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Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Buntmetallhüttenwesens,
genauer betrifft sie ein Verfahren zur Gewinnung von Zink aus zinkhaltigen Schlacken.
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Bs ist ein Verfahren zur Gewinnung von Zink aus zinkhaltigen Schlacken
in Elektroöfen durch Reduktion von Zink bekennt, das Vorschmelzung der Schlacke
in Anwesenheit eines sulfidierenden Mittels und Behandlung der Schlacke bei einer
Temperatur von mindestens 145000 mit einem kohlenstoffnaltigen Reduktionsmittel
ausgehend von 10-15 % Kohlenstoff von der Zinkmenge in der Schlacke beim Eintauchen
der Kohlenstoffelektroden auf eine Tiefe von 0,85-0,90 von der Höhe der Schlakkenschicnt
einschliesst (SU-PS 376 467) Die Nachteile dieses Verfahrens sind eine niedrige
Geschwindigkeit (0,3 kg/min.m2 der Oberfläche der Schmelze)
der
Gewinnung von Zink und hohe Temperaturen, die zur Führung des Prozesses notwendig
sind.
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Bekannt ist ein anderes Verfahren zur Gewinnung von Zink aus zinkhaltigen
Schlacken, bei dem die Reduktion von Zink bei einer Temperatur von 1300 bis 15000C
mit einer Silicoaluminium-Legierung durchgeführt wird, die der schmelzflüssigen
zinkhaltigen Schlacke im Strom eines Edel- oder Naturgases zugeführt wird (SU-PS
231 121).
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Der Nachteil des erwähnten Verfahrens ist, daß der Prozeß bei einer
hohen Temperatur der Schmelze von 1300 bis 15000C geführt wird, was eine Vergrößerung
des Elektroenergieverbrauchs nach sich zieht. Eine Uberhitzung der schlacke allein
um 2000C von 1300 bis auf 15000C vergrößert den Blektroenergieverbrauch je 1 t Schlacke
von 15 bis auf 20, und mit Berücksichtigung der Wärmeverluste des Ofens wächst diese
Größe bis auf 50 an. Die hohe Temperatur der Prozeßführung 'setzt bedeutend die
Haltbarkeit des Futters bzw. der Verkleidung herab. Außerdem erfordert die Verwendung
eines metallischen Reduktionsmittels, nämlich der Silikoaluminium-Legierung, zusätzliche
Aufwendungen, welche mit dessen Herstellung verbunden sind.
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Weit bekannt ist und wird in der industriellen Praxis angewendet
ein Verfahren zur Gewinnung von Zink aus zinkhaltigen Schlacken durch Schlackenverblasen,
bei welchem die schmelzflüssige Schlacke mit Naturgas oder einem Gemisch von Kohlenstaub
und Luft durchgeblasen wird.
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Die Nachteile dieses Verfahrens sind die Periodizität des Prozesses,
ein hoher Kohlenverbrauch, die Notwendigkeit
des Baus von Einrichtungen
zur Zerkleinerung und Beförderung des Kohlenstaubes, ein grosser Luftverbrauch und
als i?ol'e davon ein grosses Volumen von Abgasen und die damit verbundene Notwendigkeit
der Erric@tung eines Systems zur Kühlung und Reinigung dieser Gase.
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s ist ein Verfahren zur Gewinnung von Zink aus zinkhaltigen Schlacken
bekannt, bei dem die Reduktion von Zink niit Konlenstoff durchgeführt wird, der
in einer flüssigen Eisensc;Lnelze aufgelöst ist, welche sich unter einer Schicht
der schmelzflüssigen Schlacke bei einer Temperatur von 1500-1600°C befindet (US-PS
2 715 062).
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Die Nachteile des genannten Verfahrens sind hohe Temperaturen der
Prozessführung und Schwierigkeiten bei der Aufkohlung des geschmolzenen Eisens unter
der Schlackenschicht.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung bestand in der Entwicklung eines
Verfahrens zur Gewinnung von Zink aus zinkhaltigen Schlacken, das es gestattet im
kontinuierlichen Betrieb die Geschwindigkeit des Ausbringens von Zink bei der Senkung
des Energieaufwandes zu erhöhen.
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Entsprechend dem Ziel wurde die Aufgabe gestellt, die in der Aui£iadung
von solchen technologischen Parametern des Prozesses der reduktion von Zink aus
zinkhaltigen Schlacken bestand, welche es ermöglichen würden, den Prozess der Zinkreduktion
bei einem gegenüber den bekannten Verfahren niedrigeren Snergieaufwand zu intensivieren.
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Die gestellte Aufgabe wurde durch ein Verfahren zur Gewinnung von
Zink aus zinkhaltigen Schlacken gelöst, das die
Reduktion von Zink
durch Einführen in die Schmelze der genannten Schlacke eines Reduktionsmittels und
Zuleiten in diese Schmelze eines inerten Gases einscillieast und bei dem erfindungsgemäss
als inertes Gas Stickstoff in einer Menge von 0,5-3,5 nm3/min.m2 der Oberfläche
der Schmelze bei einer im Bereich zwischen 1220- und 14000C liegenden Temperatur
der schmelzflüssigen Schlacke verwendet wird.
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Gemäss der Erfindung ist es erwunscht, das Verfahren bei einer Temperatur
von 1220-1290°C zu führen.
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Gemäss der Erfindung empfiehlt es sich, die Höhe der Schlackenschmelze
in den Grenzen von 500 bis 1000 nun zu halten und die Geschwindigkeit der Zuleitung
von Stickstoff in die Schmelze in den Grenzen von 30 bis 100 m/sek aufrechtzuerhalten.
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Die erfindung bietet die Möglichkeit, die Geschwindigkeit der Gewinnung
von Zink bis auf 2,3 kg/min.m2 der Oberfläche der Schmelze bei der Verminderung
dos Energieaufwandes zu erhöhen.
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Die vorerwähnten Vorteile und andere Vorzüge werden aus der nachfolgenden
ausführlichen Beschreibung des Verfahrens verständlich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird folgenderweise durchgeführt.
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Die vorgeschmolzene zinkhaltige Schlacke wird periodisch oder kontinuierlich
in die Reduktionszone eines Elektroofens geleitet. Die Schlacke wird in den Elektroofen
in einer solchen Menge aufgegeben, dass die Höhe ihrer Schmelze in der
Reduktionszone
sich in den Grenzen von 500 bis 1000 @@@ bctindet. In diese Zone des Elektroofens
wird als Reduktionsmkittel dienender Koks eingetrogon, der sich auf der Oberfläche
der Schmelze lagert.
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In die schmelzflüssige Schlacke wird eine Gaszuführungseinrichtung,
beispielsweise Blasfornen, eingetaucht, durch welche Stickstoff in einer Menge von
0,5 bis 3,5nm3/min.m2 der Oberfläche der Schmelze kontinuierlich zugeleitet wird.
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Die Temperatur der Schmelze wird vorzugsweise in einem Bereich zwischen
1200 und 12900C aufrechterhalten.
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Im Elektroofen findet unter der Einwirkung des dynamischen Drucks
der Stickstoffstrahlen ein intensives Vermischen der Schlackenschmelze statt, durch
der Kontakt der .Schlacke mit dem Koks verbessert und dadurch eine hohc Reduktionsgeschwindigkeit
von Zink erreicht wird, so dass letzten Endes die Geschwindigkeit der Gewinnung
von Zink aus der Schlacke erhöht wird.
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Das reduzierte Zink wird in Form von Dämpfe@ sublimiert und kann
als flüssiges Metalls Metallpulver oder oxydierter Zinkstaub ausgeschieden werden.
Die verarmte Schlacke wird aus dem Ofen abgezogen.
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Der Stickstoff ist in der vorstehend angegebenen Menge-der Schlacke
zuzuleiten, d.h. 0,5 bis 3,5 nm3/min.m2 der Oberfläche der Schmelze.
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Der Stickstotfverbrauch in einer Menge von weniger als 0,5 nm3/min.m2
der Oberfläche der Schmelze ist für die Vermischung der Schlacke nicht ausreichend,
und die gewünschte
Reduktionsgeschwindigkeit vun Zink wird nicht
erreicht.
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Der Verbrauch an Stickstoff in einer Menge von mehr als 3,5 nm3/min.m2
der Oberfläche der Schmelze führt zu einem starken Verspritzen der Schmelze, und
als Folie davon gelangt diese auX die Wände und das Gewölbe des Ofens und zerstört
sie.
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Ausserdea führt dies zu einer Vergrösserung der Menge von Abgasen,
zur Verschlechterung der Bedingungen der Kondensation von Zink ins Metall und erfordert
zusätzliche Einriohtungen zur Reinigung von Gasen.
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Wie bereits oben angegeben, ist der Prozess bei einer Temperatur
im Bereich zwischen 1220 und 1400°C, vorzugsweise jedoch bei 1220-1290°C, zu führen.
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Die Durchführung des Prozesses bei einer Temperatur unterhalb 1220°C
hat eine Vergrösserung der Zähflüssigkeit der Schlacke und somit eine Verschlechterung
der Vermischung derselben zur Folge.
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Die Durchführung des Prozesses bei der Temperatur von 1400°C führt
zwar zur Erzielung einer hohen Geschwindigkeit der Gewinnung von Zink, hat jedoch
eine Erhöhung des Energieaufwandes zur Folge, obwohl dieser Energieaufwand auch
geringer ist als bei den bekannten Verfahren; darüber hinaus verschlecutert sich
die Futterhaltbarkeit. Im Zusammenhang damit ist der Prozess vorzugsweise bei einer
Temperatur von 1220-129O0C durchzuführen, weil bereits in diesem Temperaturintervall
der Prozess sich durch hohe Geschwindigkeiten der Gewinnung von Zink auszeichnet.-
Es
empfiehlt sich, den Prozess bei einer Höhe der Schmelze in den Grenzen von 500 bis
1000 mm durchzuführen.
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Bei einer Höhe der Schmelze unter 500 = wird Stickstoff nicht ausreichend,
d.h. nicht effektiv, ausgenutzt.
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Bei einer Höhe der Schmelze über 1000 mm wird das Vermischen der
Schmelze mit Stickstoff erschwert und der gewünschte effekt nicht erreicht.
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Es ist ratsam, Stickstoff mit einer Geschwindigkeit von 30-IOU m/sek
der Schmelze zuzuleiten.
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Die Zuleitung von Stickstoff in die Schmelze mit einer Geschwindigkeit
kleiner als 30 m/sek ist zum Vermischen der Schlacke nicht ausreichend und die gewünschte
Reduktionsgeschwindiukeit der HedukLion von Zink wird nicht erreicht Die Zuleitung
von Stickstoff in die Schmelze mit einer Geschwindigkeit grösser als 100 m/sek rührt
zu Auswürfen der Schmelze und erscheint deswegen nicht zweckmässig.
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Somit führt die Durchführung des Prozesses unter den bedingungen,
außerhalb des Umfangs der Erfindung, nicht zum ge-Wünschten Ergebnis.
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Die erfindung ermöglicht es: 1/ die Geschwindigkeit der Reduktion
von Zink aus einer zinkhaltigen Schlacke bis auf 2,3 kg/min.m2 der Oberfläche der
Schmelze durch Vergrösserung des Kontaktes der Schmelzflüssigen Schlacke mit dem
Reduktionsmittel sowie durch Verbesserung des Stoffaustausches der Schlackenschmelze
zu erhöhen; 2/ die Flächen des Elektroofens mehr als um das Zweifache
zu
vermindern, was eine Verringerung des Wärmeverlustes über die wände, das Gewölbe
und den ilerd des Ofens zur Folge hat; 3/ den Gasverbrauch für die Vermischung der
Schlackenschmelze gegenüber dem Verb aren des Schlackenverblasens um das 5 bis lOtache
herabzusetzen; 4/ die Betriebsdauer des Ofenfutters zu erhöhen; 5/ den Elektroenergieverbrauch
im Vergleich mit dem bekannten Verfahren um 30-40 % zu vermindern.
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Die Erfindung lässt sich leicht unter industriellen Verhältnissen
realisieren.
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bie Erfindung ist für die Verarbeitung sowohl von festen /erkalteten/
Schlacken als auch von heissen zinkhaltigen Schlacken geeignet, Ausserdem eignet
sich die Erfindung zur Verarbeitung von heissen zinkhaltigen Schlacken in "kombinierten"
Prozessen, und zwar im sauerstoff-suspendiert en elektrothermischen Cyclonprozessa
welcher in der Literatur und in der industriellen Praxis als "kivcet"-Prozess bekannt
ist.
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Mit Rücksicht auf die oben aufgezählten Vorteile des erfindungsgemäßen
Verfahrens muß man zur Schlussfolgerung gelangen, dass das vorliegende Verfahren
sich vorteilhaft von den anderen bekannten Verfahren der Gewinnung von Zink aus
zinkhaltigen Schlacken unterscheidet und deshalb von großem kommerziellem Interesse
sein wird.
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Zum besseren Verständnis-der vorliegenden Erfindung werden konkrete
Beispiele aer Durchführung des Verfahrens gegeben. In den Beispielen
ist
der Gehalt der Komponenten in Gew.-% angegeben.
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Beispiel 1.
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Eine Schlacke, die 10,8% Zink, 29,2 % Eisen, 1,8 % Schwefel, 30,3
% Kieselerde, 4,2 % Calciumoxid und als Rest Sauerstoff und Beimengungen enthalt,
wird in einem Elektroofen mit dem Flächeninnalt der Schmelzzone von 4 m2 und dem
Flächeninhalt aer keduktionszone von 2 m2 verarbeitet.
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Die Schlacke wird in die Schmelzzone in eier Menge von 1,2 t/h aufgegeben,
aus der sie kontinuierlicn in die Reduktionszone gelangt. Die Temperatur der schmelzflüssigen
Schlacke in der Reouktionszone des Ofens wird in Höhe von 1250°C aufrechterhalten.
Die Höhe der schmelzflüssigen Schlacke beträgt 500 mm.
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In die Reduktionszons des Elektroofens wird durch eine Einrichtung
für die Zuführung von Koks auf die Oberfläche der schmelzflüssigen Schlacke periodisch
Koks eingetragen und durch eine Einrichtung für die Zuleitung von Stickstoff - 3lasformen
- kontinuierlich Stickstoff in einer Menge von 1,33 nm3/min.m2 der Oberfläche der
Schmelze mit einer Geschwindig keit von SO m/sek zugeleitet.
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Die aus der Reduktionszone des Ofens abgezogene verarmte Schlacke
enthält 3,6 % Zink, 31,2 % Eisen, 0,5 % Schwefel, 37,4% Kieselerde, 5,7 % Calciumoxid
und als Rest Sauerstoff und Reimengungen.
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Das reduzierte Zink wird sublimiert und in Form von oxydiertem Zinkstaub
aufgefangen, der 70% Zink, 10% Blei und als Rest Sauerstoff und beimengungen enthält.
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Die Reduktionsgeschwindigkeit von Zink beträgt 0,92 kg/min.
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der Oberfläche der Schmelze.
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Beispiel. 2.
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Der Prozess wird in einem Elcktroofen wie in Beinpiel I durchgeführt.
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Die Schlacke enthält 11 % Zink, 30,9% Eisen, 1,1 % Schwefel 30,3
% Kieselerde. Die Menge der aufgegebenen Schlacke beträgt 1 t/h, die Temperatur
wird gegen 12300C aufrechterhalten, die Höne der Schmelze ist 500 min, die Menge
des zugeleiteten otickstoffes 0,53 nm3/min.m2 der Oberfläche der Schmeize, die Geschwindigkeit
der Stickstoffzufuhr 35 m/sek.
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Die verarmte Schlacke enthält 3,0 % Zink, 27,2% Eisen, 0,6 % Schwefel,
34,2% Kieselerde und als Rest Sauerstoff und Beimengungen.
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Die Reduktionsgeschwindi6'keit von Zink beträgt 0,4 kg/min.m2 der
Oberfläche der Schmelze.
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Beispiel 3.
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Der Prozess wird in einem Elektroofen wie in Beispiel I durchgeführt.
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Die Zusammensetzung der Schlacke ist wie in Beispiel I.
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Die Menge der aufzugebenden Schlacke beträgt 3,2 t/h, die Menge von
Stickstoff 3,35 nm3/min.m2 der Oberfläche der Schmelze, die Geschwindigkeit der
Stickstoffzufuhr 80 mSsek die Höhe der Schlacke 800 mm.
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Die Temperatur der schmelzflüssigen Schlacke wird gegen 1290°C aufrechterhalten.
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Der Gehalt von Zink in der verarmten Schlacke beträgt 2,76 , die
Reduktionsgeschwindigkeit von Zink beträgt 2,3 kg/min.m2 der Oberflache der Schmelze.
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Beispiel 4.
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Der Prozess wird in einem Elektroofen wie in Beispiel I durchgeführt.
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Die Schlacke enthält dieselben Komponenten wie in Beispisl I.
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i)ie Menge der aufgegebenen Schlacke heträgt 2,5 t/h, die Temperatur
der Schmelze wird in Höhe von 140000 aufrechterhalten, die Höhe der Schmelze ist
500 mm, die Menge des zugeleiteten Stickstoffs 0,835 nm3/min.m2 der Oberfläche der
Schmelze. Die Geschwindigkeit der Stickstoffzufuhr 40 m/sek.
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Die verarmte Schlacke enthält 2,11 % Zink.
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Die Reouktionsgeschwindigkeit von Zink beträgt 2,25 kg/min.m2 der
Oberfläche der Schmelze.