DE3233773C2

DE3233773C2 - Einrichtung zur Rückgewinnung von Zink aus einem Zinkdampf enthaltenden Gas

Info

Publication number: DE3233773C2
Application number: DE3233773A
Authority: DE
Inventors: Sune Eriksson; Börje Johansson; Sven Hofors Santén
Original assignee: SKF Steel Engineering AB
Current assignee: SKF Steel Engineering AB
Priority date: 1982-06-21
Filing date: 1982-09-11
Publication date: 1987-02-19
Also published as: IE53845B1; SE450775B; BE894673A; GB2122648A; PL239080A1; FI823477L; FI69644B; DE3233773A1; DK436782A; MX156934A; FR2536421B1; SE8203830D0; GB2122648B; IT8223853A0; JPS58224130A; FI69644C; ES516977A0; SE8203830L; US4548621A; CA1196503A

Abstract

Bei einem Verfahren sowie einer zu seiner Durchführung geeigneten Einrichtung zur Rückgewinnung von Zink aus einem Zinkdampf enthaltenden Gas, bei welchem Zinkdampf durch im Kreislauf zirkulierendes Blei aufgefangen und durch Abkühlung des Bleis reines metallisches Zink ausgeschieden wird, wird das Zinkdampf enthaltende Gas in innigen Kontakt mit zerstäubtem Blei in flüssiger Form gebracht, welches an der Spitze eines Kühlturmes in wenigstens einer Stufe eingebracht wird, wobei das Gas im Gegenstrom zu den zerstäubten Bleitröpfchen einer Stufe unter Abkühlung geführt wird. Am Boden des Turmes aufgefangenes Blei wird einer Trennkammer zugeführt, in welcher es auf etwa 450 ° C abgekühlt wird, woraufhin das Zink vom Blei abgeschieden und dann getrennt werden kann. Das Blei wird dann weiter auf 350 ° C in einer nachfolgenden Kühlkammer abgekühlt, bevor es erneut der Spitze des Kühlturmes zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Rückgewinnung von Zink aus einem Zinkdampf enthaltenden Gas, mit
zumindest einem Kühlturm,
einer Einrichtung zum Zerstäuben von flüssigem Blei im oberen Teil des Kühlturmes,
einer Einrichtung für die Zuführung des Gases im unteren Teil des Kühlturmes über dem Blei/Zink-Sumpf und
einem Gasabzug,
wobei eine Blei/Zink-Mischung aus dem Blei/Zink-Sumpf über eine gekühlte Trennkammer abziehbar und in der Trennkammer aus der Blei/Zink-Mischung das Zink durch Kühlung abtrennbar ist, wobei fernerhin das flüssige Blei über eine Rückführleitung mit Pumpe der Einrichtung zum Zerstäuben wieder zuführbar ist.
Bei der Rückgewinnung von Zink erhält man ein Gas, welches unterschiedliche Konzentrationen von Zinkdampf enthält. Die Rückgewinnung dieses Zinkdampfes und seine Umwandlung in reines metallisches Zink ist ein komplizierter Prozeß.
Zur Abkühlung und Kondensierung von Zinkdampf sind im wesentlichen zwei unterschiedliche Prozeßarten bekannt. Bei Einsatz der als St. Joe's-Ofen bekannten Anlage zur Erzeugung von Zinkdampf erhält man ein Gas, welches etwa 40% Zinkdampf enthält und nur leicht überhitzt ist. Die zu entfernende Hitze ist daher zu einem großen Ausmaß die Kondensationshitze des Zinks. Hierfür wird ein Blasenkondensator verwendet, dessen Name daher rührt, daß das Gas durch ein Bad von flüssigem Zink in Blasen aufsteigt. Das Zink zirkuliert im Kondensator, welcher im Gasdurchgang keine beweglichen Teile besitzt, und man läßt es durch eine Mulde hindurchlaufen, welche mit Wasser gefüllte Elemente besitzt, die in das Zink eingetaucht sind und als Endabsorber der im Gas enthaltenden Hitze wirken. Der Kondensator ist zwar einfach, doch ist die Kontaktfläche zwischen Gas und Kühlzink im Kondensator gering.
Wenn Zinkdampf mit Hilfe von "Imperial Smelting Furnaces" erzeugt wird, erhält man ein stärker überhitztes Gas, welches jedoch nur etwa 6% Zink enthält. Ein Kondensator von wesentlich komplizierterer Art muß infolgedessen verwendet werden, da die Kondensationswärme des Zinks nur einen Bruchteil der Wärme umfaßt, die durch Kühlung entfernt werden muß, und auch, da das Gas CO, CO&sub2;, N&sub2; und Zinkdampf enthält. Das Gas muß daher schnell abgekühlt werden, um die unerwünschte Reoxidierung zu ZnO bei Reaktion zwischen gasförmigem Zink und Kohlendioxid zu verhindern. Die Kontaktfläche zwischen dem Kühlmedium und dem Gas muß daher extrem groß sein. Daher wird ein "Sprühkondensator" verwendet, in welchem große Mengen von Blei zirkulieren. Das Blei wird mit großen Schlägern geschlagen und das Gas durch das geschlagene Blei hindurchgeleitet, so daß das Zink sich im Blei löst. Pro Tonne zurückgewonnenem Zink müssen jedoch etwa 400 t Blei zirkulieren (DE-AS 22 58 000).
Keiner dieser genannten Prozesse eignet sich besonders zur Rückgewinnung von Zink aus einem Gas, welches durch Direktreduktion eines zinkhaltigen Materials in einem Schachtofen erzeugt wird. Dieser Prozeß läßt sich für eine Anzahl von unterschiedlichen Rohstoffen wie Erzkonzentrate einsetzen, welche bis zu 50% ZnO und 10% PbO oder Staub aus anderen Prozessen enthalten, welche manchmal nur einige Prozent ZnO enthalten können. Als rohe Annäherung erhält man 1% Zn im Gas für jeweils 1% Zn im Ausgangsmaterial.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Blei besser auszunutzen, mit anderen Worten, mit einer geringeren Bleimenge, die im Umlauf geführt wird, eine ausreichende Zinkmenge auszutragen, und zwar ohne die Funktionssicherheit zu beeinträchtigen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Rückführleitung für das Blei hinter der Trennkammer eine weitere Kühlkammer angeordnet ist, und daß die Rückführleitung durch den Gasabzug in die Einrichtung zum Zerstäuben eingeführt ist.
Dabei erfolgt in der nachgeschalteten Kühlkammer eine weitere Zinkabscheidung. Das Blei wird in viel stärkerem Maße als im Rahmen der bekannten Maßnahmen vom Zink befreit. Die niedrige Temperatur, die in der Kühlkammer eingestellt wird, beeinträchtigt die Zerstäubung nicht, weil die Rückführleitung den Gasabzug in die Einrichtung zum Zerstäuben eingeführt ist. Im Kühlturm selbst arbeitet ein Blei, welches in wesentlich geringerem Maße als im Rahmen der bekannten Maßnahmen mit Zink beladen ist und daher aus zu dem zu behandelnden Gas in hohem Maße Zink aufnehmen kann. Im Ergebnis erhält man eine bessere Bleiausnutzung mit einer kleineren Bleimenge im Bleiumlauf.
Weitere Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen; es zeigt
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels mit einem Kühlturm,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit zwei getrennten Kühltürmen und
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem Kühlturm, welcher zwei getrennte Kammern, jedoch eine gemeinsame Auffangeinrichtung für das Blei besitzt.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Kondensationsprozesses. In einem Kühlturm 1 mit einem Einlaß 2 und einem Auslaß 3 für Zinkdampf enthaltendes Gas ist eine Zufuhreinrichtung 4 für zerstäubtes flüssiges Blei angeordnet. Die Figur zeigt Düsen 5, doch können auch andere Organe verwendet werden. Das Zufuhrrohr 6, durch welches das Blei den Düsen zugeführt wird, läuft vorzugsweise durch einen Teil des Auslasses 3 und ragt etwas in den Kühlturm 1 hinein.
Der Kühlturm ist über eine Rohrleitung 7 mit einer Trennkammer 8 verbunden. In dieser Trennkammer 8 sind eine Kühlschlange 9 sowie Auslaßrohre 10, 11 und 12 angeordnet. Das Rohr 12 führt zu einer Kühlkammer 13, welche ebenfalls eine Kühlschlange 14 trägt. Diese Kühlkammer 13 liegt vorzugsweise niedriger als die Trennkammer 8.
Eine Rohrleitung 15 verbindet die Kühlkammer 13 mit dem Zufuhrrohr 6, welches in der Auslaßleitung angeordnet ist. In der Rohrleitung 15 ist eine Pumpe 16 angeordnet. In der Trennkammer 8 ist auch ein Rechen od. dgl. angeordnet, um Schaum u. dgl. zu entfernen, welcher an der Oberfläche des Bades abgeschieden wird.
Diese Einrichtung arbeitet folgendermaßen:
Zinkdampf enthaltendes Gas tritt in den Kühlturm 1 durch den Einlaß 2 ein und strömt durch den Kühlturm 1 nach oben zum Auslaß 3. Durch die Düsen 5 wird flüssiges Blei in zerstäubter Form eingesprüht und strömt nach unten durch das hochsteigende Gas, welches auf diese Weise gekühlt wird.
Zwecks maximaler Energieausnutzung ist das einströmende Gas vorzugsweise mit Zinkdampf gesättigt. Das Zink kondensiert und/oder wird in den Bleitröpfchen gelöst. Das Blei wird dann am Boden des Kühlturms 1 aufgefangen. Die Menge an zirkulierendem Blei wird derart eingestellt, daß der Zinkdampf im Gas so vollständig wie möglich aufgefangen wird, und daß das Zink die größtmögliche Löslichkeit im Blei besitzt.
Das im wesentlichen vom Zinkdampf befreite Gas verläßt den Kühlturm 1 durch den Auslaß 3, während das den Zink enthaltende Gas durch die Leitung 7 zur Trennkammer 8 abgelassen wird.
In der Trennkammer 8 wird das Blei durch die Kühlschlange 9 gekühlt. Dadurch wird die Löslichkeit des Zinks reduziert und es wird daher ausgeschieden und bildet eine Schicht auf dem Blei, welche durch einen Auslaß 19 ausgelassen werden kann. Schaum, d. h. feste Verunreinigungen verschiedenster Art, werden über der Zinkschicht gesammelt und in irgendwie geeigneter Weise abgekehrt und durch einen Auslaß 11 entfernt.
Die Temperatur in der Trennkammer 8, d. h. die Temperatur, auf welche das Blei gekühlt werden soll, muß derart eingestellt werden, daß das Zink nicht in feste Phase umschlägt. Das von seinem Zink befreite Blei fließt dann durch das Rohr 12 zu Kühlkammer 13. Vorzugsweise ist diese derart angeordnet, daß das Blei durch Schwerkraft von selbst von der Trennkammer 8 in die Kühlkammer 13 fließen kann. In der Kühlkammer 13 wird das Blei durch die Kühlschlange 14 weiter abgekühlt, um wiederum eine maximale Energieausbeute zu erreichen. In diesem Zusammenhang wird auch auf das nachstehende Beispiel verwiesen.
Von der Kühlkammer 13 wird das Blei durch eine Pumpe 16 durch die Rohrleitung 15 zum Zufuhrrohr 6 weitergepumpt.
Der Grund, daß das Zufuhrrohr 6 teilweise im Gasauslaß 3 angeordnet ist, ist darin zu sehen, daß auf diese Weise das Blei etwas vorgewärmt wird, bevor es die Düsen 5 erreicht. Der sich daraus ergebende Temperaturanstieg schaltet die Gefahr einer Verstopfung der Düsen durch Schaumbildung aus.
Diese Vorwärmung läßt sich in stärkerem oder geringerem Maße durchführen. Infolgedessen sind für das Zufuhrrohr 6 verschiedene Anordnungen möglich. Es kann beispielsweise in Schleifen laufen und es kann sogar eine außenliegende Heizschlange angeordnet werden, um das Blei von außen her zu erwärmen, entweder in Verbindung mit der ersten Anordnung oder allein.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Hierbei ist ein erster Kühlturm 21 mit einem zweiten Kühlturm 22 verbunden. Das Gas strömt durch ein Verbindungsrohr 24 vom Boden des ersten zum Boden des zweiten Kühlturmes und dann im Gegenstrom zum zerstäubten Blei, welches durch das Rohr 6 a und die Düsen 5 a an der Spitze des zweiten Kühlturms 22 eintritt. Das Zufuhrrohr 6 a läuft etwas durch den Gasauslaß 25 an der Spitze des Kühlturms 22, wie dies bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurde.
Das Blei mit seinem Zinkgehalt wird vom Boden der jeweiligen Kühltürme durch Rohre 7 bzw. 7 a abgezapft und einer angeschlossenen Trennkammer 8 zugeführt, woraufhin der gleiche Prozeß wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben abläuft.
Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem Kühlturm 31. Eine Trennwand 32 ist in diesem Kühlturm 3 angeordnet, welche mit der Decke und den Seitenkanten des Kühlturms 31 verbunden ist, jedoch nicht bis zum Boden durchgeht. Diese Trennwand 32 begrenzt zwei Kammern 33 und 34. Das Gas tritt durch einen Einlaß 35 an der Spitze der ersten Kammer 33 ein. Die Zufuhrleitung 6 für das Blei geht ebenso wie bei den vorbeschriebenen Ausführungen ein Stück durch den Einlaß 35 hindurch. Das Gas fließt zusammen mit dem Blei durch die erste Kammer 33 nach unten, unter der Unterkante der Trennwand 32 hindurch und durch die zweite Kammer 34 im Gegenstrom zum zerstäubten Blei nach oben, wobei das Blei diesmal aus der Zufuhrleitung 6 a kommt. Das Gas verläßt den Doppelkammerkühlturm 31 durch den Auslaß 36, durch welchen das Zufuhrrohr 6 a teilweise hindurchgeht. Die Einrichtung arbeitet im übrigen genau in der gleichen Weise wie anhand der Fig. 1 und 2 bereits beschrieben wurde.
Einer der großen Vorteile bei den Anordnungen mit Zwillingsturm und Zwillingskammer gemäß Fig. 2 und 3 besteht darin, daß der Kühlturm nicht so hoch ausgebildet zu werden braucht. Das Zink benötigt eine bestimmte Kontaktzeit, um im Blei gelöst zu werden, wenn auch der Prozeß relativ schnell abläuft, da das Blei zerstäubt ist.
Nachstehend soll über einige durchgeführte Versuche berichtet werden, um die Erfindung weiter zu erläutern.
Die Versuche wurden durchgeführt unter Verwendung von Gichtgas aus einer PLASMAZINC®-Anlage, wie sie zur Behandlung von Staub mit 10% Zn und Staub mit 20% Zn verwendet wird.
Die Temperatur des die PLASMAZINC®-Anlage verlassenden Gases beträgt etwa 1200°C. Bei Versuchen wurde das Gas direkt und mit unterschiedlichen Kühlgraden eingebracht.
Um das Blei am besten auszunutzen, wurde es vor der Rezirkulation auf etwa 340°C abgekühlt. Es erreichte eine Temperatur von 550°C, bei welcher es vom Kühlturm abgezogen wurde. In der Trennkammer wurde das Blei auf etwa 450°C abgekühlt, woraufhin das Zink in Form einer flüssigen Schicht ausgeschieden wurde, welche oben auf dem Blei schwamm. Bei Kühlung von 450°C auf 350°C in der nachfolgenden Kühlstufe trat eine gewisse Menge von Schaum und auch Zink auf. Dies wurde vorzugsweise erneut dem PLASMAZINC®-Prozeß wieder zugeführt.
Das Abgas des Staubes mit 10% Zn enthielt 71,8% CO, 23% H&sub2;, 1% N&sub2;, 4% Zn_(g) und 0,2% PB_(g), während das Abgas mit 20% Zn, 67% CO, 21% H&sub2;, 1% Zn_(g) und 1% Pb_(g) enthielt.
Nachstehende Tabelle zeigt den Kühlbedarf für die Abgase bei unterschiedlichen Zn_(g)-Gehalten und unterschiedlichen Eintrittstemperaturen, ausgedrückt in t Blei/1000 m³n Abgas. Die Austrittstemperatur des Gases aus der Einrichtung betrug in allen Fällen 550°C. °=c:90&udf54;°=b:1&udf54;H&udf53;sb18&udf54;H&udf53;ta:7:18:7:14:18&udf54;&udf53;tw,4&udf54;&udf53;tz5&udf54; &udf53;sg8&udf54;\Eintritts-&udf50;temperatur&udf50;fÝr Abgas\ KÝhlbedarf t/Pb/1000 m&peseta;n\ 4% Zn°T(g)°t&udf53;sg8&udf54;&udf50;im Abgas\ 10% Zn°T(g)°t&udf53;sg8&udf54;&udf50;im Abgas&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;&udf53;ta:7:14:18&udf54;\1200\ 30,3\ 40,1&udf53;tz&udf54; \Æ950\ 21,0\ 29,6&udf53;tz&udf54; \Æ750\ 13,7\ 23,3&udf53;tz&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;vu10&udf54;
Auf diese Weise läßt sich die Menge an zirkulierendem Blei beträchtlich verringern, wenn die Temperatur des eintretenden Gases gesenkt werden kann.
Das Zufuhrrohr für das Blei wird vorzugsweise derart angeordnet, daß die Temperatur des Bleis von 350°C auf 360°C erhöht wird, bevor es die Spritzdüsen erreicht. Auf diese Weise wird die Gefahr von Schaumbildung und Verstopfung ausgeschaltet.

Claims

Einrichtung zur Rückgewinnung von Zink aus einem Zinkdampf enthaltenden Gas, mit
zumindest einem Kühlturm,
einer Einrichtung zum Zerstäuben von flüssigem Blei im oberen Teil des Kühlturmes,
einer Einrichtung für die Zuführung des Gases im unteren Teil des Kühlturmes über dem Blei/Zink-Sumpf und
einem Gasabzug,
wobei eine Blei/Zink-Mischung aus dem Blei/Zink-Sumpf über eine gekühlte Trennkammer abziehbar und in der Trennkammer aus der Blei/Zink-Mischung das Zink durch Kühlung abtrennbar ist, wobei fernerhin das flüssige Blei über eine Rückführleitung mit Pumpe der Einrichtung zum Zerstäuben wieder zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführleitung (12, 15, 6) für das Blei hinter der Trennkammer (8) eine weitere Kühlkammer (13) mit einer Kühlschlange (14) angeordnet ist, und daß die Rückführleitung (6) durch den Gasabzug (3) in die Einrichtung (4, 5) zum Zerstäuben eingeführt ist.