DE3834321A1 - Verfahren und vorrichtung zur abscheidung von zink aus einem zinkdampf enthaltenden heissgas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Abscheidung von Zink aus einem Zinkdampf enthaltenden Heißgas, bei welchem das Gas durch einen Gaskühler geleitet wird, in welchem der Zinkdampf auf einem Fluß aus flüssigem Blei kondensiert wird, welcher zum Abscheiden von Zink ab­ gekühlt und im Kreislauf zurückgeführt wird.

Es ist allgemein bekannt, Zinkdampf in Blei zu kondensieren und anschließend das Blei abzukühlen, sodaß seine Zink­ sättigungslöslichkeit niedriger ist als sein Zinkgehalt. Das Zink wird auf diese Weise ausgefällt und kann aus dem flüssigen Blei abgeschieden werden.

Wenn das Zink abgeschieden worden ist, wird das Blei im Kreislauf zurückgeführt, um erneut mit Zinkdampf in Kontakt zu kommen, sodaß ein kontinuierlicher Prozeß während des Umlaufes des Bleiflusses aufrechterhalten wird.

Das den Zinkdampf enthaltende Heißgas kann jedoch auch kleine Eisenteilchen enthalten. In diesem Fall kann in dem Gaskühler oder Kondensatorkühler Hartzink entstehen, wenn Blei, welches mit Zink gesättigt ist, in Berührung mit dem Heißgas kommt, welches diese Eisenteilchen enthält. Es ist auch wichtig, daß der dem Kondensatorkühler zugeführte Bleifluß Zink sofort lösen kann, ohne daß er erst durch das Heißgas erhitzt werden muß. Es ist naturgemäß möglich, den Bleifluß für diesen Zweck zu erhitzen, doch die Energie- und Installationskosten hier­ für wären beträchtlich.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen kontinuierlichen Prozeß zu schaffen, um Zink aus einem Heißgas abzuscheiden, welches Zinkdampf enthält, wobei ein Gaskühler verwendet werden soll, in welchem der Zinkdampf auf einem Bleifluß kondensiert wird, welcher Zink sofort lösen kann, sobald es in den Gegenstrom- Gaskühler eintritt, ohne daß von außen Wärmeenergie dem um­ laufenden Bleifluß zugeführt werden muß.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Hitze eines eines vom Gaskühler herkommenden Bleiflusses an eine Kammer abgegeben wird, aus welcher Blei in den Gaskühler geleitet wird, daß der den Gaskühler ver­ lassende Bleifluß in an sich bekannter Weise auf eine Tempe­ ratur abgekühlt wird, bei welcher seine Zinksättigungslös­ lichkeit geringer ist als sein Zinkgehalt, sodaß Zink aus­ gefällt wird und das ausgefällte Zink abgeschieden wird, und daß der abgekühlte zinkarme Bleifluß in die Kammer geleitet wird, um dort durch die an dieselbe abgegebene Hitze erwärmt zu werden, sodaß der auf diese Weise erhitzte und dem Gas­ kühler zugeleitete Bleifluß eine Zinksättigungslöslichkeit erreicht, welche seinen Zinkgehalt übersteigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher insbesondere zum Abscheiden von Zink aus einem Heißgas, welches Zinkdampf und möglicherweise auch eine geringe Menge an Eisenteilchen enthält. Gewöhnlich enthält ein derartiges Heißgas auch eine geringe Menge von Bleidampf, sodaß es auch aus diesem Grunde zweckmäßig sein kann, Blei als Kondensierungsmaterial zu verwenden. Es muß jedoch einleuchtend sein, daß andere Metalle oder Flüssigkeiten, welche funktionell Blei in der relevanten Technologie entsprechen, als Äquivalent für Blei anzusehen sind und daher auch in der Erfindung eingeschlossen sind.

Bei dem nachfolgend beschriebenen spezifischen Ausführungs­ beispiel der Erfindung ist es wichtig, daß das Blei beim Eintritt in den Kondensator weniger Zink als seinen Sätti­ gungsgehalt enthält, wobei das Blei gewöhnlich im Gegenfluß zu dem aus einem Schachtofen einströmenden Heißgas fließt, da beispielsweise eine gewisse Menge von Fremdstoffen wie beispielsweise kleine Eisenteilchen diesen Heißgasstrom begleiten könnten und eine störende Legierung, d.h. Hartzink, entstehen könnte, wenn mit Zink gesättigtes Blei auf die Eisenteilchen trifft. Naturgemäß wird die Absorption des Zinks in das Blei auch erfindungsgemäß erleichtert, wenn das in den Kondensator eintretende Blei sofort das Zink lösen kann, ohne daß es erst von dem das Zink enthaltende Heißgas erhitzt werden muß.

Das durch Abkühlung des Bleiflusses ausgefällte Zink schwimmt zur Oberfläche des Bleies auf und kann abgeschieden werden. Der Abscheidungs- oder Trennprozeß wird vorzugsweise in Flo­ tationsbecken durchgeführt und der zinkarme zweite Teil des Bleiflusses wird vom Boden des Beckens auf eine Weise ab­ gezogen, daß sichergestellt ist, daß nur eine sehr geringe Menge an ausgefälltem Zink diesen Teilfluß begleitet.

Gemäß einem ersten Vorschlag der Erfindung wird die Hitze durch einen ersten Teilfluß des dem Gaskühler zufließenden flüssigen Bleies an die Kammer übertragen, welcher auf diese Weise zu einer Mischkammer wird.

Gemäß einem zweiten Vorschlag wird die Hitze durch einen Wärmetauscher aus dem den Gaskühler verlassenden Bleifluß übertragen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus einem Kreislaufsystem für flüssiges Blei mit einem Gas­ kühler oder Kondensator, welcher mit einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß sowie mit einem Einlaß und einem Auslaß für das flüssige Blei versehen ist, wobei dieser Gaskühler vor­ zugsweise die Form eines Gegenstromkühlers besitzt und wobei in Strömungsrichtung hinter dem Gaskühler ein Bleikühler und eine mit demselben verbundene Anordnung zum Abscheiden von Zink vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist in dem Kreislauf­ system in Strömungsrichtung vor dem Gaskühler eine Kammer für flüssiges Blei angeordnet und es sind Anordnungen vor­ gesehen, durch welche Hitze aus dem den Gaskühler verlassen­ den Bleifluß an die Kammer übertragbar ist und wodurch das in ihr befindliche Blei auf eine Temperatur erwärmbar ist, bei welcher es beim Verlassen der Kammer eine seinen Zink­ gehalt übersteigende Zinksättigungslöslichkeit besitzt.

Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen anhand zweier in den beiliegenden Zeichnungen dargestellter Ausführungs­ beispiele erläutert: es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung; und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung ebenfalls in schematischer Darstellung.

Gas, welches Zinkdampf und eine geringe Menge von Bleidampf enthält, wird durch einen Einlaß 2 in den unteren Teil eines Kühlturmes oder Kondensators 1 eingeleitet, strömt durch den Kondensator nach oben und verläßt ihn durch einen Auslaß 3. Über eine Leitung 18 am Kopf des Kondensators 1 wird flüssiges Blei eingeleitet und in einem in der Mitte angeordneten Ver­ teiler 41 zerstäubt.

Das nach oben strömende Gas wird durch die auf diese Weise entstandene Bleidusche von etwa 110°C auf 500 bis 550°C abgekühlt. Der Zinkdampf schlägt sich auf den Bleitröpfchen nieder und löst sich im Blei. Der Bleidampf im Gas schlägt sich auch auf den kühleren Bleitröpfchen nieder. Das ab­ gekühlte Gas, welchem das Zink und der Bleidampf entzogen wurden, wird durch den Auslaß 3 abgesaugt, welcher über dem mittig liegenden Verteiler 41 angeordnet ist.

Das durch den Wärmegehalt des Gases und die Kondensations­ wärme des Zinks und des Bleies auf 540 bis 550°C erwärmte Blei wird vom Boden des Kühlturmes 1 durch einen unter der Oberfläche des Bleies liegenden Austrittspalt abgelassen, sodaß eine Gasschleuse erhalten wird. Das Blei fließt dann längs eines Kühlkanals 7, in welchem der Kondensatorschaum sofort durch eine nicht dargestellte Maschine entfernt wird. Der Schaum kann dann einem Abscheider zugeleitet werden, in welchem feine Bleitropfen im Schaum abgeschieden und erneut dem Kühlkanal 7 zugeführt werden können.

Das den Kondensator 1 verlassende Blei hat einen Zinkgehalt von etwa 2,2 bis 2,3% und eine Temperatur von 540 bis 550°C. Die Sättigungslöslichkeit für Zink im Blei bei 540°C liegt etwa bei 3,6% und das aus dem Kondensator 1 herausfließende Blei ist daher gewissermaßen mit Zink gesättigt. Am einen Ende des Kühlkanals 7 ist in einiger Entfernung vom Blei­ auslaß 5 des Kühlturmes eine Überlaufschwelle 10 vorgesehen, welche die Strömungsrichtung für das Blei längs des Kanals 7 definiert. Längs des Strömungsweges sind Kühlorgane 8, bei­ spielsweise in Form eines Wärmetauschers, vorgesehen, durch welchen ein Kühlmittel hindurchfließt und welcher in den Bleifluß im Kanal 7 eintaucht. Das hinter dem Kühler 8 fließende Blei ist auf 450°C abgekühlt und fließt dann über die Schwelle 10 in ein Abscheidebecken 9. Da die Sättigungs­ löslichkeit von Zink in Blei bei 450°C etwa 2% beträgt und das in den Kühlkanal durch den Auslaß 5 des Kondensators eintretende Blei noch 2,2 bis 2,3% Zink enthält, wird Zink ausgefällt und schwimmt zur Oberfläche des Bleiflusses am Ausflußende des Kühlkanals 7 auf und fließt dann in das Trenn­ becken 9, in welchem das Zink über eine Überlaufkante 12 in einen Warmhalteofen 11 fließt, welcher Heizglieder enthält, um das Zink auf einer Temperatur von 470°C zu halten. Das Zink kann dann abgelassen und in Barren gegossen werden. Das Blei wird durch einen Abflußspalt 14 am Boden des Trenn­ beckens 9 abgelassen und fließt über eine in der Zeichnung nicht dargestellte weitere Schwelle, welche derart ausgebildet ist, daß ein konstantes Niveau im Trennbecken 9 eingehalten werden kann.

Das über diese Schwelle vom Trennbecken fließende Blei hat eine Temperatur von 450°C und einen Zinkgehalt von etwa 2% und ist daher mit Zink gesättigt. Dieses Blei wird über eine Leitung 15 einer Mischkammer 16 zugeleitet.

Im Kühlkanal vor der Kühleinrichtung 8 und hinter der Gas­ schleuse des Kondensators taucht eine Abzweigleitung 20 in den Bleifluß ein, um einen Teil desselben der Mischkammer 16 zuzuleiten. Für diesen Zweck kann eine Pumpe 19 verwendet werden. Dieser über diese Abzweigleitung 20 übertragene Teil­ fluß kann etwa ein Drittel, beispielsweise 30 bis 35% des den Kondensator 1 durchströmenden Bleiflusses ausmachen.

Mit Zink gesättigtes Blei, welches eine Temperatur von 450°C besitzt und über die Leitung 15 der Mischkammer 16 zugeleitet wird, wird mit Blei vermischt, welches nicht mit Zink gesättigt ist und eine Temperatur von etwa 540 bis 550°C besitzt, wel­ ches der Kammer 16 über die Abzweigleitung 20 zugeleitet wurde. Mit dem vorgenannten Strömungsverhältnis über die Leitungen 15 und 20 erreicht die Mischung in der Kammer 16 eine Temperatur von etwa 480°C und einen Zinkgehalt von etwa 2,1%. Die Sät­ tigungslöslichkeit für Zink im Blei bei 480°C beträgt etwa 2,45%. Infolgedessen liefert die schematisch dargestellte Pumpe 17 aus der Kammer 16 über die Leitung 18 zum Kopf des Kühlturmes 1 einen Bleifluß, welcher nicht mit Zink gesättigt ist. Dies ist wichtig, da das über den Einlaß 2 eintretende Gas, welches von einem Schachtofen herkommt und eine geringe Menge an Eisenteilchen enthalten kann, sodaß Hartzink im Kondensator 1 gebildet würde, wenn mit Zink gesättigtes Blei auf die Eisenteilchen treffen würde. Außerdem wird die Ab­ sorption von Zink im Blei naturgemäß durch das Blei erleich­ tert, welches über die Düse 41 eingepumpt wird und Zink sofort lösen kann, ohne daß es durch den Gasstrom erhitzt werden müßte.

Das den Schachtofen verlassende und über den Einlaß 2 ein­ tretende Gas kann einen Zinkgehalt von etwa 7% haben und das bei der zur Debatte stehenden Vorrichtung den Kühlturm durch den Auslaß 3 verlassende Gas kann eine Temperatur von etwa 500°C haben, wobei der Zinkgehalt weniger als 0,1% beträgt.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung entspricht im großen und ganzen der Vorrichtung gemäß Fig. 1, sodaß identische Bauteile die gleichen Bezugszahlen tragen. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel sind allerdings die Pumpe 19 und die Ab­ zweigleitung 20 der Fig. 1 durch die Pumpe 119 in der Kammer 16, den Wärmetauscher 121 in Strömungsrichtung vor dem Kühler 8 und hinter dem Kühlturm 1 sowie durch den Wärmetauscher 121 mit der Pumpe 19 bzw. der Kammer 16 verbindende Leitungen 120 und 122 ersetzt. Die Leitungen 15 und 122 münden im gleichen Teil der Kammer 16 und die Pumpe 17 ist zwischen diesem Teil der Kammer und der Pumpe 119 angeordnet.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird Blei von der Pumpe 119 aus der Kammer 16 (ein Pumpensumpf) durch die Leitung 120 und den schematisch dargestellten Wärmetauscher 121, der in den Kanal 7 hinter dem Kühlturm 1 eintaucht, gepumpt, in welchem das Blei eine Temperatur von 540 bis 550°C besitzt. Die Menge an durch den Wärmetauscher 121 gepumptem Blei beträgt etwa 30 bis 35% des Gesamtbleiflusses durch den Kondensatorkühler 1. Das den Kondensatorkühler 1 verlassende Blei, welches diese Temperatur von 540 bis 550°C einhält, erhitzt das kühlere Blei, welches von der Kammer 16 über die Leitung 120 durch den Wärmetauscher 121 hindurch­ gepumpt wird, auf eine Temperatur von etwa 530°C und wird somit auf 520 bis 530°C abgekühlt, bevor es die Kühlschlangen 8 am Beginn des tatsächlichen Kühlbereiches des Kanals er­ reicht. Das aus dem Wärmetauscher 121 ausströmende Blei fließt längs der Leitung 122 zurück zum Pumpensumpf 16, um dort mit dem über die Leitung 15 mit einer Temperatur von etwa 450°C eintreffenden Blei vermischt zu werden. Die Bleimischung aus den Leitungen 122 und 15 erreicht daher eine Temperatur von etwa 470°C und der Zinkgehalt beträgt nur noch 2,0%. Der Zinksättigungsgehalt in Blei bei 470°C beträgt 2,3%. Das in den Kondensatorkühler 1 über die Leitung 18 eingepumpte Blei ist daher reichlich weit davon entfernt, mit Zink gesättigt zu sein.

Die Pumpe 119, welche über die Leitung 120 Blei dem Wärme­ tauscher 121 zupumpt, liegt in einiger Entfernung von der Mischzone für die Ströme aus den Leitungen 122 und 15. Die Pumpe 119 pumpt daher Blei mit einer Temperatur von 470°C, welches nicht mit Zink gesättigt ist, den Wärmetauscher 121 zu. Die Pumpe 119 ist an dieser Stelle angeordnet, da es schwierig ist, mit Zink gesättigtes Blei zu fördern, da das Zink an den der Luft ausgesetzten Leitungen zwischen dem Pumpensumpf 16 und dem Wärmetauscher 121 sehr leicht erstarrt. Auf diese Weise werden Zinkangriffe an der Pumpe und den Leitungen zum Wärmetauscher auf ein Mindestmaß reduziert. Mit Zink gesättigtes Blei hat eine korrodierende Wirkung auf Stahlbauteile.

Ein Vorteil des Einsatzes eines Wärmetauschers, wie er bei dem vorstehenden zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, liegt im Vergleich zum Abpumpen von heißerem Blei in den Pumpensumpf gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 darin, daß einige Hartzinkteilchen in dem den Kühlturm 1 verlassenden Blei vorhanden sind. Wenn das heiße Blei dem kühleren Blei im Pumpensumpf 16 zugepumpt wird, können einige dieser Hart­ zinkteilchen das Blei in den Kühlturm 1 begleiten und das Hartzink kann die Fähigkeit des Bleies herabsetzen, Zink zu lösen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, bei welchem ein Wärmetauscher verwendet wird, strömt jedoch das gesamte Blei durch das Trennbecken 9, in welchem ein beträchtlicher Anteil der Hartzinkteilchen abgetrennt wird. Das in den Kühl­ turm 1 gepumpte Blei ist daher reiner.

Claims (10)

1. Verfahren zur Abscheidung von Zink aus einem Zinkdampf enthaltenden Heißgas, bei welchem das Gas durch einen Gaskühler geleitet wird, in welchem der Zinkdampf auf einem Fluß aus flüssigem Blei kondensiert wird, welcher im Kreislauf geführt und zum Abscheiden von Zink abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hitze eines vom Gas­ kühler (1) herkommenden Bleiflusses an eine Kammer (16) abgegeben wird, aus welcher Blei in den Gaskühler geleitet wird, daß der den Gaskühler verlassende Bleifluß in an sich bekannter Weise auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei welcher seine Zinksättigungslöslichkeit geringer ist als sein Zink­ gehalt, sodaß Zink ausgefällt wird und das ausgefällte Zink abgeschieden wird, und daß der abgekühlte zinkarme Bleifluß in die Kammer (16) geleitet wird, um dort durch die an dieselbe abgegebene Hitze erwärmt zu werden, sodaß der auf diese Weise erhitzte und dem Gaskühler (1) zugeleitete Bleifluß eine Zink­ sättigungslöslichkeit erreicht, welche seinen Zinkgehalt über­ steigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hitze in die Kammer (16) dadurch abgegeben wird, daß ein erster Teilfluß des dem Gaskühler (1) wieder zufließenden Bleis in die Kammer (16) geleitet wird, wodurch diese eine Mischkammer bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilfluß 30-35% des gesamten den Gaskühler (1) durchströmenden Bleiflußes umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hitze durch flüssiges Blei abgegeben wird, welches über einen Wärmetauscher (121), der mit dem den Gaskühler (1) verlassenden Bleifluß in Kontakt steht, im Kreislauf die Kammer (16) durch­ fließt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Blei der Kammer (16) an einer Stelle entnommen wird, an welcher es eine Temperatur besitzt, bei der es nicht mit Zink gesättigt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das den Wärmetauscher (121) durchfließende Blei 30-35% der Gesamtmenge des den Gaskühler (1) durchströmenden Bleis beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Kammer (16) verlassende Blei eine Temperatur von etwa 470-480°C hat.

8. Vorrichtung zur Abscheidung von Zink aus einem Zinkdampf enthaltenden Heißdampf, bestehend aus einem Kreislaufsystem für flüssiges Blei mit einem Gaskühler mit einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß, einem dem Gaskühler nachgeschalteten Bleikühler und einem mit dem Bleikühler verbundenen Zink­ abscheider, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislaufsystem in Strömungsrichtung vor dem Gaskühler (1) eine von flüssigem Blei durchströmte Kammer (16) eingebaut ist und daß Anord­ nungen vorgesehen sind, durch welche Hitze aus dem den Gas­ kühler verlassenden Bleifluß an die Kammer übertragbar ist und wodurch das in ihr befindliche Blei auf eine Temperatur erwärmbar ist, bei welcher es beim Verlassen der Kammer eine seinen Zinkgehalt übersteigende Zinksättigungslöslichkeit besitzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Wärmeübertragung aus einer Zweigleitung (20) besteht, welche von einer in Strömungsrichtung vor dem Blei­ kühler (8) liegenden Stelle zur Kammer (16) verläuft, sodaß die Kammer eine Mischkammer bildet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Wärmeübertragung aus einem Kreislauf für flüssiges Blei besteht, der aus der Kammer (16) und einem mit dem den Gaskühler (1) verlassenden Bleifluß in Kontakt stehen­ den Wärmetauscher (121) gebildet wird.