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Durchführungsmethode für den Wetherill-Prozeß zur Gewinnung von metälloxyden
u. dgl. Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom z. Juni 19 1
1 die Priorität auf Grund der Anmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika vom
ix. Juli tglg beansprucht. Vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung
van _ Metalloxyden oder anderer :durch. das Wetherill-Verfahren vergaster Metallverbindungen,
die, wie z. B. Zinkoxyde und Bleis:ulfat-Zinkoxyde, bisher durch das sogenannte
Wetherill-Verfahren gewonnen worden sind.
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Mit dem Ausdruck »Wetherill-Prozeß« sind dlie Ofenvorgänge für das
Verfahren zur Herstellung von Metalloxyden oder anderer Metallverbindungen gemeint,
bei welchen eine aus einer Mischung -d'e's metallhaltigen Materials mit dem Reduktionsmittel
bestehende Charge auf eine Unterlage oder Bett ausl Brennstoff aufgetragen und sodann
der Einwirkung eines -die Verbrennung fördernden Gebläsüdruck- oder -saugstrornes
unterworfen und -durch diesen auf eine solche Temperatur gebracht wind, welche hinreicht,
die metallhaltigen Materialien zu reduzieren und .die reduzierten Metalle zu vergasen,
ohne .daß hierbei die Charge in einen für den Gelxläsestrom hinderlichenZustand
gerät, wobei die Gesamtcharge von einem Ofenherd oder -rost gehalten wird', von
welchem das abgearbeitete. Material als Schlacke oder gänzlich ausgeglühte Asche
entfernt wird. Die Ofenvorgänge sind-, unabhängig von der darauffolgenden Behandlung
edier Ofengase und der Sammlung der Metallverbindung oder -Verbindungen.
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Als typisches Beispiel der bisher üblichen Durchführung des Wetherill-Prozesses,.diene
folgende kurze Beschreibung in bezug auf die gewerbliche Gewinnung von Zinkoxyd
und Bleisulfat-Zinkoxyd. Das Verfahren wird in einem Ofen durchgeführt, der mit
einem breiten Herd oder Rost, über welchen ein niedriges Dachgewölbe gespannt ist,
und ferner mit den geeigneten Durchlässen und Vorrichtungen für den Zugang eines
Gebläsedruck- oder -saugstromes eines die Verbrennung fördernden Gases ausgestattet
.ist. Es ist allgemein üblich, zuerst auf den Herd oder Rost eine Lage von »@Buckw.heat«-Anthrazitkohle
aufzulegen, welche sich gewöhnlich,du:rch .die im Ofen von der vorhergehenden Charge
verbliebene Hitze entzündet, und hierauf . diese Unterlage von Brennstoff mit Hilfe
dies Gebläsed!ruckes oder -Zuges zu einer gut entwickelten Verbrennung zu bringen.
Auf diese Lage von »Bettkohle« wird sodann die gewöhnliche Mischung oder »Arbeitscharge«,
charakteristisch für den Wetherill-Prozeß, aufgetragen, die aus fein zerteilter
Reduzierkohle mit fein zerteiltem zinkhaltigen (oder zink- und bleihaltigen) Material
besteht, wie Zinksilikat, geröstete Zinkblende, geröstete. sogenannte »gemischte
Sulfidfe« von Zink und Blei, Zinkretortenrückstände, oder andere reduzierbare, zink-
oder zink- und bleihaltige, zur Verfügung stehende Materialien. Der Gebläsestrom
bleibt in Tätigkeit, und wenn :die bekannten Flammen von grünlicher Färbung, bekannt
als »Zinkkerzen«, in Erscheinung treten oberhalb der oberen Fläche der Charge, so
ist dies ein Zeichen .dafür, daß .die Reduktion und Vergasung des Zinkes sowie seine
Oxydation zu Rauchgasen gut im
Gange ist, worauf :die den Zinkoxydrauch
und andere vergaste Metallverbindungen enthaltenden Verbrennungsprodukte durch die
üblichen Kühlgänge usw.. zu dem Sackraum geleitet werden, Zwoselbst sie in. gekühltem
Zustande durch. die Säcke hindurchfiltrieren und sodann ins Freie entweichen, wobei
sie den Rauch gesammelt im Innern der Säcke zurücklassen, von wo @dieser in entsprechenden
Zeiträumen abgezogen wird. Der Betrieb des Ofens wird: nun fortgesetzt, bis .die
Bildung von Rauch in einigermaßen bemerkenswerten Mengen aufhört, worauf der Rest
der Charge, der in der Hauptsache zusammengebacken ist, aufgebrochen, abgekratzt
und durch die Ofentür hindurch` in eine Grube o. dgl. entfernt wird, so daß der
Ofen für eine neue Charge bereitgestellt ist. Die Kohle oder anderes kohlenstoffhaltiges
Material der Charge dient einem zweifachen Zweck, zunächst tun als Reduktionsmaterial
für die Reduktion der metallhaltigen Materialien .der Charge zu wirken und zweitens,
tun zur Erreichung des .erforderlichen Hitzegrades für die Reduziertemperatur dieser
Materialien beizutragen.
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Bei :der gewöhnlichen Durchführung dieser Ofenvorgänge stellen sich
eine Anzahl Defekte heraus, welche seine volle Leistungsfäll.iglceit wesentlich
-beeinträchtigen, wie die Bildung von Blaslöchern und die Neigung des Gebläsestromes,
in -den freien Raum oberhalb der Charge mehr oder weniger Staub zu blasen. Diese
.und' viele andere Nachteile der bisher üblichen Methode der Ofenbedienung sind
durch Verarbeitung auf dem Ofenherd entweder der Bettkohle oder -der Charge oder
beider in Form von Briketten behoben worden.
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Es hat sichi nun herausgestellt, daß, wenn der größere Teil .des gesamten
Brennstoffes der Charge in Form von Briketten in den Bettbrennstoff eingelegt wird
statt, wie bisher üblich, in die Arbeitscharge, ein äußerst vollständiges Abarbeiten
;der vergasbaren 1Jetallwerte erzielt wird. Das verhältnismäßig tiefe Bett von Brennstoffbriketten
gibt der Barübergelegten Arbeitscharge eine genügend hohe und gleichmäßige Temperatur,
wobei ungefähr 9o Prozent und, mehr der vergasbaren Metalle aus der Charge gewonnen
werden, im Vergleich zu einer Ausbeute von ungefähr 70 Prozent bei der bisher
üblichen Behandlung des Ofens mit ungepreßten Chargen und Ausbeuten von 8o bis 85
Prozent mit brikettierten Chargen gemäß den Verfahren von B r e y e r -Sing -master-Hall.
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Der verbleibende Rest der Charge bei ;der bisher üblichen Ofenbedienung
(mit ungepreßter Charge) besteht aus einer mehr oder weniger ausgeglühten Masse,
enthaltend die Asche von verbrauchtem Brennstoff, unverbranntenBrennstoff und abgearbeitete
metallhaltige Materialneu. Diese verschiedenen Materialien sind mehr oder weniger
miteina11der vermengt, und gerade .dieser vermischte .Zustand beeinträchtigt wesentlich
die nachfolgende Behandlung der Rückstände für die Abtrennung und. Gewinnung solcher
wertvollen Materialien, welche darin noch enthalten sind. Wenn auch die bisher übliche
Bedienung des Ofens -durch Aufbringen der Arbeitschargenmischung in Form von Briketten
verbessert wurde, so enthält die abgearbeitete Charge doch Asche, unverbrauchten
Brennstoff- und abgearbeitetes metallhaltiges Material in Form einer Mischung. Durch
Einlegen des größeren Teiles des Gesamtbrennstoffe in Form von Briketten in den
Bettbrennstoff und durch Verarbeitung der Arbeitscharge mit seinem entsprechend
reduzierten Inhalt an Brennstoff und Reduktionsmittel in Form von Briketten ist
man imstande; die Menge :des mit dem metallhaltigen ;Material der Arbeitscharge
vereinigten Brennstoffmaterials erheblich zu verringern und hierbei zum größten
Teil den Arbeitschärgenbriketten ihre ursprüngliche Form und Größe zu erhalten,
wobei die abgearbeiteten erz- oder metallhaltigen Brikette leicht von den verschlackten
Rückständen der. Bettkohlenbrikette abgesondert werden können. Ferner ist hierbei
die mit den abgearbeiteten Erzbriketten verbundene Asche nur .in einer solchen kleinen
Menge vorhanden, daß diese abgearbeiteten Brikette ohne Schwierigkeit auf die Gewinnung
von weiteren Metallwerten verarbeitet werden kann.
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Bei der gewöhnlichen industriellen Durchführung des.Wetherill-Prozesses
ist das totale kohlenstoffhaltige Material in der ganzen Charge inklusive dem Bettbrennstoff
und ,der Arbeitschargenmischung einige Male größer als die theoretisch erforderliche
Menge für die Reduktion der Verbindungen der vergasbaren Metalle in der Charge.
Es war, wie erwähnt, bisher üblich, den größeren Teil des ,gesamten köhlenstoffbaltigen
Materials der Gesamtcharge in die Arbeitschargenm.ischung einzulegen. So z. B.,
wenn Zinkoxyderze von Franklin Furnace behandelt werden sollen, pflegt man ungefähr
15 bis 25 Prozent von dem gesamten kohlenstoffhaltigen Material der Gesamtcharge
in den Bettbrennstoff einzubringen, während die übrigen 85 bis 75 Prozent dies gesamten
kohlenstoffhaltigen Materials mit dem Erz für die Arbeitscharge gemischt wird. Allgemein
gesagt, die Lage von Bettbrennstoff besitzt eine Tiefe oder Dicke von :ungefähr
2,1/2 cm, während; die Mischung der Arbeitscharge
über die Bettkohle
in einer Lage von ungefähr 1a bis 18 cm Dicke oder Tiefe gelegt wird.
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Nach dem neuen Verfahren sind z. B. bei der Behandlung von Franklin-F.urnace-Zinkoxyderzen
ausgezeichnete Resultate durch Einverleibung von ungefähr 75 bis 85 Prozent des
gesamten kohlenstoffhaltigen Materials der Gesamtcharge in' den Bettbrennstoff und
durch; Einbringen des letzteren auf .den Ofenherd in Form von Briketten erzielt
worden. Die verbleibenden a5 bis 15 Prozent des gesamten kohlenstoffhaltigen @aterials
wird mit ;dem Erz zur Bildung der Arbeitscharge vermischt. Vorteilhafterweise wird
die Arbeitscharge gleichfalls gepreßt und auf den entzündeten Bettbrennstoffbriketten
ausgebreitet.
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Bei der Ausführung gemäß der Erfindung werden die Bettbrennstoffbrikette
in irgendeiner geeigneten Weise auf den Ofenherd' gebracht, entzündet und hierauf
durch Einführung eines die Verbrennung fördernden Gasstromes, wie z. B. Luft, in
dieser Lage zu einer gut entwickelten Verbrennung gebracht. Sodann wird die Arbeitscharge
auf die brennenden Bettkohlenbrikette aufgetragen und -die erzielten Rauchgase aus
dem Ofen abgezogen und hiernach in geeigneter Weise behufs Sammlung und Gewinnung
der darin enthaltenen metallischen Verbindungen behandelt. Bei Behandlung von Franklin-Furnace-Zinkoxyderzen
sind sehr zufriedenstellende Resultate dadurch erzielt worden, d:aß die Bettbrennstoffbrikette
in einer Lage von ungefähr 1a bis 1s cm Tiefe oder Dicke vorgesehen und auf diese
entzündete Lage eine solche von einer Tiefe oder Dicke von ungefähr zo bis 1a cm
aus Arbeitschargenbriketten aufgelegt werden.
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Obgleich .die ans einer Mischung des metallhaltigen Materials mit
:dem, Reduziermittel bestehende Arbeitscharge auf die Lage von Brennstoffbriketten
in ungepreßter Form aufgebracht werden kann, wind vorgezogen. die Charge gleichfalls
-wie den Bettbrennstoff in Form von Briketten zu bringen, da hierdurch, wesentliche
Vorteile erzielt werden. Selbstredend kann das metallhaltige Material für sich gepreßt
wenden oder das Reduktionsmittel für sich oder beide, aber jedes Material für sich.
Gemäß vorliegender Verbesserungen wird jedoch vorgezogen, Brikette aus einer Mischung
von metallhaltigem Material finit dem Reduktionsmittel herzustellen.
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Wenn (las Wetlherill-Verfahren nach, den Richtlinien vorliegender
Methode durchgeführt wird, so, bestehen die Chargenrückständ'e aus mehr oder weniger
verschlackter Kohlenasche, die durch die Verbrennung der Bettbrennstoffbriketfie
besteht, und einem Rückstand, welcher von ;dem Durcharbeiten der metallhaltigen
Charge herrührt. Wenn hingegen gemäß der bevorzugten Durchführung entsprechend:
der Erfindung das metallhaItige Material der Arbeitscharge auf den Ofenherd in:
Form von Briketten eingebracht wird, so enthält der Rückstand die abgearbeiteten
Erzbrikette in der Hauptsache in ihrer ursprünglichen physischen Form. Einige der
Arbeitschargenbrik ette werden selbstredeird unvermeädlicherweise bei der vorausgehenden
Handhabung zerbrochen oder zertrümmert werden, doch der größere Teil dieser Brikette
wird seine ursprüngliche physische Form beibehalten. Infolge der Vorgänge im Ofen
werden diese Brikette ungemein hart und in bezug auf ihre physischen Eigenschaften
beinahe koksähnlich, so -daß sie leicht von der verschlackten Kohlenasche der Brennstoffbrikette
abgesondert werden können.
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Die Fähigkeit des leichten Absonderns der abgearbeiteten meetallhaltigen
oder Erzbrikette von der Asche 'der Brennstoffbrikette ist namentlich; dann von
besonderem Vorteil, wenn die ersteren einer weiteren BehanIlung zur Gewinnung der
wertvollen, durch das Wet'herill-Verfahren nicht vergasten Metalle unterworfen werden
sollen. Bei der Durchführung des Wetherill-Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung
wird' dieser Vorteil noch durch .den Umstand erhöht, d'aß .die abgearbeiteten Chargenbrikette
nur einen sehr geringen Gehalt an Asche aufweisen. Dort, wo !die Arbeitschargenbrikette
aus einer Mischung von metallhaltigem Material und kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel
bestehen, werden die abgearbeiteten Brikette außer .dem abgearbeiteten metalllialtigen
Material die Asche des verbrauchten kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels wie auch
den unverbrauchten Teil des Redukt.ionsmittels aufweisen. Die Asche besteht hauptsächlich
aus Silizium und Aluminium und ist -ihre Anwesenheit bei der nachfolgenden Behandlung
;der abgearbeiteten. metallhaltigen Brikette im höchsten Grade unerwünscht. So ist
z. B. in jenen Fällen, in welchen die abgearbeiteten metallhaltigen Brikette in
einem Schachtofen für die Erzeugung von Spiegeleisen geschmolzen werden, eine gewisse
Menge von Flußmitteln für das Abschlacken der in diesen Briketten. enthaltenen Asche
erforderlich, und falls der Gehalt an Asche verhältnismäßig hoch ist, so ist auch
eine unerwünscht große Menge -dieses Flußmittels notwendig; wodurch: überdies das
erhaltene Produkt einen unvorteilhaften Gehalt an Schlacke aufweist. Bei der Durchführung
gemäß der Erfindung ist,der Hauptteil,
z. B. ungefähr 85 Prozent,
der Asche des gesamten kohlenstoffhaltigen Materials der Charge in der ausgeglühten
Asche die durch den Abbrand der Brennstoftbrikettegebildet wird, und ,die abgearbeiteten
metallhaltigen Brikette sind daher nur mit einem geringen Gehalt von Asche verunreinigt.
Infolge dieser geringen Verunreinigung der abgearbeiteten metxllhaltigen Brikette
durch Asche und' ihrer physischen Eigenschaften sind' sie für eine weitere Verarbeitung
im Schachtofen hervorragend geeignet. Außer der Eigenschaft der Erhaltung ihrer
ursprünglichen Form weisen diese Brikette noch @die Eigenschaft auf, d'aß sie von
porösem Charakter sind, welcher eine Folge der Entfernung .der vergasten Metalle
und' bei der nachfolgenden Behandlung von wesentlichem Vorteil ist.
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Als typisches Beispiel dier Durchführung der Erfindung gelte die im
nachfolgenden beschriebene Behandlung einer Charge. Die Charge wurde aus den bekannten
Franklinl#-tirnace-Zinkoxv derzen mit Staubkohle zusammengestellt. y Ungefähr 85
Prozent ider Gesamtkohle .der Charge wurde mit konzentrierter Sulfitablauge als
Bindemittel zu Briketten gepreßt. Die restlichen 15 Prozent der totalen Kohlenmenge
wurden mit Erz verinischt (im -Verhältnis von ungefähr cgo Teilen Erz und lo Teilen
Kohlenstaub), wozu noch etwa 3 Prozent konzentrierte S.ulfitablange als Bindemittel
hinzugefügt wurde, worauf die Mischung gepreßt und die Brikette soclann gebacken.
wurden. Zuerst wurden die Brennstoffbrikette auf dien Herd des lleu.tzuta,üblichen
Zinkoxydöfens aufgesetzt und durch die infolge der von @cl@er vorlierige.n Charge
im Ofen verbliebenen Hitze entzün.d'et. Hierzu wurde zuerst eine dünne Lage von
Brennstoffbriketten aufgelegt, und nachdem diese gut entzündet waren, wurde der
Rest dieser Brennstoffbrikette aufgetragen, wodurch ein Bett aus Brennstoff von
ungefähr 15 cm Dicke geschaffen wurde. Als diese Lage Bettbrennstoff in voller Verbrennung
stand, wurden die Arheitschargenbrikette auf ihr ausgebreitet, wodurch eine Lage
von Arbeitschargenbriketten in der Dicke von ungefähr i3 cm entstand:; während .dieser
wurde durch. die Herd-und Rostspalten hindurch ein Gebläsestrom unterhalten, und
sobald die aktive Reduktion des zinkhaltigen 'Materials der Charge begonnen hatte,
wurden die erhaltenen Gase zu den Oxydtrommeln geleitet und; von hier in üblicher
Weise zti dem Sackraum. Die Tempcratur der Charge wurde in -der Höhe von i ioo bis
ungefähr 125o° C erhalten, und die Ratichablaßperiod@e betrug in der Hauptsache
4. Stunden.
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Die Restcharge bestand in einer mehr oder weniger ausgeglühten Kohlenasche
von ungefähr 2 bis 3,5 cm- Dicke, welche von den Brennstoffbriketten herrührte,
während .die mnetallhaltigen oder Erzbrikette zum größten Teil ihre ursprüngliche
Form beibehalten hatten. Diese Restcharge wurde aus ,dem Ofen von Hand entfernt
und die abgearbeiteten Erzbrikette von dem übrigen Teil .d;er Restcharge behufs
weiterer Verarbeitung abgesondert.
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Das erzeugte Zinkoxyd war von hoher Wertigkeit, frei von Körnern und
färbenden Verunreinigungen, sehr hell und von leicht gelblichem Schein. Die Gewinnung
von Zink war bemerkenswert hochwertig, ungefähr 9o Prozent und" mehr .des ursprünglichen
Zinkgehaltes des Roherzes.
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Durch geeignete Regelung der Menge des i.n die Brennstofflage eingeführten,
die Verbrennung fördernden Gasstromes (Luft) kann eine vollständige Ausnutzung des.
Sauerstoffgehaltes dieses Gases bei: seinem Durchgang durch diese Lage erzielt und
das über die letztere aufgetragene metallhaltige Material kann der Einwirkung einer
stark wirkenden Reduktionsatmosphäre unterworfen werden.
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Diese reduzierende Atmosphäre kann so geregelt werden, daß .die, Menge
des Reduktionsmittels in der Arbeitscharge erheblich verringert werden kann, und
dies mag in manchen Fällen so weit gehen, Jaß überhaupt keineotwend'i@gl@eit besteht,
irgendwelches reduzierende Material dem metallhaltigen der Arbeitscharge beizufügen.