DE4091460C2

DE4091460C2 - Absorption von Zinkdampf in geschmolzenem Blei

Info

Publication number: DE4091460C2
Application number: DE4091460A
Authority: DE
Inventors: Mark Ian Hoschke
Original assignee: Pasminco Australia Ltd
Current assignee: Pasminco Australia Ltd
Priority date: 1989-08-15
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2010-08-15
Also published as: SE9200438D0; ES2080153T3; EP0486573A1; EP0486573B1; AU6169190A; GB2251629A; NL9021328A; GB2251629B; GB9202332D0; SE9200438L; AU653919B2; EP0486573A4; SE506452C2; JPH04507435A; CA2064718A1; WO1991002825A1; DE4091460T1

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Absorption von Zinkdampf in geschmolzenem Blei und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Gase, die Zinkdampf enthalten, werden normalerweise bei einem Zinkschmelzverfahren (z. B. Imperial-Schmelzverfahren (ISP)) beim Abrauchen der Schlacke und bei der Behandlung von zinkhaltigen Stäuben und Rückständen erzeugt.

Es gibt im wesentlichen drei Arten von industriellen Verfahren zur Rückgewinnung von Zink aus zinkdampfhaltigen Gasen; das obengenannte ISP-Verfahren ist eines davon. Bei dem ISP-Verfahren werden Rotoren und Kreiselrührer verwendet, um Blei aus einem Schmelzbecken in den zinkbeladenen Gasstrom zu spritzen. Bei einem alternativen ISP-Verfahren wird Zink an Stelle von Blei als Kondensationsmittel verwendet. Das sogenannte SKF-Verfahren verwendet geschmolzenes Blei oder geschmolzenes Zink in Spray- oder Filmform als Kühlmetall oder -medium, auf das der zinkdampfhaltige Gasstrom gerichtet ist.

Für das Verfahren relevante Druckschriften sind u. a. D. Temple, "Zinc-lead blast furnace - key developments", 1980 extractive metallurgy lecture to AIME Metallurgical Transactions B, Band 2B, S. 343-352; GB 1 010 436 (Imperial Smelting) und GB 2 122 648 (SKF).

Bei dem ISP-Verfahren lagern sich an der Gichtöffnung des Kondensators und in der Kondensator-/Absorptionskammer Ansätze ab, die häufig zu Blockierungen des Ofenbetriebs führen. Diese Ansätze bilden sich auf Oberflächen, deren Temperatur niedriger ist als die Temperatur, bei der sich durch die Reaktion Zn + CO₂ → ZnO + CO festes ZnO bildet. Diese Reaktion wird Umkehrreaktion und die Temperatur, bei der sie abläuft, wird "Umkehrtemperatur" genannt. Bei dem SKP-Verfahren stellt sich dieses Problem allein wegen des stark reduzierten Gases, das in den Kondensator strömt, nicht.

Beide Verfahren leiden unter solchen Mängeln, wie sie nachste hend aufgeführt sind:

- Aufbau von Schlacke im Kondensator/Absorber
- schlechte Leistungsfähigkeit
- die Notwendigkeit eines großen Kühl- und Seigerkreis laufs, dessen Herstellung und Aufrechterhaltung teuer sind
- hohe Übertragung von Bleitröpfchen in dem Abgasstrom, wodurch weniger Zink rückgewonnen wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Absorption von Zink dampf in geschmolzenem Blei, welches das Einführen eines flie ßenden Stroms geschmolzenen Bleis in einen zinkdampfhaltigen Gasstrom und das Zusammenbringen des geschmolzenen Bleis mit dem zinkdampfhaltigen Gasstrom in einer Mischkammer umfaßt, derart gelöst, daß das zinkdampfhaltige Gas anschließend mit einem fließenden Strom geschmolzenen Bleis in einem Zyklon zusammengebracht und dann davon abgetrennt wird.

Hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die betreffenden Unteransprüche verwiesen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt ein feuerfest ausgelegtes Abzugsrohr, das unten einen Auslaß aufweist, der in die Mischkammer, die an den Zyklon anschließt, geöffnet ist. Das Blei wird durch eine auf den Gasstrom gerichtete Bleidüse in die Kammer eingeführt. Diese Düse liefert eine Dispersion von Bleitröpfchen innerhalb des Gasstroms. Blei kann auch durch zusätzliche Düsen, durch die die Wände des vertikalen Abschnitts vor dem Zyklon und auch in dem Zyklon selbst vollständig benetzt werden, eingeführt werden.

Die vertikale Kammer vor dem Zyklon kann auch eine oder mehrere Anordnungen von Statikmischelementen enthalten. Diese Elemente dienen nicht nur dazu, die Bleitröpfchen und das Gas zusammenzumischen, sondern auch dazu, die Bleitröpfchen zu zerkleinern. Diese Wirkung führt zu einem hohen Schergrad, einer großen Berührungsfläche und Turbulenz in beiden Phasen.

Mischsäulen, die Statikmischelemente enthalten, sind bekannt und diesbezüglich wird z. B. auf eine Vorrichtung, wie sie in dem US-Patent Nr. 4 744 928 der Gebrüder Sulzer Ltd. aus der Schweiz beschrieben ist, verwiesen. In dieser Konstruktion sind die Statikmischelemente in der Kammer so verteilt, daß die Flüssigkeit, die darauf aufprallt, abgelenkt und dadurch ein gründliches Vermischen von Gasen und/oder Flüssigkeiten, die durch die Kammer strömen begünstigt wird.

Vorausgesetzt, daß die Statikmischelemente ein gründliches Vermischen begünstigen, ist ihre genaue Anordnung für die vorliegende Erfindung nicht unbedingt erforderlich.

Das geschmolzene Blei, das jetzt das absorbierte Zink enthält, wird sowohl in ein System zur Rückgewinnung von Zink als auch zur Rückführung des geschmolzenen Bleis zur erneuten Absorption geleitet. Das Abgas wird in ein herkömmliches Gasreinigungssystem geleitet.

Zu den beigefügten Zeichnungen:

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung einer beispielhaft bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 1a ist eine graphische Darstellung einer alternativen, beispielhaft bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 2 ist eine detailliertere Abbildung einer bevorzugten Form der Bestandteile 2 (teilweise), 3 und 4 der Fig. 1.

Die Konstruktion und Bedienung der Vorrichtung wird durch den Verweis auf Fig. 1 der beigefügten Zeichnung besser verständ lich. In dieser Figur ist 1 das aus dem Schmelzverfahren oder aus dem Verfahren zum Abrauchen der Schlacke erhaltene zinkbe ladene Gas und 2 ist ein feuerfest ausgelegtes Abzugrohr. Ein Brenner 3, "Übergangsbrenner" genannt, ist vorgesehen, um die Temperatur im unteren Teil des feuerfesten Bereichs, d. h. im allgemeinen Bereich der Mischkammer, in den Blei eingeführt wird, über der Zn-ZnO Umkehrtemperatur zu halten. Eine Blei düse 4, (alternativ eine Anordnung von Bleidüsen) lenkt geschmolzenes Blei in eine vertikale Kammer 5, die Misch elemente 5a enthalten kann, um den Kontakt zwischen dem zinkbe ladenen Gas und dem geschmolzenen Blei zu verstärken.

Ein Zyklon 6 dient dazu, das Gas und das Blei zusammenzubringen und voneinander zu trennen, wobei das Blei in das Gasreinigungssystem 7 übergeht. Der zinkangereicherte Bleistrom 8 wird in den Pumpensumpf 9 geleitet, der mit einer Pumpe 10, die das Blei durch das Absorptionssystem zurückbefördert, ausgestattet ist. Ein Zink-Bleistrom wird aus dem Sumpf 9 durch die Leitung 11 in einen Bleikühler 12 gepumpt, zu dem Sumpf zurückgeleitet und über Leitung 11a den Bleidüsen 4 zugeführt. Bezugszeichen 13 und 14 stellen einen Kühlwassereinlaß bzw. -auslaß dar. Eine kleine Menge des Zinkbleis wird durch die Leitung 16 in den Seigerkessel 17, der mit einem Kühlwassereinlaß 18 und -auslaß 19 versehen ist, geleitet. Bezugszeichen 20 stellt das Zinkprodukt und das Bezugszeichen 21 eine Rinne zum Zurückleiten des abgeseigerten Bleis in dem Pumpensumpf 9 dar.

In Fig. 1a ist die Leitung 16 der Fig. 1 durch eine Leitung 16a von der Pumpe 10 direkt zu dem Seigerkessel 17 und zu dem daneben angeordneten Bleikühler 12 ersetzt.

Die in Fig. 2 dargestellten Gegenstände sind ein Beispiel für einen bevorzugten Übergangsbrenner und Bleidüsen. Das mit Bezugszeichen 39 gekennzeichnete Prozeßgas tritt oben in das System ein und fließt durch das System nach unten.

Ein Brennstoff, wie Propan, wird mit Sauerstoff vorverbrannt. Das heiße Gas wird tangential in ein Toroid 30, welches einen ummantelnden Abzug 38 durchdringt, eingeführt. Das Toroid 30 dient zwei Zwecken. Erstens verteilt es das Gas gleichmäßig, bevor es aus dem Brenner austritt und zweitens dient es dazu, den Abzug 38 zu erwärmen.

Bezugszeichen 30a bezeichnet eine Auslaßöffnung für heißes Gas zu dem zentralen offenen Raum hin, der durch den Abzug 38 bestimmt wird, wobei das Gas, wie durch Pfeil 33 gezeigt, austritt.

Die oberen und unteren umgebenden Leitungen 31 und 32 dienen jeweils dem Nachschub von Blei oder Zinkblei in Strömen, die durch Pfeile gekennzeichnet sind. Bezugszeichen 36 kennzeichnet Prellplatten, durch die aus dem Strom die Wirbel entfernt werden, bevor er nach unten in Richtung auf das Zentrum des offenen Raums abgelenkt wird.

Ein umgebender Kegelstumpf 37 erstreckt sich nach unten in den Gasstrom 39 und bildet einen Teil der Auslaßöffnungen 30a.

Die Oberflächentemperatur im Inneren des Toroids 30 wird bei etwa 1500°C gehalten. Außerdem wird der Brenner verwendet, um eine gute Gasausgangsgeschwindigkeit (18 m/s) eines stark reduzierenden Gases (CO/CO₂ = 10) zu erhalten. Um die Temperatur genau zu kontrollieren und um gute Geschwindigkeiten zu erhalten, ohne daß der Brenner zu heiß wird, wird in den Brenner auch Stickstoff geleitet.

Der Abzug 38 wird mit dem Brenner erwärmt, da anderenfalls seine Oberfläche unter die Umkehrtemperatur fallen würde. Der untere Teil des Abzugs 38 befindet sich direkt über dem Bereich, in dem Blei in den Absorber gesprüht wird. Folglich verliert dieser untere Teil Wärme durch Strahlung an das Blei.

Die aus der Auslaßöffnung 30a austretenden Gase dienen hauptsächlich dazu, das Diffundieren von Zink zu dem obersten Rand (lip) der Bleidüse, wodurch Ansätze entstehen würden, zu unterbinden. Dieser oberste Rand wird wegen des Bleis in der Düse immer unter der Umkehrtemperatur gehalten.

Es wurde festgestellt, daß die Form des Kegels 37 erforderlich ist, um Schutz vor dem Diffundieren des Prozeßgases auf den kalten Rand der Bleidüse zu gewährleisten. Durch große Turbulenz des Prozeßgases wird die Möglichkeit der Diffusion stark erhöht.

Die obere Bleidüse 34 ist so konstruiert, daß Blei in das Zentrum des Prozeßgasstromes geleitet wird. Das Blei kann tangential durch eine Hauptleitung 31, die die Düse umgibt, eingeführt werden. Die durch den tangentialen Einlaß in dem Blei bewirkte Verwirbelung wird durch Prellplatten 36 entfernt, so daß das Blei radial, aber nach unten gerichtet, in den Prozeßgasstrom eingeführt wird.

Blei oder Zinkblei wird tangential durch eine Hauptleitung 32, die die Düse 35 umgibt, eingeleitet. Das Blei behält seinen großen Drall und indem es die Düse verläßt, legt es sich flach gegen die Wände an. Der Drall ist ausreichend, um die Mischsäule mit einem einheitlichen Überzug zu versehen.

So wie die Einführung des Bleis oder Zinkbleis in das Zentrum des Gasstroms, muß die obere Düse 34 die stark verwundene untere Düse 35 enthalten. Wäre dem nicht so, würde das Blei aus der unteren Düse nach oben weggespült.

Das Düsensystem ist so konstruiert, daß ein nach oben gerichtetes Spritzen auf die feuerfesten Flächen oder eine nach oben gerichtete Bewegung aus der unteren Düse weitestgehend nicht vorkommt. Wenn ein Spritzen oder eine nach oben gerichtete Bewegung vorkommen, wird der feuerfeste Bereich unter seine Umkehrtemperatur gekühlt und es bilden sich Ansätze.

Die Auslässe der oberen und unteren Düsen sind so nahe zusammen angeordnet, daß keine unbenetzten Stahlflächen auftreten.

Die wichtigsten mit diesen erfindungsgemäßen Ausführungsformen (genannt "Pasminco") erzielbaren Vorteile werden anhand einer Gegenüberstellung mit den Merkmalen existierender Technologien in der folgenden Tabelle 1 aufgezeigt.

Tabelle 1

Claims

1. Verfahren zur Absorption von Zinkdampf in geschmolzenem Blei, welches das Einführen eines fließenden Stroms ge schmolzenen Bleis in einen zinkdampfhaltigen Gasstrom und das Zusammenbringen des geschmolzenen Bleis mit dem zink dampfhaltigen Gasstrom in einer Mischkammer umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das zinkdampfhaltige Gas anschließend mit einem fließenden Strom geschmolzenen Bleis in einem Zyklon zusammengebracht und dann davon abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin eine Stufe umfaßt, in der das geschmolzene Blei auf die Wände der Mischkammer gesprüht wird, um auf den kalten Innenflächen der Kammer eine Umkehrreaktion zu ver hindern.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin das Erwärmen der hitzebeständigen Oberflächen in dem allgemeinen Bereich der Mischkammer, in den Blei einge führt wird, auf über die Zn/ZnO-Umkehrtemperatur umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin das Sprühen geschmolzenen Bleis durch eine erste Sprühvorrichtung und das Einführen eines heißen, reduzieren den Gases zwischen den gashaltigen Zinkdampf und den oberen Rand der Sprühvorrichtung umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß geschmolzenes Blei auf die Wände der Mischkammer mittels eines Sprühstrahls in tangentialer Richtung gesprüht wird und daß das geschmolzene Blei in dem zinkdampfhaltigen Gas strom mittels eines Sprühstrahls in radialer Richtung gesprüht wird, wobei der Sprühstrahl in radialer Richtung in der Nähe, aber stromaufwärts zu dem Sprühstrahl in tangentialer Richtung angeordnet ist, so daß verhindert wird, daß der Sprühstrahl in tangentialer Richtung hitze beständige Oberflächen stromaufwärts der Sprühstrahlen berührt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin das Leiten eines zinkangereicherten Bleistroms von dem Zyklon zu einem Zinkbleireservoir, das Abkühlen eines Teils des Zinkbleis und das Zurückführen eines Teils des Zinkbleis in die Mischkammer umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin das Ableiten eines Teils des gekühlten Stroms zu einer Zinktrennstufe umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zu der Zinktrennstufe abgeleitete Teil des gekühlten Stroms ein relativ kleiner Teil der Fließmasse des Zinkbleis in dem Kreislauf ist.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin das Abtrennen eines Teils des Zinkbleis aus dem Reservoir und das Weiterleiten des abgetrennten Teils zu einer Zinktrennstufe ohne Kühlung umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zink durch Verflüssigung abgetrennt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zinkdampfhaltige Gasstrom mit darin dispergierten Blei tropfen in der Mischkammer nach unten geleitet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße reduzierende Gas in einem Brenner erzeugt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierende Gas stark reduzierend ist.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend, in Kombination, eine Mischkammer (5) und einen Zyklon (6), wobei die Mischkammer (5) ein feuerfest ausgelegtes Abzugrohr (2) zur Aufnahme von zinkdampfhaltigem Gas umfaßt; eine erste Sprühvorrich tung (34) zum Sprühen von geschmolzenem Blei in den zink dampfhaltigen Gasstrom und eine zweite Sprühvorrichtung (35) zum Sprühen von geschmolzenem Blei auf die Innenwände der Mischkammer; wobei der Zyklon (6) so angeordnet ist, daß er aus der Mischkammer (5) einen zinkdampfhaltigen Gasstrom und darin dispergierte Tropfen geschmolzenen Bleis aufnimmt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin einen Übergangsbrenner (3) umfaßt, um die Temperatur des feuerfest ausgelegten Abzugrohrs (2) auf über der Zn/ZnO-Umkehrtemperatur zu halten, und um eine Schicht eines heißen, reduzierenden Gases zwischen dem zink dampfhaltigen Gas und einem stromaufwärts angeordneten Teil der ersten Sprühvorrichtung einzuführen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Einrichtung zum Transport des mit zinkangereicherten Bleistroms (8) aus dem Zyklon (6), eine Einrich tung zur Rückgewinnung von Zink aus dem zinkangereicherten Bleistrom, und eine Einrichtung (11a) zur Rückführung eines Teil des Zinkbleis zu der Mischkammer umfaßt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Einrichtung (12) zur Abkühlung eines Teils des Zinkbleis umfaßt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Einrichtung zum Transport des zinkangereicherten Bleistroms zu einem Sumpf (9) für Zink blei, eine Einrichtung (10) zur Rückführung eines Teils des Zinkbleis zu der Mischkammer, eine Einrichtung (11) zum Transport eines Teils des Zinkbleis zu einer Kühlvorrichtung (12), eine Einrichtung (16) zum Transport eines Teils des Zinkbleis zu einem Seigerkessel (17) und eine Einrichtung (21) zur Rückführung des von Zink befreiten Bleis aus dem Seigerkessel (17) zu dem Sumpf (9) umfaßt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Einrichtung (15) zur Rückführung ge kühlten Zinkbleis zu dem Sumpf (9) umfaßt.