DE3207026C2 - Verfahren zur Gewinnung des Zink- und Bleigehaltes aus primärem und/oder sekundärem Rohmaterial sowie einen hierfür geeigneten Ofen - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung des Zink- und Bleigehaltes aus primärem und/oder sekundärem Rohmaterial sowie einen hierfür geeigneten OfenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Zink und Blei aus primären oder sekundären Rohmaterialien im Gemisch mit Kohle durch teilweise Verbrennung des Kohlenstoffs zu CO in zwei Stufen, wobei in der ersten Stufe eine direkte Reduktion des Zinks und eine Verflüchtigung von Zink und Bleioxid bei der durch die teilweise Verbrennung der Kohle erzeugten Temperatur erfolgt, während in der zweiten Stufe die Oxidation des Zinks aus der ersten Stufe zu Zinkoxid stattfindet. Der dafür geeignete Ofen ist kegelstumpfförmig und um seine vertikale Achse drehbar, wobei in den oberen Ofenbereich Ausgangsmaterial und Kohle aufgegeben und aus einem Bodenloch Schlacke und gegebenenfalls Blei flüssig abgezogen werden.
Description
a) das Rohmaterial gegen die sich an der Innenfläehe
eines drehbaren kegelstumpfförmigen Ofens bildende Schlackenschicht eingespeist
wird,
b) eine Schlacke mit einem Schmelzpunkt nicht über 12000C gebildet wird, die flüssig aus dem
Ofen abgezogen wird, und
c) die auftretenden Zinkdämpfe unmittelbar mit Luft oder Sauerstoff oxidiert werden.
2. Ofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 in Form eines Kegelstumpfs oder mehrerer
kegelstumpfförmiger Teile bzw. mit gekrümmten inneren oder äußeren Umhüllenden, bestehend
aus einem Ofenmantel mit feuerfester Auskleidung, dessen Achse vertikal ist und in dessen kleiner Ebene
ein Bodenloch vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser in der großen Ebene
des Kegelstumpfes 1 bis 10 m und in der kleinen Ebene 0,2 bis 1 m ist, der Durchmesser des Bodenloches
5 bis 100% des Innendurchmessers in der kleinen Ebene beträgt, der Winkel (4, 4') zwischen den
Mantelflächen und der Vertikalen zwischen 10 und 60° liegt und der Ofen mit einer Geschwindigkeit
von 10 bis 80 UpM drehbar ist, und daß Rohre (6,7) für die Zufuhr von Möller oder von Rohmaterial und
Kohle und Blasrohre (8) mit öffnungen (9) für Luft und/oder Sauerstoff vorgesehen sind.
3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantellinien der Mantelflächen keine größere
Neigung als 30° zueinander haben.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Ofen zur Gewinnung des Gehalts an Blei und Zink aus einem
Ausgangsmaterial, das ein primäres Rohmaterial, wie Erze, oder sekundäres Rohmaterial, wie Flugstaub, aus
einem Stahlwerk, mineralische Rückstände und metallurgische Schlacken sein kann.
Die Gewinnung von Zink und Blei nach dem Wälzverfahren ist bekannt. Dabei wird der Möller, der Zink
(maximal 30 bis 35%), Blei und andere Metalle in geringerem Anteil und Koks- odei Anthrazitstaub in einer
Menge von 18 bis 25 Gew.-% enthält, einem üblichen Drehrohrofen aufgegeben, welcher 2 bis 4° gegen die
Horizontale geneigt ist. Die Metallgewinnung ist bei diesem Verfahren zufriedenstellend, jedoch weist dieses
verschiedene Nachteile auf. In erster Linie ist eine voluminöse Anlage, die sehr große Austauscherflächen für
die großen Volumina erfordert, nötig und die fühlbare Wärme der Luft kann nur zum Teil wiedergewonnen
werden.
Beim »Zyklonofen-Verfahren« wird der Möller, d. h.
das Gemisch von Ausgangsmaterial und Koksstaub, in einen zylindrischen Zykloriofen eingeführt, in weichen
tangential vorgewärmte Luft eingeleitet wird. Die Verflüchtigung von Zink und Bleioxid wird in einem nachgeschalteien
elektrischen Lichtbogenofen vervollständipt In dem Lichtbogenofen sammeln sich die nichtflüchtigen Bestandteile und werden aus diesem als
Schlacken abgezogen. Eine solche Anlage hat einen großen Energieverbrauch. Darüberhinaus muß der Möller
vollständig getrocknet sein und eine Korngröße von maxima! I mm besitzen.
Aus der GB-PS 14 87 786 ist ein Verfahren bekannt,
bei de:m aus Möller durch die reduzierende Wirkung der Kohle bzw. des Kokses Zinkoxid reduziert, das gebildete
Zink verflüchtigt und durch gegebenenfalls vorgewärmte Luft oxidiert wird, so daß man aus dem Rauchgas
Zinkoxid und verflüchtigtes Bleioxid gewinnen kann. Der Möller ist bei diesem Verfahren mit einem
bituminösen Binder brikettiert Dieses bekannte Verfahren
wird in üblichen öfen, wie Muffelofen, Herdofen,
Wanderrostöfen und Schachtofen oder auch Drehrohrofen,
bei einer Temperatur von etwa 1000 bis 13000C durchgeführt Die Leistungsfähigkeit dieser Öfen ist jedoch
recht begrenzt, während ihr Aufwand für Betriebsführung und Wartung und der Raum-, Investitions- und
Energiebedarf beträchtlich ist. Aus der DE-PS G 77 957 ist ein ähnliches Verfahren bekannt, welches in der Wirbelschicht
durchgeführt wird. Bei diesem Wirbelschichtverfahren ist die Arbeitstemperatur durch den Schmelzpunkt
des Ausgangsmaterials bzw. der Schlacke begrenzt, welcher nicht unterschritten werden soll, um
Schwierigkeiten mit einer flüssigen Phase in der Wirbelschicht und der Beseitigung der Schlacke zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist nun ein Verfahren und ein Ofen zur Gewinnung des Zink- und Bleigehalts aus primären
und/oder sekundären Rohmaterialien durch Reduktion des oxidischen Zinks zu Zinkmetall und Verflüchtigung
von Zink sowie Bleioxid, worauf der Zinkdampf mit gegebenenfalls vorgewärmter Luft wieder zu
Zinkoxid oxidiert wird, welches sich durch einfache und wenig Energie verbrauchende Verfahrensweise auszeichnet
und bei welchem keine Schwierigkeiten mit der Schlackenführung auftreten.
Ausgehend von dem im Oberbegriff des Hauptanspruchs gekennzeichneten Verfahren wird die gestellte
Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. In den Ansprüchen
2 und 3 ist ein Ofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet auch die Verwertung von minderwertiger Kohle und Feinkohle
anstelle von Erdgas und Koks.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Gemisch von Ausgangsmaterialien enthaltend Blei und
Zink in Form ihrer Oxide oder Salze (Sulfate, Sulfide, Silicate, Aluminate) mit einem kohlenstoffhaltigen Material
(Möller) einer teilweisen Verbrennung des Kohlenstoffs unter Bildung von CO unterworfen, wodurch in
einer ersten Stufe die direkte Reduktion von Zink aus seinem Oxid oder Salz und Verflüchtigung des Zinks mit
Bleioxid stattfindet. Der Zinkdampf wird dann in einer zweiten Stufe durch Gasphasenoxidation mit Luft und/
oder Sauerstoff — unmittelbar nach der Bildung von Zinkdampf — zu ZnO oxidiert und dieses zusammen mit
den verflüchtigten Bleioxiden gewonnen.
Der nicht-verflüchtigbare Teil des Möllers, der im wesentlichen aus CaO, SiO2 und FeO besteht und zur
Schlackenbildung führt, soll eine solche Zusammensetzung
haben, daß eine Schlacke mit einem Schmelzpunkt .licht über 12000C gebildet wird, welche flüssig aus dem
Ofen abgezogen wird.
Um dies zu erreichen, kann es notwendig sein, dem Ausgangsmaterial entsprechend übliche Zusätze beizugeben,
wenn sonst obige Forderung niet f erfüllt wäre.
Während der ersten Stufe können die Bleiverbindungen zu Blei reduziert werden nach der Gleichung:
PbO+ CO—Pbn+ CO2
Die Bleischmelze geht zuerst in die Schlacke, trennt sich jedoch dann von dieser aufgrund der unterschiedlichen
spezifischen Gewichte; Kohlenmonoxid sammelt sich um die Rotationsachse des Ofens und nimmt die
verflüchtigten Substanzen mit Diese Gasphase wird mit Luft oder Sauerstoff abgebrannt, so daß zusätzliche
Wärmeenergie für die Reaktionsstufe zur Verfügung steht. Die Arbeitstemperaturen liegen zwischen 1100
:Vundl600oC.
i Das erfindungsgemäße Verfahren wird zweckmäßigerweise
in einem Ofen durchgeführt, der anhand der F i g. 1 und 2 näher beschrieben wird. Daraus ergeben
sich auch die wesentlichen Unterschiede in der Konstruktion und Funktionsweise gegenüber einem üblichen
Drehrohrofen.
Der die Reaktionszone bildende Ofen ist kegelstumpfförmig
und besteht aus einem oder mehreren kegelstumpfförmigen Teil(en), die gegebenenfalls außen
oder innen gekrümmte Umhüllende haben können. Dis Achse des Ofens 1 ist vertikal. Der Ofen besteht aus
einem Metallmantel 2 mit einer feuerfesten Auskleidung 3. Die Umdrehungsgeschwindigkeit und der Winkel 4
zwischen den Umhüllenden der Wandinnenflächen des Kegelstumpfs zu der Senkrechten sind so bemessen, daß
die feste Phase — vom dynamischen Standpunkt aus gesehen — im Gleichgewicht verbleibt unter der gemeinsamen
Einwirkung des Gewichts, der Fliehkräfte und der an der Innenwand auftretenden Reibungskräfte,
während die sich bildende flüssige Phase zum Boden des Ofens abläuft und durch ein Bodenloch 5 abgezogen
werden kann.
Der Innendurchmesser des Ofens in der großen Ebene des Kegelstumpfs kann vorzugsweise 2 bis 6 m betragen,
während der Innendurchmesser in der kleinen Ebene zwischen 0,2 und 1 m liegt.
Der Durchmesser des Bodenlochs muß 5 bis 30% des Durchmessers in der großen Ebene — in Abhängigkeit
von der angestrebten Leistung — betragen und kann sogar bis 100% in der kleinen Ebene erreichen. Der
Winkel der Mantellinie(n) gegen die Vertikale 4,4' kann zwischen 10 und 60° liegen und ist bevorzugt
> 20°.
Ist der Ofen aus mehreren Kegelstümpfen aufgebaut oder hat er eine gekrümmte Umhüllende, darf der Winkel
zwischen den Mantellinien oder deren Tangenten der aufeinanderfolgenden Kegelstümpfe 30° nicht überschreiten.
In dem Ofen enden zwei bis vier Rohre oder Düsen 6, 7, deren Endteile gegen die Ofenwand geneigt sind und
welche vertikal verschiebbar angeordnet sind, so daß sie sowohl zur Einspeisung des Möllers als auch getrennt
zur Einspeisung des Ausgangsmaterials und des Brennstoffs (Reduktionsmittels) dienen können.
Ein oder mehrere Rohr(e) 8 (in den meisten Fällen vier) ist (sind) im wesentlichen parallel zu den Mantellinien
der Wandinnenfläche angeordnet und weisen Öffnungen 9 über die ganze Länge auf, die gegebenenfalls
im gleichen Abstand voneinander vorgesehen sind und zum kontinuierlichen Einblasen von, gegebenenfalls
vorgewärmter, Luft oder Sauerstoff dienen. Die Geschwindigkeit des Oxidationsmittel-Stroms hat eine radialzentrifugale
Komponente und eine tangentiale Komponente gegenüber dem Weg des Auftreffpunkts auf die Ofenwand in Übereinstimmung mit deren Bewegung,
so daß die dynamischen Bedingungen der flüssigen oder festen Phase an dieser Stelle nicht gestört
werden.
Schließlich ist eine zentrische Leitung 10 für die Einführung von Luft und/oder Sauerstoff vorgesehen zur
Nachverbrennung des gebildeten CO und zur Oxidation des dampfförmigen Zinks.
Der Möller enthält als Ausgangsinaterial primäres Romaterial, wie Erz, und/oder sekundäres Rohmaterial,
wie Flugstaub, aus Stahlwerken, Verfahrensrückstände und dergleichen, enthaltend Blei und Zink unterschiedlicher
Mengenverhältnisse und Mengen ä 1%. Die Korngröße des Ausgangsmaterials soll zwischen 0,01 und
5 mm liegen. Es wird nach Zumischen von Brennstoff bzw. Reduktionsmittel in den oberen Teil des Ofens
eingespeist. Der Brennstoff soll ebenfalls eine geringe Korngröße haben. Es ist aber auch möglich, Ausgangsmaterial
und Brennstoff bzw. Reduktionsmitlel getrennt über die Rohre 6,7 einzubringen, um eine ausreichende
Wärmeentwicklung für die erforderlichen Temperaturen und ein reduzierendes Milieu im oberen Bereich des
Ofens zu erreichen.
In den Bodenbereich des Ofens wird in diesem Fall über die bisher noch nicht benutzten Rohre kohlenstoffhaltiges
Material eingebracht, um die erforderlichen thermischen und reduzierenden Bedingungen in diesem
Bereich zu gewährleisten. Die anzuwendende Kohlenmenge ist eine Funktion des Zink-Rohmaterials und
schwankt zwischen 8 und 25% in dem Möller, vorzugsweise zwischen 15 und 20%.
Für die Verbrennung wird Luft, gegebenenfalls vorgewärmt auf 600° C und mit Sauerstoff angereichert,
oder reiner Sauerstoff, gegebenenfalls vorgewärmt auf 2000C, angewandt.
Die Durchsatzgeschwindigkeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist außerordentlich hoch durch die
Größe der Berührungsfläche zwischen den einzelnen Phasen aufgrund der geringen Korngröße des Möllers
und der Drehbewegung des Ofens. Es ist nahezu mit stöchiometrischen Verhältnissen zu rechnen.
Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels weiter erläutert.
Als Ausgangsmaterial diente ein Flugstaub aus einem
Stahlwerk, enthaltend 20% Zink und 3,5% Blei. Der Ofen hatte die Form eines umgekehrten Kegelstumpfs
und estand aus Ofenmantel und feuerfester Auskleidung und hatte folgende Dimensionen:
Durchmesser in der großen Ebene 3,8 m
Durchmesser in der kleinen Ebene 0,8 m
Höhe des Kegelstumpfs 3 m
Winkel zwischen Mantellinien
und der Senkrechten, oben 45°
unten 10°
Verfahrensbedingungen:
Drehgeschwindigkeit des Ofens 20 UpM
Sauerstoffzufuhr (Normalbedingungen) 5 mVmin
Aufgabegeschwindigkeit in den Ofen
Aufgabegeschwindigkeit des Möllers
Aufgabegeschwindigkeit des Möllers
kg/min
kg/min
kg/min
Dem Möller wurden 0,1 kg Koks je kg zugesetzt.
Unter diesen Bedingungen erhielt man ein Oxidgemisch aus 60% Zink und 10% Blei bei einer Leistung
von 20 kg/min, was einer Ausbeute an Zink und Blei in
der Größenordnung von 93 bis 95% und darüber entspricht.
von 20 kg/min, was einer Ausbeute an Zink und Blei in
der Größenordnung von 93 bis 95% und darüber entspricht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
F.·
Claims (1)
1. Verfahren zur Gewinnung des Zink- und Bleigehaltes aus primärem und/oder sekundärem Rohmaterial
durch Reduktion der Zinkverbindungen zu Zink und Verflüchtigen des Zinks sowie Bleioxids,
bei dem ein Teil der Kohle eines Möllers aus Rohmaterial und Kohle abgebrannt wird, die Oxidation des
Zinkdampfes mit für die Reduktion des Zinks benötigter Verbrennungsluft und/oder Sauerstoff durchgeführt
wird und bleioxidhaltiges Zinkoxid gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
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