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Verfahren zur Erzeugung von Zinkoxyd Gegenstand der Erfindung ist
ein Verfahren zur Erzeugung von Zinkoxyd, insbesondere als Kautschukzusatz.
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Das Patent 4499 572 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von Zinkoxyd,
bei dem ein Strom kalten oxydierenden Gases (Luft) gegen den aus dem Ofen austretenden
Zinkmetalldampf geführt wird. Es wurde nun festgestellt, daß die physikalischen
Eigenschaften des nach diesem Verfahren entstehenden Zinkoxydes bis zu einem gewissen
Grade von der Art und Weise abhängen, wie der Zinkdampf erzeugt wird. Entsteht er
durch Verflüchtigung reinen metallischen Zinks, so ist auch das gebildete Zinkoxyd
im wesentlichen frei von Verunreinigungen (Chloriden, Sulfaten usw.). Stammt der
Zinkdampf aber aus einem Gemisch von zink-und kohlehaltigem Material, so enthält
das gebildete Zinkoxyd fast stets Verunreinigungen, die trotz ihrer äußerst geringen
Menge doch eine ausgesprochen schlechte Wirkung auf das Zinkoxyd ausüben, wenn es
etwa Kautschuk beigemengt wird. Es kann angenommen werden, daß sich auf der Oberfläche
der Zinkoxydteilchen kleine Mengen von Schwefelsauerstoffverbindungen verdichten,
wenn der Zinkdampf aus einem Gemisch von zink- und kohlehaltigem Stoff erzeugt wird,
und daß diese Verbindungen zu einem großen Teil die Schuld an der verschlechternden
Wirkung tragen.
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Es wurde nun gefunden, daß die Verdichtung solcher Schwefelsauerstoffverbindungen
auf der Oberfläche der Zinkoxydteilchen wesentlich verhindert wird, wenn die Abscheidung
der Zinkoxydteilchen aus den Gasen, in denen sie suspendiert sind, bei über r25°
liegenden Temperaturen erfolgt. Werden die die Zinkoxydteilchen schwebend mit sich
führenden Gase durch eine Zinkoxydsammelvorrichtung hindurchgeleitet, die auf mindestens
r25° erhalten wird, so gehen die Schwefelsauerstoffverbindungen, hauptsächlich schweflige
Säure und Schwefeltrioxyd, mit den Abgasen durch und auf der Oberfläche der Zinkoxydteilchen
findet so gut wie gar keine Verdichtung solcher Verbindungen statt. Die Erfindung
besteht also in erster Linie in der Erzeugung von Zinkoxyd aus einem Gemisch zink-
und kohlehaltiger Stoffe unter Abscheidung der Zinkoxydteilchen aus den Gasen, in
denen sie schweben, bei einer Temperatur von mindestens r25°.
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Für die Zwecke der Erzeugung von Zinkoxyd, das besonders zur Verstärkung
von Kautschuk geeignet ist, wird gemäß der Erfindung über dem Gemisch zink- und
kohlehaltiger Stoffe, das auf einem Siebrost lagert, durch den die Verbrennungsluft
kaufsteigt,
eine nicht oxydierende Atmosphäre geschaffen. Die den
Zinkdampf mit sich führenden gasförmigen Produkte werden in eine oxydierende Atmosphäre
solcher Art geleitet, daß die Zinkoxydteilchen sofort auf 700°, zweckmäßig noch
darunter, abgekühlt werden. Gleichzeitig wird das plötzliche Abkühlen oder Abschrecken
der Zinkoxydteilchen so geleitet, daß die Gase, in denen diese Teilchen schweben,
nicht unter z25° abgekühlt werden, bis sie den Zinkoxydsammler wieder verlassen
haben. Das Gemisch von Gasen und Zinkoxyd wird also bei einer Temperatur zwischen
r25° und 7oo° durch den Sammler hindurchgeführt und die Gase verlassen diesen bei
einer nicht unter 1a5° liegenden Temperatur.
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Zweckmäßig wird das Gemisch von zink-und kohlehaltigen Stoffen in
Form von Briketts auf einem Wanderrost verbrannt, wie dies in der Patentschrift
374 768 näher beschrieben ist. Die Zusammensetzung der brikettierten Beschickung
und die Ofenleitung werden so geregelt, daß über der Beschickung eine nicht oxydierende
Atmosphäre vorhanden ist. Die entstehenden Gase, die den Zinkmeta-lldampf mit sich
führen und eine Temperatur von iooo bis i2oo° besitzen, werden durch Auslässe in
der Ofendecke in eine oxydierende Atmosphäre geleitet, in der sie der Wirkung eines
kalten, oxydierenden Gases ausgesetzt werden, das die Flammentemperatur herabsetzt
und die entstehenden Zinkoxydteilchen sofort auf eine unter 700°, zweckmäßig nicht
über 500°, liegende Temperatur abkühlt. Die Gase mit den darin schwebenden Zinkoxydteilchen
gelangen dann mit einer Temperatur über i25° in den Zinkoxydsammler, der zweckmäßig
von Asbestsäcken gebildet und gleichfalls auf einer mindestens i25° liegenden Temperatur
erhalten wird.
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Die Zeichnung veranschaulicht eine Anlage zur Ausführung des neuen
Verfahrens in beispielsweiser Darstellung. Abb. i ist ein Aufriß, zum Teil in senkrechtem
Schnitt, Abb. 2 ein Grundriß; Abb. 3 veranschaulicht eine Einzelheit im größeren
Maßstab.
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Im Eintrittsende des Wanderrostofens io ist der Fülltrichter i i für
die Brennstoffbriketts angeordnet. Ein einstellbarer Schichtregler 12 ist an der
Ofendecke in bestimmtem Abstand über dem Rost 13 aufgehängt. Die Vorkammer 14 für
die Entzündung der Brennstoffbriketts weist einen Fülltrichter i5 auf, der aus einer
Gleitrinne 16, die von Eisenblech 17 umhüllt ist, mit Brennstofferzbriketts beschickt
wird.
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Von einer COffnung 18 in der Decke der Vorkammer 14 geht ein Rohr
ig mit Zweigrohren 2o aus. die unter der Gleitrinne 16 münden. Neben dem Fülltrichter
15 ist an der Ofendecke ein zweiter Schichtregler 21 über dem Wanderrost
13 aufgehängt. Die Hauptkammer 22 erstreckt sich durch den größeren Teil
der Ofenlänge und weist in ihrer Decke Auslässe 23 auf, von denen jeder mit einer
Gaskammer 24 mit kegelförmiger Düse 25 ausgestattet ist. Die Gaskammern oder Windkästen
24 werden durch Rohre 26 mit Luft gespeist und weisen rings um die Düsen 25 Luftschlitze
27 auf. Die Windrohre 26 sind an das Hauptrohr 26' angeschlossen.
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Über den Windkästen 24 ist eine Abzugshaube 28 aufgehängt, die durch
ein Rohr 29 mit dein Sauggebläse 30 verbunden ist, das von einem Motor 31
angetrieben wird und durch ein Verbindungsrohr 32 zu den Verteilerrohren 33 führt,
die in dem Zinkoxydsammler oder Sackraum 34 münden, dessen Wände und Decke mit Asbestplatten
o. dgl. isoliert sind: In dem Sackraum hängen Filtersäcke 35, zweckmäßig aus Asbest,
die mit ihren oberen Enden an die Verteilerrohre 33, unten an den Sammeltrichter
36 angeschlossen sind. In der Decke des Sackraumes sind Auslässe für die
Abgase bzw. die Luft vorgesehen.
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Hinter der Hauptkammer 22 des Ofens liegt eine kurze Kammer 39, die
durch einen Auslaß 40 und ein Rohr 41 zu einem nicht dargestellten Sackraum oder
Sammler führt. Eine noch kleinere Kammer 42 nahe dem Abwurfende des Wanderrostes
13 steht durch einen Schornstein 43 mit der freien Luft in Verbindung. Am Ende des
Ofens ist ein Aschenfall 44 vorgesehen.
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Durch den Fülltrichter i i werden Brennstoffbriketts auf dem Wanderrost
13 abgelegt, der z. B. mittels der in der Patentschrift 374 768 beschriebenen Vorrichtungen
in Bewegung gehalten wird. Während die Brennstoffbriketts mit dem Rost nach dem
anderen Ende des Ofens wandern, wird ihre Schicht von einem geregelten Verbrennungsluftstrom
durchzogen, der durch den Rost nach oben tritt. Der Schichtregler 1.2 sorgt für
eine bestimmte Schichthöhe, die Brennstoffbriketts werden rasch hocherhitzt und
entzünden sich beim Durchgang durch die Vorkammer 14. .Gleichzeitig gelangen. von
der Gleitrinne 16 Brennsto$erzbriketts in den Trichter 15 und lagern sich auf den
brennenden Brennstoffbriketts. Sie werden der Rinne 16 direkt von der (nicht dargestellten)
Brikettpresse durch eine erwärmte Kammer 17 hindurch zugeführt. Die Erwärmung
erfolgt durch den Austritt geregelter Mengen heißer Verbrennungsgase aus der Vorkammer
14 durch die Rohre i9 und 2o in den Raum unterhalb der Gleitrinne.
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Die Erennstofferzbrikette werden durch
den Schichtregler
21 in bestimmter Höhe auf den brennenden Brennstoffbriketts ausgebreitet. Nahezu
sofort beginnt die Reduktion der Zinkverbindungen zu Zinkmetall, das sofort in Zinkdampf
verwandelt wird. Der Hauptteil der Reduktion und Zinkdampfbildung erfolgt während
des Durchgangs des Wanderrosts durch-die Hauptkammer 22 des Ofens. Der Zug der Verbrennungsluft
durch den Rost hindurch ist so geregelt, daß über der Ofenbeschickung stets eine
nicht oxydierende Atmosphäre aufrechterhalten bleibt.
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Während des Durchgangs der Beschickung von Brennstoffbriketten und
Brennstofferzbriketten durch die Hauptkammer 22 strömen die gasförmigen Reaktionsprodukte
mit dem Zinkmetalldampf durch die Auslässe 23 und die Düsen 25 der Windkästen 24,
aus deren Umfangsschlitzen 27 ein Strom kalter Luft gegen den Strom der aus den
Düsen austretenden Gase und Dämpfe gerichtet ist. Die Verbrennungsluft wird den
Windkästen unter Druck zugeführt.
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Der aus den Düsen 25 austretende Zinkmetalldampf verbrennt sofort
zu Zinkoxyd, und durch Zufuhr einer geregelten Menge kalter Luft wird die Flammentemperatur
erniedrigt und die entstehenden Zinkoxy dteil-= chen sofort auf eine nicht über
700°, zweckmäßig nicht über 5oo°, liegende Temperatur abgekühlt. Die Erniedrigung
der Flammentemperatur und die sofortige Abkühlung verhindert ein Zusammenballen
der äußerst kleinen Zinkoxy dteilchen.
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Die Temperatur, auf die die entstehenden Zinkoxydteilchen augenblicklich
heruntergekühlt werden müssen, hängt bis zu einem gewissen Grad von der Konzentration
des Zinkdampfes in den aus dem Ofen austretenden Gasen ab.
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Die feinen Zinkoxydteilchen, die in den Verbrennungsgasen- schweben,
werden von dem Sauggebläse 30 in -den Abzug 28 und durch die Rohre 29 in
den Sackraum 34 gesogen, der auf einer nicht unter z25° liegenden Temperatur erhalten
wird. Sie sammeln sich in den Säcken 34, während die Trägergase durch die Säcke
hindurchtreten und aus dem Sackraum entweichen. Das Zinkoxyd sammelt sich dann in
den Trichtern 36, zu welchem Zweck die Säcke 35 geschüttelt werden können, und wird
aus den Trichtern in geeigneter Weise entfernt. Lagert es in ihnen längere Zeit,
so werden sie mit dem darin lagernden Zinkoxyd zweckmäßig auf mindestens z25° erhalten.
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Die Abscheidung der Zinkoxydteilchen von den Trägergasen bei einer
mindestens I25' betragenden Temperatur verringert die Gefahr der Verdichtung von
Schwefelsauerstoffverbindungen auf der Oberfläche der Teilchen. Durch Aufrechterhaltung
einer Temperatur von i25° im Sackraum wird eine solche Verdichtung nicht gänzlich
verhindert. Bei dieser :Mindesttemperatur erfolgt noch eine gewisse Verdichtung
von Schw efelsauerstoffverbindungen, aber sie können sich während des verhältnismäßig
kurzen Aufenthalts des Zinkoxyds im Sammelraum nicht in solcher Menge darauf verdichten,
die eine schädliche Wirkung ausübte. Wird das Zinkoxyd in Absetzkammern aufgefangen
und bleibt es den Schwefelsauerstoffgasen des Ofens länger ausgesetzt als im Sackraum,
so kann eine höhere Temperatur als r25° erforderlich werden, um eine schädliche
Verdichtung von Schwefelsauerstoffverbindungen auf dem Zinkoxyd zu verhindern.
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Die Regelung der Verbrennungsluft, durch die oberhalb der Beschickung
-eine nichtoxydierende Atmosphäre geschaffen wird, erfolgt durch Einstellung der
Schieber in den Luftkanälen unterhalb des Ofens, ferner durch Regelung des Zuges,
des Sauggebläses 30, durch Aufrechterhaltung der Abdichtung zwischen Beschickung
und Ofenwand und durch Verhinderung des Lufteintritts in den Ofen oberhalb der Beschickung.
Die Oxydation des Zinks auf dem Rost wird durch entsprechende Bemessung der Höhe
der Brennstoffbrikettschicht geregelt.
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Die Abkühlung der Flamme auf etwa 700° erfolgt mittels eines Luftstroms,
der den über das Ofengewölbe aufsteigenden Zinkdampfstrom trifft. Die Abkühlung
der Gase bis auf etwa z25° erfolgt beim Durchgang der Zinkoxydteilchen durch die
Sammelkammern und die in diese eingesogene kalte Luft.
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Die Brennstofferzbriketts können z. B. folgende Zusammensetzung haben:
Anthrazitkohle 20 °/o, Bindemittel 1,5 °4, Erz mit 23 °'o, Zink 78,5 0/0.
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In dem Wanderrostofen wird entsprechend der vorschreitenden Verarbeitung
der Briketts ein Zinkoxyd von geringerer Güte erhalten. Ist die Beschickung auf
dem Wanderrost über die Hauptkammer 22 hinausgelangt, so verringert sich der Kohlenstoffgehalt
so weit, daß einevollständigsauerstofffreieAtmosphäre über der Beschickung nur schwer
aufrechterhalten werden kann. Deshalb ist die Kammer 39 vorgesehen, in der die Beschickung
während des letzten Teils der Operation entfernt wird. Die in der Kammer 39 entstehenden
gasförmigen Produkte ziehen durch den Auslaß 40 in das Rohr 41 und von da zu einem
geeigneten Sammler, in dem das Zinkoxyd von den Gasen getrennt wird.
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Der. Rückstand der Beschickung wird am Ende des Wanderrosts in den
Trichter 44 gestürzt.
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Natürlich ist die Erfindung nicht auf die
Anwendung
bei Wanderrostöfen und bei brikettierten Beschickungen beschränkt.