DE2408695C3 - Verfahren und Vorrichtung zum gegenseitigen Trennen in Wasser gelöster Stoffe mit Hilfe eines Zementierungsmittels - Google Patents

Description

Die Erfiiidung 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-Überspannung (absoluter Wert) größer als die zwischen Zementierungsmittel und Wasserstoffgas herrschende Potentialdifferenz (absoluter Wert) und das Zementierungämittel 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 man 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 Grundstoffea 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

Arsen oder Antimon verwendet werden, die man der Lösung im allgemeinen in Form von Trioxyden zusetzt {Ion fördern diese Zusatzstoffe zwar -fie Fällung von Kobald and Nickel, haben aber gleichzeitig bezüglich 4er Kadmium-Zementierung eine entgegengesetzte Wirkung. Zurückzuführen dürfte dies darauf sein, daß diese Stoffe die Wasserstoffgas-Überspannung 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 erschwert; 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, jährend 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. 70° C), 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 behändem 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 90⁰C) 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 Kadmium-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 _ej_n _ 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++-Gehal* 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 »gereinigten« Lösung, die beispielsweise durch Fällen aller anderen Verunreinigungen nach der zweiten Verfahrensweise gewonnen wird, ist die Hauptreaktion folgende:

Diese Reaktion folgt der Formel

dt

(2)

worin:

j£i = pro Zeiteinheit gefälltes Kadmium,

df

k = Reaktionsgeschwindigkeitskonstante, A = Zinkoberfläche (Zinkpulvermenge),

V = Volumen der Lösung (Reaktionsvolumen),

C_Cd = Kadmiumkonzentration zum betreffenden Zeitpunkt,

AtV = Zinkpuiverkonzentration.

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Cd

Zn

Cd + Zn ⁺ 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 Cu -* O), wenn der mittlere Cfcd-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 — 14 Stunden ergibt wobei dann der obenerwähnte fünffache Zinkpulverüberschuß erforderlich ist Bei einer Produktion von 100 000 t Zink im Jahr führt dieser Kompromiß zu einem Reaktorvolumenbedarf von ca. 600 m³. Aus der Formel (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 in 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 leuten Stufe, in der das Zinkpulver zugesetzt wird, eine niedrige Kadmiumkor.zentration herrscht so daß sich der Zinküberschuß, der zur Gewinnung von reiner 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 Stoffe 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 (1) Zinkpulver verbraucht ist und das System reinen

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

V C₂

V, C₂

V = Volumenstrom,

V = Rauminhalt der Stufe,
A = Zinkpulvermenge,

τ = Verweilzeit,
C= Cd⁺+-Gehalt.

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

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Q - C₂

und wenn

-^k v

_ V

(3)

erhält man

C₁-C₂ = *-^

C,=

ki

(4)

(5)

Daraus ist ersichtlich, daß die Effizienz (C₁: C₂) der Stufe ausschließlich von der Zinkpulvermenge A abhängt, wenn das Element durch einen bestimmten Volumentstrom Vbeansprucht 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 weichem die o.g. Kadmiumzementierung aus Zinksulfatlösung durchzuführen ist so wird zusätzlich folgendes gefordert:

I)[Cd^{+ +}]-» O(d.h-unter 1 mg/1); 2) das ausgefällte Kadmium ist dem System abzuführen, und zwar am liebsten in so konzentrierter Form wie möglich, was gleichbedeutend auch damit ist daß frisches Zmkpulver an Stelle des verbrauchten nachzufüllen ist Ein nur aus einer einzigen Stufe bestehender Prozeß bietet jedoch nicht die Möglichkeit sowohl rein* 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 herauszuzementieren. Zur Schaffung der obengenannten Voraussetzungen sind im System deshalb wenigstens zwei Stufen erforderlich, wobei in der ersten Stufe das Abführen des Schlammes und in der zweiten die endgültige Reinigung der Lösung erfolgt Außerdem erhalt man, ist der Prozeß in mehrere Stufen unterteilt die reine Lösung mit einer beträchtlich geringeren Zinkpulvermenge. 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 V\o 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-Stufe bestehen zwei Forderungen:

gute Durchmischung, so daß ein so großer Teil wie nur irgend möglich der fällenden 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, v. enn 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 zementierungs mittelfreier Schlammm entsteht Mit dem erfindungsge mäßen Verfahren lassen sich beispielsweise Cadmiun mit Hilfe von Zink oder Blei und/oder Quecksilber mi Hilfe von Cadmium oder Zink auf wirtschaftliche Weis« zementierea Dabei war nicht vorhersehbar, daß eil bekanntes, bereits zur Ausfällung verwendetes Flok kungsmittel sich überraschenderweise zu einer stark© Einschränkung der Agglomeration eignet Zweckmäßigerweise wird die wäßrige Lösung voj unten nach oben durch die das Zementiemngsmittt enthaltende, relativ dichte Schicht geleitet um diese η der Schwebe zu halten, wobei die aus der Schwebe Schicht niedersinkenden Agglomerate in der unterhaj der Schwebeschicht befindlichen Zone verkleinej werden. Vorteilhafterweise wird das Zementierungsmij tel kontinuierlich in die Reaktionszone eingespeist der gleichzeitig der entstandene Schlamm abgefühj wird.

Bevorzugt werden Feststoff und wäßrige Lösung ij Gegenstrom zueinander durch zwei oder mehr Real tionszonen geleitet Die zur Durchführung des erfmdungsgemäß^

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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· ι ο 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 erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die in Fig.7 gezeigte Ausführungsfonn 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 ans dem der Schlamm abgeführt wird. Das sich ebenfalls nach oben _S5 trichterförmig erweiternde Oberteil 3 des Reaktors 1 dient zum Abführen reiner wäßriger Lösungen als Oberlauf und zum Einfüllen von Zinkpulver. Eine Feststoff schwebeschicht 4 im Reaktor 1 befindet sich, bedingt durch die kontinuierliche Zinkpulverzugabe und die ebenfalls kontinuierliche Schlammabfuhr, ständig in einer langsamen Kreislaufbewegung, wodurch eine Kanalbildung in der Schicht 4 verhindert wird.

Bei der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsfonn ist das Unterteil 2 des Reaktors 1 stark verjüngt, um die $₅ Schwebeschicht 4 in diesem Teil 2 in so intensive Bewegung zu versetzen, daß es nicht zu Agglomeratbildung 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 Feststoffschicht-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 1 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 11. 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 erreich⁴, 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 Schwankungea Aus diesem Grunde wurden die Schwebeschichten 14 mit den in Fig.6 gezeigten Schwimmern 10 ausgerüstet, deren Oberteil an der Oberfläche der Schwebeschicht 14 schwamm, während das Unterteil die Lösungs-Eintrittsöffnung und die Fließgeschwindigkeit regulierte. Gleichzeitig sorgten die Schwimmer durch ihre Bewegungen für eine bessere Durchmischung der Schicht 14.

Die kegelförmige Aurformung des Schwimmers 12 brachte den Vorteil daß die in der unteren Schwebeschicht 14 entstandenen Gasblasen entlang der Außenfläche des »Trichters« 12 aus dem Reaktor 11 abgeführt werden konntea Die Schwimmer 12 konnten je nach den sich aus dem Prozeß ergebenden Erfordernissen übereinander oder parallel geschaltet werden.

Beim Zementieren von Kadmium liegen die Schwierigkeiten in der Agglomeration der Zn Schwebeschicht und in der Bildung von Reaktionsgasen. Der Mechanismus dieser Erscheinungen ließ sich durch Zugabe eines

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ίο

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 Feststoff partikel) lösen.

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

Der hi 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 Strömungshindernisse 6 angeordnet Der Wirbelschicht wurde die Bezugszahl 4 zugeordnet

Das Einspeisen der Lösung in den Reaktor 1 erfolgt unterhalb der Schicht 4, wobei die Lösung möglichst gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Reaktors· verteilt wird, was sich durch Verwendung eines Rostes, durch Einspeisen der Lösung unter den ZerklemerungspropeUer 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

ίο 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 gleichzeitig 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 Schicht 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 der Reaktion entstandenen Gasbläschen noch in der Schichl 4 von der Oberfläche der Feststoffpartikel, was gleichbedeutend mit einer Verringerung ihrer schäumenden 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 gedampft werden. Wird ein auch bezüglich des Feststoffes kontinuierlich arbekender Reaktor 1 ge wünscht so sind zusätzlich zum Vorgenannten eine Einspeisemöglichkeit für den Feststoff in die Schicht < und eine entsprechende Abführmöglichkeit - ζ. Β durch Oberlauf — aus der Schicht 4 vorzusehen. Dei 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

In die in Fig.7 gezeigte Vorrichtung wurden 50kj feingemahlenes Zink eingefüllt; durch den Reaktoi

wurde nrit einer Ffießgeschwindigkeit von 102 mVSton de Kadmium in wäßriger Lösung geleitet Bei diesen Versuch wurde ledigfich mit Mischen gearbeitet, auf dei Zusatz eines Flockungsmittels wurde hingegen verzieh tet Bereits nach 30 Minuten kam es zu eisen

«s vollständigen Versintern der Schwebeschicht und am Stillstand derselbea Die Analyse der Schwebeschich ergab einen Znkgehalt von 833% und einen Kadmhim gehalt von 87%.

Beispiel 2

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

Analyse der Schwebeschicht:

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 F i g. 7 gezeigten Vorrichtungen, die ir Serien geschaltet waren, wurden 50 kg feingemahlenes Zink eingefüllt; durch die Reaktorserie wurde mit einei Fließgeschwindigkeit von 10,2 mVSlunde kadmiumsulfathaltige Z.inksulfatlösung 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 Kadmiumge halt 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)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum gegenseitigen Trennen in Wasser gelöster Stoffe, mit Hufe eines Zementie- S jungsroittels, wobei lediglich solche Stoffe in wesentlichen Mengen anwesend sind, bei denen die Wasserstoff-Überspannung (absoluter Wert) größer als die zwischen Zeraentierungsmittel und Wasserstoffgas herrschende Potentialdifferenz (absoluter Wert) und das Zementierungsmittel unedler als Wasserstoff ist, wobei der zu zementierende Stoff bzw. die zu zementierenden Stoffe in wäßriger Lösung durch eine in der Re^ktionszone befindliche, das Zementierungsmittel enthaltende Schwebeschicht geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Zementierung entstehenden Agglomerate zerkleinert' η rden 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 ablösen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Lösung von unten nach 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 Schwebsschicht befindlichen Zone zerkleinert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zementieningsmittel kontinuierlich in die Reaktionszone eingespeist wird, aus der gleichzeitig der entstandene Schlamm abgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Feststoff und wäßrige Lösung im Gegenstrom zueinander durch zwei oder mehr Reaktionszonen geleitet werden.

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. Vorrichtung nr.ch Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälterunterteil (2) an den Seitenwänden Strömungshinde.-nisse (6) angebracht sind und ein Mischer (5) mit flachem Aktionsbereich vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Behälterunterteil (2), in welches die wäßrige Lösung eingespeist wird, trichterartig nach oben erweitert und in ein zylindrisches Mittelteil übergeht, an das sich das Behälteroberteil (3) anschließt, welches sich trichterförmig nach oben erweitert

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (11) aus einem sich nach oben erweiternden, offenen, kegelförmigen Trichter

(12) besteht, wobei mehrere solcher Trichter (12) übereinander angeordnet sind, so daß der Feststoff im Gegenstromjzur wäßrigen Lösung langsam von Trichter (12)^zu Trichter (12) nach unten geführt werden kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem einzelnen Trichter (12) ein Schwimmer (10) zum Regulieren des Feststoffabganges vorhanden ist, wobei de"r Schwimmer (10) im untersten Trichter (12) weggelassen werden kann.