DE3619219C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kondensationsabscheidung von Zinkdampf aus einem Gasstrom, bei dem das Gas mit einem Kühl­ metall, insbesondere Blei oder Zink, in Kontakt gebracht wird. - Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens mit Kondensationsabschnitt, Trennabschnitt, Gasaustrittszone, Aufbereitungsabschnitt für Kühlmetall und Rückführteil für Kühl­ metall.

Ein aus der Praxis bekanntes Verfahren zur Kondensationsabscheidung von Zink aus einem zinkdampfhaltigen Gas verwendet flüssiges Blei. Die Trennung von Zink und Blei erfolgt mittels Seigerung. Der Gas­ strom wird durch einen Kondensator geführt, in welchem Blei mittels eines Kreiselrades tropfenförmig versprüht wird. Das kondensierte Zink löst sich in den Bleitropfen. Das Verfahren ist auch mit flüs­ sigem Zink als Kühlmedium durchgeführt worden. Graphitische Krei­ selräder arbeiten üblicherweise in Metallbädern, in denen eine Tem­ peratur von mehr als 500°C eingestellt ist. Verschleiß an den Krei­ selrädern infolge Erosion und Korrosion aufgrund der hohen Tempera­ tur des geschmolzenen Metalls ist ein ernstes Problem. Es ist ferner­ hin schwierig, zufriedenstellend arbeitende Kreiselräder auszubilden, die ausreichend feine Tropfen erzeugen und diese Tropfen gleichför­ mig in der Kondensationszone verteilen, letztlich also eine wirksame Kühlung und Kondensation des Metalldampfes innerhalb der Kondensa­ tionskammer ermöglichen. Ein weiteres Problem der bekannten Vorrich­ tung besteht darin, daß das den Kondensator verlassende Gas mit Metalltropfen verunreinigt ist. Man hat auch einen unbefriedigenden Kühleffekt festgestellt, wenn das zinkdampfhaltige Gas mit den um­ herfliegenden Tropfen in Kontakt kommt. Dafür nimmt der Dampfdruck des Kühlmetalls zu und wird die Kondensation des Zinkdampfes unbe­ friedigend.

Ein weiteres Problem, das mit der Benutzung von Kreiselrädern ver­ bunden ist, ist die Kondensation in der Gasphase. Die entstehenden Tropfen haben eine große Oberflächenspannung, und wenn sie auf der Oberfläche des Metallbades ankommen, vermögen sie dort nicht einzudringen. Dies führt zu kinetischen Verlusten an Zink, während die Gasaustrittstemperatur gering sein kann.

Außerdem ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung be­ kannt (DE-OS 32 33 772), bei dem Zinkoxid enthaltendes Material in einem Schachtofen reduziert wird, wobei im oberen Teil des Schacht­ ofens in den Zink enthaltenden Gasstrom ein Kühlmetall eingebracht wird, so daß andere metallische Komponenten ausfallen. Der den Zinkdampf enthaltende Gasstrom wird außerhalb des Schachtofens wei­ ter abgekühlt, so daß Zink, welches sich an vom Gasstrom ggf. mit­ geführten Staubteilchen niederschlägt, mechanisch in einem Zyklon abgeschieden werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren so zu verbessern, daß eine sehr wirksame Kondensationsabscheidung von Zinkdampf aus einem Gasstrom erreicht wird, wobei es gleichzeitig möglich sein soll, das Gas von begleitenden Partikeln oder Tropfen vollständig zu befreien. Ferner soll eine Vorrichtung angegeben wer­ den, die es ermöglicht, den Gasvolumenstrom mit einer großen Menge an Metall zu beaufschlagen, die eine gründliche Mischung von Gas und Metall gewährleistet und die andererseits keine kritischen be­ weglichen Teile im Metallbad aufweist.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch ge­ löst, daß

• a) ein zusammenhängender Flüssigkeitsfilm des Kühlmetalls erzeugt wird, der nahezu den gesamten Gaseintrittsquerschnitt über­ deckt,
• b) das Gas durch den Flüssigkeitsfilm hindurchgeführt wird und in wenigstens einer Stufe eine Expansion des sich einstellen­ den Gemisches zum Zwecke einer gründlichen Gas/Flüssigkeits­ mischung durchgeführt wird und
• c) anschließend das Gas/Flüssigkeitsgemisch gegen die Oberfläche eines Kühlmetallbades beschleunigt wird, wodurch die im Gas mitgeführten Metallpartikel oder Tropfen abgeschieden werden.

Der zusammenhängende Flüssigkeitsfilm aus Kühlmetall ermöglicht es, größere Metallmengen in den Gasstrom einzuführen und auf diese Weise den Dampfdruck kleinzuhalten. Durch die anschließende Expan­ sion des sich einstellenden Gemisches werden Turbulenzen erzeugt, wobei das Kühlmetall wirksam vernebelt wird, so daß nahezu alle Teile des Gases mit dem Kühlmetall in Kontakt treten. Ein wesent­ licher Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daß das Gas/Flüs­ sigkeitsgemisch auf die Oberfläche des im wesentlichen reine, schlacken­ freie Kühlflüssigkeit enthaltenden Kühlmittelbades trifft.

Um die Wirksamkeit der Kondensation zu verbessern, kann das Gas/ Flüssigkeitsgemisch nach der Beschleunigung zumindest noch ein wei­ teres Mal einer Expansion unterworfen werden, bevor es gegen die Oberfläche des Kühlmetallbades beschleunigt wird. Vorteilhaft ist es auch, wenn das Gas nach Erreichen des Kühlmittelbades expandiert wird, um mitgeführte Partikel und/oder Tropfen aus dem Gas abzu­ scheiden.

Zur Durchführung dieses Verfahrens wird erfindungsgemäß eine Vor­ richtung der eingangs beschriebenen Gattung vorgeschlagen, die da­ durch gekennzeichnet ist, daß der Kondensationsabschnitt aus wenigstens einer Kammer mit Expansionszone, oberhalb der Expan­ sionszone angeordneten Zuführmitteln zur Erzeugung eines Kühlmetall­ films und einer Beschleunigungszone unterhalb der Expansionszone besteht. Vorzugsweise kann der Kondensationsabschnitt eine zweite Kammer aufweisen, die senkrecht unter der ersten Kammer angeord­ net ist und aus einem Expansionsteil und einem Beschleunigungsteil besteht.

Bei einer anderen Ausführung der Vorrichtung ist der Kondensations­ abschnitt mit einer Austrittsöffnung versehen, die in Verbindung mit dem Trennabschnitt steht und durch die das Gas/Flüssigkeits­ gemisch in Kontakt mit dem Kühlmetallbad des Trennabschnittes bring­ bar ist.

Zweckmäßig ist der Durchmesser der Gasaustrittszone beträchtlich größer als der Durchmesser der Austrittsöffnung im Kondensations­ abschnitt.

Ferner können die Kammer bzw. die Kammern des Kondensationsab­ schnittes mit einer unteren Abtropfkante versehen sein.

Die Zuführmittel für Kühlmetall im Kondensationsabschnitt können am Umfang verteilte Düsen sein, wodurch ein im wesentlichen zusammen­ hängender Kühlmetallfilm oder -vorhang über nahezu den gesamten Gaseintrittsquerschnitt für das zinkdampfhaltige Gas ausbildbar ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden im folgenden an­ hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspre­ chend der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf die Vor­ richtung zur Zinkkondensationsabscheidung gemäß dem erfindungsge­ mäßen Verfahren, bei dem Zink als Kühlmetall eingesetzt wird. Wenn Blei als Kühlmetall verwendet wird, wird das Zink in Blei gelöst. ln beiden Fällen jedoch ist die Kondensationsabscheidung von Zink aus dem zinkhaltigen Gasstrom gleich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Kondensatorkammer 1 auf mit einem Kondensationsabschnitt 2 und einer Gasaustrittszone 3. Die Vorrichtung enthält fernerhin eine Schlackensammelkammer 4, eine Kühlkammer 5 und einen Pumpensumpf 6. Die Kondensatorkammer ist mit Brennern 7, 8 und 9 versehen zum Ausgleichen von Wärmever­ lusten. Wärmeverluste in der Schlackensammelkammer 4 werden elek­ trisch kompensiert, wie durch die elektrische Widerstandsheizschleife 10 angedeutet ist. Die Temperatur in der Kühlkammer 5 wird mittels einer Kühlschleife 11 geregelt. Die thermischen Verluste in der Schlackensammelkammer können natürlich auch durch Ölbrenner o. dgl. ausgeglichen werden.

Die Schlackensammelkammer 4 steht mit der Kühlkammer 5 über eine Leitung oder Kanal 13 in Verbindung. Die Leitung bzw. der Kanal ist so ausgebildet, daß nur Zink durchgelassen wird und die Schlacke über den Schlackenaustritt 14 abgezogen wird.

Ein bestimmter Anteil flüssigen Zinks wird aus der Kühlkammer 5 durch die Kühlaustrittsöffnung 15 abgeführt, während der verblei­ bende Teil dem Pumpensumpf 6 durch die Verbindung 16 zufließt und als Kühlmittel verwendet wird. Wärmeverluste werden beispielsweise durch elektrische Taucherhitze ausgeglichen.

Wenn als Kühlmetall Blei verwendet wird, fließt das Blei nach Ent­ fernung der Schlacke durch einen Kühlkanal, an dessen Ende die Zinkanteile nach Seigerung abgetrennt werden.

Die im Pumpensumpf angeordneten Pumpen 17 und 18 fördern das flüs­ sige Zink durch die Rohrleitungen 19 und 20 und versorgen Zuführ­ mittel, die im Kondensationsabschnitt 2 angeordnet sind. Diese Zuführ­ mittel sind ausführlicher in Fig. 2 erläutert.

Um die Gefahr auszuschließen, daß Zink in Rohrleitungen und Düsen erstarrt, wird vorzugsweise ein positiver Temperaturgradient in den Rohrleitungen vom Pumpensumpf zu den Zuführmitteln eingestellt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Rohrleitungen zu den Zuführmitteln wenigstens teilweise durch das eintretende Heißgas be­ heizt werden und/oder ein Wärmeaustausch mit dem abströmenden Zink erfolgt. Auf jeden Fall sollten die Rohrleitungen isoliert wer­ den, um übermäßigen Temperaturverlusten entgegenzuwirken.

Wenn als Kühlmetall Blei eingesetzt wird, kann der Wärmeaustausch zwischen dem eintretenden Bleistrom und dem eintretenden Gasstrom und/oder dem aus dem Kondensator austretenden Bleistrom vorgenom­ men werden. Da das Blei nach der Zinkabscheidung noch eine Zink­ sättigung aufweist, empfiehlt sich in jedem Falle eine Vorwärmung, da sich sonst eine gewisse zeitliche Verzögerung ergibt, bis das im Kreis geführte Blei weiteres Zink zu lösen vermag.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrich­ tung entlang der Linie II-II in Fig. 1. In der dargestellten Vor­ richtung besteht der Kondensationsabschnitt aus zwei Kammern. Nor­ malerweise wird jedoch bereits mit einer Kammer ein ausreichender Effekt erzielt.

Die Kammern 21 und 22 sind hintereinander angeordnet. Das als Kühl­ mittel eingesetzte Zink wird in den oberen Teil der Kammer 21 durch Düsen 23, 24 zugeführt. Dabei wird ein im wesentlichen zusammen­ hängender flüssiger Kühlmetallfilm oder -vorhang 25 gebildet. Das in Pfeilrichtung 26 eintretende Gas wird durch den Flüssigkeitsvor­ hang geführt. Die Gas/Flüssigkeitsmischung strömt in die Expansions­ zone 21 a der Kammer 21. Infolge heftiger Turbulenzen verteilt sich hier das Kühlmetall in sehr feine Tröpfchen, und es kommt zu einem intensiven Kontakt zwischen dem Gasstrom und dem Kühlmetall. Die Kühlmetalltropfen werden zusammen mit kondensiertem Zink an den stromabwärts angeordneten konvergierenden Kammerwänden in der Beschleunigungszone 21 b abgeschieden und tropfen über Abtropfkan­ ten 27 (sofern vorhanden) in das darunter angeordnete Kühlmetall­ bad 28.

Nach Verdichtung der Beschleunigungszone 21 b der Kammer 21 expan­ diert das Gas wieder im Expansionsteil 22 a der Kammer 22. Dadurch wird eine weitergehende Mischung bewirkt und die Verweilzeit des Gases verlängert. In den meisten Fällen ist dieser Verfahrensschritt allerdings nicht erforderlich, um den im Gasstrom vorhandenen Zink­ dampf vollständig zu kondensieren.

Im Anschluß an die Kondensation strömt der Gasstrom abwärts durch die Kondensatorkammer und wird an der Oberfläche des Zinkbades 28 abgelenkt. Dadurch werden die im Gas enthaltenen Tropfen nahe­ zu vollständig abgetrennt. Die Gasströmung führt weiter durch die Gasaustrittszone 3, die als vertikaler Schacht 29 ausgebildet ist mit einem Durchmesser, der bedeutend größer ist als der Durchmesser der Austrittsöffnung 30 im Kondensationsabschnitt. Die noch verbliebenen Tropfen werden auf diese Weise abgetrennt, und der Gasstrom verläßt die Vorrichtung durch die Austrittsöffnung 31. Er enthält weder Zink­ dampfanteile noch mitgerissene Metalltropfen.

In der Kondensatorkammer ist eine Trennwand 32 angeordnet. Unter dieser Trennwand hindurch tritt Zink in die Schlackensammelkammer 4 über. Der größte Anteil der Schlacke wird aus der Kondensatorkam­ mer entweder intermittierend oder kontinuierlich durch geeignete Mittel, die in der Figur durch einen Rechen 33 angedeutet sind, entfernt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Kondensationsabscheidung von Zinkdampf aus einem Gasstrom, bei dem das Gas mit Kühlmetall, insbesondere Blei oder Zink, in Kontakt gebracht wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• a) ein zusammenhängender Flüssigkeitsfilm des Kühlmetalls er­ zeugt wird, der nahezu den gesamten Gaseintrittsquerschnitt überdeckt,
• b) das Gas durch den Flüssigkeitsfilm hindurchgeführt wird und in wenigstens einer Stufe eine Expansion des sich einstellen­ den Gemisches zum Zwecke einer gründlichen Gas/Flüssigkeits­ mischung durchgeführt wird und
• c) schließlich das Gas/Flüssigkeitsgemisch gegen die Oberfläche eines Kühlmetallbades beschleunigt wird, wodurch die im Gas mitgeführten Metallpartikel oder Tropfen abgeschieden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas/Flüssigkeitsgemisch nach der Beschleunigung zumindest noch ein weiteres Mal einer Expansion unterworfen wird, bevor das Gemisch gegen die Oberfläche des Kühlmetallbades beschleunigt wird, um die Wirksamkeit bei der Kondensation des Zinkdampfes zu verbessern.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gas nach Erreichen des Kühlmetallbades expandiert wird, um mitgeführte Partikel und/oder Tropfen aus dem Gas abzu­ scheiden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit Kondensationsabschnitt, Trennabschnitt, Gasaustrittszone, Aufbe­ reitungsabschnitt für Kühlmetall und Rückführteil für Kühlmetall, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensa­ tionsabschnitt (2) aus wenigstens einer Kammer (2) mit Expansions­ zone (21 a), oberhalb der Expansionszone angeordneten Zuführmitteln (23, 24) zur Erzeugung eines Kühlmetallfilms und einer Beschleuni­ gungszone (21 b) unterhalb der Expansionszone (21 a) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsabschnitt (2) eine zweite Kammer (22) aufweist, die senkrecht unter der ersten Kammer (21) angeordnet ist und aus einem Expansionsteil (22 a) und einem Beschleunigungsteil (22 b) besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kondensationsabschnitt (2) mit einer Austrittsöff­ nung (30) versehen ist, die in Verbindung mit dem Trennabschnitt (1) steht und durch die das Gas/Flüssigkeitsgemisch in Kontakt mit dem Kühlmetallbad (28) des Trennabschnittes (1) bringbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchmesser der Gasaustrittszone (3) beträchtlich größer ist als der Durchmesser der Austrittsöffnung (30) im Konden­ sationsabschnitt (2).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kammer (21) oder die Kammern (21, 22) des Kon­ densationsabschnittes (2) mit einer unteren Abtropfkante (27) ausge­ bildet ist/sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuführmittel (23, 24) für Kühlmetall im Kondensa­ tionsabschnitt (2) am Umfang verteilte Düsen sind und ein im wesent­ lichen zusammenhängender Kühlmetallfilm oder -vorhang (25) über nahezu den gesamten Gaseintrittsquerschnitt für das zinkdampfhaltige Gas ausbildbar ist.