DE3431381A1 - Verfahren zum entchloren von zink-ausgangsstoffen - Google Patents

Verfahren zum entchloren von zink-ausgangsstoffen

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Description

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Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen ° f ° ! "'v
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entchloren und Oxidieren von sekundären Zink-Ausgangsstoffen in Form von Asche, Oxiden oder anderen Nebenprodukten.
Schätzungsweise gibt es in Europa allein zwischen 40 000 und 60 000 to an Zinkasche, zusätzlich zu allen anderen zinkhaltigen Abfallprodukten. Zinkasche fällt als Abfallprodukt bei der Herstellung von Zink an und enthält etwa 60% Zink in Metallform und als Oxid. Ein schwerwiegender Nachteil bei bisher bekannten Verfahren besteht darin, daß die Zinkasche große Mengen an Chlor in Form von flüchtigen Zinkchloriden und anderen Chloriden enthält.
Die Zinkasche ist ein äußerst wertvolles Ausgangsmaterial bei der Herstellung von Zink, in der Hauptsache bei Sekundärindustrien, jedoch nur unter der Voraussetzung, daß die Asche vollständig vom Chlor befreit werden kann, da Chlor giftig ist. Bei den heutigen Verfahren wird die Zinkasche hauptsächlich in einem Drehofen einer Wärmebehandlung unterworfen, um flüchtige Chlorverbindungen zu entfernen. Aus dem entchlorten Produkt wird dann Zinkoxid hergestellt, welches als Pigment oder bei der Herstellung von Füllstoffen weiter verwendet wird.
Die vorgenannten bekannten Verfahren haben jedoch Grenzen, welche die Möglichkeit einer Rückgewinnung der wertvollen Bestandteile der Zinkasche in irgendwelchen großen Mengen beeinflussen. Drehöfen haben einen sehr geringen Wirkungsgrad und lassen sich nicht ohne weiteres gasdicht herstellen, sodaß sie im Hinblick auf den Umweltschutz nicht zufrieden-
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
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stellend arbeiten. In Drehofen durchgeführte Verfahren erzeugen außerdem große Gasmengen, und zwar hauptsächlich deswegen, weil die Hitze durch Verbrennung erzeugt wird.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu verwirklichen, durch welches die Rückgewinnung wertvoller Bestandteile von chlorhaltigen Ausgangsstoffen möglich ist und mit welchem die Nachteile der bisher bekannten Verfahren ausgeschaltet oder verringert werden.
Gekennzeichnet ist das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen dadurch, daß chlorhaltiges Zink-Ausgangsmaterial in einen Reaktionsbehälter eingefüllt und in diesem auf eine Temperatur von etwa 7500C erhitzt wird, indem in den Reaktionsbehälter Heißgas zur Verdampfung des vorhandenen Zinkchlorids eingeleitet wird, daß das gasförmige Zinkchlorid durch einen an der Spitze des Behälters vorgesehenen Auslaß entfernt und entchlortes Zink sowie Zinkoxid durch einen unter dem Gasauslaß liegenden Auslaß entnommen werden.
Bei dem energiereichen Gas handelt es sich vorzugsweise um ein oxidierendes Gas, wodurch jegliches vorhandenes Zinkmetall zu Zinkoxid oxidiert und dadurch ein Plattieren verhindert werden kann.
Bei einem ersten Durchführungsbeispiel der Erfindung wird das chlorhaltige Zink-Ausgangsmaterial in Pulverform über einem gasdurchlässigen Rost in den Reaktionsbehälter eingebracht, wobei unter diesem Rost ein Gas zugeführt wird, welches mittels eines Plasmagenerators erhitzt wurde. Dieses
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Gas wird dabei in derartigen Mengen und mit derartiger Geschwindigkeit zugeführt, daß über diesem Rost eine Wirbelschicht entsteht, während gleichzeitig die dem Plasmagenerator zugeführte Energiemenge derart gesteuert wird, daß eine Temperatur von etwa 7500C im oberen Teil des Reaktionsbehälters erreicht wird, sodaß ein Zinkoxid enthaltendes entchlortes Produkt über einen Abflußkanal und gasförmiges Zinkchlorid durch einen Gasauslaß an der Spitze des Reaktionsbehälters entnommen werden kann.
Gemäß einem weiteren Durchführungsbeispiel der Erfindung wird das chlorhaltige Ausgangsmaterial in Brikett- oder Klumpenform durch eine gasdichte Einfüllöffnung an der Spitze des Reaktionsbehälters eingebracht und entchlortes Zink am Boden des Reaktionsbehälters entnommen, und zwar durch einen gasdichten Auslaß, während entstandenes gasförmiges Zinkchlorid durch Zufuhr von Wärmeenergie mittels eines in einem Plasmagenerator erhitzten Gases ausgedrückt wird, wobei die zugeführte Gasmenge derart gesteuert wird, daß eine Temperatur von etwa 7500C an der Spitze des Reaktionsbehälters herrscht.
Weitere Vorteile und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung zweier Durchführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen; es zeigt
Fig.1 einen schematischen Programmablauf beim Entchloren und Oxisieren von pulverigem, sekundärem Zink-Ausgangsmaterial ; und
Fig.2 einen schematischen Programmablauf beim Entchloren und Oxidieren von sekundärem Zink-Ausgangsmaterial in Brikettform.
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Wie bereits.'eingangs erwähnt, kann das Zink-Ausgangsmaterial bei Zink-Herstellungsverfahren anfallen und dann aus Zinkasche bestehen. Zinkhaltiger Sekundär-Abfall fällt jedoch auch in Form von Chemikalien und in der Form von Schrott, Kunststoffen usw. an. Je nach der Art des betreffenden Abfalls kann das Material wunschgemäß in fein verteiltem Zustand eingefüllt werden, wobei ein Reaktionsbehälter verwendet wird, welcher als Wirbelschicht-Reaktor arbeitet, wie dies in Fig.1 dargestellt ist, oder das Material kann brikettiert und in einen Reaktionsbehälter eingefüllt werden, welcher wie ein Schachtofen arbeitet, wie dies in Fig.2 dargestellt ist.
Bei dem in Fig.1 dargestellten Prozeß wird ein Wirbelschicht-Reaktionsbehälter 1 verwendet. Chlorhaltiges Zink-Ausgangsmaterial wird in fein verteilter Form dem Reaktionsbehälter durch einen Einlaß 2 über einem gasdurchlässigen Boden oder Rost 3 zugeführt. Unter "fein verteilt" wird hier verstanden, daß das Ausgangsmaterial auf eine Teilchengröße zerkleinert wurde, welche vorzugsweise nicht über 5 mm liegt. Die Teilchen oder Körner sollten jedoch so groß sein, daß sie vom
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wirbelnden Gas/mitgerissen werden, und die Teilchen sollten auch so groß sein, daß eine erforderliche Verweilzeit im Reaktionsbehälter mittels des erhitzten Wirgelgases erreicht wird, wobei dieses Gas in einem Plasmagenerator 4 einen gewünschten hohen Energiegehalt erhält und dann in den Reaktionsbehälter 1 an einer Stelle unterhalb des Rostes mit einem über dem Druck der Umgebung liegenden Druck eingeblasen wird.
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Ein entchlortes Produkt in Form von Zinkoxid wird dann durch einen Abflußkanal 5 entnommen, während gasförmiges Zinkchlorid durch einen Gasauslaß 6 an der Spitze 7 des Reaktionsbehälters 1 entnommen wird.
Das gasförmige Zinkchlorid strömt dann durch einen Staubabscheider 8 wie beispielsweise einen Trichter, woraufhin es mit Wasser in einem Venturi-Skrubber 9 in Kontakt gebracht wird. Der pH-Wert der entstehenden Zinkchlorid-Lösung wird in einem Behälter 10 derart eingestellt, daß man Zink-Dihydroxid erhält. Das gereinigte Prozeßgas kann anschließend dem Prozeß erneut zugeführt werden oder in die Atmosphäre abgegeben werden.
Der im Staubtrichter 8 abgeschiedene Staub enthält in der Hauptsache Zinkoxid und wird zusammen mit dem entchlorten Zinkoxid-Produkt aufgefangen.
Bei dem verwendeten Gas sollte es sich um ein oxidierendes Gas handeln, beispielsweise um Luft.
Die Temperatur im oberen Bereich 11 der Wirbelschicht beträgt vorzugsweise etwa 7500C. Die Temperatur im Venturi-Skrubber liegt annähernd bei Raumtemperatur. Das entchlorte Zinkoxid-Produkt, welches durch den Abflußkanal 5 entnommen wird, wird durch eine gasdichte Schieber-Anordnung an sich bekannter Art abgelassen.
Bei dem in Fig.2 dargestellten Prozeß wird brikettiertes oder klumpenförmiges chlorhaltiges Zink-Ausgangsmaterial 21 von
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oben in einen Reaktionsbehälter 22 durch einen herkömmlichen gasdichten Einlaß 23 eingefüllt. Der Reaktionsbehälter arbeitet als Schachtofen, in welchem das brikettierte Ausgangsmaterial eine Füllung 24 bildet, welche fortlaufend durch den Reaktionsbehälter nach unten sinkt. Ebenso wie bei dem bereits beschriebenen Prozeß wird die erforderliche Energie durch ein in einem Plasmagenerator 25 erhitztes Gas zugeführt, wobei die Energiezufuhr derart gesteuert wird, daß eine Temperatur von etwa 7500C an der Spitze 26 des Reaktionsbehälters eingehalten wird. Gasförmiges Zinkchlorid wird durch einen Auslaß 27 an der Spitze des Reaktionsbehälters entnommen, während entchlortes Zinkoxid durch eine gasdichte Schieber-Anordnung 2 9 am Boden 28 des Reaktionsbehälters entnommen wird.
Im letztbeschriebenen Fall, in welchem das Ausgangsmaterial in Brikettform verwendet wird, wird kein Staubabscheider benötigt, da alle geringeren Mengen an Staub, welche möglicherweise vom Gas mitgerissen werden, ohne weiteres in dem Venturi-Skrubber 30 aufgefangen werden können, in welchem im Gas enthaltenes Zinkchlorid in Form einer wässrigen Lösung aufgenommen wird, welche zu Hinkdihydroxid umgewandelt werden kann, indem der pH-Wert dieser Lösung in einem Behälter 31 entsprechend eingestellt wird. Bei dem vorgenannten Skrubber-Prozeß beträgt die Temperatur etwa 300C.
Das entstehende Abgas kann entweder in die Atmosphäre abgeblasen werden oder komprimiert und dem Verfahren erneut zugeführt werden.
O/ O
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- 11 -
Beide vorbeschriebenen Durchführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen daher die Rückgewinnung von wertvollem Zink und Zinkoxiden aus allen denkbaren industriellen Abfallprodukten, was mit den heutzutage üblichen Verfahren in wirtschaftlicher Weise nicht erreichbar ist.

Claims (13)

Andrejewski, Honke & Partner Patentanwälte Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch Anwaltsakte: 4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf 1002 62 132/E-th 22. August 1984 Patentanme!dung SKF Steel Engineering AB P. 0. Box 202 S-813 00 Hofors, Schweden Verfahren zum Entchloren von Zink-Ausgangsstoffen. Patentansprüche:
1. Verfahren zum Entchloren und Oxidieren von sekundären Zink-Ausgangs stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß chlorhaltiges Zink-Ausgangsmaterial in einen Reaktionsbehälter (1; 22) eingefüllt und in diesem auf eine Temperatur von etwa 7500C erhitzt wird, indem in den Reaktionsbehälter Heißgas zur Verdampfung des vorhandenen Zinkchlorids eingeleitet wird, daß das gasförmige Zinkchlorid durch einen an der Spitze
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(7; 26) des Behälters vorgesehenen Auslaß (6; 27) entfernt und entchlortes Zink sowie Zinkoxid durch einen unter dem Gasauslaß (6; 27) liegenden Auslaß (5) entnommen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißgas in einem Plasmagenerator (4; 25) erhitzt wird, welcher außerhalb des Reaktionsbehälters (1; 22) angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter (1) als Reaktor mit turbulent fluidisiertem Brennstoff ausgebildet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das chlorhaltige Zink-Ausgangsmaterial in fein verteilter Form in den Reaktionsbehälter (1) an einer Stelle über einem gasdurchlässigen Rost (3) eingebracht wird, daß das Heißgas an einer Stelle unter dem Rost mit einer derart gesteuerten Strömungsgeschwindigkeit eingebracht wird, daß über dem Rost eine Wirbelschicht erzielbar ist, während der Energiegehalt des Gases derart gesteuert wird, daß eine Temperatur von etwa 7500C im oberen Bereich (11) des Reaktionsbehälters eingehalten wird, daß das entchlorte Zinkoxidprodukt durch einen Abflußkanal (5) entnommen wird und daß gasförmiges ZinkchlorLd durch einen an der Spitze (7) des Reaktionsbehälters liegenden Auslaß (5) entnommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das fein verteilte chlorhaltige Zink-Ausgangsmaterial eine maximale Teilchengröße von etwa 5 mm hat.
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6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Zinkchlorid durch einen Staubfilter (8) hindurchgeleitet wird.
7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinkchlorid enthaltende Gas in einem Venturi-Skrubber (9) bei einer Temperatur von etwa 300C mit Wasser in Berührung gebracht wird und dadurch eine wässrige Zinkchlorid-Lösung hergestellt wird.
8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das energiereiche Gas oxidierend ist wie beispielsweise Luft, um im Ausgangsmaterial vorhandenes Zink zu Zinkoxid zu oxidieren und dadurch ein plattieren zu vermeiden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Zinkchlorid-Lösung derart eingestellt wird, daß die Lösung in Zink-Dihydroxid umgewandelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das chlorhaltige Zink-Ausgangsmaterial (21) in den Reaktionsbehälter (22) in Klumpenform eingefüllt wird und der Reaktionsbehälter als Schachtofen ausgebildet ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das entweichende Gas mit Wasser in einem Venturi-Skrubber (30) bei einer Temperatur von etwa 300C mit Wasser in Kontakt gebracht und dadurch eine Zinkchlörid-Lösung erhalten wird.
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/ Q 1 O
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Zinkchlorid-Lösung derart eingestellt wird, daß diese Lösung in Zink-Dihydroxid umgewandelt wird.
13. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das im Skrubber gewaschene Gas komprimiert und erneut dem Behandlungsprozeß zugeführt wird.
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