroittek wobei lediglich solche Stoffe in wesentlichen Mengen anwesend sind, hei denen die Wasserstoff-Überspannung (absoluter Wert) größer als die zwischen Zementierungsmittel und Wasserstoffgas herrschende Potentialdifferenz (absoluter Wert) und das Zementierungsmittel unedler als Wasserstoff ist, wobei der m zementierende Stoff bzw. die zu zementierenden Stoffe in wäßriger Lösung durch eine in der Regktionszone befindliche, das Zementierungsmittel enthaltende Schwebe-Schicht geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Zementierung entstehenden Agglomerate zerkleinert werden und daß in die Reaktionszone ein Flockungsmittel eingespeist wird, welches bewirkt daß der zu zementierende Stoff als Teilchen mit glatter Oberfläche gefällt wird, welche nicht aneinanderheften und von denen sich die Gasbläschen leicht ablösen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Lösung von unten nach 2s oben durch die das Zementierungsmittel enthaltende, relativ dichte Schicht geleitet wird, um diese in der Schwebe zu halten, und daß die aus der Schwebeschicht niedersinkenden Agglomerate in der unterhalb der Schwebeschicht befindlichen Zone zerkleinert werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zementierungsmittel kontinuieilich in die Reaktionszone eingespeist wird, aus der gleichzeitig der entstandene Schlamm abgeführt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Feststoff und wäßrige Lösung im Gegenstrom zueinander durch zwei oder mehr Reaktionszonen geleitet werden.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem vertikalen zylindrischen Behälter sowie Einrichtungen zum Einspeisen der wäßrigen Lösung am Behälterboden und zum Abführen der wäßrigen Lösung auf dem Behälteroberteil, dadurch gekennzeichnet, daß das Behälterunterteil (2) schmaler als das Oberteil (3) ist und im Behälterunterteil (2) Einrichtungen (5, 6) zum Zerkleinern der ins Behälterunterteil (2) gesunkenen Agglomerate und zur Herbeiführung einer sanften Zirkulation der das Zementierungsmittel enthaltenden, verhältnismäßig dichten Schwebeschicht (4) vorhanden sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälterunterteil (2) an den Seitenwänden Strömungshindernisse (i5) angebracht sind und ein Mischer (5) mit flachem Aktionsbereich vorgesehen ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Behälteruntertsi! (2), in 6c welches die wäßrige Lösung eingespeist wird, trichterartig nach oben erweitert und in ein zylindrisches Mittelteil übergeht, an das sich das Behälteroberteil (3) anschließt, welche« sich trichterförmig nach o^en erweitert.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (11) aus einem sich nach oben erweiternden, offenen, kegelförmigen Trichter m\ besteht, wobei mehrere solcher Trichter {12) Übereinander angeordnet sind, so daß der Feststoff en CfegeniBswa 8W wäßrigen Lösung langsam von Trichter (ß) m Trichter (12) nach unten Geführt werdenkann.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem einzelnen Trichter (12) ein Schwimmer (10) zum Regulieren des Feststoffabganges vorhanden ist, wobei der Schwimmer (10) im untersten Trichter (12) weggelassen werden kann.