DE3514717A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von zinkoxiden aus feinkoernigem sulfidischem zinkkonzentrat mittels pyrometallurgischer schmelzbehandlung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von zinkoxiden aus feinkoernigem sulfidischem zinkkonzentrat mittels pyrometallurgischer schmelzbehandlung

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DE3514717A1 DE19853514717 DE3514717A DE3514717A1 DE 3514717 A1 DE3514717 A1 DE 3514717A1 DE 19853514717 DE19853514717 DE 19853514717 DE 3514717 A DE3514717 A DE 3514717A DE 3514717 A1 DE3514717 A1 DE 3514717A1
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Rolf Dr. Helsinki Malmström
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    • C22B19/00Obtaining zinc or zinc oxide
    • C22B19/04Obtaining zinc by distilling
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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Zinkoxiden
  • aus feinkörnigem sulfidischem Zinkkonzentrat mittels pyrometallurgischer Schmelzbehandlung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Zinkoxiden aus feinkörnigem sulfidischem Zinkkonzentrat mittels pyrometallurgischer Schmelzbehandlung, bei welcher das Zinkkonzentrat mit sauerstoffhaltigen Medien zu Reaktionen gebracht wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die Herstellung von Zink aus sulfidischen Konzentraten geschieht üblicherweise durch Röstung der Zinkkonzentrate beispielsweise in einem Wirbelschichtofen bei Temperaturen von ca. 950 OC. Hierbei bilden sich Zinkferrite aus dem im Konzentrat enthaltenen Eisen und Zink. Diese Zinkferrite sind in der nachfolgenden Stufe der Zinkhersteliung, üblicherweise einer Neutrallaugung, unlöslich. Zur Gewinnung der in den Zinkferriten gebundenen Zinkmenge muß der bei der Neutrallaugung entstandene Lösungsrückstand mit Schwefelsäure aufgeschlossen werden, wobei sowohl das Zink, als auch das Eisen in Lösung gehen. Das in der Lösung enthaltene Eisen muß weiterhin in einer leicht filtrierbaren Form ausgefällt und gewaschen werden, um Zinkverluste zu minimieren. Für diesen Zweck wurden unter anderem der Jarositprozess oder der Göthitprozess entwickelt, bei denen das Eisen in einer leicht filtrierbaren auswaschbaren Form gefällt wird. Die hierbei entstehenden Rückstände, deren Mengen beträchtlich sind und die auf Deponien gelagert werden, bilden eine potentielle Gefahr für die Umwelt. Dieses ist darauf zurückzuführen, daß die im Rückstand enthaltenen Verunreinigungen von Zink, Blei und besonders Kadmium sich allmählich im Regenwasser auflösen und ins Grundwasser geraten. Unter den Gesichtspunkten steigender Anforderungen an einen verbesserten Umweltschutz ist es fraglich, ob derartige Rückstandsdeponien von Industrieabfällen in Zukunft zulässig sein werden, so daß sich die bekannten Verfahren schon von daher verbieten, sofern nicht eine andere Lösung der gefahrlosen Rückstandsverwertung oder -deponie gefunden wird.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges Verfahren sowie eine geeignete Vorrichtung zur Gewinnung von Zinkoxiden mittels einer Schmelzbehandlung anzugeben, welche die cbengenannten Probleme umgehen und keine umweltbelastenden Rückstände entstehen lassen.
  • Die Aufgabe wird verfahrensmäßig mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen zweistufigen Zinkoxid-Gewinnungsverfahren werden bei hohen Temperaturen in der ersten Stufe bei leicht reduzierender Atmosphäre die im Zinkkonzentrat enthaltenen Zinkanteile nahezu vollständig verdampft. Die im Zinkkonzentrat weiterhin enthaltenen Anteile von Eisen, Gangart und anderen nicht verdampfbaren Komponenten werden geschmolzen und fließen in einen sich unter dem Reaktionsraum der ersten Stufe befindlichen Sammelofen, in dem sie Stein und/oder Schlacke bilden.
  • Durch den Verfahrensschritt bzw. die endothermen Reaktionen (Schmelzen, Verdampfen) in der ersten Stufe wird zunächst das verdampfte Zink über die Gasphase von den nicht verdampfbaren Komponenten getrennt, die im Ofen verbleiben. Die endothermen Reaktionen beziehen sich insbesondere auf das Element Zink, für das nach der Reaktionsgleichung ZnS + 02 + Wärme = Zn(gasförmig) + 502 die Verdampfungswärme aufgebracht werden muß. Das im Gas enthaltene dampfförmige Zink sowie zinkhaltige Partikel und Kondensate gelangen in die zweite Stufe der Behandlung, wo bei kontrollierter Sauerstoffzufuhr in oxidierender Atmosphäre eine stark wärmeerzeugende Aufoxidation des Zinkdampfes zu kondensiertem Zinkoxid als exotherme Reaktion gemäß Reaktionsgleichung Zn(gasförmig) + 02 + ZnO(solid) + Wärme stattfindet.
  • Das Zinkoxid kann auf einfache Weise beispielsweise mittels Zyklonabscheider oder Heißgasfilter aus dem Abgas abgeschieden werden und seiner Weiterverarbeitung zugeführt werden.
  • Ebenso wird der im Sammelofen enthaltene Stein und die Schlacke für die darin noch enthaltenen Wertanteile anderer Elemente oder beispielsweise auch für Anteile von verschlackten Zinkoxiden weiter aufgearbeitet und genutzt. Auf diese verfahrenstechnisch neue und erfinderische Weise wird also das dem bekannten Gewinnungsverfahren anhaftende Problem der Umweltbelastung durch gefährdende Rückstände umgangen bzw. völlig vermieden.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die leicht reduzierende Atmosphäre in der ersten Reaktionsstufe durch eine mengenmäßig dosierete Zuführung des Konzentrates, des sauerstoffhaltigen Mediums und gegebenenfalls eines Brennstoffes auf einen Sauerstoff-Partialdruck log p(02) kleiner minus 3 und eine Temperatur von größer 1300 °C eingestellt wird.
  • Hierdurch wird sehr vorteilhaft erreicht, daß ein vollständiger Ubergang der Zinkanteile aus dem Zinkkonzentrat in die Gasphase und damit eine Abtrennung von anderen im Konzentrat enthaltenen Komponenten erfolgt. Im wesentlichen herrscht in der ersten Stufe durch den im Konzentrat enthaltenen Schwefel eine schwefel- und schwefeldioxidhaltige Atmosphäre. Zur Einhaltung des erforderlichen niedrigen Sauerstoffpartialdruckes log P(02) kleiner minus 3 und einer Temperatur von größer 1300 OC kann erforderlichenfalls auf einfache Weise ein zusätzlicher Brennstoff wie z.B. Kohle zugegeben werden. Das verwendete sauerstoffnaltige Medium kann Luft, sauerstoffangereicherte Luft, technischer Sauerstoff oder auch ein gerade zur Verfügung stehendes noch freien Sauerstoff enthaltendes anderes Prozeßabgas sein.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die in der zweiten Stufe durch die exothermen Reaktionen freiwerdende Wärme durch Wärmestrahlung in die erste Stufe zugunsten der endothermen Reaktionen eingeoracht und dadurch der Wärmehaushalt der zweistufigen Scnmelzuehandlung zumindest teilweise ausgeglichen wird. Auf diese vorteilhafte Weise kann der in der ersten Stufe benötigte Brennstoff zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Temperatur und der endothermen Reaktionsabläufe (Schmelzen, Verdampfen) auf ein Minimum bescnränkt werden, so daß der gesamte Prozess autogen ablaufen kann.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die bei den endothermen Reaktionen in der ersten Stufe entstehenden Reaktionsprodukte in gasförmiger, flüssiger und/oder fester Form gemeinsam nach unten aus dem Reaktionsraum der ersten Reaktionsstufe abgezogen werden und die gasförmigen Reaktionsprodukte sowie im Gasstrom enthaltene Partikel und Kondensate, nach Absetzen der flüssigen und/oder sonstigen festen Reaktionsprodukte (unreagierte Konzentratteilchen) in einem Sammelraum, der räumlich getrennt angeordneten zweiten Reaktionsstufe zugeführt werden. Diese Verfahrensvariante eiynet sich besonders für oestehende Schmelzanlagen, die lediglich durch Einbauen einer Brennkammer in die bestehende Abgasleitung für die zweite Reaktionsstufe umgerüstet und für die Gewinnung von Zinkoxiden verwendet werden können.
  • In anderer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die bei den endothermen Reaktionen in der ersten Stufe entstehenden Reaktionsproaukte in gasförmiger, flüssiger und/oder fester Form gemeinsam nach unten aus dem Reaktionsraum der ersten Reaktionsstufe abgezogen und gemeinsam direkt dem Reaktionsraum der zweiten Reaktionsstufe zugeführt werden. Mit dieser Verfahrensvariante läßt sich das Einbringen der Wärmeenergie aus der zweiten Stufe mit den exothermen Reaktionen in die erste Stufe mit den endothermen Reaktionen am besten verwirklichen.
  • In anderer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die gasförmigen Reaktionsprodukte sowie die im Gasstrom enthaltenen Partikel und Kondensate aus der ersten Reaktionsstufe nach oben abgezogen und dem Reaktionsraum der zweiten Reaktionsstufe zugeführt werden, und daß oie flüssigen und/oder festen Reaktionsproaukte nach unten aus dem Reaktionsraum der ersten Reaktionsstufe abgezogen und in dem darunter angeordneten Sammelraum gesammelt werden. Auf diese vorteilhafte Weise wird ebenfalls zumindest teilweise die Wärmeenergie aus der zweiten Reaktionsstufe in der ersten Reaktionsstufe ausgenutzt, wobei weiterhin durch getrennte Abführung der Gasphase mit den verflüchtigten Zinkanteilen und bereits im Gas enthaltenen ZnO-Partikeln und Kondensaten nach oben mit Sicherheit vermieden wird, daß die in der zweiten Reaktionsstufe oxidierten und kondensierten Zinkanteile in den Stein und/oder die Schlacke gelangen können.
  • Durch diese vorteilhafte Verfahrensvariante werden also Verluste von Zink in Schlacke und Stein minimiert und das Zinkoxidausbringen erhöht.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß der Abgasstrom mit den darin enthaltenen Zinkoxiden nach der zweiten Reaktionsstufe von einer Temperatur über 900 OC schockartig abgekühlt wird, wonach das Zinkoxid thermodynamisch eingefroren und in einem Filter vom Abgasstrom abgeschieden wird. Oberhalb von 900 OC liegt das im Abgasstrom enthaltene Zink als Zinkoxid (ZnO) vor. Darunter beginnt thermodynamisch die Umsetzung zu Zinksulfat (ZnSO4). Da die Kinetik der Sulfatbildung langsam verläuft, gelingt es den thermodynamischen Zustand des Zinkoxides von über 900 OC durch eine schockartige Abkühlung, beispielsweise durch Zumischen von Kaltluft oder Wassereindüsung einzufrieren und das ZnO in einem Heißgasfilter z.B. bei 300 °C bis 400 OC abzuscheiden. Hier könnte auch sehr einfach und vorteilhaft ein Abscheidezyklon allein oder in Kombination mit einem weiteren Filter Verwendung finden.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird vorrichtungsmaßig dadurch gelöst, daß bei einem Vorherd mit Abzugsöffnungen für flüssige Phasen aus Schlacke und/oder Stein, mit einem auf dem Vorherd angeordneten Reaktionsschacht und wenigstens einem Konzentrat-Gas-Suspensions-Zuführungsrohr, sowie mit einer Abgasabzugsleitung, die Vorrichtung - in Strömungsrichtung der erzeugten Gase gesehen - hinter dem Reaktionsschacht eine zusätzliche Brennkammer zur Weiterbehandlung der Gasphase und der mitgeführten Partikel aufweist. Hierdurch wird in konstruktiv einfacher Weise ermöglicht, daß der verfahrensmäßige Reaktionsablauf in den zwei erforderlichen getrennten Stufen der Zinkverdampfung und gesonderten Aufoxidation und Kondensation zu Zinkoxiden erfolgen kann.
  • Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemä.ßen Verfahrens werden anhand der in den Zeicnnungen nur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigen: Fig. 1 Eine beispielhafte Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 eine andere Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 3 eine weitere Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 ein Reaktionsschacht dargestellt, der auf einem Vorherd 2 angeordnet ist. Der Vorherd 2 dient als Sammelraum für die erschmolzene flüssige Phase, bestehend aus Schlacke 3 und Stein 4. In dem Vorherd 2 können die Schlacke 3 und der Stein 4 mittels nicht dargestellter Einrichtungen wie z.B. Lanzen oder Düsen, die im Boden oder der Seitenwandung des Vorherdes 2 angeordnet sein können, weiter aufgearbeitet, z.B. reduziert werden.
  • Der Reaktionsschacht 1, der mit tangentialen und/oder seitlich versetzt angeordneten senkrechten Konzentrat-Gas-Suspensions-Zuführungsrohren 5, 5' ausgestattet ist, kann als zylindrischer Schwebeschmelz-Reaktionsschacht oder auch als ebenfalls üblicher Schmelzzyklon-Reaktor ausgebildet sein.
  • Der Vorherd 2 ist mit Abzugsvorrichtungen 6, 7 für den Abzug von Schlacke 3 und Stein 4, sowie einer Abgasleitung 8 für den ADzug der gasförmigen Phase (Abgas mit darin enthaltenen festen staubförmigen Zinkoxid-Partikeln und -Kondensaten) versehen. Innerhalb dieser Abgasleitung 8 ist gemäß einer Ausbildungsform der Erfindung an geeigneter Stelle z.B.
  • dicht hinter dem Vorherd 2 eine zusätzliche Brennkammer 10 mit Zuführungsrohren 11, 11' für ein sauerstoffhaltiges- Medium angeordnet.
  • Im weiteren Verlauf der Abgasleitung 8 sind nacheinander eine Kühlvorrichtung 12 sowie eine Staubabscheidevorrichtung 13 oder auch ein Abscheidezyklon zum Abscheiden der Zinkoxid-Partikel aus dem Abgasstrom vorgesehen.
  • Im Betrieb wird durch die Zuführungsrohre 5, 5' ein genau dosiertes und auf einen ausgeglichenen Wärmehaushalt eingestelltes Gemisch aus Konzentrat, Luft, Sauerstoff und gegebenenfalls eines zusätzlichen Brennstoffes, z.B. Kohle oder energiehaltiges Gichtgas seitlich tangential oder von oben in den Reaktionsschacht 1 bzw. Schmelzzyklon eingeblasen.
  • Hierbei wird die eingeblasene Luft-Sauerstoff-Menge sowie der zusätzliche Brennstoff unter Berücksichtigung des bereits im Konzentrat enthaltenen Schwefels derart eingestellt, daß im Reaktionsschacht 1 in leicht reduzierender Atmosphäre endotherme Verdampfungs- und Freisetzungs-Reaxtionen des Zinks ablaufen. Andere mengenmäbig gering enthaltene Begleitelemente, wie z.B. Eisen können hierbei in schwach exothermen Reaktionen umgesetzt werden und zum Ausgleich des Wärmehaushaltes beitragen. Die nicht verdampfbaren Komponenten des Zinkkonzentrates, wie z.B. Gangart oder Eisen werden geschmolzen und fließen nach unten aus dem Reaktionsschacht 1 in den Sammelraum des Vorherdes 2 ab.
  • Die Gasphase (Abgas mit verdampftem Zink und eventuell staubförmigen ZnO-Partikeln und -Kondensaten) gelangt über die Abgasleitung 8 in die zusätzliche Brennkammer 10, in die zur Aufoxidation des dampfförmigen Zinks das sauerstoffhaltige Medium durch die Zuführungsrohre 11, 11' vorzugsweise tangential zur Verwirbelung und Beschleunigung der exothermen Reaktion eingedüst wird. Nach vollständiger Aufoxidation des Zinks in festen Zinkoxid-Staub wird das Abgas in der Abgas-Kühlvorrichtung 12 abgekühlt und in der nachfolgenden Staubabscheidevorrichtung 13 das im erfinoungsgemäßen Verfahren gewonnene staubförmige Zinkoxid aDgeschieden. Das ohne Laugungsrückstände umweltfreundlich gewonnene Zinkoxid wird von hieraus seiner weiteren Verwendung zugeführt. Das Abgas kann zur Gewinnung von Schwefel verarbeitet oder nach einer Entschwefelung und ADgasreinigung auf Schaostoffmengen unterhalb gesetzlich zulässiger Werte an die Atmosphäre abgegeben werden.
  • In Fig. 2 ist eine andere Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, wobei im weiteren die Bezugsziffern für gleiche Bauteile beibehalten wurden. Hierbei ist die zusätzliche Brennkammer 10' nicht wie in Fig. 1 in der Abgasleitung 8, sondern direkt zwischen dem Reaktionsschacht 1 und dem Vorherd 2 angeordnet.
  • Im Betrieb dieser Anlage gelangen die Gasphase und die geschmolzene flüssige Phase aus dem Reaktionsschacht 1 zunächst gemeinsam in die zusätzliche Brennkammer 10' und von heraus getrennt in den Vorherd l (Sammelraum für die flüssige Phase) und die Abgasleitung 8, wo die bereits oben beschriebene Abkühlung und Abscheidung der Zinkoxid-Partikel erfolgt. Bei dieser Verfahrensvariante kann es möglich sein, daß Zinkoxid-Partikel teilweise mit in die Schlacke 3 eingebunden werden. Dann kann es gegebenenfalls erforderlich sein, die Schlacke 3 in einem separaten Verfahrensschritt auf Rückgewinnung der darin enthaltenen Zinkoxidanteile zu behandeln.
  • In Fig. 3 ist eine weitere vorteilhafte Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Der vorher 2 ist mit dem Reaktionsschacht 1, den Abzugsvorrichtungen 6, 7 für Schlacke 3 und Stein 4, sowie mit einer einfachen Abgasleitung 8' ausgestattet. Hierbei ist erfindungsgemäß eine zusätzliche Brennkammer 10'' oberhalb des Reaktionsschachtes 1 angeordnet und mit den Zuführungsrohren 11, 11' für die Eindüsung des sauerstoffhaltigen Mediums, sowie mit einer nach oben führenden separaten Abgasleitung 14 versehen. Die Kühlvorrichtung 12 und der Staubabscheider 13 sind nunmehr innerhalb dieser separaten Abgasleitung 14 angeordnet.
  • Im Betrieb dieser Anlage wird vorteilhafterweise eine Trennung der Strömungsrichtung von flüssiger und gasförmiger Phase bereits im Reaktionsschacht 1 erreicht. Die geschmolzene flüssige Phase (Schlacke und Stein) fließt nach unten in den Sammelraum des Vorherdes 2 ab, die gasförmige Phase mit den eventuell bereits darin enthaltenen geringen Zinkoxid-Partikeln wird nach oben in die zusätzliche Brennkammer 10" geführt. Bei dieser Verfahrensvariante werden sehr vorteilhaft Zinkverluste in der Schlacke vermieden und das Zinkoxidausbringen maximiert.
  • Zur Weiterbehandlung von Schlacke und/oder Stein im Vorherd 2 kann es vorteilhaft sein, daß im Vorherd 2 eine Zwischenwand 15 zur Trennung der wertmetallhaltigen Gasphase von dem normalen Abgas angeordnet ist.
  • Zahlenbeispiele: Analyse des verwendeten Zinkkonzentrates: ZnS 77,31 %; CuFeS2 2,54 %; PbS 1,00 S; FeS2 9,66 S; FeS 5,84 X; SiO2 1,67 %; A1203 0,30 %; CaO 0,20 %; MgO 0,50 %; CdS 0,15 %; Feuchte 0,83 %.
  • Die Berechnungen wurden für jeweils 1000 kg Zinkkonzentrat für Temperaturen von 1627 OC (1900 K) und 1527 OC (1800 K) im Zyklon bzw. Reaktionsschacht 1 durchgeführt. Die Angaben für die Sauerstoffpartialdrücke erfolgen in bar, wobei beispielsweise log p(02) = -3 = 10 3bar = 0,001 bar entspricht.
  • Bei 1627 OC bildet sich bei Sauerstoffpartialdrücken von log p(02) kleiner minus 5 eine flüssige Sulfidphase, die als Sammler für Nebenmetalle dient. Die Schlackenmenge und deren Zinkinhalt ist in diesem Bereich akzeptabel niedrig.
  • Die Gesamtreaktion läuft hierbei endotherm ab. Der Ausgleich des Wärmehaushaltes inklusive der Bereitstellung eines Wärmeüberangebotes von 2 GJ/t Konzentrat für die Wärmeverluste kann z.B. beim Arbeitspunkt A durch Zugabe von 100 kg Kohle und beim Arbeitspunkt B von 250 kg Kohle mit der jeweils entsprechenden Sauerstoffmenge zur Einstellung des erforderlichen Sauerstoffpartialdruckes erfolgen. Bei Sauerstoffpartialdrücken von log P(02) größer minus 5 beginnt eine zunehmende Verschlackung des Zinks. Die Gesamtreaktion verläuft dann im Zyklon (Reaktionsschacht 1) zwar exotherm, es wird bei der Aufarbeitung der Schlacke anschließend jedoch eine enorme Schlackenreduktionsarbeit erforderlich.
  • Zahlenwerte für den Arbeitspunkt A: eingetragene Sauerstoffmenge ca. 250 Nm3 02, Steinmenge ca. 10 kg, Schlackenmenge ca. 168 kg, Cu-Gehalt im Stein ca. 75 %, benötigte Reaktionswärme (Delta H(R)) ca. 0,7 GJ, log P(02) ca.
  • -5,22; die Verteilung des Zinks beträgt ca. 1 % auf die Schlacke und ca. 0,2 % auf den Stein, der Rest gelangt in die Gasphase.
  • Zahlenwerte für den Arbeitspunkt B: eingetragene Sauerstoffmenge ca. 190 Nm3 °2i log p(02) ca. -5,85 , Steinmenge ca. 16 kg, Schlackenmenge ca. 140 kg, Cu-Gehalt im Stein ca.
  • 38 %, benötigte Reaktionswärme (Delta H(R)) ca. 1,5 GJ; die Verteilung des Zinks beträgt ca. 2 % auf die Schlacke und ca. O % auf den Stein, der Rest geht in die Gasphase.
  • Bei 1527 OC ergeben sich veränderte Gleichgewichtszustände.
  • Liegt der Sauerstoffpartialdruck bei log P(02) kleiner minus 6,3 verbleibt ein Teil des Zinks unreagiert als festes ZnS. Die flüssige Sulfidphase bildet sich bis etwa log p(02) kleiner minus 4,9. Sie ist mengenmäßig erheblich geringer als bei 1627 OC. Bis log p(02) ungefähr gleich minus 5 verläuft der Prozeß endotherm darüber exotherm. Im Gegensatz zu 1627 OC findet bei höheren Sauerstoffpartialdrücken von etwa log P(02) größer minus 5,3 keine steigende Verschlackung des Zinks statt. Es bildet sich stattdessen in zunehmendem Maße festes Zinkoxid aus. Von den autogenen Arbeitspunkten C und D erscheint der Arbeitspunkt D als der wirtschaftlichere. Wirtschaftlich durchführbar ist auf jeden Fall der Arbeitsbereich zwischen den Punkten A und B sowie E und F, d.h. bei einem Sauerstoffpartialdruck von minus 6,3 kleiner log p(02) kleiner minus 5,0. Dieser Arbeitsbereich mit den genannten Sauerstoffpartialdrücken stellt also aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten einen besonders bevorzugten Bereich dar. Der Wärmehaushalt kann hierbei durch Zugabe von Brennstoff wie z.B. Kohle, dl oder Gas ausgeglichen werden.
  • Zahlenwerte für den Arbeitspunkt C: eingetragene Sauerstoffmenge ca. 360 Nm3 02> log p(02) ca. -1,3 , Steinmenge ca. O kg, Schlackenmenge ca. 203 kg, Reaktionswärme -2,8 GJ.
  • Zahlenwerte für den Arbeitspunkt D: eingetragene Sauerstoffmenge ca. 309 Nm3 02> log p(02) ca. -4,8 , Steinmenge ca. O kg, Schlackenmenge ca. 235 kg, Reaktionswärme -1,5 GJ.
  • Zahlenwerte für den Arbeitspunkt E: eingetragene Sauerstoffmenge ca. 260 Nm3 °2 log p(02) -5,35 , Steinmenge ca. 15 kg, Schlackenmenge ca. 190 kg, Reaktionswärme ca.
  • +0,3 GJ.
  • Zahlenwerte für den Arbeitspunkt F: eingetragene Sauerstoffmenge ca. 210 Nm3 02, log p(02) ca. -6,3 , Steinmenge ca. 20 kg, Schlackenmenge ca. 155 kg, Reaktionswärme ca.
  • +1 GJ; Verteilung des Zinks auf die Gasphase, Schlacke und Stein für den Arbeitspunkt C: ca. 8 % in der Schlacke, ca. 5 % in der Gasphase, der Rest als Zno (solid); für Arbeitspunkt D: in der Schlacke ca. 12 X, in der Gasphase ca. 40 X, der Rest als ZnO (solid); für den Arbeitspunkt E: in der Schlacke ca. 8 %, der Rest in der Gasphase; für den Arbeitspunkt F: ca. 3 % in der Schlacke, der Rest geht in die Gasphase.

Claims (12)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Gewinnung von Zinkoxiden aus feinkörnigem sulfidischem Zinkkonzentrat mittels pyrometallurgischer Schmelzbehandlung, bei welcher das Zinkkonzentrat mit sauerstoffhaltigen Medien zu Reaktionen gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionen in zwei aufeinanderfolgenden Stufen ablaufen, wobei in der ersten Stufe unter kontrollierter Konzentrat- und Sauerstoffzufuhr bei leicht reduzierender Atmosphäre im wesentlichen endotherme Reaktionen stattfinden und in der zweiten Stufe unter kontrollierter Sauerstoffzufuhr bei oxidierender Atmosphäre exotherme Reaktionen stattfinden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leicht reduzierende Atmosphäre in der ersten Reaktionsstufe durch eine mengenmäßig dosierte Zuführung des Konzentrates, des sauerstoffhaltigen Mediums und gegebenenfalls eines Brennstoffes auf einen Sauerstoff-Partialdruck log p(02) kleiner minus 3 und eine Temperatur von größer 1300 OC eingestellt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der zweiten Stufe durch die exothermen Reaktionen freiwerdende Wärme durch Wärmestrahlung in die erste Stufe zugunsten der endothermen Reaktionen eingebracht und dadurch der Wärmehaushalt der zweistufigen Schmelzbehandlung zumindest teilweise ausgeglichen wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bei den endothermen Reaktionen in der ersten Stufe entstehenden Reaktionsprodukte in gasförmiger, flüssiger und/oder fester Form gemeinsam nach unten aus dem Reaktionsraum der ersten Reaktionsstufe abgezogen werden und die gasförmigen Reaktionsprodukte sowie im Gasstrom enthaltene Partikel und Kondensate, nach Absetzen der flüssigen und/oder sonstigen festen Reaktionsprodukte in einem Sammelraum, der räumlich getrennt angeordneten zweiten Reaktionsstufe zugeführt werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bei den endothermen Reaktionen in der ersten Stufe entstehenden Reaktionsprodukte in gasförmiger, flüssiger und/oder fester Form gemeinsam nach unten aus dem Reaktionsraum der ersten Reaktionsstufe abgezogen und gemeinsam direkt dem Reaktionsraum der zweiten Reaktionsstufe zugeführt werden.
  6. 6. Verfahren nach einem der AnsprUche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmigen Reaktionsprodukte sowie die im Gasstrom enthaltenen Partikel und Kondensate aus der ersten Reaktionsstufe nach oben abgezogen und dem Reaktionsraum der zweiten Reaktionsstufe zugeführt werden, und daß die flüssigen und/oder festen Reaktionsprodukte nach unten aus dem Reaktionsraum der ersten Reaktionsstufe abgezogen und in dem darunter angeordneten Sammelraum gesammelt werden.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom mit den darin enthaltenen Zinkoxiden nach der zweiten Reaktionsstufe von einer Temperatur über 900 OC schockartig abgekühlt wird, wonach das Zinkoxid thermodynamisch eingefroren und aus dem Abgasstrom abgeschieden wird.
  8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bestehend aus einem Vorherd (2) mit Abzugsoffnungen für flüssige Phasen aus Schlacke und/oder Stein, mit einem auf dem Vorherd (2) angeordnetem Reaktionsschacht (1) und wenigstens einem Konzentrat-Gas-Suspensions-Zuführungsrohr (5, 5'), sowie mit einer Abgasabzugsleitung (8, 15), dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung - in Strömungsrichtung der erzeugten Abgase gesehen - hinter dem Reaktionsschacht (1) eine zusätzliche Brennkammer (10, 10', 10") aufweist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch weRennzeichnet, daß die zusätzliche Brennkammer (10) in der vom Vorherd (2) ausgehenden Abgasleitung (8) angeordnet ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Brennkammer (10') zwischen Reaktionsschacht (1) und Vorherd (2) angeordnet ist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Brennkammer (10 ") oberhalb des Reaktionsschachtes (1) angeordnet ist und eine weitere Abgasleitung (14) aufweist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Brennkammer (10, 10', 10'') im Durchmesser größer als der Reaktionsschacht (1) ausgebildet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0427699A1 (de) * 1989-11-10 1991-05-15 A. Ahlstrom Corporation Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Zinkkonzentraten
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WO2002070423A1 (de) * 2001-02-06 2002-09-12 Tribovent Verfahrensentwicklung Gmbh Verfahren zur herstellung eines zumischstoffes für mischzemente sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens

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